专利名称：用于借助于峰值温度回火焊接来焊接薄壁管的方法
技术领域：
本发明涉及用于连接两个邻近的部件特别是管壁调风器(register)的两个管以产生锅炉壁的方法。蒸汽发生器的锅炉壁包括介质流过其中的管，所述管通过设置在管上的带条而连接到彼此上，并且形成闭合式锅炉壁。管壁调风器可沿着圆形焊缝调风器邻接部借助于带条调风器邻接部上的带条和/或通过管而连接到彼此上。通过焊接，特别是借助于钨极惰性气体焊接方法来完成连结。
背景技术：
在运行期间，蒸汽发生器的锅炉壁会经受大的应变。特别地考虑到介质材料流过其中的管，因此必要的是，使用可受压的材料。锅炉壁包括封闭锅炉的燃烧室的燃烧室壁和烟道气通道的贴近的包壁。燃烧室壁以及包壁必须能够移除足够的热。为了满足这些要求，可用于壁的材料是马氏体钢合金。但是，这些材料热需要进行后续热处理，这就是为什么使用避免进行后续热处理的材料是合乎需要的。因此，优选地使用铁素体、贝氏体或贝氏体-马氏体钢合金。由于它们的化学成分的原因，即使在预热下进行焊接，这些合金中的一些往往在从焊接温度冷却下来时会增加硬化。在下文中，这样的合金将称为是“空气硬化式”的。具体而言，使用材料T23(7CrWVMoNb 9-6)或T24(7CrMoVTiB 10-10)，这些材料由欧洲标准EN 10216以及由美国材料实验协会(美国宾西法尼亚West Conshohocken的ASTMInternational)的 ASTM A213/A213M_09a 所限定和 / 或标准化。材料 T24 称为 7CrMoVTiB10-10。基于用于在压力下运行的无缝钢管_ EN10216-2)的技术输送条件，待连结的构件的碳含量可为0.05wt% -O.1Owt % ( ^^二重量1^ ) ο已经发现由这样的材料特别是材料T24和T23制成的管会在蒸汽发生器的运行期间经受损害。材料在焊接操作期间完全硬化，使得由于根部中的几何构造不规则性的原因，由于高压的原因和由于高温的原因，在管的内侧上形成裂纹，然后所述裂纹造成损害，并且最终导致管中有泄漏。
这里，具有高达5mm至最大10限度mm的壁厚的管称为薄壁管。VDTt)V(德国技术控制协会)材料数据表533/2不会在经TIG (钨极惰性气体)焊接的具有< 10_的壁厚的薄壁管中提供后续热处理。实际上，在回火温度处进行后续热处理会消除焊接中的硬度增加；但是，已经发现，这不仅昂贵，而且还可导致裂纹的形成，以及导致经热处理的构件变形。在大型锅炉中，这个方法不可行。到现在为止，已经考虑到的另一种解决方案是在马氏体开始温度以上进行焊接。但是，这个温度非常高，并且因而这个建议在实际应用中还不合适。这个方法会产生超热结构，并且伴随着材料属性的恶化。
发明内容
因此，本发明的目标是提供一种用于焊接管壁调风器的焊接方法，该方法也适于空气硬化式钢合金，并且特别适于材料T23和T24，并且特别适于薄壁管。
用展示了专利权利要求1的特征的方法来实现此目标。在两个构件的接头焊接中，例如两个管或两个带条的接头焊接中，在接头中形成多层焊缝。首先，产生根部层。根部层位于在两个管焊接在一起时而形成的内侧上，所述内侧由与介质相关联的管形成。优选地，接头从内侧朝相对的外侧变宽。接头可为具有三角形或梯形横截面的V形接头。随后，对根部层施用至少一个填充层，如果可能的话，所述填充层填充待连接的两个构件之间的接头高达基本外侧的高度。通过使用类型与待连结的构件的材料相同的焊接填料材料来完成对同样类型的管道的接头焊接。因此，例如，用对应的焊接填料材料WZCrMo2VTiNb来将由T24制成的两个管焊接在一起。另外，焊接方法可用于不同的类型的焊接接头，其中，待连结的构件中的至少一个和/或焊缝展示空气硬化的属性。将所谓的钨极惰性气体焊接(TIG焊接)方法用作焊接方法。可适当地确定用于根部层和填充层的焊接条件。这样做时，在根部层的区域中形成硬化区，在这种情况下，在所述硬化区中，α混合晶体已经转变成Y混合晶体。Y混合晶体会显示较大的碳可溶性，在冷却过程期间，这会在受热影响的区中以及在堆焊本身中导致材料有应变晶格和伴随的增加的硬化。这个硬度增加也出现在待连结的构件的内侧的区域中，这是特别关键的。这个极端硬度会使构件(例如管壁调风器)易于形成裂纹，可选地还易于在连结位点处特别是在内表面处有应力裂纹侵蚀。另一个存在的关键硬化机制是特殊的碳化物在550°C的温度范围中分离。这样的特殊的碳化物会导致受热影响的区域敏感化，并且导致对所谓的松驰裂纹形成损害机制的易感性增加。
