CN102917831A - 用于将保护性覆盖物施加到管道和管路上的方法 - Google Patents

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Abstract

描述了包覆管路(30)的制造。意图作为燃烧室的壁的衬里的管路(10)由高强度材料制造，以包含产生的高压蒸汽。然而，这些管路(10)典型地为不抗腐蚀性/抗侵蚀性的。具有高强度和高抗腐蚀性/抗侵蚀性两者的管路(10)的制造将为过于昂贵的。因此，管路(10)覆盖有非腐蚀性材料，以保护它们。这通过将高合金材料带(20)表面焊接到管路(10)的外表面(12)而达成。优选的是，使用高频电阻焊接，以将带(20)表面焊接到管路(10)上。带(20)优选地附有小的熔化和金属稀释，从而允许带20保持它的抗腐蚀/抗侵蚀特性。

Description

用于将保护性覆盖物施加到管道和管路上的方法
相关申请的交叉引用
本申请为2010年6月8号提交的美国临时专利申请61/352,448的部分继续，并且因此合并该临时专利申请并且要求该申请的优先权和它的更早的提交日的权益。
技术领域
本公开大体涉及用于包覆管路(clad tube)的方法，并且更具体地，涉及将材料带缠绕到管路的外表面以包覆它们的方法。
背景技术
在锅炉内的蒸汽发生管道暴露于腐蚀性和侵蚀性的环境，其导致管道和管路的过早失效，这是由于壁变薄从而引起破裂。
生成的蒸汽典型地用于运行用于电力生产的涡轮，并且用于化学工艺用于提供能量以启动化学反应。某些锅炉包括一个或多个壁，各个壁由多个管路形成，壁彼此固定，由此环绕在锅炉内的燃烧室。额外的管路组可配置在燃烧室内。
管路中的各个还具有内部表面，其限定延伸通过其中的通道。多个管路中的各个的一端可与供水集管处于流体连通，同时多个管路中的各个的相反端可与蒸汽集管处于流体连通。在锅炉的操作期间，燃烧大体在燃烧室中发生并且加热流动通过通道的水，从而产生蒸汽，其被输送到蒸汽集管。在燃烧室中并且在整个锅炉中的管路的外表面暴露于燃料、燃烧、热和燃烧副产品，其腐蚀管路。结果，管路的使用寿命减少了。
存在许多方法用于将保护性覆盖物添加到标准管道和管路，以改善它们的抵抗性，以增加强度，或防止腐蚀和侵蚀。实际上焊接保护性覆盖物的所有方法要求覆盖物完全被熔化，以将覆盖物充分地附连到管路。
在传统焊接中，焊条在它的末端熔化。被焊接的该结构具有也被熔化的材料槽。熔化的焊条和熔化的表面混合在一起，以产生“焊珠”。该“焊珠”具有为熔化的焊条和熔化的表面两者的混合物的组成。由于显著量的焊条和显著量的表面混合，故存在金属的显著混合。因此，如果焊条由高浓度的高质金属制造并且被焊接的表面具有更低浓度的高质金属，则相比于原始焊条，所获得的混合物(“焊珠”)具有更低浓度的高质金属。这导致在混合的金属焊珠中的高质金属的浓度的稀释。
因此，当更多的焊条和更多的表面熔化时，发生更多的稀释。稀释的金属具有更小的抗腐蚀性、抗侵蚀性和/或更小的强度。
因此，通过焊接物体(诸如管材)的整个表面要求大量的热。大量的热可扭曲管材并且它经常难以控制沉积到最佳厚度的覆盖材料的量。覆盖管材的这种方法难以执行。
典型地，在腐蚀性或侵蚀性环境中操作的管路被涂覆，利用诸如热喷雾(thermal spray)或蒸气沉积(vapor deposition)的技术，以提供更有保护性的表面层。在更有侵入性的环境中，使用由共挤出法(co-extrusion)产生的包覆管材。然而，在以这种方式形成的结合的完整性方面的限制可特别地在热循环条件中长期暴露期间导致脱离，这是由于与在奥氏体钢和铁素体钢之间的热膨胀系数的不匹配相关的应力。
目前，需要用于保护锅炉管路免于侵蚀和腐蚀的方法，其可容易地被应用而不需要大量的能量。
发明内容
在本发明中，非腐蚀性材料带施加到管路的外表面，以保护管路免于腐蚀。
本发明可具体化为用于生产包覆管路(30)的方法，通过如下实现：
提供第一管路(10)；
提供细长带(20)；
表面焊接带(20)的内表面(22)和管路(10)的外表面(12)，同时围绕管路(10)的外表面(12)螺旋地缠绕带(20)；
并且当该带(2)被表面焊接时，将带(2)按压到管路(10)。
附图说明
现参考附图，其为示范性实施例，并且其中相似元件被相似地标记：
图1为根据本发明的一个实施例的施加到管路的外表面的材料带的透视图。
图2为施加到图1的管路的外表面的材料带的俯视图。
图3为施加到图1和2的管路的外表面的材料带的前视图。
具体实施方式
图1示出管路10，更不昂贵材料，诸如低合金钢，其缺少意图在锅炉中使用的特性，诸如抗腐蚀性、抗侵蚀性、或高强度。在没有保护的情况下，管路10的腐蚀和侵蚀将管路壁厚减少到如下厚度，其不具有保持在管路内的蒸汽的压力的强度。当这发生时，它们爆裂。该低合金钢管路10应当被保护，以减少腐蚀和侵蚀，和管路壁的变薄。
由呈现抗腐蚀性、抗侵蚀性、或额外强度的材料制造的带20在此示出为部分地缠绕管路10的外表面12。优选地以螺旋样式缠绕或卷绕管路，同时利用表面焊接技术被焊接，从而产生包覆管材30。
