[发明专利]使用功能梯度成分控制粉末冶金和热等静压处理方法来制造用于连接异种金属的免焊设备的方法

说明书

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.61/489,501的受益权。

技术领域

本申请涉及制造供在异种金属的连接中使用的免焊设备的方法，并且更具体地，涉及提供供在发电厂环境中异种金属的连接中使用的免焊管填补材(Dutchman)的方法。

背景技术

传统的化石燃料发电厂在节煤器、过热器、和再热组件的各部分中利用成千上万的不同种类金属管焊接(Dissimilar metal tube weld, DMW)。DMW被用来提供碳、铬－钼(CrMo)、或蠕变强度增强铁素体(CSEF)钢管到奥氏体不锈钢或镍基管之间的过渡。该过渡是必需的，因为锅炉的某些部分经历较高温度运转和/或腐蚀性条件。DMW通常使用镍基焊接填料金属进行，该镍基焊接填料金属提供位于被连接的两种管材料之间的热膨胀系数(CTE)。这在提供良好的可焊性的同时，降低焊接接头附近的总体应力。

不幸的是，在温度下的暴露时间，这些DMW接头中的许多在它们因如下原因不得不被更换之前具有7-12年的有限寿命：碳活度梯度导致蠕变强度弱的无碳区的形成或有害的I型或II型碳化物。许多OEM和维修供应商所利用的一种选择是利用“填补材”来排除对在现场执行DMW的需要。填补材是DMW管段，通常在长度上大约12英寸（304.8 mm），该管段在车间设施中生产。填补材仍包含两种不同的管合金和在它们之间的镍基焊接。然而，不同之处是，填补材能够在受控的车间条件下生产，并且当在使用中被实现时，焊接工仅需进行“类似物”焊接：铁素体到铁素体或奥氏体到奥氏体（非DMW）。焊接工不再需要在现场进行困难的DMW。然而，即使采用较高质量的车间焊接的填补材，失效仍可能因膨胀系数上的差异过早地发生。

因此，存在对如下方法的需要：提供供在发电厂环境下连接异种金属中使用的免焊设备的方法。

发明内容

现有技术的这些和其它缺点通过本发明解决，本发明提供了如下方法：提供供在连接异种金属中使用的诸如填补材的免焊设备的方法。

根据本发明的一个方面，提供供在异种金属的连接中使用的免焊设备的方法包括如下步骤：提供模具，该模具被设计用以复制该设备的背面；提供第一金属粉末并且将该第一金属粉末引入到该模具的第一部分中；提供第二金属粉末并且将该第二金属粉末引入到该模具的第二部分中；以及提供第三金属粉末并且将该第三金属粉末引入到该模具的第三部分中。该第二金属粉末在该第一金属粉末和该第三金属粉末之间形成过渡。该方法进一步包括如下步骤：在该模具上抽真空并且密封该模具以维持该真空；将该模具放置到热等静压(HIP)炉中以固结并熔化所述第一粉末、第二粉末和第三粉末；以及将该模具冷却至室温并且从该模具拆下该设备。

根据本发明的另一方面，提供用在异种金属的连接中的免焊设备的方法包括如下步骤：提供模具，该模具被设计用以复制该设备的背面；将低合金铁素体钢成分雾化粉末引入到该模具的第一部分中，将一系列雾化粉末以递增方式引入到该模具的第二部分中以在铁素体钢成分和奥氏体不锈钢成分之间形成过渡区；将奥氏体不锈钢成分雾化粉末引入到该模具的第三部分中；以及将雾化粉末在高温、高压惰性气体气氛中固结并熔化以形成该设备。

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示出改进的填补材，该填补材表现出从2-1/4CR低合金钢到304H/347H不锈钢的过渡。

图2是示出了根据本发明的一个实施例的方法的流程图。

具体实施方式

参照附图，根据本发明的一实施例所形成的改进设备，诸如填补材，在图1中示出并且总的以附图标记10表示。

本发明完全消除了DMW。为了产生改进的填补材10，利用了功能梯度成分受控的粉末冶金/热等静压(HIP)实践。采用该工艺，填补材管10的成分在12 英寸（304.8 mm ）长的填补材管10 的1-3英寸（25.4-76.2 mm）区域上从铁素体管成分（碳-、CrMo、或CSEF钢）逐渐过渡到奥氏体不锈钢(SS)成分。这种逐渐过渡引起在管10 CTE中从一种合金到另一种的更平滑过渡，并且降低总体应力。

同样重要的往往与DMW相关联的碳迁移问题（以及蠕变强度上的并行损失）一概被排除，并且提供了管道厚度之间的平滑过渡。在HIP中对改进的填补材10进行处理（制造）以进一步实现固结和性质。一旦被制造，能够以与目前填补材类似的方式在现场使用它。