因此，根据本发明，将一个或多个覆盖层焊接到填充层上，借此以这样的方式来预先规定焊接参数，即，内侧和/或根部层的区域中的焊缝的加热——所述加热由焊接过程引起一发生在优化温度范围内，并且因而导致硬度减小。用于优化硬度以及用于优化微结构的优化温度范围由相图的Aa温度和Ac3温度的对于材料而言专有的保持点或转变点确定，特别是还由特殊的碳化物的对于材料而言专有的分离温度确定。优选地，这个条件在焊接电流强度被限制在70安培和120安培之间的范围的情况下实现。优选地，通过所谓的摆式焊接来施用至少一个覆盖层。这样做时，覆盖层的焊道不会产生为直线焊道，而是为摆式焊道。其在接头中以蛇形线的形式延伸。当摆式焊道产生时，焊接电极和/或焊接填料材料的焊条不仅沿着焊缝而且同时横向于焊缝而前后移动，使得产生蛇形焊道形状。由于这个运动的原因，相对于内侧上的或根部层的区域中的之前硬化的区的距离不断改变。对这些硬化区的热供应是适度的，使得温度可保持在优化温度范围中。这样做时，焊接电流因而被限制在70安培和120安培之间的范围中的最大值。优选地，用于焊接根部层和/或填充层的焊接电流大于用于焊接至少一个覆盖层的焊接电流。用于焊接根部层的焊接电流则可小于用于焊接填充层的焊接电流。可从从属的专利权利要求以及描述中推知根据本发明的方法的有利实施例。该描述阐明了方法的一个示例性实施例，并且局限于本发明的实质特征，以及限于其它情形。附图将用于补充信息。
图1显示了在示例中作为管壁调风器的构件的管的示意图的透视图2显示了接头的示意性横截面图，接头在两个构件(例如两个管)的连结位点处包括多层焊缝；图3和4显示了焊缝的覆盖层的多个摆式焊道中的一个的行进的示意图；图5至8显示了显示用于焊道的若干层的布置选项的示意性横截面图；图9显示了焊道I的电流强度和壁厚W之间的关系的表示；以及图10显示了针对焊接电流I的各种电流强度且针对壁厚W，在受热影响的区Z中的温度I和时间t之间的关系。
具体实施例方式图1显示了管11作为用于制造锅炉壁的管壁调风器10的示例性构件。锅炉壁包括封闭锅炉的燃烧室的燃烧室壁和封闭贴近燃烧室的烟道气通道的包壁。锅炉壁构造成以便不透气。通常，例如，在制造锅炉壁时，必要的是通过焊接(例如TIG焊接)在两个受到影响的管端上以不透流体的方式将管11连接到彼此上。这样做时，邻近的锅炉壁调风器10的管11连接到彼此上。通过焊接，例如通过TIG焊接，来完成这个连接。两个邻近的管壁调风器10的管11在圆形焊缝调风器邻接部处连接到彼此上，并且/或者两个邻近的管壁调风器10的带条12在调风器邻接部处借助于焊缝13而连接到彼此上。图2显示了这种焊缝13的示意图。用于待连接的两个构件11、12之间的焊接连接的接头17具有三角形或梯形横截面，并且从内侧14朝外侧15变宽。当两个管连接时，内侧14由面向过程介质的管内壁16表示。接头17在外侧15上的宽度BA为大约10毫米至12毫米。接头17在内侧14上的宽度BI为大约2毫米至4毫米。待连接的两个构件11、12的壁厚W介于毫米5和10毫米之间。管11和/或带条12由空气硬化式钢合金构成，特别是贝氏体或贝氏体-马氏体钢合金。在该示例性实施例中，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)。焊缝13由若干层组成。焊缝包括在待连结的构件11、12的内侧14上的根部层20。对这个根部层20施用至少一个填充层21，所述填充层与根部层20 —起基本完全填充接头17。填充层的数量取决于壁厚。根据该示例，填充层21贴近外侧15，并且具有沿接头横向方向Q以内凹弯曲的方式而背离根部层20的表面22。接头17被填充层21和根部层20填充至少90%。对填充层21施用至少一个覆盖层23，并且优选地，第一覆盖层23a和第二覆盖层23b。每个层20、21、23的焊道轨迹的数量可有所变化。例如，图5和6显示了层20、21、23分别具有一个焊道轨迹24，而图7和8则显示了单个覆盖层23有两个沿接头横向方向Q形成的邻近的焊道轨迹24。而且，图8中的第一覆盖层23a包括沿接头横向方向Q邻近彼此的两个焊道轨迹24。