带20由合适的抗腐蚀性/抗侵蚀性材料制造，该材料可经受住高温和腐蚀性环境，该材料诸如奥氏体钢。虽然带20被描述为由奥氏体钢制造，但是应理解，包覆管路根据它的意图的用途可由其它抗腐蚀性、抗侵蚀性、高强度或其它包覆材料制造。
如在图1中所示，优选的是，带20在它的内表面22上表面焊接到管路10的外表面12，它们相遇的地方为界面14。
电阻焊接的一个类型为高频焊接。在这种类型的焊接中，高频交流经过建立电流路径的带20和管路10。电流流动通过带20和管路10的表面并且在金属中产生电阻加热，类似于烘炉加热丝。
图2为施加到图1的管路10的外表面12上的材料带20的俯视图。图3为施加到图1和2的管路的外表面上的材料带的前视图。
参考图2和3，框架50示出为具有滚动体51，其用来当管路10被处理时支撑管路10。滚动体51允许管路被旋转。马达61导致管路10的旋转。第二马达71导致管路10的纵向运动。优选地，马达以及系统的其它方面被控制器100促动、协调并且控制。
带20存储在滚子24上并且由滚子24提供。引导件26相对于管路10的纵向轴线成角度。当管路通过控制器100和马达61、71旋转时，带20由供应滚子24提供，通过引导件26引导，通过按压滚动体28压靠在管路10上并且螺旋地缠绕管路10。
接触件41联接到焊接单元90的引线并且放置成在标记为“A”的位置处与带20接触，标记为“A”的位置邻近在其中带20接触管路10的位置“B”。
联接到高频焊接机单元90的第二引线的第二接触件43放置成在标记为“C”的位置处接触管路10。
焊接单元90由控制器100促动并且控制。当被促动时，它导致表面电流在第一接触件41和第二接触件43之间流动。由于存在大的电流，故即使带20和/或管路10中的小的电感也导致显著的热产生。
通过在位置“B”处的管路10和带20的汇合点，电流在位置“A”处的带20的表面与位置“C”处的第二接触件43之间经过。
在A-B-C之间的电流路线产生“V”形。由于表面电流的性质，故它们在位置“Ｂ”(在其中焊接发生)处汇聚并且集中它们的能量。
由于热由表面电流提供，故它在带20的内部表面和管路10的外部表面12之上处均匀地施加。在带20和管路10两者处熔化的金属的量相比于传统焊接为非常小的。存在金属的显著更少的混合和显著更少的稀释。
在本发明的表面焊接期间，存在相当大程度地更少的混合、稀释，并且焊接不仅仅在焊珠中，而是还沿着带10的内表面12。因此，如果高镍钢用作为带10，则相比于传统焊接，它将通过利用高频焊接而被更少地稀释，并且因而保持更多的它的抗腐蚀特性。这导致显著的成本节省。
这种类型的焊接将热仅仅施加到被焊接的区域并且没有将管路和带材料全部熔化。因此相比于要求熔化外部保护性材料的现有技术方法，存在管路10和带20的更小的弯曲和扭曲，并且带合金的抗腐蚀性不会通过与管路材料的更低质合金混合而被稀释。
一旦带20和管路10被加热，它们在表面12、22处轻微地熔化。利用高频电阻焊接，表面电流仅仅熔化带20的厚度的5%-15%。它可为大约0.040英寸厚。这大大小于0.1-0.3英寸，这对相似几何形状和用途的传统焊接为普遍的。按压滚动体28将带按压到管路10，由此导致带22的熔化的内表面22锻造到管道10的熔化的外表面12。
管路10的旋转和纵向运动通过控制器100选择，使得带20螺旋地缠绕到管路10上。由于电流还流动通过带20的边缘31、33，故边缘也被加热。如果管路10的旋转和纵向运动被正确地选择，则线带将相靠管路10和前面缠绕的带20齐平地配合。由于还存在电流的集中，这是因为带20的第一边缘31在界面14附近相遇第二边缘33。电流的这种集中还导致螺旋的带20的邻近边缘31、33熔化并且熔合在一起。因此，带边缘还可被锻造在一起，从而导致带20的一卷结合到带20的前面卷。
优选地，焊接在惰性氛围中进行。因此，惰性或非活性气体(诸如氖、氩或氙)的源97经过输入线99到惰性封壳95内。惰性封壳环绕焊接区并且将它密封到它可维持大体惰性氛围的程度。这减少或者消除在焊接期间发生的氧化和其它反应。
在本发明的这个实施例中，管路10当带20缠绕它的外表面时旋转。还可以的是，装置将围绕管路10旋转。
所获得的包覆管材30呈现强度，这是由于管路10由高强度材料制造。包覆管材30还呈现抗腐蚀性，这是由于带20覆盖管路10。相比于完全由高强度、抗腐蚀性的材料制造的管路，管路30为显著更低成本。
在可选实施例中，管路10可在将带20缠绕到管道10上之前预热。许多不同的预热器可被使用，然而，感应耦合线圈80在图2中提供。线圈80在管路10中感应出快速变化的电流，其导致电阻加热。预热线圈80的使用增加装置的效用。
为执行本发明，发现现有的施加管路翅片的机械可被重新构造成将金属带20附连到管路10的表面。这导致低的启动成本和现有机械的双重用途。
虽然本发明参考各种示范性实施例描述，但是本领域技术人员将理解，各种改变可被作出并且等同物可被替换用于它的元件，而不背离本发明的范围。另外，许多更改可被作出，以使特定情形或材料适合于本发明的教导，而不背离它的本质范围。因此，意图是，本发明不限于作为打算用于实行本发明的最佳模式而公开的特定实施例，而是本发明将包括属于所附权利要求的范围内的所有实施例。

