專利名稱：用于連接兩個部件的方法及套筒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于連接至少兩個部分例如管子的方法，其中，至少 一個部分包括難以焊接的材料，或者是由該材料制成。"難以焊接的材 料"這個說法指的是在焊接時至少局部地喪失其機(jī)械性能或耐蝕性的
材料，例如彌散加強(qiáng)合金(dispersion-strengthened alloy )。
背景技術(shù)：
對于操作大型化學(xué)設(shè)施所造成的干擾，將導(dǎo)致生產(chǎn)率明顯下降和 收益損失，因?yàn)樵撛O(shè)施每小時都有停工。在所有的工作完成之前，好 多日常的維護(hù)操作都要求關(guān)閉設(shè)施的主要部分。 一種這樣的操作就是 替換生產(chǎn)乙烯所用的裂化爐的管子.
用于裂化爐用途例如用于蒸汽裂化室的管子，具有范圍卯0至 1200。C的典型的工作溫度，這些管子可長達(dá)20米，因此很沉重，而 它們通常輸送腐蝕性的或者含碳的介質(zhì)。管子主要受到來自外面的輻 射及對流電流的熱，然而，穿過管子的部件的溫度也可以從內(nèi)部使管 子受熱。為了抵消這種高的工作溫度、高的負(fù)荷以及腐蝕性的或碳化 的環(huán)境，人們采用許多耐熱合金比如彌散加強(qiáng)合金。這些合金是專門 配制的，其具有合意的性能例如良好的蠕變強(qiáng)度，但是，它們會造成 嚴(yán)重的焊接難題。
焊接過程能夠引起重新配置，使碳化、氮化和/或氧化的物相聚集 或粗化，這樣會導(dǎo)致嚴(yán)重地削弱坪縫。在高溫下使用合金時，難以達(dá) 到有效的連接強(qiáng)度。所以，把此種合金焊接在一起時，會使焊縫區(qū)域 的合金的合意性能喪失。這樣會使此種焊縫在裂化爐中的某些部分所 經(jīng)受的高溫降不下來。
歐洲專利第1418376號(EP 1418376)提供了一種可選方案用于
焊接此種合金。該專利描述了由難以焊接的材料制成的管子在高溫下 使用的情況，在這些管子的末端部分內(nèi)外都有螺紋，于是，它們靠螺 紋而彼此緊固。此種管子的缺點(diǎn)是，由于在管子上切削螺紋時材料被 迫從管子上去除，被連接的管子部分的機(jī)械穩(wěn)定性降低。機(jī)械性能較 為削弱的結(jié)構(gòu)，會使被連接的管子部分的使用壽命縮短，因此，會增 大勞動成本和材料成本。此外，當(dāng)部件被連接在一起之后，已被連接 的管子部分的內(nèi)表面和/或外表面必須密封，以保持已被連接的管子部 分的氣密性。所以，制造及安裝此種管子比較復(fù)雜，而且假如把管子 焊接在一起，就更費(fèi)時間。最后，為了從該專利公開的發(fā)明中獲益， 必須使用帶有螺紋的管子替代現(xiàn)有的焊接管子。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于連接至少兩個部件例如管子或翅片 管的簡單方法，其中，至少一個部件包括難以焊接的材料，同時，以 能夠消除高溫環(huán)境的良好的機(jī)械穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)連接。
該目的是采用一種包括下述步驟的方法達(dá)到的把部件焊接在一 起，接著，使焊縫絕熱。由于使焊縫與部件周圍的熱絕熱，難以焊接 的材料在焊縫處所經(jīng)受的溫度被降低。所以，流經(jīng)此種空心部件的任 何介質(zhì)的介質(zhì)流或成分，都不會像穿過連接結(jié)構(gòu)那樣被改變。此外， 絕熱使絕熱體之內(nèi)的部件的一些部分里的溫度得以保持，從而所述部 分冷卻更慢，因而降低了焊縫遭遇熱沖擊的風(fēng)險(xiǎn)。絕熱還可以保護(hù)焊 縫，使其免遭機(jī)械沖擊或化學(xué)腐蝕。
本發(fā)明的方法可形成封住流體的連接結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在高溫下機(jī)械 性能穩(wěn)定，且容易完成，因此可以降低安裝及替換的成本。本發(fā)明的 方法可用于安裝含有難以焊接部件的新系統(tǒng)，或者用于改善現(xiàn)有系統(tǒng)， 而無須被迫改變此種系統(tǒng)中的材料類型，或無須改變設(shè)計(jì)方案例如該 系統(tǒng)的裂化爐的設(shè)計(jì)方案。
