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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Bimetallrohren, deren
Querschnitt einen ringförmigen Außenbereich und einen ringförmigen Innenbereich
mit unterschiedlichen Zusammensetzungen aufweist. Sie wird insbesondere auf
Stahlrohre angewandt.
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Die Erfindung betrifft gleichfalls die mit diesem Verfahren hergestellten Rohre,
insbesondere Stahlrohre, sowie den rohrförmigen Rohling, der die Anwendung des
Verfahrens ermöglicht.
Solche Rohre können insbesondere immer dann angewandt werden, wenn nur
ihre Außen- oder Innenwand in Kontakt mit einem Fluid kommt, dessen
Zusammensetzung, Temperatur oder andere Eigenschaften die Verwendung relativ
teurer Metalle oder Speziallegierungen erforderlich machen. Man kann in diesem Fall
die Dicke des aus einem solchen Metall oder einer solchen Legierung bestehenden
ringförmigen Bereichs gering halten und für den Rest des Rohrquerschnitts
preiswertere Metalle oder Legierungen verwenden, deren wesentliche Funktion nur in der
Herstellung der mechanischen Festigkeit des Rohrs liegt.
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Es ist ein Verfahren zur Herstellung solcher Bimetallrohre bekannt. Es besteht
darin, einen Rohling herzustellen, der zwei rohrförmige Komponenten
unterschiedlicher Zusammensetzung umfaßt, die ineinander eingeschoben werden. Eine der
Komponenten besteht aus rostfreiem oder hitzefestem Stahl, oder auch aus einer
hitzefesten Legierung. Die andere Komponente ist zum Beispiel ein nicht legierter
oder legierter Stahl.
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Diese beiden Komponenten müssen eine zylindrische Rotationsform besitzen und
mit der notwendigen Präzision gearbeitet sein, um mit minimalem Spiel
ineinandergeschoben werden zu können. Nach dem Heizen auf eine gewählte Temperatur wird
in ebenfalls bekannter Weise ein Koextrusion dieses Rohlings mit einem festgelegten
Querschnittverringerungsverhältnis
durchgeführt, um ein Bimetallrohr zu erhalten.
Man stellt fest, daß, wenn die verwendeten Metalle oder Legierungen, der Zustand
der Oberflächen der sich berührenden Wände und die Extrusionsbedingungen
stimmen, eine gute metallurgische Verbindung zwischen den beiden Komponenten
erzielt wird.
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In der Praxis ist dieses Verfahren relativ teuer in der Anwendung, insbesondere
da eine präzise Bearbeitung beider Komponenten des Rohlings erforderlich ist. Jede
der beiden Komponenten muß so bearbeitet werden, daß sie eine konstante Stärke
hat. Darüberhinaus bereitet die Bearbeitung der Innenwand auf einer relativ großen
Länge Schwierigkeiten, die sie kostspielig machen. Schließlich sind gegebenenfalls
noch besondere Vorsichtsmaßnahmen nötig, um die Oxidation der
gegenüberliegenden Wände der zwei Komponenten des Rohlings während des Erhitzens desselben,
vor der Koextrusion, zu begrenzen. Weitere Schwierigkeiten entstehen durch den
Unterschied der thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der in den meisten Fällen
zwischen den beiden Komponenten des Rohlings besteht. In der Tat besteht eine
der beiden Komponenten oft aus austenitischem Stahl oder einer anderen Legierung
mit einem deutlich höheren Ausdehnungskoeffizienten als die andere Komponente,
die aus nicht legiertem oder niedrig legiertem Stahl besteht.
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Wenn die äußere Komponente den höheren Ausdehnungskoeffizienten aufweist,
so beobachtet man beim Erhitzen des Rohlings eine Vergrößerung des Spiels
zwischen den beiden Komponenten. Diese Vergrößerung kann eine Ursache von
Oxidation sein und zum Zeitpunkt der Koextrusion Strömungsunregelmäßigkeiten einer
der Komponenten gegen die andere beim Durchgang durch die Ziehdüse zur Folge
haben.
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Wenn umgekehrt die innere Komponente den größeren Ausdehnungskoeffizienten
besitzt, tritt beim Erhitzen ein Klemmen der beiden Komponenten gegeneinander
auf.
