專利名稱：使用功能梯度成分控制粉末冶金和熱等靜壓處理方法來制造用于連接異種金屬的免焊設 ...的制作方法
技術領域：
本申請涉及制造供在異種金屬的連接中使用的免焊設備的方法，并且更具體地，涉及提供供在發電廠環境中異種金屬的連接中使用的免焊管填補材(Dutchman)的方法。
背景技術：
傳統的化石燃料發電廠在節煤器、過熱器、和再熱組件的各部分中利用成千上萬的不同種類金屬管焊接(Dissimilar metal tube weld, DMW)。DMW被用來提供碳、鉻一鑰(CrMo)、或蠕變強度增強鐵素體(CSEF)鋼管到奧氏體不銹鋼或鎳基管之間的過渡。該過渡是必需的，因為鍋爐的某些部分經歷較高溫度運轉和/或腐蝕性條件。DMW通常使用鎳基焊接填料金屬進行，該鎳基焊接填料金屬提供位于被連接的兩種管材料之間的熱膨脹系數(CTE)。這在提供良好的可焊性的同時，降低焊接接頭附近的總體應力。不幸的是，在溫度下的暴露時間，這些DMW接頭中的許多在它們因如下原因不得不被更換之前具有7-12年的有限壽命碳活度梯度導致蠕變強度弱的無碳區的形成或有害的I型或II型碳化物。許多OEM和維修供應商所利用的一種選擇是利用“填補材”來排除對在現場執行DMW的需要。填補材是DMW管段，通常在長度上大約12英寸(304. 8 mm),該管段在車間設施中生產。填補材仍包含兩種不同的管合金和在它們之間的鎳基焊接。然而，不同之處是，填補材能夠在受控的車間條件下生產，并且當在使用中被實現時，焊接工 僅需進行“類似物”焊接鐵素體到鐵素體或奧氏體到奧氏體(非DMW)。焊接工不再需要在現場進行困難的DMW。然而，即使采用較高質量的車間焊接的填補材，失效仍可能因膨脹系數上的差異過早地發生。因此，存在對如下方法的需要提供供在發電廠環境下連接異種金屬中使用的免焊設備的方法。

發明內容
現有技術的這些和其它缺點通過本發明解決，本發明提供了如下方法提供供在連接異種金屬中使用的諸如填補材的免焊設備的方法。根據本發明的一個方面，提供供在異種金屬的連接中使用的免焊設備的方法包括如下步驟提供模具，該模具被設計用以復制該設備的背面；提供第一金屬粉末并且將該第一金屬粉末引入到該模具的第一部分中；提供第二金屬粉末并且將該第二金屬粉末引入到該模具的第二部分中；以及提供第三金屬粉末并且將該第三金屬粉末引入到該模具的第三部分中。該第二金屬粉末在該第一金屬粉末和該第三金屬粉末之間形成過渡。該方法進一步包括如下步驟在該模具上抽真空并且密封該模具以維持該真空；將該模具放置到熱等靜壓(HIP)爐中以固結并熔化所述第一粉末、第二粉末和第三粉末；以及將該模具冷卻至室溫并且從該模具拆下該設備。根據本發明的另一方面，提供用在異種金屬的連接中的免焊設備的方法包括如下步驟提供模具，該模具被設計用以復制該設備的背面；將低合金鐵素體鋼成分霧化粉末引入到該模具的第一部分中，將一系列霧化粉末以遞增方式引入到該模具的第二部分中以在鐵素體鋼成分和奧氏體不銹鋼成分之間形成過渡區；將奧氏體不銹鋼成分霧化粉末引入到該模具的第三部分中；以及將霧化粉末在高溫、高壓惰性氣體氣氛中固結并熔化以形成該設備。


被視為本發明的本主題可通過參考結合附圖所作出的下列描述而最佳地理解，在這些附圖中
圖I示出改進的填補材，該填補材表現出從2-1/4CR低合金鋼到304H/347H不銹鋼的 過渡。圖2是示出了根據本發明的一個實施例的方法的流程圖。
