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Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigen Rohren aus kupferüberzogenen
Stahlblechstreifen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigen
Rohren aus Stahl, deren. kupferüberzogene Schichten durch eine Zwischenschicht aus
einer Kupfer-Zinn-Legierung miteinander verbunden sind, deren Schmelzpunkt unter
jenem des Kupfers liegt. Während der Erhitzung erfolgt eine primäre Diffusion des
Zinns in die Kupferschicht unter Bildung von Bronze.
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Gemäß der Erfindung wird dieses an sich bekannte Verfahren in der
Weise ausgeführt, d'aß man den Zinnüberzug nur auf etwa die halbe Oberfläche der
einen Schichtseite des Streifens, und zwar von deren einer Längskante bis etwa zu
ihrer Längsmittellinie hin aufbringt. Dabei ist es zweckmäßig, daß man einen solchen
Zinnüberzug während der Längsförderung eines zu dem Mehrschichtenrohr zu biegenden
kupferüberzogenen Stahlbandes aufbringt.
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Ferner ist es vorteilhaft, daß man das kupferüberzogene und auf der
halben Oberfläche seiner einen Seite mit Zinn bedeckte Stahlband in an sich bekannter
Weise durch Biegen in Querrichtung um 720 ' zu einem mehrschichtigen Rohr
formt.
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Im Vergleich zu dem Verfahren, wie es bisher ausgeübt wurde, bietet
die Erfindung den Vorteil einer außerordentlichen Wirtschaftlichkeit, weil es bisher
üblich war, die kupferüberzogenen Blechstreifen in Querrichtung zu einem Rohr zu
biegen
und hohe Temperaturen zu verwenden, um das Kupfer zu schmelzen.
Nach der vorliegenden Erfindung werden Temperaturen angewendet, nur um Bronze auf
den Zwischenflächen zu bilden, und hierbei wird das Kupfer auf der Oberfläche nicht
geschmolzen. Es zeigt F ig. i eine schematische Darstellung des Streifenmaterials
beim Durchgang durch eine Rohrformvorrichtung, Fig. 2 eine schematische Darstellung
eines Ofens und eines Kühlers zur Behandlung der Rohre nach ihrer Formung, 1# ig.
3 eine schematische. Darstellung einer abgeänderten Ausführungsform der Heizzone,
Fig. .I einen vergrößerten Querschnitt, nach Linie 4-4 aus Fig. i, der das Aufbringen
des zusätzlichen Metalls erkennen läßt, Fig. 5 einen vergrößerten Querschnitt des
Bandmaterials unmittelbar vor dessen Verformung zu einem Rohr, Fig. 6 eitlen vergrößerten
Querschnitt eines teilweise geformten Rohres, Fig. 7 einen Querschnitt durch ein
fertiges Rohr. In Fig. i ist ein Metallstreifen auf einer Vorratsrolle i gezeigt,
der durch Zugrollen 2 abgezogen wird. Gemäß Fig. 5 besteht der Streifen 3 aus einem
Hauptteil 7, der auf beiden Seiten einen Kupferüberzug 4, 5 trägt. Dieser
Kupferüberzug kann auf verschiede Weise, beispielsweise elektrolytisch, aufgel>rac'ht
sein. Er kann aus handelsüblichem reinen Kupfer bestehen. Er kann jedoch auch Metalle
enthalten, die mit Kupfer legiert sind, und das Wort Kupfer soll in der Beschreibung
eine solche Anwendung einschließen. Das zusätzliche Metall 6 wird, wie Fig.5 zeigt,
an einer bestimmten oder mehreren bestimmten Stellen des mit Kupfer überzogenen
Streifens aufgebracht. Dies kann man mittels einer Metallspritzvorrichtung io (Feg.
i) erreichen, die eine Düse i i aufweist. Das zusätzliche Metall kann der Spritzvorrichtung
in Streifen oder Drahtform von einer Vorratsrolle 12 zugeführt werden. Das Auftragen
des zugeführten Metalls auf den Streifen erfolgt vorzugsweise, solange dieser noch
eine flache Form aufweist, und demzufolge ist die Spritzvorrichtung zwischen der
Vorratsrolle 12 und der unten beschriebenen Rohrformvorrichtung angeordnet. Wie
in Fig.4 gezeigt, läuft der Streifen 3 unter der Spritzdüse ii vorbei. Diese sitzt
unmittelbar über jener Stelle des Streifens, auf die das zuzuführende Metall aufgetragen
werden soll, während der übrige Teil des Streifens durch ein Schild 15 o. dgl. gegen
den Metallstrahl 16 abgedeckt ist.