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Ein zum oben beschriebenen analoges Verfahren wird im Patent US 3566741
SLINEY offenbart.
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Dieses Verfahren wird angewandt zur Herstellung eines Rohres mit zwei
untereinander verbundenen konzentrischen Schichten: einer inneren Schicht aus
duktilem Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,2 bis 0,4% und einer härteren äußeren
Schicht mit 0,5 bis 0,6% Kohlenstoffgehalt.
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Passende Zusätze verleihen der inneren Schicht eine Härte zwischen 45 und 53
RC und der äußeren Schicht eine Härte zwischen 57 und 63. Diese Stähle sind beide
ferritisch. Beide Komponenten des ursprünglichen Rohlings werden so gearbeitet,
daß sie mit mimimalem Spiel von einigen Tausendstel Zoll ineinandergesteckt
werden können.
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Sie werden in einem dichten Gehäuse untergebracht und durchlaufen im Anschluß
an ein Vorheizen auf passende Temperatur eine Koextrusion in bekannter Weise
zwischen dem Dorn und der Ziehdüse einer Extrusionspresse.
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Wenn die Betriebsbedingungen richtig gewählt sind, umfaßt das fertige
Bimetallrohr zwei metallurgisch miteinander verbundene konzentrische Schichten.
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Man stellt fest, daß das in diesem Dokument gegebene Beispiel die Herstellung
durch Koextrusion eines Bimetallrohrs betrifft, dessen Komponenten beide aus
ferritischem Stahl bestehen und folglich im wesentlichen denselben
Ausdehnungskoeffizienten haben, wodurch das Risiko einer Vergrößerung des Spiels zwischen den beiden
Komponenten und somit das Risiko verstärkter Oxidation beim Erhitzen vermieden
wird, wenn die äußere Komponente den größeren Ausdehnungskoeffizienten besitzt.
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Trotzdem wird dem Beispiel zufolge ein durch Schweißen luftdicht verschlossenes
Extrusionsgehäuse benutzt.
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Es handelt sich also um ein Verfahren, das besondere Vorsichtsmaßnahmen,
insbesondere eine sehr präzise Bearbeitung der zwei Komponenten des Rohlings sowie
die Verwendung von Stählen mit ähnlicher Zusammensetzung erfordert, um ein
befriedigendes Ergebnis zu liefern.
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Man war bestrebt, das Koextrusionsverfahren zur Herstellung von
Bimetallrohren zu vereinfachen, um es gleichzeitig sicherer, reproduzierbarer und
wirtschaftlicher zu machen.
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Insbesondere hat man nach einer Möglichkeit gesucht, ohne die Forderung nach
minimalem Spiel beim Ineinanderstecken der beiden Komponenten des Rohlings
auszukommen.
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Außerden war man bestrebt, die Möglichkeit zu schaffen zur Anwendung innerer
und äußerer Komponenten mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten, ohne
die Risiken merklicher Oxidation beim Erhitzen oder von
Strömungsunregelmäßigkeiten im Laufe der Koextrusion.
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Schließlich hat man die Möglichkeit gesucht, die gegenüberliegenden Wände der
beiden Komponenten während des Erhitzens des Rohlings vor der Koextrusion
wirksam vor Oxidation zu schützen.
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Das Verfahren, das Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, ermöglicht es,
diese Ergebnisse zu erzielen und ein Bimetallrohr zu erhalten, das nicht die Mängel
der mit dem bekannten Verfahren hergestellten aufweist. Dieses Bimetallrohr ist
auch Gegenstand der Erfindung.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Bimetallrohrs durch
Koextrusion in heißem Zustand besteht darin, einen Rohling herzustellen, der zwei
Komponenten in Form rohrförmiger koaxialer Rotationskörper aufweist. Beide
Komponenten bestehen aus unterschiedlichen Metallen oder Legierungen und
liegen koaxial ineinander.
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Man bestimmt die Querschnitte jeder dieser rohrförmigen Komponenten in
einer zur gemeinsamen Achse senkrechten Ebene so, daß zwischen ihren
gegenüberliegenden
Wänden ein ringförmiger Hohlraum mit einer radialen Stärke nicht unter
3 mm ausgespart ist; die radiale Stärke dieses Hohlraums beträgt vorzugsweise
mindestens 2% des Außendurchmessers der inneren Komponente und ist nicht größer
als die radiale Stärke der rohrförmigen Komponente mit der geringsten Stärke.
