專利名稱：用于借助于峰值溫度回火焊接來焊接薄壁管的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于連接兩個鄰近的部件特別是管壁調(diào)風器(register)的兩個管以產(chǎn)生鍋爐壁的方法。蒸汽發(fā)生器的鍋爐壁包括介質流過其中的管，所述管通過設置在管上的帶條而連接到彼此上，并且形成閉合式鍋爐壁。管壁調(diào)風器可沿著圓形焊縫調(diào)風器鄰接部借助于帶條調(diào)風器鄰接部上的帶條和/或通過管而連接到彼此上。通過焊接，特別是借助于鎢極惰性氣體焊接方法來完成連結。
背景技術：
在運行期間，蒸汽發(fā)生器的鍋爐壁會經(jīng)受大的應變。特別地考慮到介質材料流過其中的管，因此必要的是，使用可受壓的材料。鍋爐壁包括封閉鍋爐的燃燒室的燃燒室壁和煙道氣通道的貼近的包壁。燃燒室壁以及包壁必須能夠移除足夠的熱。為了滿足這些要求，可用于壁的材料是馬氏體鋼合金。但是，這些材料熱需要進行后續(xù)熱處理，這就是為什么使用避免進行后續(xù)熱處理的材料是合乎需要的。因此，優(yōu)選地使用鐵素體、貝氏體或貝氏體-馬氏體鋼合金。由于它們的化學成分的原因，即使在預熱下進行焊接，這些合金中的一些往往在從焊接溫度冷卻下來時會增加硬化。在下文中，這樣的合金將稱為是“空氣硬化式”的。具體而言，使用材料T23(7CrWVMoNb 9-6)或T24(7CrMoVTiB 10-10)，這些材料由歐洲標準EN 10216以及由美國材料實驗協(xié)會(美國賓西法尼亞West Conshohocken的ASTMInternational)的 ASTM A213/A213M_09a 所限定和 / 或標準化。材料 T24 稱為 7CrMoVTiB10-10?；谟糜谠趬毫ο逻\行的無縫鋼管_ EN10216-2)的技術輸送條件，待連結的構件的碳含量可為0.05wt% -O.1Owt % ( ^^二重量1^ ) ο已經(jīng)發(fā)現(xiàn)由這樣的材料特別是材料T24和T23制成的管會在蒸汽發(fā)生器的運行期間經(jīng)受損害。材料在焊接操作期間完全硬化，使得由于根部中的幾何構造不規(guī)則性的原因，由于高壓的原因和由于高溫的原因，在管的內(nèi)側上形成裂紋，然后所述裂紋造成損害，并且最終導致管中有泄漏。

這里，具有高達5mm至最大10限度mm的壁厚的管稱為薄壁管。VDTt)V(德國技術控制協(xié)會)材料數(shù)據(jù)表533/2不會在經(jīng)TIG (鎢極惰性氣體)焊接的具有< 10_的壁厚的薄壁管中提供后續(xù)熱處理。實際上，在回火溫度處進行后續(xù)熱處理會消除焊接中的硬度增加；但是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這不僅昂貴，而且還可導致裂紋的形成，以及導致經(jīng)熱處理的構件變形。在大型鍋爐中，這個方法不可行。到現(xiàn)在為止，已經(jīng)考慮到的另一種解決方案是在馬氏體開始溫度以上進行焊接。但是，這個溫度非常高，并且因而這個建議在實際應用中還不合適。這個方法會產(chǎn)生超熱結構，并且伴隨著材料屬性的惡化。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目標是提供一種用于焊接管壁調(diào)風器的焊接方法，該方法也適于空氣硬化式鋼合金，并且特別適于材料T23和T24，并且特別適于薄壁管。
用展示了專利權利要求1的特征的方法來實現(xiàn)此目標。在兩個構件的接頭焊接中，例如兩個管或兩個帶條的接頭焊接中，在接頭中形成多層焊縫。首先，產(chǎn)生根部層。根部層位于在兩個管焊接在一起時而形成的內(nèi)側上，所述內(nèi)側由與介質相關聯(lián)的管形成。優(yōu)選地，接頭從內(nèi)側朝相對的外側變寬。接頭可為具有三角形或梯形橫截面的V形接頭。隨后，對根部層施用至少一個填充層，如果可能的話，所述填充層填充待連接的兩個構件之間的接頭高達基本外側的高度。通過使用類型與待連結的構件的材料相同的焊接填料材料來完成對同樣類型的管道的接頭焊接。