根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，所述絕熱步驟包括布置具有絕熱性 能的套筒，以便覆蓋所述焊縫以及由所述焊縫連接的靠近所述焊縫的
所述部件的區(qū)域。此種套筒可以有效地使焊縫絕熱，同時，確實(shí)降低 焊縫所經(jīng)受的溫度，以及當(dāng)部件冷卻時減小溫度下降的速度。此種套 筒可以布置在所述部件外面和/或該部件里面，這取決于焊縫所暴露處 的高溫源的位置。因此，根據(jù)本發(fā)明的又一個實(shí)施例，所述熱絕熱步
驟包括把所述套筒布置在所述焊縫外面以便包圍所述焊縫以及所述 部件區(qū)域，使焊縫相對于所述部件的外部而言形成絕熱，這適宜當(dāng)部 件是布置在裂化爐中的管子并從外面受熱的情況下采用。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例，在該實(shí)施例中，至少其被所述焊縫 連接的區(qū)域是空心的部件，例如管子，將被連接，所述熱絕熱步驟包 括把所述套筒布置在所述部件里面，以便包圍所述焊縫以及最靠近 焊縫的部件的所述區(qū)域，使焊縫相對于所述部件的內(nèi)部而言形成絕熱.
根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例，套筒包括外護(hù)套，該護(hù)套例如由金 屬或陶瓷制成，至少局部填充了耐熔材料例如陶瓷纖維，該材料布置 在所述焊縫外面。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例，套筒包括內(nèi)護(hù)套，該護(hù)套例如由金 屬或陶瓷制成，至少局部被耐熔材料例如陶瓷纖維包圍，該材料布置 在所述部件里面。護(hù)套例如可以是堪塔爾高級粉末金屬(Kanthal APM)所制的，且所述耐熔材料例如可以是陶瓷纖維，或者形成真空 (vacuum-formed )的陶乾纖維例如Fibrothal (可從Kanthal購買)。 耐熔材料例如可以是Kaewool 1260。在套筒的內(nèi)/外護(hù)套之間或者部件 的外/內(nèi)壁之間所包含的可壓縮耐熔材料層，可以讓套筒相對于已焊接 的部件而言更為自由地移動，且由于熱膨脹而引起的任何擴(kuò)張或收縮 均不會對套筒或已焊接部件施力，從而可延長套筒及部件的使用壽命。
套筒可以由單個部件或多個部件組成，該部件至少局部被包圍， 或者鄰近焊縫，且套筒的橫截剖面可以是任意幾何形狀的，例如環(huán)形 或四方形的橫截剖面。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例，絕熱體被固定地連接在至少一個已 焊接部件上。
根據(jù)本發(fā)明的又一個實(shí)施例，即將要被連接的所述部件是空心的
比如是管子，所用方法包括的步驟是配置所要被焊接的末端處的壁 更厚的至少一個部件(比起其余所述部件的厚度而言)，這是由于例如 鍛制(forging)或轉(zhuǎn)動以及連接該部件的絕熱體而實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)本發(fā) 明的又一個實(shí)施例，所用方法包括的步驟是形成帶有承載裝置例如 一個或更多個承栽肩部的更厚的壁，以便支承絕熱體。由于部件必須 能夠承擔(dān)自身重量并經(jīng)得住撓矩，所以，只有部件的末端被制作得更 厚。這意味著焊縫的區(qū)域可能增大，從而焊縫經(jīng)受的每個區(qū)域的負(fù)載 更低，且盡管至少一個所述部件的難以焊接的性能會導(dǎo)致焊縫的機(jī)械 強(qiáng)度下降，但焊縫都可以足夠堅(jiān)固。增大整個部件的厚度可能會使材 料的成本更高，并對部件的熱輸送性能造成不利影響。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例，所述難以焊接的材料包括彌散加強(qiáng) 合金，該合金按重量的百分比包含可達(dá)0.08的碳，可達(dá)0.7的珪，10 至25的鉻，1至10的鋁，1.5至5的鉬，可達(dá)0.4的錳，余量的鐵以 及通常會產(chǎn)生的雜質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的一個可選實(shí)施例，所述難以焊接的材料包括堪塔爾 高級粉末金屬，這是一種用堪塔爾高級粉末冶金(APM)技術(shù)開發(fā)而 成的鐵鉻鋁合金(FeCrAl)，或者APMT即以堪塔爾高級粉末金屬為 基礎(chǔ)但加上鉬的相似的鐵鉻鋁合金，