Dieser ringförmige Hohlraum wird gefüllt mit einem fein verteilten Metall oder einer
ebensolchen Legierung, deren Zusammensetzung mit den Zusammensetzungen der
beiden rohrförmigen Komponenten verträglich ist, anschließend wird jedes der
beiden Enden mit Schließvorrichtungen luftdicht verschlossen. Anschließend wird der
Rohling auf die Extrusionstemperatur erhitzt, die in Abhängigkeit von den
Eigenschaften der Metalle oder Legierungen, aus denen er besteht, bestimmt wird, dann
wird die Koextrusion dieses Rohlings mit Hilfe einer Presse, durch eine Ziehdüse,
durchgeführt, um so ein Bimetallrohr zu erhalten, wobei das
Verringerungsverhältnis zwischen dem massiven Querschnitt des Rohlings und dem des Bimetallrohrs
mindestens 4 beträgt.
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Vorzugsweise ist die radiale Stärke des ringförmigen Hohlraums nicht wesentlich
größer als 10 mm.
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In vorteilhafter Weise weist der Rohling eine erste rohrförmige Komponente
aus nicht legiertem, legiertem oder auch rostfreiem Stahl auf, wobei die zweite
rohrförmige Komponente aus einem anderen Material, wie einem rostfreien oder
hitzefesten Stahl oder einer rostfreien oder hitzefesten Legierung mit einem
minimalen Gesamtgehalt von 50 Massen% von Elementen aus der die Elemente Co, Cr,
Mo, Ni umfassenden Gruppe, oder aus einer Legierung auf Nickelbasis besteht.
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Vorzugsweise ist, wenn die erste rohrförmige Komponente aus rostfreiem Stahl
und die zweite Komponente aus rostfreiem oder hitzefestem Stahl besteht, der
Gehalt an Zusatzelementen im Stahl der zweiten Komponente höher als im Stahl der
ersten Komponente.
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Vorzugsweise ist die radiale Wandstärke der ersten Komponente größer als die
der zweiten Komponente. Auch sind die mechanischen Eigenschaften der
Widerstandsfähigkeit gegen Deformation beim Stahl der ersten Komponente höher als
beim Stahl oder der Legierung der zweiten Komponente.
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Je nach den vorgesehenen Anwendungen für das mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellte Bimetallrohr ist die erste rohrförmige Komponente des Rohlings
die äußere oder die innere Komponente, wobei die zweite Komponente des Rohlings
jeweils die innere oder die äußere Komponente ist.
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Vorzugsweise besteht das fein verteilte Metall oder die Legierung, mit denen der
ringförmige Hohlraum gefüllt wird, zum größeren Teil aus Körnern,
vorteilhafterweise von im wesentlichen kugeliger Form, mit einem mittleren Durchmesser von
weniger als 1 mm. Dieses fein verteilte Metall oder diese Legierung kann jedes mit
der Zusammensetzung von erster und zweiter rohrförmiger Komponente
verträgliche Material sein. Dies kann zum Beispiel ein nicht legierter, legierter oder rostfreier
Stahl oder eine rostfreie oder hitzefeste Legierung mit einem minimalen
Gesamtgehalt von 50 Massen% von Elementen aus der die Elemente Co, Cr, Mo, Ni
umfassenden Gruppe, oder eine Legierung auf Nickelbasis sein. Vorzugsweise wird das fein
verteilte Metall oder die ebensolche Legierung so in dem ringförmigen Hohlraum
verdichtet, daß eine scheinbare Dichte von mindestens 50% der wirklichen Dichte
des Metalls oder der Legierung erreicht wird.
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Die Vorrichtungen zum Verschließen des ringförmigen Hohlraums sind
vorzugsweise zwei metallische Endstücke, die an den beiden Enden des Rohlings angebracht
werden. Diese Endstücke bestehen vorteilhafterweise aus nicht legiertem oder
legiertem Stahl.
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Auch verbindet man vorzugsweise jedes Endstück mit den beiden zugehörigen
Enden jeder Kompnente des Rohlings durch luftdichte Schweißnähte.
