TW494201B - Connection method and structure for pipe with poor weldability for high temperature application - Google Patents
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Description
494201 A7 __ B7__ 五、發明說明(丨) 技術領域 本發明係關於在煉油廠、石化廠、發電廠、製鐵廠、 核能設備、液化天然氣工廠、航太工業等高溫下使用之加 熱管或高溫製程配管等之高溫下使用之難接合性材料所構 成之配管之連結方法及構造。 背景技術 於上述之各工廠等之設備中,高溫下使用之配管材質 雖具有高熔點、高溫強度之良好物性,但彼此連結時之熔 融接合(熔接)困難,或時常會有即使連結但在高溫使用狀 態下仍無法得到足夠接合強度之情形。 因此,在連結難熔接材料之配管時,針對難熔接材料 雖已開發出焊料接合、固相/液相擴散接合、摩擦壓接、脈 衝通電燒結法等不熔融母材之方法,但或是在高溫時機械 強度低,或受限於可適用之材料或形狀,無法超越實驗室 水準之技術部份還很多,該等接合方法並無法達成難熔接 材料配管之連接乃目前的現狀。即,該等接合方法若基於 常溫強度、密封性之觀點,雖可堪用在常溫附近之接合, 但不能堪用於以高溫下使用爲目的之接合乃目前之現狀。 另一方面’關於配管之連結,先前亦有採螺紋構造之 配管結合。 螺紋^造之配管結合在-50°C〜室溫〜300°C左右之溫度 範圍,雖可實用於石油開採現場的油井管之接頭,但在材 料會易產生蠕變變形之高溫環境下,因在蠕變區螺紋部之 3 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(21〇 X 297公釐) -------------^--------^---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 494201 ____B7____ 五、發明說明(Y ) 高溫變形量大,基於密封性及強度之觀點,並無法在高溫 使用。 本發明有鑑於上述事情,其目的係提供一高溫下使用 之難接合性配管之連結方法及其構造,以將迄今爲止因難 接合性而未用在配管連結的材質之配管應用於配管之連結 發明之揭示 本發明之高溫下使用之難接合性配管之連結方法’係 具備:對高溫下使用難熔接性材料所構成之配管端部施以 公螺紋或母螺紋加工以使配管彼此螺合步驟,以及,將螺 合後之配管結合部之內外面、或僅內面、或僅外面以密封 手段密封之步驟;以將高溫下使用之難熔接性材料所構成 之配管彼此以螺紋構造結合,而確保配管結合部之機械強 度,並將螺合後之配管結合部之內外面、或僅內面、或僅 外面以密封手段密封,以確保配管結合部之氣密性。 又,本發明之高溫下使用之難接合性配管之連結構造 ,係具備:對端部施以母螺紋或公螺紋加工之高溫下使用 之難熔接性配管所構成之配管,以及,將螺合後之配管結 合部之內外面、或僅內面、或僅外面予以密封之密封手段 ;以使前述高溫下使用之難熔接性材料所構成之配管彼此 以螺紋構f結合,而確保配管結合部之機械強度,並將螺 合後之配管結合部之內外面、或僅內面、或僅外面以前述 密封手段密封,以確保配管結合部之氣密性。 4 -------------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 494201 A7 __B7___ 五、發明說明(5 ) 圖式之簡單說明 圖1係顯示本發明之高溫下使用之難接合性配管之連 結方法及構造之一實施例之配管結合部之要部擴大圖。 圖2係顯示其他實施例之配管結合部之要部擴大圖。 元件符號說明 1、 10配管結合部 2、 3、12、13 配管 2a、13a公螺紋 3a、12a母螺紋 4、5、15、16接合部 6接合部4之凹部 7、18第1熔接材料 8接合部5之凹部 9、19第2熔接材料 17接合部16之凹部 爲實施本發明之最佳形態 以下詳述本發明之高溫下使用之難接合性配管之連結 方法及構造之一實施例。 圖lj系顯示本發明之配管之連結方法及構造之實施例 1之配管結合部1之要部截面圖,配管結合部1內通過輕 油等之加熱流體,此時管壁溫度從室溫約上昇至ll〇〇°C爲 5 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) ---------------------訂—-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 494201 A7 __B7__ 五、發明說明(斗) 止。 該配管結合部1具備:一端機械加工成公螺紋2a之管 壁厚且長度短之配管2,一端機械加工成母螺紋3a之配管 3 ; —端分別加工出螺紋之配管2及配管3係螺合成配管結 合部1。 又,上述之公螺紋2a及母螺紋3a之各螺紋形狀爲依 API規格標準5B之錐狀螺紋。 又,各配管2、3之材質中,一端機械加工成公螺紋 2a之管壁厚配管2的材質,係以往所使用之Fe- Cr- Ni 耐熱合金,又,一端機械加工成母螺紋3a之配管之材質, 爲具良好之高溫特性之難熔接材料之稀土類氧化物粒子分 散強化型鐵基合金。 