用于焊接導(dǎo)管連接以用于高溫應(yīng)用的工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于焊接導(dǎo)管連接以用于尤其是功率設(shè)備中的高溫應(yīng)用的工藝，該導(dǎo)管連接包括第一導(dǎo)管區(qū)段和第二導(dǎo)管區(qū)段，其中，第一導(dǎo)管區(qū)段由具有第一熱膨脹系數(shù)(CTEl)的鐵素體材料制成，并且其中，第二導(dǎo)管區(qū)段由具有不同于第一熱膨脹系數(shù)(CTEl)的第二熱膨脹系數(shù)(CTE2)的奧氏體材料制成，并且其中，焊接接頭由具有處于第二熱膨脹系數(shù)(CTE2)的范圍中的第三熱膨脹系數(shù)(CTE3)的奧氏體填充物材料制成。本發(fā)明還涉及這種導(dǎo)管連接。
【背景技術(shù)】
[0002]在高溫應(yīng)用中，尤其在功率設(shè)備應(yīng)用中，已知使用導(dǎo)管連接(也稱為中間導(dǎo)管片)，其帶有由鐵素體材料制成的第一導(dǎo)管區(qū)段和由奧氏體材料制成的第二導(dǎo)管區(qū)段，其中，通過使用奧氏體填充物材料將該兩個(gè)區(qū)段焊接在一起。這種由不同金屬制成的導(dǎo)管連接也稱作異種金屬焊接(DMW)。這種DMW導(dǎo)管連接通常是從導(dǎo)管外利用至少局部V形的焊接凹槽而焊接的。
[0003]DE195 27 634 Al描述了帶有這種外部焊接的導(dǎo)管連接。此外，其涉及由鐵素體材料制成的第一導(dǎo)管區(qū)段和由奧氏體材料制成的第二導(dǎo)管區(qū)段。為了將兩個(gè)導(dǎo)管區(qū)段焊接在一起，使用帶有與第一鐵素體導(dǎo)管材料的熱膨脹系數(shù)(CTE)相似/接近的熱膨脹系數(shù)(CTE)的焊接填充物。
[0004]當(dāng)生產(chǎn)異種金屬焊接時(shí)，在奧斯體填充物材料和由鐵素體材料制成的導(dǎo)管區(qū)段之間的熔接線處產(chǎn)生問題，這是由在熱膨脹系數(shù)(CTE)上的差異引起的，由奧氏體材料制成的第二導(dǎo)管和由奧氏體材料制成的接頭材料(填充物材料)比由鐵素體材料制成的第一導(dǎo)管區(qū)段遭受更高程度的延長(ε )。
[0005]由于第二導(dǎo)管區(qū)段和焊接接頭填充物材料通常具有相同的熱膨脹系數(shù)(CTE)，或至少在相同的范圍中的熱膨脹系數(shù)(CTE)，因而在第二導(dǎo)管區(qū)段和焊接接頭材料之間的連接通常是優(yōu)良的。但是，當(dāng)DMW導(dǎo)管連接遭受高溫時(shí)，在焊接接頭材料和第一導(dǎo)管區(qū)段之間的熱膨脹系數(shù)(CTE)上存在巨大的差異。這導(dǎo)致由延長(ε )上的差異引起的額外應(yīng)力。將該額外應(yīng)力附加至由操作參數(shù)(例如在導(dǎo)管連接內(nèi)的壓力或彎曲力矩)引起的應(yīng)力，使得在臨界熔接線處的應(yīng)力增加，并且這種導(dǎo)管連接的壽命縮短。已知的是，在熔接線處的冶金學(xué)性質(zhì)對在短期服務(wù)時(shí)間后導(dǎo)管連接的故障負(fù)責(zé)，因?yàn)猷徑訆W氏體相形成硬質(zhì)且脆性的馬氏體層，并且形成在鐵素體材料中的貧碳區(qū)域和在熔接線處的脆性沉淀物。
[0006]為了在高溫管道系統(tǒng)中探測DMW的即將發(fā)生的故障，因而在短間隔中在這種導(dǎo)管連接上有規(guī)律地執(zhí)行無損測試(NDT)，并且包括異種金屬焊接(DMW)的過渡件必須經(jīng)常地更換。