Gegebenenfalls kann man vor dem Erhitzen des Rohlings auf die Extrusionstemperatur den
ringförmigen Hohlraum evakuieren.
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Die Extrusion des Rohlings wird mit Hilfe einer Presse durchgeführt, die einen
Kolben aufweist, der mit einer Nadel versehen ist, die in den vorher in einen Behälter
eingeführten Rohling und anschließend in die mit dem Behälter verbundene Ziehdüse
eingreift. So wird der Durchgang des Rohlings, und somit seiner Komponenten,
durch den ringförmigen Hohlraum zwischen Nadel und Ziehdüse erreicht, wobei die
Schmierung durch eine Glasschicht sichergestellt ist.
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Die Erfindung betrifft auch den rohrförmigen Rohling, der die zwei koaxialen
rohrförmigen Komponenten umfaßt, deren Struktur oben beschrieben ist, und der
die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht.
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Die Erfindung betrifft auch ein nahtloses, durch Koextrusion hergestelltes
rotationsförmiges Bimetallrohr; dieses Rohr weist eine äußere und eine innere Schicht
auf, die aus verschiedenen Metallen oder Legierungen bestehen und die
untereinander durch eine aus einem fein verteilten Metall entstandene Verbindungsschicht
metallurgisch verbunden sind; dieses Metall hat sich im Laufe des
Koextrusionsvorgangs mit sich selbst sowie mit der äußeren Komponente und der inneren
Komponente verschweißt.
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Die nachfolgenden Figuren und Beispiele beschreiben, in nicht einschränkender
Weise, zwei besondere Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur
Herstellung von Bimetallrohren.
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Die Figur 1 ist ein Schnitt durch einen Rohling, der die Herstellung eines
Bimetallrohrs mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ermöglicht, wobei die erste
Komponente dieses Rohlings die äußere Komponente ist.
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Die Figur 2 ist ein Schnitt durch einen Rohling, der die Herstellung eines
Bimetallrohrs mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ermöglicht, wobei die erste
Komponente dieses Rohlings die innere Komponente ist.
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In der Figur 1 sieht man einen Rohling 1, der gemäß einer ersten
Anwendungsweise
des erfindungsgemäßen Verfahrens die Herstellung eines Bimetallrohrs
ermöglicht, das selber auch Gegenstand der Erfindung ist. Dieser Rohling 1,
dargestellt im Schnitt entlang einer durch die Achse X1-X1 verlaufenden Ebene, umfaßt
zwei rohrförmige Komponenten 2, 3 mit zylindrischen rotationsförmigen Wänden,
die ineinander koaxial zu X1-X1 angeordnet sind. Die erste rohrförmige
Komponente 2, mit einer größeren radialen Stärke ,,e1", ist eine innere Komponente aus
einem niedrig legierten Stahl, dessen Gehalt an Zusatzelementen unter 5% liegt. Die
Stärke ,,e1" ist mehr als doppelt so groß wie die Stärke ,,e2" der zweiten
rohrförmigen Komponente 3, die die innere Komponente des Rohlings darstellt. Ein
ringförmiger Hohlraum 4 ist zwischen der Außenwand 5 der zweiten rohrförmigen
Komponente 3 und der Innenwand 6 der ersten rohrförmigen Komponente 2 ausgespart.
Die radiale Stärke ,,e3" dieses ringförmigen Hohlraums 4 ist im Fall dieser Figur
1 deutlich kleiner als die radiale Stärke ,,e1" der ersten rohrförmigen Komponente
2. Diese radiale Stärke ,,e3" kann näher an der radialen Stärke ,,e2" der zweiten
rohrförmigen Komponente 3, der dünnsten des Rohlings, liegen, ohne diese jedoch
zu übertreffen. Die zweite rohrförmige Komponente 3 kann, je nach Anwendung,
aus rostfreiem oder hitzefestem Stahl oder auch aus einer Legierung mit einem
minimalen Gesamtgehalt von 50 Massen% von Elementen aus der die Elemente Co,
Cr, Mo, Ni umfassenden Gruppe, oder aus einer Legierung auf Nickelbasis
hergestellt sein. Zwei ringförmige Endstücke 7, 8 sind jedes an einem Ende des Rohlings
1 angebracht. Diese Endstücke 7, 8 können aus nicht legiertem oder niedrig
legiertem Stahl bestehen; ihre Zusammensetzung kann ähnlich der derjenigen
rohrförmigen Komponente des Rohlings mit der größeren Wandstärke sein. Diese
Zusammensetzung ist insbesondere dadurch bestimmt, daß eine luftdichte Schweißverbindung
mit den beiden rohrförmigen Komponenten 2, 3 des Rohlings möglich sein muß.