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So zeigt Fig. 5, daß nur ein Teil des Überzugs 4 zusätzliches Metall
trägt, während dieses auf der gegenüberliegenden Seite des Streifens fehlt, so daß
der Überzug 5 dort seine ursprüngliche Beschaffenheit hat.
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Während sich der Streifen in der Längsrichtung vorwärts bewegt, läuft
er durch Kantenschrägrollen 2o, die die Kanten bei 21 und 22 (Fig.5) abschrägen.
Dieses Abschrägen wird vorzugsweise durch Druck erzielt, wodurch das Metall zum
Fließen gebracht wird und das L berzugsmetall unversehrt auf der Kante 21 und die
l'1>,^rzugsschichten 4 und 6 auf der aiigesdirägten kante 22 verbleiben.
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In den Fig.5, 6 und 7 sind die t'1>erzugsscliicliten stark vergrößert
dargestellt. lii Wirklichkeit erhält man die Stärke des Kupferüberzugs, wenn maii
etwa .I25 Gramm (1j Unzen) Kupfer auf den Quadratmeter beider Seiten des Streifens
aufbringt. Es ist nur c,üie sehr kleine Menge Zinn oder Zink erforderlich, weil
ein solches Verhältnis zwischen dem Kupfer und dein zusätzlichen Metall erwünscht
ist, das ein I.iitniet;ill mit hohem Kupfergehalt ergibt. In dieser Hinsicht können
allerdings Schwankungen auftreten.
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Der so vorbereitete Strcifen läuft durch eine Rohrformvorrichtung
25, wo er rohrförmig bogen wird, wobei das zusätzliche Metall natürlich bereits
wieder fest ist. Die Rohrforrnvorrichtung kann beliebiger und lickannter Konstruktion
sein und erfordert desliall> keine nähere Erläuterung. Das Rohr kann filier ein",iri
#M) eiiieiii Arrn 26 gehaltenen Aufsteckdorn gefoi-nit werden. Dieser Dorn ragt
bei 27 in (las Rolir, wo der Streifen 1>_i einigen der letzten Foren« alzeii noch
nicht geschlossen isst.
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Der Streifen wird, wie dies Fig.6 in noch unvollendeter Ausführung
zeigt. zti zwei aufeinanderliegenden Lagen geformt. Dabei liegt der urverzinnte
Teil des Kupferüberzugs 4 an der Oberfläche und bildet somit die Innenfläche des
Rohres. Der übrige Teil des L'berzugs 4 mit dem darauf aufgetragenen Metall bildet
clie Zv: ischenschicht. Das aufgetragene Metall 6 reicht ungef:ilir von der abgeschrägten
Kante 21 lies zu der schrägen Kante 22 und erstreckt sich somit zwischen den beiden
Lagen. Ein Teil des Überzugs 5 liegt an der Oberfläche und bildet den äußeren Cherztig
des Rohres, während etwa die Hälfte des Cberzugs ; zur Oberfläche der Innenlage
wird und somit als Zwischenschicht dient. Wenn (las Rohr endgültig geformt, durch
den oder die letzten Fornirollensätze einem Druck unterworfen und der in der Mitte
liegende Teil des Streifens so gebogen wird, d-aß er sich an die allgeschrägten
Kanten anlegt, so er=hält es die in Fig.7 gezeigte Form, bei der das zusätzliche
Metall zwischen den Lagen, und zwar zwischen dem als Zwischenschicht dienenden Kupferüberzug
5 und dem Kupferüberzug 4 liegt Das zusätzliche Metall befindet sich auch zwischen
den Berührungsflächen in der Naht, d. h. jenem Teil des Rohres, der aus den abgeschrägten
Kanten und dem zwischen diesen liegenden Rohrteil gebildet ist.