因此，例如，用對應的焊接填料材料WZCrMo2VTiNb來將由T24制成的兩個管焊接在一起。另外，焊接方法可用于不同的類型的焊接接頭，其中，待連結的構件中的至少一個和/或焊縫展示空氣硬化的屬性。將所謂的鎢極惰性氣體焊接(TIG焊接)方法用作焊接方法?？蛇m當?shù)卮_定用于根部層和填充層的焊接條件。這樣做時，在根部層的區(qū)域中形成硬化區(qū)，在這種情況下，在所述硬化區(qū)中，α混合晶體已經(jīng)轉變成Y混合晶體。Y混合晶體會顯示較大的碳可溶性，在冷卻過程期間，這會在受熱影響的區(qū)中以及在堆焊本身中導致材料有應變晶格和伴隨的增加的硬化。這個硬度增加也出現(xiàn)在待連結的構件的內(nèi)側的區(qū)域中，這是特別關鍵的。這個極端硬度會使構件(例如管壁調(diào)風器)易于形成裂紋，可選地還易于在連結位點處特別是在內(nèi)表面處有應力裂紋侵蝕。另一個存在的關鍵硬化機制是特殊的碳化物在550°C的溫度范圍中分離。這樣的特殊的碳化物會導致受熱影響的區(qū)域敏感化，并且導致對所謂的松馳裂紋形成損害機制的易感性增加。

因此，根據(jù)本發(fā)明，將一個或多個覆蓋層焊接到填充層上，借此以這樣的方式來預先規(guī)定焊接參數(shù)，即，內(nèi)側和/或根部層的區(qū)域中的焊縫的加熱——所述加熱由焊接過程引起一發(fā)生在優(yōu)化溫度范圍內(nèi)，并且因而導致硬度減小。用于優(yōu)化硬度以及用于優(yōu)化微結構的優(yōu)化溫度范圍由相圖的Aa溫度和Ac3溫度的對于材料而言專有的保持點或轉變點確定，特別是還由特殊的碳化物的對于材料而言專有的分離溫度確定。優(yōu)選地，這個條件在焊接電流強度被限制在70安培和120安培之間的范圍的情況下實現(xiàn)。優(yōu)選地，通過所謂的擺式焊接來施用至少一個覆蓋層。這樣做時，覆蓋層的焊道不會產(chǎn)生為直線焊道，而是為擺式焊道。其在接頭中以蛇形線的形式延伸。當擺式焊道產(chǎn)生時，焊接電極和/或焊接填料材料的焊條不僅沿著焊縫而且同時橫向于焊縫而前后移動，使得產(chǎn)生蛇形焊道形狀。由于這個運動的原因，相對于內(nèi)側上的或根部層的區(qū)域中的之前硬化的區(qū)的距離不斷改變。對這些硬化區(qū)的熱供應是適度的，使得溫度可保持在優(yōu)化溫度范圍中。這樣做時，焊接電流因而被限制在70安培和120安培之間的范圍中的最大值。優(yōu)選地，用于焊接根部層和/或填充層的焊接電流大于用于焊接至少一個覆蓋層的焊接電流。用于焊接根部層的焊接電流則可小于用于焊接填充層的焊接電流?？蓮膹膶俚膶＠麢嗬笠约懊枋鲋型浦鶕?jù)本發(fā)明的方法的有利實施例。該描述闡明了方法的一個示例性實施例，并且局限于本發(fā)明的實質特征，以及限于其它情形。附圖將用于補充信息。


圖1顯示了在示例中作為管壁調(diào)風器的構件的管的示意圖的透視圖2顯示了接頭的示意性橫截面圖，接頭在兩個構件(例如兩個管)的連結位點處包括多層焊縫；圖3和4顯示了焊縫的覆蓋層的多個擺式焊道中的一個的行進的示意圖；圖5至8顯示了顯示用于焊道的若干層的布置選項的示意性橫截面圖；圖9顯示了焊道I的電流強度和壁厚W之間的關系的表示；以及圖10顯示了針對焊接電流I的各種電流強度且針對壁厚W，在受熱影響的區(qū)Z中的溫度I和時間t之間的關系。
具體實施例方式圖1顯示了管11作為用于制造鍋爐壁的管壁調(diào)風器10的示例性構件。鍋爐壁包括封閉鍋爐的燃燒室的燃燒室壁和封閉貼近燃燒室的煙道氣通道的包壁。鍋爐壁構造成以便不透氣。通常，例如，在制造鍋爐壁時，必要的是通過焊接(例如TIG焊接)在兩個受到影響的管端上以不透流體的方式將管11連接到彼此上。這樣做時，鄰近的鍋爐壁調(diào)風器10的管11連接到彼此上。通過焊接，例如通過TIG焊接，來完成這個連接。兩個鄰近的管壁調(diào)風器10的管11在圓形焊縫調(diào)風器鄰接部處連接到彼此上，并且/或者兩個鄰近的管壁調(diào)風器10的帶條12在調(diào)風器鄰接部處借助于焊縫13而連接到彼此上。圖2顯示了這種焊縫13的示意圖。用于待連接的兩個構件11、12之間的焊接連接的接頭17具有三角形或梯形橫截面，并且從內(nèi)側14朝外側15變寬。