Diese zwei Endstücke 7, 8 stellen die Zentrierung der beiden rohrförmigen
Komponenten 2, 3 bezüglich der gemeinsamen Achse X1-X1 mit Hilfe dazwischengreifender
ringförmiger Rippen 9, 10 sicher.
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Vor der endgültigen Anbringung zumindest des letzten der beiden Endstücke
wird der ringförmige Hohlraum 4 mit einem fein verteilten Metall oder einer
ebensolchen Legierung gefüllt, deren Zusammensetzung verträglich mit den
Zusammensetzungen der beiden rohrförmigen Komponenten ist. Dieses fein verteilte Metall
oder die Legierung kann zum Beispiel unter nicht legierten, legierten, rostfreien oder
hitzefesten Stählen, oder auch unter Legierungen mit einem minimalen
Gesamtgehalt von 50 Massen% von Elementen aus der die Elemente Co, Cr, Mo, Ni
umfassenden Gruppe ausgewählt werden.
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Das fein verteilte Metall wird vorzugsweise in Form von Körnern, von größtenteils
im wesentlichen kugeliger Form, mit einem mittleren Durchmesser von weniger als
1 mm verwendet.
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Dieses fein verteilte Metall oder diese Legierung wird durch ein beliebiges
passendes Verfahren in dem ringförmigen Hohlraum 4 verdichtet, um eine scheinbare
Dichte von mindestens 50% der wirklichen Dichte des Metalls oder der Legierung
zu erreichen. Insbesondere kann die Verdichtung durch Vibration oder Kompression
durchgeführt werden. Nach dem Anbringen des letzten der beiden Endstücke 7, 8
wird eine luftdichte Verbindung zwischen ihnen beiden und den zugehörigen
Enden der rohrförmigen Komponenten 2, 3 durch luftdichte ringförmige Schweißnähte
11, 12, 13 14 hergestellt. Um Überdicken zu vermeiden und eine gute
Durchdringung zu ermöglichen, werden mit ungefähr 45º geneigte Fasen an den Endkanten
der rohrförmigen Komponenten und den Endstücken an den Stellen angebracht, wo
die Schweißnähte verlaufen sollen.
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Anschließend wird der so vorbereitete Rohling 1 mit einer bekannten
Vorrichtung, zum Beispiel einem Gasofen, einem elektrischen Strahlungs- oder
Induktionsofen, einem Salzbadofen oder anderen, aufgeheizt. Die Aufheiztemperatur hängt
einerseits von den Eigenschaften der Metalle oder Legierungen, aus denen der
Rohling besteht, andererseits von den Koextrusionsbedingungen ab: Kraft der Presse,
Ausmaße des Rohlings, Verringerungsverhältnis des Querschnitts, Art des
verwendeten Schmiermittels. Die Aufheiztemperatur beträgt über 1000º C. Die
Schmiermittel, die die besten Ergebnisse liefern, sind Gläser. Das Verringerungsverhältnis
zwischen dem ursprünglichen Querschnitt des Rohlings und dem Querschnit des
fertigen Rohrs muß mindestens 4, und vorzugsweise mindestens 6 betragen, um mit
Hilfe der Schicht aus fein verteiltem Metall eine gute metallurgische Verbindung
zwischen den aus den Komponenten 2, 3 entstandenen äußeren und inneren Schichten
des fertigen Rohrs zu erhalten. Die Zusammensetzungen und Stärken der beiden
rohrförmigen Komponenten 2, 3 des Rohlings 1 werden in Abhängigkeit von den
Anwendungsbedingungen des fertigen Rohrs bestimmt. Als Faustregel ist die erste,
niedriger legierte Komponente 2 in Kontakt mit dem weniger korrodierenden Fluid,
und ihre Stärke ist im wesentlichen durch die erforderliche mechanische Festigkeit
des Rohrs bestimmt. Dies erklärt, wieso meistens die erste Komponente dicker als
die zweite ist. Die Zusammensetzung der zweiten Komponente wird nach ihrer
Korrosionsbeständigkeit gegen das am stärksten korrodierende Fluid ausgewählt. Im
Fall der vorliegenden Figur 1 ist dies das im Innern des Rohrs strömende Fluid. Die
Erfahrung zeigt, daß eine kluge Auswahl des Metalls oder der Legierung, aus dem
oder der die zweite Komponente besteht, es ermöglicht, sehr geringen Verschleiß
und damit eine im Vergleich zu der für die mechanische Festigkeit des Rohrs
erforderlichen Wandstärke der ersten Komponente 2 relativ geringe Wandstärke der
zweiten Komponente 3 vorzusehen.