根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，此種難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奧氏體不銹鋼所制的部件上，或者焊接 在難以焊接的部件上。
根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，所述套筒被支承裝置例如支承環(huán)所支承。
根據(jù)本發(fā)明的又一個實(shí)施例，絕熱體包括耐熔材料、陶瓷材料或 耐熔纖維例如硅酸鋁纖維。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，絕熱體基本上 完全由陶瓷材料或耐熔纖維組成。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例，絕熱體包括難以焊接的材料。 根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，所用方法包括的步驟是經(jīng)由至少一 個熱電偶，獲取例如在焊縫和/或絕熱體上或其周圍的至少一個位置上
的溫度。流經(jīng)被焊接部件的任何介質(zhì)的溫度或者部件的溫度，因此均 能被監(jiān)控，且絕熱體的厚度或類型可被改動，以便達(dá)到及維持合意的 溫度。
本發(fā)明還涉及根據(jù)上述任意實(shí)施例以及隨附的權(quán)利要求書中的方 法而采用的套筒。
符合任意實(shí)施例的方法或套筒，尤其可用于但不僅限于腐蝕條件
下或高溫用途中例如900。C或更高的溫度中，或例如用于裂化爐或熱 交換器。
本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)以及有利特性，在下文的說明及隨附的權(quán)利要 求書中做了明確闡釋。


圖l顯示符合本發(fā)明一個實(shí)施例的被熱絕熱的焊縫；以及 圖2顯示符合本發(fā)明另一個實(shí)施例的被熱絕熱的焊縫。 應(yīng)當(dāng)注意，圖紙沒按照比例繪制，而且為了清晰起見，某些特征
的尺寸被夸大了。
下面的說明及圖紙并非為了把本發(fā)明限制于所公開的實(shí)施例。所
公開的實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明的原理做示范。
具體實(shí)施例方式
圖1顯示其末端被焊接在一起的兩個管子1、 2。兩個管子1、 2 當(dāng)中的至少一個或者兩個都是由難以焊接的材料例如鐵基彌散加強(qiáng)材 料制成的。焊縫3形成了基本上精確的配合，沿著兩個管子l、 2的內(nèi) 表面沒有不規(guī)則狀態(tài)，而要是存在這種不規(guī)則狀態(tài)就可能對流經(jīng)管子 的任何介質(zhì)的流動造成不利的影響。
管子l、 2可以是例如煉油廠、化工廠或石油化工廠、發(fā)電廠、煉 鋼廠或核電站所用的加熱管或高溫處理管。雖然在這個例子中的管子 1、 2的直徑是相同的，但本發(fā)明的連接方法可以用于連接不同直徑的 管子及具有多個支管的管子。
焊縫3及焊縫周圍的區(qū)域被外熱絕熱套筒4包圍著，該套筒以任 何常規(guī)方法在焊縫3周圍被支撐到位。套筒4既可由單個部分例如完 全包圍著焊縫并在焊接之后從焊縫3處挪開的筒狀管子組成，也可由 多個部分例如筒狀管子的兩個半部組成，該兩個半部在焊接之后被緊 固在焊縫3周圍。