Claims (14)

1. 一种用于生产包覆管路的方法，其包括：
提供具有外表面的管路；
提供细长带；
表面焊接所述带的内表面和所述管路的外表面，同时围绕管路的所述外表面螺旋地缠绕所述带；并且
当所述带被表面焊接时，将所述带按压到所述管路。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述管路由第一金属制造并且所述带由第二金属制造，并且所述表面焊接最小化所述带与所述第一金属的稀释。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述带螺旋地缠绕所述管路时，所述带的内表面焊接到所述管路的外表面。
4. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当所述带螺旋地缠绕所述管路时，所述带的内表面利用表面焊接技术来焊接到所述管路的外表面。
5. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当所述带螺旋地缠绕所述管路时，所述带的内表面利用高频表面焊接技术来焊接到所述管路的外表面。
6. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述带的内表面利用表面焊接技术来焊接到所述管路的外表面，所述表面焊接技术仅仅熔化所述带的厚度的5%-15%，从而导致所述带的最小的稀释。
7. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：
将所述带的边缘结合到前面缠绕的带的边缘，以产生更连续的覆盖物。
8. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按压的步骤包括：
利用按压滚动体将带压靠在管路上。
9. 一种包覆管材，其通过以下步骤制造：
提供具有外表面的第一管路；
提供由抗腐蚀性材料制成的细长带；
提供高频表面电流到所述带和所述管路，用于熔化所述带的内表面和所述管路的外表面；并且
围绕管路的所述外表面螺旋地缠绕所述带，同时将所述带按压到所述管路。
10. 根据权利要求9所述的包覆管材，其特征在于，当所述带螺旋地缠绕所述管路时，所述带的内表面表面焊接到所述管路的外表面。
11. 根据权利要求9所述的包覆管材，其特征在于，当所述带螺旋地缠绕所述管路时，所述带的内表面利用电阻焊接技术来表面焊接到所述管路的外表面。
12. 根据权利要求9所述的包覆管材，其特征在于，当所述带螺旋地缠绕所述管路时，所述带的内表面利用高频电阻焊接技术来表面焊接到所述管路的外表面。
13. 根据权利要求9所述的包覆管材，其特征在于，所述带的第一边缘结合到所述带的前面缠绕部分的第二边缘。
14. 根据权利要求9所述的包覆管材，其特征在于，提供高频电流到所述带和所述管路的步骤在大体惰性氛围中执行。
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