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Als praktisches Verwendungsbeispiel dieser ersten Anwendungsweise des
erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Rohling 1 mit einer Struktur ähnlich der in Figur
1 dargestellten vorbereitet. Er umfaßt eine erste, äußere Komponente 2 mit 223 mm
Außendurchmesser, 140 mm Innendurchmesser und 870 mm Länge aus
Kohlenstoffstahl mit geringen Zusätzen von Mn und V vom Typ 20 MV6 (AFNOR-Norm), eine
zweite, innere Komponente 3 mit 126 mm Außendurchmesser, 100 mm
Innendurchmesser und 870 mm Länge aus rostfreiem Stahl vom Typ AISI 316 (AISI-Norm).
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Der ringförmige Hohlraum 4 zwischen den beiden rohrförmigen Komponenten
2, 3 von 7 mm radialer Breite ist mit fein verteiltem rostfreiem Stahl vom Typ
AISI 316 L gefüllt, größtenteils in Form von Körnern von im wesentlichen
kugeliger Form, mit einem Durchmesser zwischen 0,1 und 1 mm. Eine
Vibrationsverdichtung ermöglicht es, eine scheinbare Dichte von 60% der wirklichen Dichte zu
erreichen. Der ringförmige Hohlraum wird mit zwei Endplatten 7, 8, ebenfalls aus
Kohlenstoffstahl vom Typ 20MV6 verschlossen. Jede der beiden Platten ist mit
einer ringförmigen Rippe 9, 10 von einigen mm Höhe versehen, die in den mit fein
verteiltem rostfreiem Stahl gefüllten Hohlraum eingreift. Diese beiden Endplatten
7, 8 werden jede mit den beiden rohrförmigen Komponenten 2, 3 durch luftdichte
Schweißnähte 11, 12, 13, 14 verbunden, die durch Lichtbogenschweißen unter Argon
hergestellt werden.
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Anschließend wird der Rohling in einem Gasofen auf eine Temperatur zwischen
1150 und 1200º C erhitzt, dann, nach in bekannter Weise sowohl auf der
Außenals auch auf der Innenseite durchgeführtem Überziehen mit einer Schmierschicht
aus Glas, wird der Rohling in den Behälter einer Presse eingebracht und die
Koextrusion durch eine Ziehdüse von 117 mm Durchmesser durchgeführt. Der Kolben
der Presse ist mit einer Nadel von 94 mm Durchmesser versehen, die es ermöglicht,
nach der Koextrusion und der Entfernung des Glases ein Bimetallrohr von 114,3
mm Außendurchmesser und 92,6 mm Innendurchmesser zu erhalten. Das
Verringerungsverhältnis zwischen dem Querschnitt des Rohlings 1 und dem des fertigen
Rohrs beträgt also ungefähr 9,3.
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Prüfungen der Mikrostruktur an Proben, die an mehreren Stellen des
Bimetallrohrs entnommen wurden, zeigen, daß beim Durchgang durch die Düse mit Hilfe
der Schicht aus fein verteiltem Metall eine ausgezeichnete metallurgische
Verbindung zwischen der äußeren und der innernen Schicht entsteht. Diese Schicht aus
fein verteiltem Metall ermöglicht es auch, vor der Koextrusion in der Phase des
Aufheizens des Rohlings die Erscheinungen unterschiedlicher radialer Ausdehnung
einer Komponente im Vergleich zur anderen aufzufangen; diese Verbindungsschicht
erleichtert auch während der Koextrusion das Gleiten einer der beiden
Komponenten des Rohlings zur anderen ohne das Risiko des Abreißens, der Bildung von
Rissen oder Falten.
