CN101107094B - 用于连接两个部件的方法及套筒 - Google Patents
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Abstract
用于连接至少两个部件(1、2)例如管子的方法，其中，至少一个部件(1、2)包括难以焊接的材料或用该材料制成，该方法包括把各部件焊接在一起、接着例如使用套筒(4)而使焊缝(3)绝热的步骤。
Description
技术领域
本发明涉及用于连接至少两个部分例如管子的方法，其中，至少一个部分包括难以焊接的材料，或者是由该材料制成。“难以焊接的材料”这个说法指的是在焊接时至少局部地丧失其机械性能或耐蚀性的材料，例如弥散加强合金(dispersion-strengthened alloy)。
背景技术
对于操作大型化学设施所造成的干扰，将导致生产率明显下降和收益损失，因为该设施每小时都有停工。在所有的工作完成之前，好多日常的维护操作都要求关闭设施的主要部分。一种这样的操作就是替换生产乙烯所用的裂化炉的管子。
用于裂化炉用途例如用于蒸汽裂化室的管子，具有范围900至1200℃的典型的工作温度，这些管子可长达20米，因此很沉重，而它们通常输送腐蚀性的或者含碳的介质。管子主要受到来自外面的辐射及对流电流的热，然而，穿过管子的部件的温度也可以从内部使管子受热。为了抵消这种高的工作温度、高的负荷以及腐蚀性的或碳化的环境，人们采用许多耐热合金比如弥散加强合金。这些合金是专门配制的，其具有合意的性能例如良好的蠕变强度，但是，它们会造成严重的焊接难题。
焊接过程能够引起重新配置，使碳化、氮化和/或氧化的物相聚集或粗化，这样会导致严重地削弱焊缝。在高温下使用合金时，难以达到有效的连接强度。所以，把此种合金焊接在一起时，会使焊缝区域的合金的合意性能丧失。这样会使此种焊缝在裂化炉中的某些部分所经受的高温降不下来。
欧洲专利第1418376号(EP 1418376)提供了一种可选方案用于焊接此种合金。该专利描述了由难以焊接的材料制成的管子在高温下使用的情况，在这些管子的末端部分内外都有螺纹，于是，它们靠螺纹而彼此紧固。此种管子的缺点是，由于在管子上切削螺纹时材料被迫从管子上去除，被连接的管子部分的机械稳定性降低。机械性能较为削弱的结构，会使被连接的管子部分的使用寿命缩短，因此，会增大劳动成本和材料成本。此外，当部件被连接在一起之后，已被连接的管子部分的内表面和/或外表面必须密封，以保持已被连接的管子部分的气密性。所以，制造及安装此种管子比较复杂，而且假如把管子焊接在一起，就更费时间。最后，为了从该专利公开的发明中获益，必须使用带有螺纹的管子替代现有的焊接管子。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于连接至少两个部件例如管子或翅片管的简单方法，其中，至少一个部件包括难以焊接的材料，同时，以能够消除高温环境的良好的机械稳定性，实现连接。
该目的是采用一种包括下述步骤的方法达到的：把部件焊接在一起，接着，使焊缝绝热。由于使焊缝与部件周围的热绝热，难以焊接的材料在焊缝处所经受的温度被降低。所以，流经此种空心部件的任何介质的介质流或成分，都不会像穿过连接结构那样被改变。此外，绝热使绝热体之内的部件的一些部分里的温度得以保持，从而所述部分冷却更慢，因而降低了焊缝遭遇热冲击的风险。绝热还可以保护焊缝，使其免遭机械冲击或化学腐蚀。
本发明的方法可形成封住流体的连接结构，该结构在高温下机械性能稳定，且容易完成，因此可以降低安装及替换的成本。本发明的方法可用于安装含有难以焊接部件的新系统，或者用于改善现有系统，而无须被迫改变此种系统中的材料类型，或无须改变设计方案例如该系统的裂化炉的设计方案。
根据一个方面，本发明提供了一种用于连接至少两个部件的方法，其中，至少一个部件包括难以焊接的材料或用该材料制成，该方法包括一个把各部件焊接在一起的步骤，及接着使焊缝绝热的步骤，其特征在于：所述绝热步骤包括布置具有绝热性能的套筒，以便覆盖所述焊缝以及被所述焊缝连接的所述部件的靠近所述焊缝的区域。
根据本发明的一个实施例，所述绝热步骤包括：布置具有绝热性能的套筒，以便覆盖所述焊缝以及由所述焊缝连接的靠近所述焊缝的所述部件的区域。此种套筒可以有效地使焊缝绝热，同时，确实降低焊缝所经受的温度，以及当部件冷却时减小温度下降的速度。此种套筒可以布置在所述部件外面和/或该部件里面，这取决于焊缝所暴露处的高温源的位置。因此，根据本发明的又一个实施例，所述热绝热步骤包括：把所述套筒布置在所述焊缝外面以便包围所述焊缝以及所述部件区域，使焊缝相对于所述部件的外部而言形成绝热，这适宜当部件是布置在裂化炉中的管子并从外面受热的情况下采用。
