專利名稱：使用粉末冶金制造法來制造整體集管和管更換段的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及一種制造整體集管和管更換段的方法。
背景技術(shù)：
許多化石燃料發(fā)電廠被建造用于連續(xù)的基荷運(yùn)轉(zhuǎn)并且如今開始了解有意義的循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)。諸如集管和高溫管道系統(tǒng)之類的部件上的顯著應(yīng)變通常與循環(huán)實(shí)踐相關(guān)聯(lián)，該循環(huán)實(shí)踐常常導(dǎo)致部件退化、開裂、以及部件的最終失效。另外，循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)能夠?qū)е略谘刂荛L度的各位置處的熱梯度，該熱梯度能夠?qū)е略谶@些位置處過熱和損壞。當(dāng)遭遇損壞時(shí)，公用設(shè)施常常面臨更換整個(gè)集管或移除集管的短段(通常在長度上大約3-8英尺)的困境。碳或低合金鋼和不銹鋼集管通常使用軋制&焊接(R&W)的板段或擠壓管段制造。以環(huán)繞集管直徑的規(guī)定方向并且沿著其中短管隨后被結(jié)合到部件的特定長度，將貫穿部(或孔)加工到集管中。短管借助各種焊接方法和過程結(jié)合到集管，這取決于制造商。由于短管到集管焊接的幾何形狀，焊接常常手動(dòng)地進(jìn)行，并且檢驗(yàn)是非常困難的。因此，貫穿部之間的焊縫開裂或聯(lián)結(jié)物開裂中的失效是常見的失效機(jī)制。在能夠獲得更換段或新集管之前，更換段的采購常常需要長達(dá)12個(gè)月或更長的長的訂貨至交貨的時(shí)間，導(dǎo)致制造商工廠的估值下調(diào)和損失收入。

發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)有技術(shù)的這些和其它缺點(diǎn)通過本發(fā)明解決，本發(fā)明提供了制造整體集管和管更換段的方法，該方法提供了對用于生產(chǎn)集管更換件的傳統(tǒng)制造過程的節(jié)省成本的替代方案；提供較短的訂貨至交貨的時(shí)間；以及因?yàn)槟軌蛳鄠€(gè)連接焊接點(diǎn)(管到集管)，所以改進(jìn)了集管更換段的總體質(zhì)量。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，制造整體集管和管更換段的方法包括如下步驟:提供集管和管更換段的倒型模具；提供霧化鋼粉末；用該霧化鋼粉末填充該倒型模具；以及將該模具插入到熱等靜壓處理(HIP)爐中以固結(jié)該粉末并將該粉末燒結(jié)成所述集管和管更換段形狀。


被視為本發(fā)明的本主題可通過參考結(jié)合附圖所作出的下列描述而最佳地理解，在這些附圖中:
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的整體集管到管附件；以及 圖2是用于制造整體集管到管附件的流程圖。
具體實(shí)施例方式參照附圖，根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例所形成的整體集管到管附件段在圖1中示出并且總體上以附圖標(biāo)記10表示。本發(fā)明提供傳統(tǒng)制造過程的替代方案，該方案導(dǎo)致較短的訂貨至交貨的時(shí)間和改進(jìn)的更換段的總體質(zhì)量。它使用粉末冶金(PM)和熱等靜壓處理(HIP)的結(jié)合來產(chǎn)生更換段，該更換段為全部PM/HIP努力的一部分所產(chǎn)生的帶有短管的近凈成形。不需要焊接來將短管連接到集管。采用該過程，有疑問的焊接接頭完全被消除并且?guī)碚w集管組件的長得多的總壽命。該技術(shù)可應(yīng)用于用在化石燃料廠、HRSG工廠、和任何其它涉及集管和集管更換的應(yīng)用(化學(xué)品、石油化工、紙漿及紙品)中的集管。因?yàn)榧芏文軌虍a(chǎn)生作為一個(gè)完整的系統(tǒng)，所以HIP/PM技術(shù)消除了軋制和焊接或擠壓制造步驟。更重要地，它消除了短管到集管的連接，因?yàn)槎坦芎图茉谝粋€(gè)連續(xù)的PM/HIP過程中整體地制造。參照圖2，該過程涉及受損的集管段的精確復(fù)制品的設(shè)計(jì)，塊11，該受損的集管段包括能夠從集管的圖紙中獲得的圖1的短管段。接著，由碳鋼材料以兩半(或更多部分)產(chǎn)生集管段的倒型模具(容器)，塊12，該模具形成集管段的最終形狀。將該模具組裝在一起，然后用霧化低合金鋼粉末填充模具，塊13。接著，使用真空將模具排空以排除任何可能的氣孔，然后通過焊接對模具進(jìn)行密封，塊14。然后將整個(gè)組件插入到HIP爐中并且使其處于(通常在惰性氬氣氛下的)高溫和壓力狀態(tài)下，以固結(jié)粉末并將其燒結(jié)成集管的最終形狀，塊16。將組件在燒結(jié)溫度下維持給定的時(shí)段，然后使其冷卻到室溫，塊17和18?？赡苄枰硗獾臒崽幚韥硎辜苓_(dá)到正火和回火條件以供使用，塊19。這一最終熱處理能夠在模具中或模具外進(jìn)行。一旦已經(jīng)使集管返回到室溫，就需要拆下模具，塊20。