另一方面,本發明之連結方法及構造爲確保螺合後之 配管結合部1之內外面之氣密性,係使用密封手段將位於 配管結合部1內外面之兩管2、3之接合部4、5予以密封 〇 該密封手段之一例爲實施例所記載之密封熔接加工, 將沿內周面之圓周方向所形成的接合部4之凹部6,用第1 熔接材料7(配管3之材質組成中不含氧化物之共金組成之 合金、或Fe- Cr - Ni耐熱合金之熔接用之共金合金)熔接 ,或將沿外周面之圓周方向所形成的接合部5之凹部8, 用第2熔#材料9(配管3之材質組成中不含氧化物之共金 組成之合金、或Fe- Cr- Ni耐熱合金之熔接用之共金合金 )熔接。 6 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) ---------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^4201 五、發明說明(ς ) 對依據這麵結方紗齡所連結之—麵管2、3之 配管結合部1施行以下⑴至(5)之強度試驗,結果任一項之 試驗皆得到配管結合部1之強度較配管2或配管3爲局’ 且密封性亦爲良好之結果° (1) 110(TC下之高溫拉伸試驗 (2) 1100。(:下之高溫鑼變試驗 (3) 常溫破裂試驗 (4) 950°C下之內壓蠕變試驗 (5) 950°C及20CTC及反覆昇溫降溫熱循環試驗(25次) 其次詳述實施例2 圖2係顯示本發明之配管之連結方法及構造之實施例 2之配管結合部10之要部截面圖,配管結合部10內也和 上述實施例1同樣的通過輕油等之加熱流體’其管壁溫度 從室溫約上昇至1100°C爲止。 該配管結合部10係具備:一端機械加工成母螺紋12a 之管壁厚且長度短之配管I2,一端機械加工成公螺紋i3a 之配管13 ; —端分別加工出螺紋之配管12及配管13係螺 合成配管結合部10。 又,上述之母螺紋12a及公螺紋13a之各螺紋形狀與 上述之實施例1同樣爲依API規格標準5B之錐狀螺紋。 又,爸配管12、13之材質中,一端機械加工成母螺紋 12a之管壁厚配管12的材質,係以往所使用之Fe- Cr- Ni 耐熱合金,又,一端機械加工成公螺紋13a之配管13之材 7 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) ---------------------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 494201 A7 __B7____ 五、發明說明(b ) 質,爲具良好之高溫特性之難熔接材料之稀土類氧化物粒 子分散強化型鐵基合金。 另外,該實施例2亦爲確保以螺合之配管結合部1〇之 內外面之氣密性,用密封手段將位於配管結合部1之內外 面之兩管12、13之接合部15、16予以密封。 該密封手段亦與上述之實施例1同樣爲密封熔接加工 ,將沿內周面之圓周方向所形成的接合部16之凹部17, 用第1熔接材料18(配管13之材質組成中不含氧化物之共 金組成之合金、或Fe- Ci- Ni耐熱合金之熔接用之共金合 金)熔接,或將沿外周面之圓周方向所形成的接合部15之 凹部18,用第2熔接材料19(配管13之材質組成中不含氧 化物之共金組成之合金、或Fe_ Cr- Ni耐熱合金之熔接用 之共金合金)熔接。 對依據這種連結方法及構造所連結之一對配管12、13 之配管結合部10亦與實施例同樣施行以下(1)至(5)之強度 試驗,結果任一項之試驗皆得到配管結合部1〇之強度較配 管12或配管13爲高,且密封性亦爲良好Z結果。 (1) 1100°C下之高溫拉伸試驗 (2) 1100°C下之高溫蠕變試驗 (3) 常溫破裂試驗 (4) 950°C下之內壓蠕變試驗 (5) 9£p°C及200°C及反覆昇溫降溫熱循環試驗(25次) 再者,上述之連結方法及構造中,作爲配管結合部1 、10之密封手段是以密封熔接加工爲例敘述,但本發明不 8 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公爱) " ---------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 494201 A7 _ — __B7____ 五、發明說明(]) 限於上述各實施例,作爲密封手段,亦可採用焊料接合、 固相/液相擴散接合、脈衝通電燒結接合、金屬製Ο形環/ 墊圈等。 又,確保氣密性之密封手段,並不須在配管結合部1 、1〇之內外面雙方皆採用,依目的(外壓支配、內壓支配) ,僅實施於外面或內面亦可。 其次,將上述本發明之配管連結方法及構造之要點整 理如下。 (A) 將具良好高溫特性之高溫用材料以螺紋構造之接頭 接合。 (B) 關於螺紋之設計,爲使機械強度最小部位之最小管 壁厚部的強度超過母材管部的強度,考慮材料之強度而決 定最小管壁厚部之截面積,依此進行螺紋設計,以使蠕變 區接頭之強度較母材爲高。 (C) 配管材料,係使用氧化物分散強化型合金和陶瓷等 之具良好高溫特性之難熔接材料。 (D) 螺紋形狀,係考慮配管之管壁厚及強度,而將平行 螺紋及錐狀螺紋予以靈活運用。 (E) 接合部之氣密性,係將配管之內面及外面存在之兩 管接合部藉熔接或焊料接合、固相/液相擴散接合、脈衝通 電燒結接合等的方法來確保螺紋部之接合部之氣密性。 (F) 上多B中當無法設計出螺紋部之最小管壁厚部之強 度超越母材管部時,視必要實施配管端部之螺紋加工部之 增厚加工。 