[0007]還已知的是，通過優(yōu)化在焊接接頭的熔接線處的冶金學(xué)性質(zhì)，例如通過執(zhí)行焊接后熱處理(PWHT)，克服由在熱膨脹系數(shù)(CTE)上的差異引起的額外應(yīng)力導(dǎo)致的減少壽命的問題。已知在其中可實(shí)現(xiàn)熱膨脹系數(shù)(CTE)的更接近的匹配以便降低額外應(yīng)力的材料組合。但是這些方法十分昂貴且耗時(shí)。
[0008]因而，所主張發(fā)明的目的為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，并且以在導(dǎo)管連接遭受高溫時(shí)降低DMW區(qū)域中的應(yīng)力的目標(biāo)來提供用于焊接導(dǎo)管連接的工藝和導(dǎo)管連接。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]該目的通過提供根據(jù)權(quán)利要求1前序部分的用于焊接導(dǎo)管連接以用于高溫應(yīng)用的工藝而實(shí)現(xiàn)。該工藝包括下列步驟:使將被連接的第一和第二導(dǎo)管區(qū)段軸向地對準(zhǔn)、制作徑向向內(nèi)開口的至少局部V形的焊接凹槽、在將被連接的第一和第二導(dǎo)管區(qū)段內(nèi)執(zhí)行內(nèi)部焊接工藝。在內(nèi)部焊接工藝中，將導(dǎo)管從內(nèi)徑而不是從外徑焊接。當(dāng)通過使用徑向向內(nèi)開口的至少局部V形的焊接凹槽將第一和第二導(dǎo)管區(qū)段經(jīng)由內(nèi)部焊接而焊接在一起時(shí)，不在奧氏體填充物材料和由鐵素體材料制成的第一導(dǎo)管區(qū)段之間的臨界焊接接頭熔接線上生成額外的法向張應(yīng)力。當(dāng)奧氏體第二導(dǎo)管區(qū)段和奧氏體填充物材料的熱生成的延長發(fā)生時(shí)，焊接接頭材料可由徑向向內(nèi)開口的至少局部V形的焊接凹槽的傾斜表面支撐。因而，壓縮應(yīng)力在焊接接頭材料和第一導(dǎo)管區(qū)段之間生成，使得異種金屬焊接連接的壽命和耐用性可被改進(jìn)。
[0010]優(yōu)選將由鐵素體C鋼制成的導(dǎo)管區(qū)段用作第一導(dǎo)管區(qū)段。尤其優(yōu)選將P91鋼或P22鋼用作鐵素體C鋼。這種鋼通常具有用于高溫應(yīng)用(例如在功率設(shè)備中的應(yīng)用)的優(yōu)選性質(zhì)。
[0011]用于焊接導(dǎo)管連接的工藝的另一優(yōu)選備選項(xiàng)提供了，將由奧氏體鋼或由鎳基材料制成的導(dǎo)管區(qū)段用作第二導(dǎo)管區(qū)段。
[0012]在工藝的另一優(yōu)選備選項(xiàng)中，將奧氏體鋼或鎳基材料用作奧氏體填充物材料。
[0013]上面提及的目的還通過提供根據(jù)權(quán)利要求6前序部分的導(dǎo)管連接而實(shí)現(xiàn)。這種導(dǎo)管連接的特征在于，焊接凹槽為至少局部V形且徑向向內(nèi)開口，并且第一和第二導(dǎo)管區(qū)段經(jīng)由內(nèi)部焊接而焊接在一起。由于通過使用徑向向內(nèi)開口的至少局部V形的焊接凹槽將第一和第二導(dǎo)管區(qū)段經(jīng)由內(nèi)部焊接而焊接在一起，因而不在奧氏體填充物材料和由鐵素體材料制成的第一導(dǎo)管區(qū)段之間的臨界焊接接頭熔接線上生成額外的法向應(yīng)力。當(dāng)奧氏體第二導(dǎo)管區(qū)段和奧氏體填充物材料的熱生成的延長發(fā)生時(shí)，由于內(nèi)部焊接工藝，焊接接頭材料可由徑向向內(nèi)開口的至少局部V形的焊接凹槽的傾斜表面支撐。因而，壓縮應(yīng)力在焊接接頭材料和第一導(dǎo)管區(qū)段之間生成，使得可通過提供根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)管連接而改進(jìn)異種金屬焊接連接的壽命和耐用性。