根据本发明的另一个实施例，在该实施例中，至少其被所述焊缝连接的区域是空心的部件，例如管子，将被连接，所述热绝热步骤包括：把所述套筒布置在所述部件里面，以便包围所述焊缝以及最靠近焊缝的部件的所述区域，使焊缝相对于所述部件的内部而言形成绝热。
根据本发明的另一个实施例，套筒包括外护套，该护套例如由金属或陶瓷制成，至少局部填充了耐熔材料例如陶瓷纤维，该材料布置在所述焊缝外面。
根据本发明的另一个实施例，套筒包括内护套，该护套例如由金属或陶瓷制成，至少局部被耐熔材料例如陶瓷纤维包围，该材料布置在所述部件里面。护套例如可以是堪塔尔高级粉末金属(KanthalAPM)所制的，且所述耐熔材料例如可以是陶瓷纤维，或者形成真空(vacuum-formed)的陶瓷纤维例如Fibrothal(可从Kanthal购买)。耐熔材料例如可以是Kaewool 1260。在套筒的内/外护套之间或者部件的外/内壁之间所包含的可压缩耐熔材料层，可以让套筒相对于已焊接的部件而言更为自由地移动，且由于热膨胀而引起的任何扩张或收缩均不会对套筒或已焊接部件施力，从而可延长套筒及部件的使用寿命。
套筒可以由单个部件或多个部件组成，该部件至少局部被包围，或者邻近焊缝，且套筒的横截剖面可以是任意几何形状的，例如环形或四方形的横截剖面。
根据本发明的另一个实施例，绝热体被固定地连接在至少一个已焊接部件上。
根据本发明的又一个实施例，即将要被连接的所述部件是空心的比如是管子，所用方法包括的步骤是：配置所要被焊接的末端处的壁更厚的至少一个部件(比起其余所述部件的厚度而言)，这是由于例如锻制(forging)或转动以及连接该部件的绝热体而实现的。根据本发明的又一个实施例，所用方法包括的步骤是：形成带有承载装置例如一个或更多个承载肩部的更厚的壁，以便支承绝热体。由于部件必须能够承担自身重量并经得住挠矩，所以，只有部件的末端被制作得更厚。这意味着焊缝的区域可能增大，从而焊缝经受的每个区域的负载更低，且尽管至少一个所述部件的难以焊接的性能会导致焊缝的机械强度下降，但焊缝都可以足够坚固。增大整个部件的厚度可能会使材料的成本更高，并对部件的热输送性能造成不利影响。
根据本发明的另一个实施例，所述难以焊接的材料包括弥散加强合金，该合金按重量的百分比包含可达0.08的碳，可达0.7的硅，10至25的铬，1至10的铝，1.5至5的钼，可达0.4的锰，余量的铁以及通常会产生的杂质。
根据本发明的一个可选实施例，所述难以焊接的材料包括堪塔尔高级粉末金属，这是一种用堪塔尔高级粉末冶金(APM)技术开发而成的铁铬铝合金(FeCrAl)，或者APMT即以堪塔尔高级粉末金属为基础但加上钼的相似的铁铬铝合金。
根据本发明的一个实施例，此种难以焊接的材料可以焊接在更容易或者容易焊接的部件上例如奥氏体不锈钢所制的部件上，或者焊接在难以焊接的部件上。
根据本发明的一个实施例，所述套筒被支承装置例如支承环所支承。
根据本发明的又一个实施例，绝热体包括耐熔材料、陶瓷材料或耐熔纤维例如硅酸铝纤维。根据本发明的一个实施例，绝热体基本上完全由陶瓷材料或耐熔纤维组成。
根据本发明的另一个实施例，绝热体包括难以焊接的材料。
根据本发明的一个实施例，所用方法包括的步骤是：经由至少一个热电偶，获取例如在焊缝和/或绝热体上或其周围的至少一个位置上的温度。流经被焊接部件的任何介质的温度或者部件的温度，因此均能被监控，且绝热体的厚度或类型可被改动，以便达到及维持合意的温度。
本发明还涉及根据上述任意实施例以及随附的权利要求书中的方法而采用的套筒。
符合任意实施例的方法或套筒，尤其可用于但不仅限于腐蚀条件下或高温用途中例如900℃或更高的温度中，或例如用于裂化炉或热交换器。
本发明的其他优点以及有利特性，在下文的说明及随附的权利要求书中做了明确阐释。
附图说明
图1显示符合本发明一个实施例的被热绝热的焊缝；以及
图2显示符合本发明另一个实施例的被热绝热的焊缝。
应当注意，图纸没按照比例绘制，而且为了清晰起见，某些特征的尺寸被夸大了。
下面的说明及图纸并非为了把本发明限制于所公开的实施例。所公开的实施例仅仅是对本发明的原理做示范。
具体实施方式
图1显示其末端被焊接在一起的两个管子1、2。两个管子1、2当中的至少一个或者两个都是由难以焊接的材料例如铁基弥散加强材料制成的。焊缝3形成了基本上精确的配合，沿着两个管子1、2的内表面没有不规则状态，而要是存在这种不规则状态就可能对流经管子的任何介质的流动造成不利的影响。
管子1、2可以是例如炼油厂、化工厂或石油化工厂、发电厂、炼钢厂或核电站所用的加热管或高温处理管。虽然在这个例子中的管子1、2的直径是相同的，但本发明的连接方法可以用于连接不同直径的管子及具有多个支管的管子。
焊缝3及焊缝周围的区域被外热绝热套筒4包围着，该套筒以任何常规方法在焊缝3周围被支撑到位。套筒4既可由单个部分例如完全包围着焊缝并在焊接之后从焊缝3处挪开的筒状管子组成，也可由多个部分例如筒状管子的两个半部组成，该两个半部在焊接之后被紧固在焊缝3周围。