套筒4防護(hù)著焊縫3使其免受熱H，該熱量可能會增高與焊縫鄰 接的管子l、 2的溫度。套筒4包括金屬或陶瓷所制的外護(hù)套5，護(hù)套 中填充了重量輕的陶瓷纖維6。外護(hù)套5較好地抵抗任何振動或腐蝕 性的氣流，而該氣流可以在包圍著部件1、 2的環(huán)境中產(chǎn)生并最終影響 焊縫3。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，比起所經(jīng)受溫度約為1110。C的未絕熱焊縫來，焊 縫的溫度能夠降低至少約50至100° C以及達(dá)到約150°C。當(dāng)一個部 件(管子)是用形式為堪塔爾高級粉末金屬的難以焊接的材料制成時， 在這種情況下，焊縫的溫度實(shí)際上降低約90。C。
圖2概略顯示兩個管子1、 2是如何被焊縫3連接的。此處所顯示
的負(fù)栽,-使管子的末端被焊接成比起管子其他部分的厚度來形成更厚 的壁7。可以利用更厚的壁7使外套筒4固定地連接著管子，以防止 這個套筒相對于管子而言橫向朝著焊縫3位移。此處所顯示的是如何 在部件里面布置套筒8以覆蓋焊縫及最靠近焊縫的部件區(qū)域，使焊縫 3還可以得到保護(hù)而防止來自部件內(nèi)部的熱。這個套筒8可以包括內(nèi) 護(hù)套9,該內(nèi)護(hù)套例如用金屬或陶瓷制成，至少是局部被耐熔材料IO 例如陶瓷纖維包圍。這張圖紙僅僅用于顯示部件里面所布置的內(nèi)套筒 的情況，這樣布置使焊縫得到保護(hù)以防止來自部件內(nèi)部的熱，且可以 在跨接(bridging)焊縫的同時，在所述部件的外面和/或里面，布置 一個熱絕熱套筒。
本發(fā)明當(dāng)然沒有用任何方式限制上文所述實(shí)施例，但是，普通專 業(yè)人員都明白，只要不背離隨附的權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的基本 思想，就可以多方修改本發(fā)明。
例如，可以配置一種符合本發(fā)明的帶有至少一個氣隙的熱絕熱套
筒，以便減少該套筒的熱傳導(dǎo)，從而進(jìn)一步使焊縫周圍的區(qū)域絕熱。 套筒中的此種氣隙可能還會降低套筒的重量?？蛇x的是，可以為了同 樣目的而在套筒與各部件之間形成氣隙。
權(quán)利要求
1.用于連接至少兩個部件(1、2)例如管子的方法，其中，至少一個部件(1、2)包括難以焊接的材料或用該材料制成，其特征在于該方法包括一個把各部件焊接在一起的步驟，及接著使焊縫(3)絕熱的步驟。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于所述絕熱步驟包括布 置具有絕熱性能的套筒(4、 8),以便覆蓋所述焊縫(3)以及被所述 焊縫連接的所述部件(1、 2)的靠近所述焊縫的區(qū)域。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述絕熱步驟包括把 所述套筒(4)布置在所述悍縫(3)外面以便包圍所述焊縫以及部件(1、 2)的所述區(qū)域，以便形成焊縫相對于所述部件的外部的絕熱。
4. 如權(quán)利要求2或3所述的方法，其中，至少在其被所述焊縫連 接的區(qū)域是空心的部件(1、 2)，例如管子，將被連接，其特征在于 所述絕熱步驟包括把所述套筒(8)布置在所述部件里面，以便覆蓋所 述焊縫(3)以及最靠近焊縫的部件的所述區(qū)域，使焊縫相對于所述部 件的內(nèi)部形成絕熱。
5. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于套筒(4)包括外護(hù) 套(5)，該護(hù)套例如由金屬或陶瓷制成，至少局部填充了耐熔材料(6) 例如陶瓷纖維，該材料布置在所述焊縫(3)的外面。
6. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于套筒(8)包括內(nèi)護(hù) 套(9)，該護(hù)套例如由金屬或陶瓷制成，至少局部被耐熔材料(10) 例如陶瓷纖維包圍，該材料布置在所述部件里面。
7. 如權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于套筒帶 有布置為覆蓋所述焊縫的至少一個氣隙。
8. 如權(quán)利要求2至7中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述套 筒(4、 8)被固定地連接在由焊縫所連接的至少一個所述部件(1、 2) 上。