當兩個管連接時，內(nèi)側14由面向過程介質的管內(nèi)壁16表示。接頭17在外側15上的寬度BA為大約10毫米至12毫米。接頭17在內(nèi)側14上的寬度BI為大約2毫米至4毫米。待連接的兩個構件11、12的壁厚W介于毫米5和10毫米之間。管11和/或帶條12由空氣硬化式鋼合金構成，特別是貝氏體或貝氏體-馬氏體鋼合金。在該示例性實施例中，所使用的材料是具有至少O. 05wt% (以及例如O.1wt % )的碳含量的T24(7CrMoVTiB10-10)。焊縫13由若干層組成。焊縫包括在待連結的構件11、12的內(nèi)側14上的根部層20。對這個根部層20施用至少一個填充層21，所述填充層與根部層20 —起基本完全填充接頭17。填充層的數(shù)量取決于壁厚。根據(jù)該示例，填充層21貼近外側15，并且具有沿接頭橫向方向Q以內(nèi)凹彎曲的方式而背離根部層20的表面22。接頭17被填充層21和根部層20填充至少90%。對填充層21施用至少一個覆蓋層23，并且優(yōu)選地，第一覆蓋層23a和第二覆蓋層23b。每個層20、21、23的焊道軌跡的數(shù)量可有所變化。例如，圖5和6顯示了層20、21、23分別具有一個焊道軌跡24，而圖7和8則顯示了單個覆蓋層23有兩個沿接頭橫向方向Q形成的鄰近的焊道軌跡24。而且，圖8中的第一覆蓋層23a包括沿接頭橫向方向Q鄰近彼此的兩個焊道軌跡24。同樣，其它層20、21可包括若干個焊道軌跡24。層20、21、23的焊道軌跡24的數(shù)量也可大于兩個。在如圖7或8中的焊接接頭的實施例中，兩個焊道軌跡24在一個覆蓋層23或23a中靠近彼此。各個焊道軌跡24相對于通過接頭17的中心面的外部的受熱影響的區(qū)Z中的點的距離有所變化，如圖8中由箭頭dl和d2所顯示的隨機位置的示例示意性顯示的那樣。因此，在覆蓋層23或23a的兩個焊道軌跡24被焊接的時候，在這個位置處的熱影響的程度也有所變化。會引起不對稱性。取決于哪個焊道軌跡24最后被焊接，這可導致在接頭17的受影響的側部上，在受熱影響的區(qū)Z中有潛在地不合需要的大的硬度。在那些情況下，如圖8所顯示的那樣，在一個焊道軌跡中施用第二覆蓋層23b，使得受熱影響的區(qū)Z中的不對稱溫度影響再次抵銷。特別是在沿著內(nèi)側14的區(qū)域中，由于馬氏體的形成和促進裂紋的形成的二次硬化的原因，焊接接頭必須不展示任何增加的硬度。特別是在這個區(qū)域中，硬度必須小于350HV。特別關鍵的是根部層20和相應地鄰近的構件11、12之間的兩個過渡部26，以及根部下陷部27。特別是在這些關鍵點26、27處，當內(nèi)側區(qū)域展示增加的硬度時，裂紋開始形成是可能的。用預先規(guī)定的焊接參數(shù)來完成至少一個覆蓋層23的焊接，使得在內(nèi)側14上，在根部層20的區(qū)域中，將溫度T在受熱影響的區(qū)Z中調(diào)節(jié)在大約600°C至大約1000°C的優(yōu)化溫度范圍中。根據(jù)該示例，優(yōu)化溫度范圍介于對于材料而言專有的Aa溫度和Ac3溫度之間。由于分離過程的原因，優(yōu)化溫度范圍的下限也可為在Aa溫度以下大約100°C。例如，對于材料T24，Aci溫度為815°C，并且Ac3溫度為930°C。因此，當產(chǎn)生根部層20時，以及/或者當產(chǎn)生填充層21時，內(nèi)側14上的受熱影響的區(qū)域的增加的硬化被減小或消除，并且這個受熱影響的區(qū)域中的硬度減小到內(nèi)側14上的容許值，具體而言，所述值小于350HV。根據(jù)該示例，焊接電流I用作預先規(guī)定的焊接參數(shù)，在焊接至少一個覆蓋層23時，預先規(guī)定所述參數(shù)。和與壁厚W的預先規(guī)定的非線性關系相一致地調(diào)節(jié)用于焊接至少一個覆蓋層23的焊接電流I，如圖9中的曲線K以定性的方式所顯示的那樣。焊接電流I和焊接電流變化隨著壁厚W的增大而增大。這意味著曲線K的斜度隨著壁厚W增大而增大。