套筒4防护着焊缝3使其免受热H，该热量可能会增高与焊缝邻接的管子1、2的温度。套筒4包括金属或陶瓷所制的外护套5，护套中填充了重量轻的陶瓷纤维6。外护套5较好地抵抗任何振动或腐蚀性的气流，而该气流可以在包围着部件1、2的环境中产生并最终影响焊缝3。业已发现，比起所经受温度约为1110℃的未绝热焊缝来，焊缝的温度能够降低至少约50至100℃以及达到约150℃。当一个部件(管子)是用形式为堪塔尔高级粉末金属的难以焊接的材料制成时，在这种情况下，焊缝的温度实际上降低约90℃。
图2概略显示两个管子1、2是如何被焊缝3连接的。此处所显示的是如何通过上文所述的例如锻制或转动而有利地降低焊缝每个区域的负载，使管子的末端被焊接成比起管子其他部分的厚度来形成更厚的壁7。可以利用更厚的壁7使外套筒4固定地连接着管子，以防止这个套筒相对于管子而言横向朝着焊缝3位移。此处所显示的是如何在部件里面布置套筒8以覆盖焊缝及最靠近焊缝的部件区域，使焊缝3还可以得到保护而防止来自部件内部的热。这个套筒8可以包括内护套9，该内护套例如用金属或陶瓷制成，至少是局部被耐熔材料10例如陶瓷纤维包围。这张图纸仅仅用于显示部件里面所布置的内套筒的情况，这样布置使焊缝得到保护以防止来自部件内部的热，且可以在跨接(bridging)焊缝的同时，在所述部件的外面和/或里面，布置一个热绝热套筒。
本发明当然没有用任何方式限制上文所述实施例，但是，普通专业人员都明白，只要不背离随附的权利要求书所限定的本发明的基本思想，就可以多方修改本发明。
例如，可以配置一种符合本发明的带有至少一个气隙的热绝热套筒，以便减少该套筒的热传导，从而进一步使焊缝周围的区域绝热。套筒中的此种气隙可能还会降低套筒的重量。可选的是，可以为了同样目的而在套筒与各部件之间形成气隙。
Claims (13)
1.用于连接至少两个部件(1、2)的方法，其中，至少一个部件(1、2)包括难以焊接的材料或用该材料制成，该方法包括一个把各部件焊接在一起的步骤，及接着使焊缝(3)绝热的步骤，其特征在于：所述绝热步骤包括布置具有绝热性能的套筒，以便覆盖所述焊缝(3)以及被所述焊缝连接的所述部件(1、2)的靠近所述焊缝的区域。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述绝热步骤包括把所述套筒布置在所述焊缝(3)外面以便包围所述焊缝以及部件(1、2)的所述区域，以便形成焊缝相对于所述部件的外部的绝热。
3.如权利要求1所述的方法，其中，至少在其被所述焊缝连接的区域是空心的部件(1、2)将被连接，其特征在于：所述绝热步骤包括把所述套筒布置在所述部件里面，以便覆盖所述焊缝(3)以及最靠近焊缝的部件的所述区域，使焊缝相对于所述部件的内部形成绝热。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：套筒包括外护套(5)，该护套至少局部填充了耐熔材料(6)，该材料布置在所述焊缝(3)的外面。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：套筒包括内护套(9)，该护套至少局部被耐熔材料(10)包围，该材料布置在所述部件里面。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：套筒带有布置为覆盖所述焊缝的至少一个气隙。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述套筒被固定地连接在由焊缝所连接的至少一个所述部件(1、2)上。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述被连接的部件(1、2)是空心的，其特征在于：该方法包括使至少一个部件(1、2)在其被焊接的端部形成比所述部件其余部分的厚度更厚的壁(7)并使绝热体与其相连的步骤。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：它包括为更厚的壁(7)配置承载装置以便支承绝热体的步骤。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述套筒被支承装置所支承。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述套筒包括耐熔材料或陶瓷材料。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述套筒包括耐熔纤维。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述难以焊接的材料包括弥散加强合金。
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