9. 如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述被連接的部 件(l、 2)是空心的，例如是管子，其特征在于該方法包括使至少 一個部件(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)并在絕熱體與其相連的步驟。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于它包括為更厚的壁 (7 )配置承載裝置例如一個或更多個承載肩部，以便支承絕熱體(4 )。
11. 如權(quán)利要求2至7中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述 套筒(4)被支承裝置例如支承環(huán)所支承。
12. 如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述絕 熱體(4、 8)包括耐熔材料或陶瓷材料。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于所述絕熱體(4、 8) 包括耐熔纖維例如硅酸鋁纖維。
14. 如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述難 以焊接的材料包括彌散加強(qiáng)合金，例如是按重量百分比含有如下成分 的合金 C達(dá)到0.08 Si達(dá)到0.7 Cr 10-25 Al 1-10 Mo 1.5-5 Mn達(dá)到0.4余量的鐵以及通常會出現(xiàn)的雜質(zhì)。
15. —種用于按照權(quán)利要求2和從屬于權(quán)利要求2的權(quán)利要求3 至14中任一項(xiàng)所述的方法的套筒，其特征在于它包括耐熔材料或陶 瓷材料。
16. —種用于按照權(quán)利要求2和從屬于權(quán)利要求2的權(quán)利要求3 至14中任一項(xiàng)所述的方法的套筒，其特征在于它包括耐熔纖維例如 硅酸鋁纖維。
17. —種用于按照權(quán)利要求3和從屬于權(quán)利要求3的權(quán)利要求4 至14中任一項(xiàng)所述的方法的套筒，其特征在于它包括外護(hù)套(5)，該外護(hù)套例如由金屬或陶瓷制成，至少局部填充了耐熔材料(6)，例 如陶瓷纖維。
18. —種用于按照權(quán)利要求4和從屬于權(quán)利要求2的權(quán)利要求5 至14中任一項(xiàng)所述的方法的套筒，其特征在于它包括內(nèi)護(hù)套(9)， 該內(nèi)護(hù)套例如由金屬或陶瓷制成，至少局部被耐熔材料(10)例如陶 瓷纖維包圍。
19， 一種用于按照權(quán)利要求2和從屬于以權(quán)利要求2的權(quán)利要求 3至14中任一項(xiàng)所述的方法的套筒，其特征在于它帶有至少一個氣 隙。
20. 按照權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的方法或者按照權(quán)利要求 15至19中任一項(xiàng)所述的套筒在腐蝕性的條件下或高溫用途中例如 900°C或更高的溫度中的使用。
21. 按照權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的方法或按照權(quán)利要求 15至19中任一項(xiàng)所述的套筒在裂化爐或熱交換器中的使用。
全文摘要
用于連接至少兩個部件(1、2)例如管子的方法，其中，至少一個部件(1、2)包括難以焊接的材料或用該材料制成，該方法包括把各部件焊接在一起、接著例如使用套筒(4)而使焊縫(3)絕熱的步驟。
文檔編號F16L58/18GK101107094SQ200680002534
公開日2008年1月16日 申請日期2006年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月17日
發(fā)明者C·厄恩格倫, R·伯格倫德, T·萊溫 申請人:桑德維克知識產(chǎn)權(quán)股份公司