9 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) ---------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 494201 A7 _ B7__ 五、發明說明(X ) 以上,本發明之高溫下使用之難接合性配管之連結方 法及構造,使迄今因難接合性而未用於配管連結之以複合 材料爲首的材料適用於配管之連結,因此對煉油廠、石化 廠、發電廠、製鐵廠、核能設備、液化天然氣工廠、航太 工業等高溫下使用之加熱管或高溫製程配管,可帶來運轉 溫度之高溫化、配管壽命延長、安全性提高等好處。 產業上之利用可能性 如以上,本發明之高溫下使用之難接合性配管之連結 方法及構造,係適用於必須謀求加熱管或高溫製程配管之 運轉溫度高溫化、配管壽命延長、安全性提高等之煉油廠 、石化廠、發電廠、製鐵廠、核能設備、液化天然氣工廠 、航太工業等。 10 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) ---------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
Claims (1)
- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 494201 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1. 一種高溫下使用之難接合性配管之連結方法,其特 徵在於,係具備:對高溫下使用難熔接性材料所構成之配 管端部施以公螺紋或母螺紋加工以使配管彼此螺合步驟, 以及,將螺合後之配管結合部之內外面、或僅內面、或僅 外面以密封手段密封之步驟; 以將高溫下使用之難熔接性材料所構成之配管彼此以 螺紋構造結合,而確保配管結合部之機械強度,並將螺合 後之配管結合部之內外面、或僅內面、或僅外面以密封手 段密封,以確保配管結合部之氣密性。 2. 如申請專利範圍第1項之高溫下使用之難接合性配 管之連結方法,其中前述螺紋形狀爲錐狀螺紋。 3. 如申請專利範圍第1項之高溫下使用之難接合性配 管之連結方法,其中前述難熔接性材料爲稀土類氧化物粒 子分散強化型鐵基合金。 4. 如申請專利範圍第1項之高溫下使用之難接合性配 管之連結方法,其中前述密封手段係密封熔接加工。 5. 如申請專利範圍第1項之高溫下使用之難接合性配 管之連結方法,其中前述密封手段係焊料接合。 6. 如申請專利範圍第1項之高溫下使用之難接合性配 管之連結方法,其中前述密封手段係固相/液向擴散接合。 7. 如申請專利範圍第1項之高溫下使用之難接合性配 管之連結方法,其中前述密封手段係脈衝通電燒結接合。 8. 如申請專利範圍第1項之高溫下使用之難接合性配 管之連結方法,其中前述密封手段係金屬製〇形環/墊圈。 -------------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 494201 A8 B8 C8 D8 f、申請專利範圍 9. 如申請專利範圍第1項之高溫下使用之難接合性配 管之連結方法,係對前述配管接合部之配管施以增厚加工 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 〇 10. —種高溫下使用之難接合性配管之連結構造,係具 備:對端部施以母螺紋或公螺紋加工之高溫下使用之難熔 接性配管所構成之配管,以及,將螺合後之配管結合部之 內外面、或僅內面、或僅外面予以密封之密封手段; 以使前述高溫下使用之難熔接性材料所構成之配管彼 此以螺紋構造結合,而確保配管結合部之機械強度,並將 螺合後之配管結合部之內外面、或僅內面、或僅外面以前 述密封手段密封,以確保配管結合部之氣密性。 11. 如申請專利範圍第10項之高溫下使用之難接合性 配管之連結構造,其中前述螺紋形狀爲錐狀螺紋。 12. 如申請專利範圍第10項之高溫下使用之難接合性 配管之連結構造,其中前述難熔接性材料爲稀土類氧化物 粒子分散強化型鐵基合金。 13. 如申請專利範圍第10項之高溫下使用之難接合性 配管之連結構造,其中前述密封手段係密封熔接加工。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 14. 如申請專利範圍第10項之高溫下使用之難接合性 配管之連結構造,其中前述密封手段係焊料接合。 15. 如申請專利範圍第10項之高溫下使用之難接合性 配管之連蓝構造,其中前述密封手段係固相/液向擴散接合 〇 16. 如申請專利範圍第10項之高溫下使用之難接合性 2 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐〉 494201 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 配管之連結構造,其中前述密封手段係脈衝通電燒結接合 Ο 17. 如申請專利範圍第10項之高溫下使用之難接合性 配管之連結構造,其中前述密封手段係金屬製〇形環/墊圈 〇 18. 如申請專利範圍第10項之高溫下使用之難接合性 配管之連結構造,係對前述配管接合部之配管施以增厚加 工。 -------------裝--------訂·--------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐)
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