CN103143713A - 使用粉末冶金制造法来制造整体集管和管更换段的方法 - Google Patents

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CN103143713A CN201210163440.XA CN201210163440A CN103143713A CN 103143713 A CN103143713 A CN 103143713A CN 201210163440 A CN201210163440 A CN 201210163440A CN 103143713 A CN103143713 A CN 103143713A
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D.W.甘地
K.K.科尔曼
J.辛格尔德克
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Abstract

本发明涉及使用粉末冶金制造法来制造整体集管和管更换段的方法。制造整体集管和管更换段的方法包括如下步骤：提供集管和管更换段的倒型模具；提供雾化钢粉末；以及用该雾化钢粉末填充该倒型模具。该方法还包括如下步骤：将该模具插入到热等静压处理(HIP)炉中以固结并烧结该粉末至所述集管和管更换段的形状。

Description

使用粉末冶金制造法来制造整体集管和管更换段的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2011年5月24日提交的临时申请 No.61/489,505的受益权。
技术领域
本申请涉及一种制造整体集管和管更换段的方法。
背景技术
许多化石燃料发电厂被建造用于连续的基荷运转并且如今开始了解有意义的循环运转。诸如集管和高温管道系统之类的部件上的显著应变通常与循环实践相关联，该循环实践常常导致部件退化、开裂、以及部件的最终失效。另外，循环运转能够导致在沿着集管长度的各位置处的热梯度，该热梯度能够导致在这些位置处过热和损坏。当遭遇损坏时，公用设施常常面临更换整个集管或移除集管的短段（通常在长度上大约3-8英尺）的困境。
碳或低合金钢和不锈钢集管通常使用轧制&焊接(R&W)的板段或挤压管段制造。以环绕集管直径的规定方向并且沿着其中短管随后被结合到部件的特定长度，将贯穿部（或孔）加工到集管中。短管借助各种焊接方法和过程结合到集管，这取决于制造商。由于短管到集管焊接的几何形状，焊接常常手动地进行，并且检验是非常困难的。因此，贯穿部之间的焊缝开裂或联结物开裂中的失效是常见的失效机制。
在能够获得更换段或新集管之前，更换段的采购常常需要长达12个月或更长的长的订货至交货的时间，导致制造商工厂的估值下调和损失收入。
发明内容
现有技术的这些和其它缺点通过本发明解决，本发明提供了制造整体集管和管更换段的方法，该方法提供了对用于生产集管更换件的传统制造过程的节省成本的替代方案；提供较短的订货至交货的时间；以及因为能够消除多个连接焊接点（管到集管），所以改进了集管更换段的总体质量。
根据本发明的一个方面，制造整体集管和管更换段的方法包括如下步骤：提供集管和管更换段的倒型模具；提供雾化钢粉末；用该雾化钢粉末填充该倒型模具；以及将该模具插入到热等静压处理(HIP)炉中以固结该粉末并将该粉末烧结成所述集管和管更换段形状。
附图说明
被视为本发明的本主题可通过参考结合附图所作出的下列描述而最佳地理解，在这些附图中：
图1示出根据本发明的一实施例的整体集管到管附件；以及
图2是用于制造整体集管到管附件的流程图。
具体实施方式
参照附图，根据本发明的一实施例所形成的整体集管到管附件段在图1中示出并且总体上以附图标记10表示。
本发明提供传统制造过程的替代方案，该方案导致较短的订货至交货的时间和改进的更换段的总体质量。它使用粉末冶金(PM)和热等静压处理(HIP)的结合来产生更换段，该更换段为全部PM/HIP努力的一部分所产生的带有短管的近净成形。不需要焊接来将短管连接到集管。采用该过程，有疑问的焊接接头完全被消除并且带来整体集管组件的长得多的总寿命。该技术可应用于用在化石燃料厂、HRSG工厂、和任何其它涉及集管和集管更换的应用（化学品、石油化工、纸浆及纸品）中的集管。
因为集管段能够产生作为一个完整的系统，所以HIP/PM技术消除了轧制和焊接或挤压制造步骤。更重要地，它消除了短管到集管的连接，因为短管和集管在一个连续的PM/HIP过程中整体地制造。参照图2，该过程涉及受损的集管段的精确复制品的设计，块11，该受损的集管段包括能够从集管的图纸中获得的图1的短管段。接着，由碳钢材料以两半（或更多部分）产生集管段的倒型模具（容器），块12，该模具形成集管段的最终形状。将该模具组装在一起，然后用雾化低合金钢粉末填充模具，块13。接着，使用真空将模具排空以排除任何可能的气孔，然后通过焊接对模具进行密封，块14。
然后将整个组件插入到HIP炉中并且使其处于（通常在惰性氩气氛下的）高温和压力状态下，以固结粉末并将其烧结成集管的最终形状，块16。将组件在烧结温度下维持给定的时段，然后使其冷却到室温，块17和18。可能需要另外的热处理来使集管达到正火和回火条件以供使用，块19。这一最终热处理能够在模具中或模具外进行。一旦已经使集管返回到室温，就需要拆下模具，块20。
此时，集管应处于近净形状（近最终形状）状态。可能需要进行一些清理和磨光，以保证拆下罐、模具以及除去任何残留物以获得最终表面，块21。此时，还需要两个另外的步骤：1)对短管镗孔以产生内贯穿部，块22；以及2)对镗孔区域的内径倒角，块23。这两个操作均使用CNC铣磨/镗孔操作容易地完成。
应再次指出的是，短管现在是集管的组成部分，该部分不需要集管和短管之间的焊接过渡，该焊接过渡在过去是值得考虑的问题的区域。焊接装配的排除，消除了热膨胀担忧、可能的疲劳和蠕变损伤问题、以及常常与短管的焊接附接相关联的楔入。作为整体短管，仅需要将短管附接到现有锅炉管的焊接，显著减少了未来损坏。因为能够精细地控制形状，所以实现了短管和集管之间的可重复平滑过渡，降低了应力梯级的可能性。
前面已经描述了用于制造整体集管和管更换段的方法。虽然已经描述了本发明的特定实施例，但是对本领域的技术人员来说将明显的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，能够对本发明作出各种修改。因此，仅为了例证的目的并且不是为了限制的目的，提供了本发明的优选实施例的上面的描述以及用于实践本发明的最佳方式。