當焊接覆蓋層23時，以這樣`的方式調(diào)節(jié)焊接電流I，即，通過待在內(nèi)側14的區(qū)域中連接的管11的壁的溫度輸入和熱擴散在介于T = Aa和T = Ac3之間的優(yōu)化溫度范圍內(nèi)處于均衡狀態(tài)。在圖10中顯示了關于各個壁厚W的所產(chǎn)生的關系。那里針對在沿著接頭17的外圍點處的壁厚W，顯示了在內(nèi)側14的區(qū)域中的受熱影響的區(qū)Z中的隨著時間t而變化的溫度T。對于各個焊接電流I，會產(chǎn)生不同的關系，使得通過使用焊接電流I作為參數(shù)來獲得曲線族。為了實現(xiàn)上面描述的均衡狀態(tài)，限定焊接電流I的電流強度，使得受熱影響的區(qū)Z中的溫度T在第一時間tl處超過Aa溫度，這個值小于預先規(guī)定的第一持續(xù)時間極限ta。Aci溫度表示必須實現(xiàn)的溫度下限。而且，調(diào)節(jié)焊接電流I，使得在第二持續(xù)時間極限tb過去之前，受熱影響的區(qū)Z中的溫度T不超過由Ara溫度預先規(guī)定的溫度上限。第二持續(xù)時間極限tb和第一持續(xù)時間極限ta之間的時間差△ t足夠大，以至于操作者有足夠的時間來進行焊接。因為操作者沿著接頭17移動電極，所以預先規(guī)定的時間間隔At為焊接裝置的任何操作者預先規(guī)定了足夠長的時段，使得不管操作者的個人習慣如何，而在介于Aa溫度和Ac3溫度之間的期望的優(yōu)化溫度范圍內(nèi)實現(xiàn)對受熱影響的區(qū)Z中的溫度輸入。參照圖10所顯示的示例，例如，用于焊接電流的電流強度14是適當?shù)摹Ｏ嚓P聯(lián)的溫度曲線在第一時間tl處達到Aa溫度，所述溫度小于第一持續(xù)時間極限ta，而且僅在第二持續(xù)時間極限tb過去之后，在第二時間t2處超過Ara溫度。13的電流強度也將適于焊接電流I。如果產(chǎn)生了若干個覆蓋層23a、23b，則在待連接的構件的相同的幾何構造條件下，焊接參數(shù)以及特別是焊接電流I對于所有覆蓋層23a、23b來說是相同的。在一側或兩側上，覆蓋層23可相對于相應地鄰近的構件11、12有一定距離，所述距離稱為焊縫寬度S，而且根據(jù)該示例，所述距離介于O毫米和2毫米之間。覆蓋層23的焊道24或覆蓋層23a、23b的焊道24沒有施用為直線焊道，而是呈擺式焊道P的形式，如圖3和4所示意性地顯示的那樣。在焊接操作期間，焊接電極和/或焊接填料材料的焊條在接頭17中沿蛇形線或之字線移動。這樣做時，沿接頭橫向方向Q的偏移是電極直徑或焊條直徑的至少兩倍或三倍。通常，如果待連接的構件由相同類型的材料構成，則對由T24制成的管使用相同類型的焊接填料材料，例如WZCrMo2VTiNb。如果焊接接頭由不同的類型的材料制成，則可使用根據(jù)本發(fā)明的焊接技術，只要待連接的構件中的至少一個和/或焊接填料材料展示空氣硬化屬性即可。根據(jù)該示例，焊條具有2. O毫米至
3.5毫米的直徑。本發(fā)明涉及一種用于通過TIG焊接來連接兩個構件11、12的方法，所述構件由展示空氣硬化屬性的鋼合金以及特別是由材料T23或T24構成。在待連接的構件之間產(chǎn)生接頭17，具體而言，所述接頭從內(nèi)側14朝外側15變寬。首先，在內(nèi)側14的區(qū)域中焊接根部層20。隨后，焊接貼近根部層20的填充層21，使得接頭被填充至少90%。最后，將覆蓋層23焊接到填充層21上，借此以這樣的方式來預先規(guī)定焊接參數(shù)，即，在內(nèi)側14上在根部層20的區(qū)域中將溫度調(diào)節(jié)在優(yōu)化溫度范圍中。
權利要求
