DE3809479A1

DE3809479A1 - Fuegestelle an rohren aus stahl

Info

Publication number: DE3809479A1
Application number: DE19883809479
Authority: DE
Inventors: Heiner Dr Ing Bogdahn; Bernd-Peter Dr Ing Salzberg; Manfred Langhanki
Original assignee: TELTOV GERAETE REGLER
Current assignee: TELTOV GERAETE REGLER
Priority date: 1987-04-09
Filing date: 1988-03-22
Publication date: 1988-10-27
Also published as: GB8808074D0; DD259662A1; HUT53954A; GB2203684B; GB2203684A

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft die Konstruktion einer Fügestelle zum Verbinden von Rohren kleiner Durchmesser aus unlegier tem, niedriglegiertem und/oder hochlegiertem Stahl. Dabei kommt diese Fügestellenkonstruktion besonders in sicher heitstechnisch anspruchsvollen Anlagen, wie z. B. Kernkraft werken oder Anlagen, die die Ausführungsklassen IA oder IB verlangen, zum Einsatz.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Rohrleitungen in Anlagen, die hohen Qualitätsansprüchen in ihrer Ausführung genügen müssen (z. B. im 1. und 2. Kreis lauf von Kernkraftwerken oder in Chemieanlagen, die der Ausführungsklasse IA oder IB entsprechen), werden in der Regel durch ein WIG-Schweißverfahren gefügt. Da die Güte der Schweißnähte sehr stark von den Fähigkeiten der Schweißer ab hängig ist, werden die Fügestellen 100%ig durch eine Durch strahlungsprüfung (Röntgen) kontrolliert. Der Prozeß der Schweißnahtprüfung ist sehr aufwendig und teuer, da für die Prüfung ca. zehnmal soviel Zeit wie zur Herstellung einer Schweißnaht benötigt wird. Dieses Mißverhältnis war ausschlag gebend für die Entwicklung eines Diffusionsschweißverfahrens für den Baustelleneinsatz (Salzberg, P; Bogdahn, H; "Herstellen von Schweiß-/Lötverbindungen unter Argon 99,99 mit Widerstandser wärmung" Schweißtechnik, Berlin 35 (1985), Heft 6, S. 249-251). Mit diesem Verfahren lassen sich, da es sich um ein teilautoma tisiertes Schweißverfahren handelt, Verbindungsqualitäten her stellen, die weitestgehend von den Fähigkeiten des Schweißers unabhängig sind.

Da diese Verbindungen durch Röntgen nicht prüfbar sind, wird die Qualität der Schweißungen an einer auf Biegung beanspruch ten Parallelprobe geprüft. Ein erreichter Biegewinkel von 100° ist ein sicheres Zeichen dafür, daß die zum Schweißen notwen digen Paramter richtig eingestellt sind. Die Qualitätssicherung an Hand einer Parallelprobe ist für Anlagen im konventionellen Bereich ausreichend.

Zur Errichtung von Anlagen in Kernkraftwerken kann dieses pro duktive Schweißverfahren nicht angewendet werden, weil wegen des Fehlens einer zerstörungsfreien Prüfmöglichkeit jeder Fügestelle eventuelle Qualitätsminderungen nicht erfaßt werden können und damit ein gewisses Restrisiko bestehen bleibt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eine Fügestelle an Rohren aus Stahl zu schaffen, die sich durch eine hohe Zuverlässigkeit auszeich net, dabei aber einfach in der Herstellung ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Fügestelle an Rohren aus Stahl zu schaffen, deren Festigkeit mindestens der des Grund werkstoffes entspricht und die so sicher ist, daß kein Rest risiko mehr auftritt, damit auf das Röntgen verzichtet werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die in einem Erwärmungsvorgang hergestellte Rohrverbindung aus einer Diffusionsschweißverbindung und einer kombinierten Diffusions schweiß-/Lötverbindung besteht, wobei die Diffusionsschweiß verbindung und die kombinierte Diffusionsschweiß-/Lötverbindung nicht in einer Ebene liegen.