此時(shí)，集管應(yīng)處于近凈形狀(近最終形狀)狀態(tài)?？赡苄枰M(jìn)行一些清理和磨光，以保證拆下罐、模具以及除去任何殘留物以獲得最終表面，塊21。此時(shí)，還需要兩個(gè)另外的步驟:1)對短管鏜孔以產(chǎn)生內(nèi)貫穿部，塊22;以及2)對鏜孔區(qū)域的內(nèi)徑倒角，塊23。這兩個(gè)操作均使用CNC銑磨/鏜孔操作容易地完成。應(yīng)再次指出的是，短管現(xiàn)在是集管的組成部分，該部分不需要集管和短管之間的焊接過渡，該焊接過渡在過去是值得考慮的問題的區(qū)域。焊接裝配的排除，消除了熱膨脹擔(dān)憂、可能的疲勞和蠕變損傷問題、以及常常與短管的焊接附接相關(guān)聯(lián)的楔入。作為整體短管，僅需要將短管附接到現(xiàn)有鍋爐管的焊接，顯著減少了未來損壞。因?yàn)槟軌蚓?xì)地控制形狀，所以實(shí)現(xiàn)了短管和集管之間的可重復(fù)平滑過渡，降低了應(yīng)力梯級(jí)的可能性。前面已經(jīng)描述了用于制造整體集管和管更換段的方法。雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的特定實(shí)施例，但是對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將明顯的是，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，能夠?qū)Ρ景l(fā)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(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的上面的描述以及用于實(shí)踐本發(fā)明的最佳方式。
權(quán)利要求
1.一種制造整體集管和管更換段的方法，包括如下步驟: (a)提供集管和管更換段的倒型模具； (b)提供霧化鋼粉末； (c)用所述霧化鋼粉末填充所述倒型模具；以及 (d)將所述模具插入到熱等靜壓處理(HIP)爐中以固結(jié)并燒結(jié)所述粉末至所述集管和管更換段的形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括如下步驟:將所述模具經(jīng)歷真空以排除氣孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，進(jìn)一步包括如下步驟:密封所述模具以維持真空。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括如下步驟:使所述HIP爐達(dá)到高壓和高溫以固結(jié)并燒結(jié)所述粉末。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中使所述HIP爐處于惰性氣體氣氛中的高溫和高壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，進(jìn)一步包括如下步驟:將所述HIP爐維持在高溫和高壓下預(yù)定的時(shí)間量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括如下步驟:將所述模具和燒結(jié)的粉末冷卻到室溫。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括如下步驟:對所述集管和管更換段進(jìn)行熱處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括如下步驟:將所述集管和管更換段精加工成最終形狀。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述精加工的步驟包括如下步驟:磨光所述集管和管更換段的外表面以除去任何殘留物并獲得最終表面。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述精加工的步驟包括如下步驟:對所述集管和管更換段的短管鏜孔以產(chǎn)生內(nèi)部穿透。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述精加工的步驟包括如下步驟:對所述集管和管更換段的鏜孔區(qū)域的內(nèi)側(cè)倒角。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用粉末冶金制造法來制造整體集管和管更換段的方法。制造整體集管和管更換段的方法包括如下步驟提供集管和管更換段的倒型模具；提供霧化鋼粉末；以及用該霧化鋼粉末填充該倒型模具。該方法還包括如下步驟將該模具插入到熱等靜壓處理(HIP)爐中以固結(jié)并燒結(jié)該粉末至所述集管和管更換段的形狀。
文檔編號(hào)B22F5/12GK103143713SQ201210163440
公開日2013年6月12日 申請日期2012年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月24日
發(fā)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