Claims (12)

1.一种制造整体集管和管更换段的方法，包括如下步骤：
(a) 提供集管和管更换段的倒型模具；
(b) 提供雾化钢粉末；
(c) 用所述雾化钢粉末填充所述倒型模具；以及
(d) 将所述模具插入到热等静压处理(HIP)炉中以固结并烧结所述粉末至所述集管和管更换段的形状。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括如下步骤：将所述模具经历真空以排除气孔。
3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括如下步骤：密封所述模具以维持真空。
4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括如下步骤：使所述HIP炉达到高压和高温以固结并烧结所述粉末。
5.根据权利要求4所述的方法，其中使所述HIP炉处于惰性气体气氛中的高温和高压。
6.根据权利要求4所述的方法，进一步包括如下步骤：将所述HIP炉维持在高温和高压下预定的时间量。
7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括如下步骤：将所述模具和烧结的粉末冷却到室温。
8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括如下步骤：对所述集管和管更换段进行热处理。
9.根据权利要求1所述的方法，进一步包括如下步骤：将所述集管和管更换段精加工成最终形状。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述精加工的步骤包括如下步骤：磨光所述集管和管更换段的外表面以除去任何残留物并获得最终表面。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述精加工的步骤包括如下步骤：对所述集管和管更换段的短管镗孔以产生内部穿透。
12.根据权利要求9所述的方法，其中所述精加工的步骤包括如下步骤：对所述集管和管更换段的镗孔区域的内侧倒角。
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