In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist die zwischen den Rohrstirnflächen hergestellte Diffusions schweißverbindung von einer mittels Muffe hergestellten kom binierten Diffusionsschweiß-/Lötverbindung ummantelt.

Diese, die Diffusionsschweißverbindung ummantelnde kombinierte Diffusionsschweiß-/Lötverbindung kann auch durch ein T-Stück gebildet werden.

Anschließend sollen kurz die funktionellen Merkmale dieser erfindungsgemäßen Fügestellenkonstruktion beschrieben werden. Als wesentlichster Aspekt sei vorangestellt, daß beide Verbin dungen, also die Diffusionsschweißverbindung zwischen den Rohr stirnflächen und die außerhalb dieser Ebene liegende kombinierte Diffusionsschweiß-/Lötverbindung zwischen Rohr und Muffe gleich zeitig, d. h., in einem Erwärmungsvorgang hergestellt werden, um eine Schädigung des Grundwerkstoffes auszuschließen. Dies wird durch ein an sich bekanntes Diffusionsschweißverfahren, das auf der Basis der elektrischen Widerstandserwärmung unter Schutzgas arbeitet, realisiert. Zusätzlich wird aber über den Rohrstoß eine Schiebemuffe montiert. Durch die Stromwärme werden nicht nur die Rohrenden diffunsionsgeschweißt, sondern die an den Muffenrändern deponierten Lotringe werden auch geschmolzen. Durch Kapillarwirkung gelangt der flüssige Zusatzwerkstoff in den Spalt zwischen Muffe und Rohr, überraschenderweise entsteht in diesem Spalt aber keine reine Lötverbindung, sondern eine kombinierte Diffusionsschweiß-/Lötverbindung.

Jede Fügestelle für sich besitzt die Grundstoffestigkeit, so daß gegen ein Versagen der Rohrverbindung von vornherein die doppelte Sicherheit gegeben ist. Käme es dennoch zum Ausfall einer Fügeverbindung, so ist die verbleibende Verbindung immer in der Lage, die auftretenden Kräfte versagensfrei zu über tragen.

Als Zusatzmaterial ist ein Werkstoff zu wählen, dessen Liquidus temperatur im γ + δ-Gebiet des zu fügenden Grundwerkstoffes liegt, damit auch gute Bedingungen für das Diffusionsschweißen der Rohrstirnflächen in kurzer Zeit vorliegen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll anschließend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Dabei zeigt die

Fig. 1 den erfindungsgemäßen Aufbau einer Fügestelle an Rohren aus Stahl mittels Schiebemuffe und

Fig. 2 den erfindungsgemäßen Aufbau mittels T-Stück.

Rohr aus hochlegiertem Stahl X8CrNiTi 18.10 der Abmessungen 12 × 2 sollen miteinander gefügt werden. Dazu wird eine an sich bekannte, jedoch etwas modifizierte Vorrichtung zum Diffusions schweißen von Rohren verwendet (Salzberg, P.; Bogdahn, H.; "Herstellen von Schweiß-/Lötverbindungen unter Argon 99,99 mit Widerstandserwärmung", Schweißtechnik, Berlin 35 (1985) H. 6, S. 249-251).

Die Stirnflächen 2 der Rohre 1 werden mit einem Stirnfräser so bearbeitet, daß planparallele und zur Rohrachse senkrecht stehen de Flächen entstehen. Nach dem Reinigen der gesamten Fügestelle mit einem fettlösenden Mittel werden Lotringe aus einer Heiz leiterlegierung, die im wesentlichen aus 30% Ni, 20% Cr und Rest Eisen besteht, mittels einer Lehre an der Fügestelle aus gerichtet. Zwischen den Lotringen wird die Schiebemuffe 3 mon tiert. Danach erfolgt das Einspannen der so vorbereiteten Rohr enden in die bereits erwähnte Vorrichtung zum Diffusionsschweißen. Die Modifizierung der bekannten Vorrichtung macht sich erforder lich, weil durch die Anordnung der Muffe um den Rohrstoß der Fügestelle Wärme entzogen wird, während das Rohr bereits die Solidustemperatur erreicht hat. Aus diesem Grund muß der Abstand der Kragträger diesen veränderten Bedingungen angepaßt werden, da ein zu großer Abstand zur Überhitzung des Grundwerkstoffes führt.