1.一種用于通過焊接來連接兩個構件(11，12)的方法，其中，所述兩個構件(11，12)中的至少一個或用于產(chǎn)生焊接接頭的焊接填料材料由空氣硬化式鋼合金構成，所述方法包括以下步驟 -在待連接的所述兩個構件(11，12)之間提供從內(nèi)側(14)延伸向外側(15)的接頭(17)； -在所述內(nèi)側(14)的區(qū)域中焊接根部層(20)， -焊接貼近所述根部層(20)的填充層(21)， -在所述外側(15)的區(qū)域中，以預先規(guī)定的焊接參數(shù)焊接貼近所述填充層(21)的至少一個覆蓋層(23)，使得在所述內(nèi)側(14)上的所述根部層(20)的區(qū)域中將溫度調(diào)節(jié)在優(yōu)化溫度范圍中。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述鋼合金具有在1.9重量％ -2. 6重量％ (wt% )的范圍中的鉻含量。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述鋼合金具有在2.25重量％ -2. 5重量％ (wt% )的范圍中的鉻含量。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一個覆蓋層(23)的至少一個焊道(24)施用為擺式焊道(P)。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述優(yōu)化溫度范圍的上限對應于待連接的所述構件(11，12)的對于材料而言專有的Ara溫度。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述優(yōu)化溫度范圍的下限大約處于600°C或 700°C。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述優(yōu)化溫度范圍的下限對應于待連接的所述構件(11，12)的對于材料而言專有的Aa溫度。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，用于焊接所述至少一個覆蓋層(23)的焊接電流(I)介于70安培和120安培之間，并且優(yōu)選地，介于85安培至95安培之間。
9.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，待連接的所述構件(11，12)是鍋爐壁的管壁調(diào)風器(10)的兩個管(11)或兩個帶條(12)。
10.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，待連接的所述構件(11，12)具有小于10毫米的壁厚(W)。
11.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，待連接的所述構件(11，12)具有在5.6毫米至6. 3毫米的范圍中的壁厚(W)。
12.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，待連接的所述構件(11，12)的碳含量為至少O. 05重量％至O. 10重量％ wt % )。
13.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述層(20，21，23，23a，23b)中的各個包括一個或多個焊縫軌跡(24)。
14.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，焊條具有2.O毫米至2. 5毫米的直徑。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于借助于峰值溫度回火焊接來焊接薄壁管的方法。本發(fā)明涉及一種用于通過TIG焊接來連接兩個構件的方法，所述構件由空氣硬化式鋼合金且具體而言由材料T23或T24構成。在待連接的構件之間產(chǎn)生接頭(17)，具體而言，所述接頭從內(nèi)側朝外側變寬。首先，在內(nèi)側的區(qū)域中焊接根部層。隨后，焊接貼近根部層的填充層，使得接頭被填充至少90％。最后，將覆蓋層焊接到填充層上，借此以這樣的方式來預先規(guī)定焊接參數(shù)在內(nèi)側上，在根部層的區(qū)域中將溫度調(diào)節(jié)在優(yōu)化溫度范圍中。
文檔編號B23K9/167GK103056492SQ201210281010
公開日2013年4月24日 申請日期2012年7月26日 優(yōu)先權日2011年7月26日
發(fā)明者A·赫爾姆里希, A·科普, K·伊爾迪林, T·鮑姆加滕 申請人:阿爾斯通技術有限公司