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Nachdem das Rohr so geformt ist, wird es einer Wärmebehandlung unter-#vorfen.
Wie Fig. 2 zeigt, kann es durch einen Ofen
30 hindurchgeführt werden. Diese
kann mit reduzierenden oder nicht oxydierenden Gasen zusammen mit dem durch das
Rohr 3i zugeführten Heizgas bewirkt werden. Für das Rohr kann innerhalb des Ofens
ein besonderes Führungsrohr 32 vorgesehen sein. Die Rohrformvorrichtrang und der
Of:n können hintereinand-r
| angeordnet sein, so daß Glas aus der Rolirform- |
| xorrichtung koniniende lZ(,hr unmittelbar in den |
| ()fcii eingeführt wircl. Da das Rohr jedoch mit |
| (silier erh<iltnismüßig holten Geschwindigkeit ge- |
| f(>rtnt wird, ist es \-orteilhaft, den Ofen getr;nnt |
| von der IZolirf(ii-nl\-ori-iclitting anmiordnen und |
| eitlen solchen ()frn @-orzti@(#hen, durch den "leich- |
| zeitig inehnre Rohre mit einer beträchtlich |
| kleineren Gescliw indigkeit geförclert werden |
| können als durch die Rohrforinvorriclitung. An |
| (leii ()feil ist eiii Kühler entsprechender Länge an- |
| Er ist finit einem Außen- und einem |
| liii)ellm(il,tcl 33 lizt\-. 34 dargestellt. zwischen Gienen |
| Kühlwassc°r hindurchfließt, (las durch ein Rohr 35 |
| ein- und durch ein Rohr 36 abgeführt wird. |
| Fig. 3 zeigt eine fIeizvorric'htung, die hinter der |
| Rohrforinvorrichtung angeordnet werden kann. |
| Hierbei kommt (las Rohr mit Rollenelektroden .To |
| in Berührung, deren jede sich gegen eine Rolle 4i |
| abstützen kann. Die Rollenelektroden sied 1)ci- |
| spielsw-eise über einen Transformator 42 an (las |
| Netz 2.iigeschlossen. llei dieser Ausbildung fließt |
| der elektrische Strom längs durch das Rohr und |
| erhitzt dieses auf die erforderliche Löttemperatur. |
| Hinter der Ileizvorriclitung ist ein Kühler 13 an- |
| geordnet, der vorzugsweise elicnfalls mit einem |
| Wassermantel tungebeii ist. |
| Während das Rohr durch eine Heizzone gemäß |
| Fig. 2 oder 3 hindurchgeht, wird es auf eine. zum |
| Schmelzen des zusätzlichen Metalls ausreichende |
| Temt)eratur erhitzt. Dieses mischt sich mit den |
-(#lierztigsscliicliteti .T und 3 aus Kupfer und bildet auf den Bertihrungsflä chen
eine Legierung, derrn Schmelzpunkt niedriger liegt als jener der auf der Oberfläche
befindlichen Kupferüberzüge. Die geschmolzene Legierung, die als Lötmetall bezeichnet
werden kann.b ldetbeimErstarren nachderWärmebehandlung eine verbindende Lotschicht
8 zwischen den Lagen und zwischen den Berührungsflächen der Rotirnalit. Ein Teil
des zusätzlichen Metalls ist nahe genug an den äußeren abgeschrägten Kanten 21 und
22 aufgetragen, um eine Lötverhinclung sowohl an der Innen- als auch an der Außenseite
des Rohres bei 8° und 8b (Fig. 7) zu erhalten. Demzufolge schmilzt das Lötmetall
8 und vereinigt sich mit dein inneren Kupferüberzug M lief 8° und mit dein äußeren
Kupferüberzug 5 bei 8b. Dagegen verbleibt der größere Teil der inneren und der äußeren
Kupferüberzüge in festem Zustand. Als Ergebnis erhält man ein mit Kupfer überzogenes
Rohr, das auf der Innenseite oder auf der Außenseite oder auf diesen beiden Flächen
mit Kupfer überzogen sein kann und dessen Nähte und Lagen durch ein Lötmetall, vorteilhaft
überwiegend aus Kupfer, zusammengelötet sind, dem jedoch das Metall mit dem niedrigen
Schmelzpunkt in ausreichender Menge zugesetzt ist, um die Löttemperatur unter den
Schmelzpunkt des Kupferüberzugs zu senken. Bei Verwendung von Zinn erhält man als
Lötmetall eine Art Bronze. Wenn Zink verwendet wird, entsteht eine Art -Messing.