Nachdem die Rohrenden in dieser modifizierten Vorrichtung ein gespannt wurden, wird die Schutzgaskammer geschlossen, mit Argon gespült und der Erwärmungsprozeß eingeleitet. Sind die an den Muffenrändern positionierten Lotringe geschmolzen, wird die Erwärmung abgebrochen.

Die so hergetellten Verbindungen besitzen eine doppelte Sicher heit gegenüber den bekannten Schweißnaht- bzw. Lötnahtkonstruk tionen. Zwischen den Stirnflächen 2 der Rohre 1 am Rohrstoß ist durch das Wirken von Temperatur, Zeit und Druck (elastische Aus lenkung der Kragträger) eine Diffusionsschweißverbindung ent standen. Zusätzlich zu dieser Verbindung wird zwischen Außen durchmesser 4 der Rohrenden und der inneren Mantelfläche der den Rohrstoß ummantelnden Schiebemuffe 3 eine kombinierte Diffusions schweiß-/Lötverbindung hergestellte. Diese kombinierte Diffusions schweiß-/Lötverbindung ist ebenfalls ein Ergebnis der elastischen Auslenkung der Kragträger im Zusammenwirken mit Druck und Tempe ratur. Dies bewirkt, daß sich in der Schiebemuffe Druckflächen für die zu fügenden Rohre ergeben, in deren Bereich es dann zur Ausbildung einer Diffusionsschweißverbindung kommt. In dem rest lichen Spaltbereich bildet sich eine Lötverbindung aus.

Jede Verbindung für sich, sowohl die Diffusionsschweißverbindung als auch die kombinierte Diffusionsschweiß-/Lötverbindung be sitzt Grundstoffestigkeit. Damit ist eine so hohe Sicherheit für die Fügestelle erreicht worden, daß ein Restrisiko ausge schlossen ist und so auf eine zerstörungsfreie Prüfung ver zichtet werden kann.

Die gleiche Fügestellenkonstruktion ist auch bei Verwendung von T-Stücken 7 (Fig. 2) erzielbar. Hier entstehen im Prinzip drei Fügestellen, wobei jede Fügestelle ebenfalls aus einer Diffusions schweißverbindung am Rohrstoß 5 und einer kombinierten Diffusions schweiß-/Lötverbindung an den Mantelflächen der Rohrenden 6 be steht. Es ist lediglich eine Vorrichtung zu verwenden, die das Fügen in 90°-Richtung zuläßt.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen 1 Rohr
2 Stirnflächen
3 Schiebemuffe
4 Außendurchmesser der Rohrenden
5 Rohrstoß
6 Mantelflächen der Rohrenden
7 T-Stück

Claims

1. Fügestelle an Rohren aus Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß die in einem Erwärmungsvorgang hergestellte Rohrver bindung aus einer Diffusionsschweißverbindung und einer kombinierten Diffusionsschweiß-/Lötverbindung besteht, wobei die Diffusionsschweißverbindung und die kombinierte Diffusionsschweiß-/Lötverbindung nicht in einer Ebene liegen.

2. Fügestelle an Rohren aus Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Rohrstirnflächen 2 hergestellte Diffusionsschweißverbindung von einer mittels Muffe 3 hergestellten kombinierten Diffusionsschweiß-/Löt verbindung ummantelt ist.

3. Fügestelle an Rohren aus Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionsschweißverbindung am Rohrstoß 5 und die diesen Rohrstoß 5 ummantelnde kombinier te Diffusionsschweiß-/Lötverbindung durch ein T-Stück 7 gebildet wird.