[0014]優(yōu)選地，焊接凹槽是V形或Y形的或具有徑向向內(nèi)開口的焊接凹槽的任何其它傾斜表面，使得焊接接頭材料可由傾斜表面支撐，以便在導(dǎo)管連接遭受高溫時(shí)產(chǎn)生壓縮應(yīng)力。
[0015]在導(dǎo)管連接的優(yōu)選實(shí)施例中，第一導(dǎo)管區(qū)段由鐵素體C鋼支撐，其中，尤其優(yōu)選的是，鐵素體C鋼是具有用于高溫功率設(shè)備應(yīng)用的優(yōu)選性質(zhì)的P91鋼或P22鋼。
[0016]尤其優(yōu)選的是，第二導(dǎo)管區(qū)段由奧氏體鋼或鎳基材料制成。
[0017]此外有利的是，奧氏體填充物材料由奧氏體鋼或鎳基材料制成。
【附圖說明】
[0018]圖1顯示了帶有根據(jù)本發(fā)明的工藝的步驟的工藝圖； 圖2顯示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)水平的導(dǎo)管連接；
圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)管連接。
[0019]參考標(biāo)號:
10導(dǎo)管連接
12第一導(dǎo)管區(qū)段
14第二導(dǎo)管區(qū)段
16焊接凹槽
18中軸線
20箭頭
22焊接接頭
24外表面
26箭頭
28箭頭
30箭頭
32箭頭
34熔接線
36熔接線
38箭頭
40內(nèi)表面
42傾斜表面
43箭頭
44角 100工藝
5101第一步驟
5102第二步驟
5103第三步驟。
【具體實(shí)施方式】
[0020]圖1示出了用于根據(jù)本發(fā)明的工藝100的工藝圖，該工藝100用于焊接根據(jù)在圖3中顯示的發(fā)明的導(dǎo)管連接。在第一步驟SlOl中，根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)管連接10的第一導(dǎo)管區(qū)段12和第二導(dǎo)管區(qū)段14軸向地對準(zhǔn)，以便被連接。
[0021]在第二步驟S102中，在第一導(dǎo)管區(qū)段12和第二導(dǎo)管區(qū)段14之間形成至少局部V形的焊接凹槽16，其在通過箭頭20顯示的中軸線18的方向上徑向向內(nèi)開口。
[0022]在第三步驟S103中，在將被連接的第一和第二導(dǎo)管區(qū)段12、14內(nèi)執(zhí)行內(nèi)部焊接工藝。在內(nèi)部焊接工藝中，將導(dǎo)管從內(nèi)徑而不是從外徑焊接。在圖1中示出的工藝100中，第一導(dǎo)管區(qū)段12由鐵素體材料，優(yōu)選地由用于高溫應(yīng)用的P91或P22鋼(其中，CTEl12.6 resp.13.9 E-6/K)制成，其中，第二導(dǎo)管區(qū)段14由奧氏體材料，優(yōu)選地由奧氏體鋼或鎳基材料，例如IN 625(其中，CTE2 14.8E-6/K)制成。焊接接頭22由奧氏體焊接接頭填充物材料制成，該填充物材料優(yōu)選地為奧氏體鋼或鎳基材料，例如ERNICr-3(其中，CTE315.3E