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In der Figur 2 sieht man einen Rohling 21, der gemäß einer zweiten
Anwendungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens die Herstellung eines Bimetallrohrs
ermöglicht, das selber auch Gegenstand der Erfindung ist. Dieser Rohling 21,
dargestellt im Schnitt entlang einer durch die Achse X2-X2 verlaufenden Ebene, umfaßt
zwei rohrförmige Komponenten 22, 23 mit zylindrischen rotationsförmigen Wänden
auf, die ineinander koaxial zu X2-X2 angeordnet sind. Die erste rohrförmige
Komponente 22 ist eine innere Komponente, hergestellt aus einem Kohlenstoffstahl. Ihre
radiale Stärke ,,e11", ist größer als die Stärke ,,e12" der zweiten rohrförmigen
Komponente 23, die außen liegt. Zwischen den beiden Komponenten ist ein
ringförmiger Hohlraum 24 ausgespart, der zwischen der Außenwand 25 der ersten
rohrförmigen Komponente 22 und der Innenwand 26 der zweiten rohrförmigen Komponente
23 liegt. Die radiale Stärke ,,e13" dieses ringförmigen Hohlraums ist im Fall dieses
Rohlings deutlich kleiner als die radiale Stärke ,,e12" der äußeren, dünneren
Komponente 23, jedoch größer als 2% des Außendurchmessers der inneren Komponente
22, nicht kleiner als 3mm und nicht größer als 10 mm. Die zweite, äußere
Komponente 23 besteht aus rostfreiem oder hitzefestem Stahl oder auch aus einer
Legierung mit einem minimalen Gesamtgehalt von 50 Massen% von Elementen aus der
die Elemente Co, Cr, Mo, Ni umfassenden Gruppe.
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Zwei ringförmige Endstücke 27, 28 aus Kohlenstoffstahl stellen mit Hilfe von
ringförmigen Rippen 29, 30 die Zentrierung der zwei Komponenten 22, 23 sicher. Vor
der Anbringung des letzten der beiden Endstücke wird der ringförmige Hohlraum
24 mit einem fein verteilten Metall oder einer ebensolchen Legierung gefüllt, deren
Zusammensetzung verträglich mit den Zusammensetzungen der beiden
rohrförmigen Komponenten ist und das vorzugsweise die Form von größtenteils im
wesentlichen
kugeligen Körnern mit einem mittleren Durchmesser vorzugsweise unter 1 mm
hat. Dieses Metall kann zum Beispiel ein legierter oder nicht legierter
Kohlenstoffstahl, ein rostfreier oder hitzefester Stahl oder eine Legierung mit einem minimalen
Gesamtgehalt von 50 Massen% von Elementen aus der die Elemente Co, Cr, Mo,
Ni umfassenden Gruppe sein. Dieses fein verteilte Metall wird durch Vibration
verdichtet, um eine scheinbare Dichte von mindestens 50% der wirklichen Dichte zu
erzielen. Die Endstücke 27, 28 werden mit den zugehörigen Enden der
Komponenten 22, 23 durch luftdichte ringförmige Schweißnähte 31, 32, 33, 34 verbunden.
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Der so vorbereitete Rohling 21 wird mit einer bekannten Vorrichtung auf eine
passende Temperatur über 1000º C aufgeheizt. Diese Temperatur wird in bekannter
Weise unter Berücksichtigung der Eigenschaften der Metalle oder Legierungen, aus
denen der Rohling besteht, und der Extrusionsbedingungen bestimmt. Anschließend
wird in bekannter Weise die Extrusion durchgeführt, indem der Rohling, nach der
Beschichtung sowohl der Außen- als auch der Innenseiten in bekannter Weise mit
einem schmierenden Glas, in den mit einer Ziehdüse versehenen Behälter einer
Extrusionspresse eingeführt wird. Der Druck auf den Rohling wird mit einem Kolben
erzeugt, der mit einer Nadel versehen ist, die durch den Rohling hindurchläuft und in
die Ziehdüse eingreift. Die Schmierung wird vorzugsweise in bekannter Weise durch
Gläser sichergestellt. Die Querschnitte der Nadel, der Ziehdüse und des Rohlings
sind so bestimmt, daß ein Verringerungsverhältnis von mindestens 4 und
vorzugsweise mindestens 6 erzielt wird.