具體實施例方式參照附圖，根據本發明的一實施例所形成的改進設備，諸如填補材，在圖I中示出并且總的以附圖標記10表示。本發明完全消除了 DMW。為了產生改進的填補材10，利用了功能梯度成分受控的粉末冶金/熱等靜壓(HIP)實踐。采用該工藝，填補材管10的成分在12英寸(304. 8 mm )長的填補材管10的1-3英寸(25. 4-76. 2 mm)區域上從鐵素體管成分(碳-、CrMo、或CSEF鋼)逐漸過渡到奧氏體不銹鋼(SS)成分。這種逐漸過渡引起在管10 CTE中從一種合金到另一種的更平滑過渡，并且降低總體應力。同樣重要的往往與DMW相關聯的碳遷移問題(以及蠕變強度上的并行損失)一概被排除，并且提供了管道厚度之間的平滑過渡。在HIP中對改進的填補材10進行處理(制造)以進一步實現固結和性質。一旦被制造，能夠以與目前填補材類似的方式在現場使用它。參照圖2，該工藝以模具(容器)開始，塊11，該模具復制最終管尺寸的背面。將碳、低合金、或CSEF鋼成分霧化粉末引入到管容器的近似一半(負的約I英寸或約25. 4毫米)，塊12。對于低合金鋼到奧氏體SS (通常由2-l/4Cr-lMo到304H制造)，需要從2_l/4Cr平滑地過渡到18Cr SS的過渡。將粉末以增量方式添加到容器中，以5Cr開始，然后8Cr、llCr、和15Cr，塊13。這在2_3英寸(50. 8_76. 2mm)的過渡區域上發生。用18Cr SS霧化粉末填充容器的剩余部分，該霧化粉末匹配304H或347H SS管合金的成分，塊14。在容器上抽真空，并且在一端處通過焊接密封容器，塊15。接著，將整個組件放置到HIP爐中并且使該組件處于惰性氣體(氬)氣氛內的高溫和壓力下以固結并熔化粉末，塊16。在溫度/壓力下持續給定的時間之后，將整個填補材組件冷卻到室溫并且從HIP爐取出該組件，塊17。用以對管的低合金鋼段進行正火和回火的另外的熱處理步驟也可能是必需的，塊17。最終改進的填補材組件將需要酸洗、鏜削、和/或磨光以移除外側容器/罐子，塊18。此時，改進的填補材組件在被投入使用之前為在任一端上的最終機具準備作好準備。9Cr-to-18Cr (CSEF到奧氏體SS)的制造過程類似于上述低合金鋼到奧氏體SS的制造過程，除在過渡區(2-3英寸或50. 8-76. 2mm)內采用12Cr、14Cr、和16Cr合金粉末發生過渡之外，塊13。因此，在將改進的填補材組件引入到HIP爐之前，該工藝在最終構造中從9Cr 到 18Cr。應了解，雖然上文描述討論了特定金屬，但是本發明并不限于所討論的金屬或這些金屬的組合或不限于特定類別的材料。相反，一般而言，本發明針對排除DMW的設備的形成。還應了解，雖然上述討論針對填補材的形成，但是填補材僅用作例子，并且上述方法可適于制造或形成試圖排除DMW的其它設備或裝置。前述內容已經描述了 提供用于在發電廠環境中連接異種金屬的免焊設備的方法。雖然已經描述了本發明的特定實施例，但是對本領域的技術人員來說將明顯的是，在不 脫離本發明的精神和范圍的情況下，能夠對本發明作出各種修改。因此，僅為了例證的目的并且不是為了限制的目的，提供了本發明的優選實施例的上面的描述以及用于實踐本發明的最佳方式。
權利要求
1.一種提供在異種金屬的連接中使用的免焊設備的方法，包括如下步驟 (a)提供模具，所述模具被設計用以復制所述設備的背面； (b)提供第一金屬粉末并且將所述第一金屬粉末引入到所述模具的第一部分中； (C)提供第二金屬粉末并且將所述第二金屬粉末引入到所述模具的第二部分中； (d)提供第三金屬粉末并且將所述第三金屬粉末引入到所述模具的第三部分中，其中所述第二金屬粉末在所述第一金屬粉末和所述第三金屬粉末之間形成過渡； (e)在所述模具上抽真空并且密封所述模具以維持所述真空； (f)將所述模具放置到熱等靜壓(HIP)爐中以固結并熔化所述第一粉末、第二粉末和第三粉末；以及 (g)將所述模具冷卻至室溫并且從所述模具拆下所述設備。