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Es ist ersichtlich, wie das Rohr oder die Roare mit dieser Einrichtung
bei einer größeren Gesc'hwindigkeit, aller gleichem Energieaufwand durch den Ofen
gefördert werden können oder wie sich der Energieaufwand zugunsten der etwa gleichen
Bewegungsgeschwindigkeit des Rohres herabsetzen läßt oder wie man die beste bzw.
w-ünschensw-(-rteste Kombination von Geschwindigkeit und Energieaufwand auswählen
kann. Die Tune;- und Außenseite der Kupferüberzüge werden nicht geschmolzen und
daher auch nicht schädlich beeinflußt. Im Gegenteil werden die Kupferüberzüge durch
die Wärinel>c°liandilting vergütet, so daß sie fest an dem überzogenen Stahl haften.
Da man insbesondere Öfen der in Fig. 2 dargestellten Bauart keine kohlenstofllaltigen
Stoffe zuzuführen braucht, werden -diese Öfen in sauberem Zustand erhalten und erfordern
somit keine häufige Abnahme Gier Ummantelung zu Reinigungszwecken. Da der äußere
Kupferiil>erztsg nicht geschmolzen wird, sammeln sich keine Kupferteilchen im Ofen,
die sich als Klumpen oder Tropfen bei einer längeren -Arbeitsdauer absetzen könnten.
Die Lebensdauer der Führungsrohre im Ofen wird verlängert, cla keine kohlenstoffhaltigen
Bestandteile vorhanden sind, die mit dem -Metall der Führungsrohre legieren und
dadurch deren Schmelzpunkt herabsetzen oder sonst schädigend auf sie einwirken könnten.
Wenn der Ofen bei niedriger Temperatur arbeitet, wird dess,-n Lebensdauer erhöht.
Eine Ansammlung von kohlenstoffhaltigen Substanzen würde in einem Ofen gemäß Fig.3
als Isolator wirken, der die Zuführung der Hitze in das Rohr erschweren würde, und
dieser Nachteil trifft beim vorliegenden Verfahren nicht ein. Das Kühlungsproblem
ist ebenfalls vereinfacht, weil die Rohre nicht van einer hohen Temperatur herabgekühlt
zu werden brauchen. --Man kann deshalb eine kleine Kühleinrichtung verwenden. Bei
einem Ofen nach Fig.3 kommen die Elektroden nicht mit geschmolzenem Metall in Berührung,
sondern lediglich mit dem Kupferüberzug 5 der Rohroberfläche, der in festem Zustand
verbleibt. Dies hat den Vorteil, daß die Elektroden kein geschmolzenes Kupfer aufnehmen
können.
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Man erhält außerdem bessere Rohre, da diese nicht auf eine hohe Temperatur
erhitzt zu werden brauchen. Bei der niedrigen Löttemperatur ist die Gefügeausdehnung
(grain growth) des Streifenmaterials geringer, so daß das fertige Rohr aus einem
Streifen kleinerer Korngröße hergestellt und somit zum Biegen.und Formen geeigneter
ist. Indessen ist es der Zweck, ein Rohrmaterial mit einer gelöteten Naht, und zwar
mit einer solchen Naht zu erhalten, die mittels einer überwiegend aus Kupfer bestehenden
Legierung gelötet ist und sich von den nur verschweißten oder verlöteten Lagen unterscheidet.
Mit anderen Worten: Die Kupferoberflächen d und 5 sind nicht zusammengelötet, sondern
sie werden ein Teil, und zwar ein wesentlicher Teil der verbindenden Legierung.
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Schließlich ist die Unabhängigkeit der verschiedenen Metallschichten
an den Zwi.schenflÄchen zwischen den Lagen und in der Naht, nämlich der Teile der
Kupferüberzüge 4 und 5 und des zusätzliehen
Metalls im homogenen
Utmetall8 atffgegangren.