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Als Beispiel wird ein Rohling mit einer der in der Figur 2 dargestellten
ähnlichen Struktur vorbereitet, der eine innere Komponente 22 aus Kohlenstoffstahl
vom Typ 20 MV 6 (AFNOR-Norm) von 189 mm Außendurchmesser, 60 mm
Innendurchmesser und 870 mm Länge umfaßt. Die äußere Komponente 23, aus
rostfreiem Stahl 316 (AISI-Norm), hat einen Außendurchmesser von 223 mm, einen
Innendurchmesser von 200 mm und eine Länge von 870 mm. Die Oberflächen der
gegenüberliegenden Wände, die den ringförmigen Hohlraum bilden, werden
vorbehandelt,
um die Anwesenheit von Oxiden zu vermeiden. Vor dem Zusammensetzen
des Rohlings können diese Wände beispielsweise gebürstet oder geschliffen werden.
Der ringförmige Hohlraum 24 von 5,5 mm radialer Stärke wird gefüllt mit fein
verteiltem rostfreiem Stahl, Typ 316 (AISI-Norm), größtenteils in Form von im
wesentlichen sphärischen Körnern mit einem Durchmesser zwischen 0,1 und 1 mm. Nach
dem Verdichten durch Vibration beträgt die scheinbare Dichte dieses fein verteilten
Stahls ungefähr 60% der wirklichen Dichte. Nach dem Anbringen der Endstücke 27,
28 aus 20MV6-Stahl werden diese mit den beiden Komponenten 22, 23 durch
luftdichte Schweißnähte 31, 32, 33, 34 verbunden, die durch Lichtbogenschweißen unter
Argon hergestellt werden.
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Der so hergestellte Rohling wird in einem Gasofen auf 1050 bis 1200º C erhitzt,
dann wird, nach dem Beschichten mit einer Schicht schmierenden Glases, das in
bekannter Weise sowohl auf der Außen- als auch auf der Innenseite vorgenommen wird,
die Koextrusion mit Hilfe einer Presse durchgeführt. Der Kolben dieser Presse weist
eine Nadel von 52,1 mm Durchmesser auf, die in den Rohling 21 und anschließend
in die Ziehdüse von 66 mm Durchmesser eingreift.
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Nach der Koextrusion und der anschließenden Entglasung erhält man ein
Bimetallrohr von ungefähr 63,5 mm Außendurchmesser und 51,3 mm Innendurchmesser.
Das Verringerungsverhältnis zwischen dem ursprünglichen Querschnitt des Rohlings
von 223 mm Außen- und 60 mm Innendurchmesser beträgt ungefähr 31.
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Prüfungen der Mikrostruktur an Proben, die an mehreren Stellen des
Bimetallrohrs entnommen wurden, zeigen, daß mit Hilfe der Schicht aus fein verteiltem
Metall eine ausgezeichnete metallurgische Verbindung zwischen der äußeren und der
inneren Schicht des Rohrs entsteht. Außerdem kann man aufgrund der Kennzeichen
des Verfahrens für die beiden Komponenten rohrförmige Vorprodukte verwenden,
die keine engen Toleranzen, insbesondere der den ringförmigen Hohlraum bilden,
gegenüberliegenden Flächen erfordern, was es ermöglicht, die Fertigungskosten zu
senken.
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Für bestimmte Anwendungen kann es erforderlich sein, vor dem Vorheizen die
restliche Luft aus dem mit fein verteiltem Metall gefüllten Hohlraum 24 zu
entfernen. Dies kann geschehen, indem durch einen in einem Endstück angebrachten
Durchgang evakuiert wird. Eine Verschlußvorrichtung ermöglicht anschließend, vor
dem Erhitzen des Rohlings oder spätestens vor der Koextrusion, das Verschließen
des Durchgangs.