2.根據權利要求I所述的方法，其中所述第一金屬粉末是低合金鐵素體鋼成分霧化粉末。
3.根據權利要求I所述的方法，其中所述第三粉末是奧氏體不銹鋼成分霧化粉末。
4.根據權利要求I所述的方法，其中所述模具在惰性氣體氣氛內的高溫和高壓下被維持在所述HIP爐中。
5.根據權利要求I所述的方法，進一步包括對所述設備進行熱處理的步驟。
6.根據權利要求I所述的方法，進一步包括如下步驟進行酸洗、鏜削、以及磨光以從所述設備去除所述模具。
7.根據權利要求I所述的方法，進一步包括將所述設備機加工到最終尺寸的步驟。
8.一種提供在異種金屬的連接中使用的免焊設備的方法，包括如下步驟 (a)提供模具，所述模具被設計用以復制所述設備的背面； (b)將低合金鐵素體鋼成分霧化粉末引入到所述模具的第一部分中； (C)將一系列霧化粉末遞增地引入到所述模具的第二部分中以在所述鐵素體鋼成分和奧氏體不銹鋼成分之間形成過渡區； (d)將奧氏體不銹鋼成分霧化粉末引入到所述模具的第三部分中；以及 (e)在高溫高壓惰性氣體氣氛中固結并熔化所述霧化粉末以形成所述設備。
9.根據權利要求8所述的方法，其中形成所述過渡區的所述一系列霧化粉末以低合金鋼粉末開始并且在每個系列中增加到更高合金鋼粉末。
10.根據權利要求8所述的方法，其中所述過渡區包括一系列四種霧化粉末，其中所述第一霧化粉末是5Cr鋼粉末，所述第二霧化粉末是8Cr鋼粉末，所述第三霧化粉末是IlCr鋼粉末，并且所述第四霧化粉末是15Cr鋼霧化粉末。
11.根據權利要求10所述的方法，其中所述鐵素體鋼成分霧化粉末是2-l/4Cr鋼粉末，并且所述奧氏體不銹鋼成分霧化粉末是ISCr鋼粉末。
12.根據權利要求8所述的方法，其中所述過渡區包括一系列三種霧化粉末，其中所述第一霧化粉末是12Cr鋼粉末，所述第二霧化粉末是14Cr鋼粉末，并且所述第三霧化粉末是16Cr鋼粉末。
13.根據權利要求12所述的方法，其中所述鐵素體鋼成分霧化粉末是9Cr鋼粉末，并且所述奧氏體不銹鋼成分霧化粉末是ISCr鋼粉末。
14.根據權利要求8所述的方法，其中所述模具的所述第一部分和第三部分構成所述模具的約四分之三，并且所述模具的第二部構成所述模具的約四分之一。
15.根據權利要求8所述的方法，進一步包括如下步驟對所述設備進行熱處理以對所述設備的低合金段進行正火和回火。
16.根據權利要求8所述的所述的方法，進一步包括從所述設備去除所述模具的步驟。
17.根據權利要求8所述的方法，進一步包括將所述設備機加工到最終尺寸的步驟。
全文摘要
本發明涉及使用功能梯度成分控制粉末冶金和熱等靜壓處理方法來制造用于連接異種金屬的免焊設備的方法。制造供在異種金屬的連接中使用的免焊設備的方法包括如下步驟提供模具，該模具被設計用以復制該設備的背面，將低合金鐵素體鋼成分霧化粉末引入到該模具的第一部分中，將一系列霧化粉末以增量方式引入到該模具的第二部分中以在該鐵素體鋼成分和奧氏體不銹鋼成分之間形成過渡區，以及將奧氏體不銹鋼成分霧化粉末引入到該模具的第三部分中。該方法進一步包括如下步驟將霧化粉末在高溫、高壓惰性氣體氣氛中固結并熔化以形成該設備。
文檔編號B22F3/14GK102962453SQ201210163480
公開日2013年3月13日 申請日期2012年5月24日 優先權日2011年5月24日
發明者D.W.甘地, K.K.科爾曼, J.辛格爾德克 申請人:電力研究所有限公司