同样，其它层20、21可包括若干个焊道轨迹24。层20、21、23的焊道轨迹24的数量也可大于两个。在如图7或8中的焊接接头的实施例中，两个焊道轨迹24在一个覆盖层23或23a中靠近彼此。各个焊道轨迹24相对于通过接头17的中心面的外部的受热影响的区Z中的点的距离有所变化，如图8中由箭头dl和d2所显示的随机位置的示例示意性显示的那样。因此，在覆盖层23或23a的两个焊道轨迹24被焊接的时候，在这个位置处的热影响的程度也有所变化。会引起不对称性。取决于哪个焊道轨迹24最后被焊接，这可导致在接头17的受影响的侧部上，在受热影响的区Z中有潜在地不合需要的大的硬度。在那些情况下，如图8所显示的那样，在一个焊道轨迹中施用第二覆盖层23b，使得受热影响的区Z中的不对称温度影响再次抵销。特别是在沿着内侧14的区域中，由于马氏体的形成和促进裂纹的形成的二次硬化的原因，焊接接头必须不展示任何增加的硬度。特别是在这个区域中，硬度必须小于350HV。特别关键的是根部层20和相应地邻近的构件11、12之间的两个过渡部26，以及根部下陷部27。特别是在这些关键点26、27处，当内侧区域展示增加的硬度时，裂纹开始形成是可能的。用预先规定的焊接参数来完成至少一个覆盖层23的焊接，使得在内侧14上，在根部层20的区域中，将温度T在受热影响的区Z中调节在大约600°C至大约1000°C的优化温度范围中。根据该示例，优化温度范围介于对于材料而言专有的Aa温度和Ac3温度之间。由于分离过程的原因，优化温度范围的下限也可为在Aa温度以下大约100°C。例如，对于材料T24，Aci温度为815°C，并且Ac3温度为930°C。因此，当产生根部层20时，以及/或者当产生填充层21时，内侧14上的受热影响的区域的增加的硬化被减小或消除，并且这个受热影响的区域中的硬度减小到内侧14上的容许值，具体而言，所述值小于350HV。根据该示例，焊接电流I用作预先规定的焊接参数，在焊接至少一个覆盖层23时，预先规定所述参数。和与壁厚W的预先规定的非线性关系相一致地调节用于焊接至少一个覆盖层23的焊接电流I，如图9中的曲线K以定性的方式所显示的那样。焊接电流I和焊接电流变化随着壁厚W的增大而增大。这意味着曲线K的斜度随着壁厚W增大而增大。当焊接覆盖层23时，以这样`的方式调节焊接电流I，即，通过待在内侧14的区域中连接的管11的壁的温度输入和热扩散在介于T = Aa和T = Ac3之间的优化温度范围内处于均衡状态。在图10中显示了关于各个壁厚W的所产生的关系。那里针对在沿着接头17的外围点处的壁厚W，显示了在内侧14的区域中的受热影响的区Z中的随着时间t而变化的温度T。对于各个焊接电流I，会产生不同的关系，使得通过使用焊接电流I作为参数来获得曲线族。为了实现上面描述的均衡状态，限定焊接电流I的电流强度，使得受热影响的区Z中的温度T在第一时间tl处超过Aa温度，这个值小于预先规定的第一持续时间极限ta。Aci温度表示必须实现的温度下限。而且，调节焊接电流I，使得在第二持续时间极限tb过去之前，受热影响的区Z中的温度T不超过由Ara温度预先规定的温度上限。第二持续时间极限tb和第一持续时间极限ta之间的时间差△ t足够大，以至于操作者有足够的时间来进行焊接。因为操作者沿着接头17移动电极，所以预先规定的时间间隔At为焊接装置的任何操作者预先规定了足够长的时段，使得不管操作者的个人习惯如何，而在介于Aa温度和Ac3温度之间的期望的优化温度范围内实现对受热影响的区Z中的温度输入。参照图10所显示的示例，例如，用于焊接电流的电流强度14是适当的。相关联的温度曲线在第一时间tl处达到Aa温度，所述温度小于第一持续时间极限ta，而且仅在第二持续时间极限tb过去之后，在第二时间t2处超过Ara温度。13的电流强度也将适于焊接电流I。如果产生了若干个覆盖层23a、23b，则在待连接的构件的相同的几何构造条件下，焊接参数以及特别是焊接电流I对于所有覆盖层23a、23b来说是相同的。在一侧或两侧上，覆盖层23可相对于相应地邻近的构件11、12有一定距离，所述距离称为焊缝宽度S，而且根据该示例，所述距离介于O毫米和2毫米之间。覆盖层23的焊道24或覆盖层23a、23b的焊道24没有施用为直线焊道，而是呈摆式焊道P的形式，如图3和4所示意性地显示的那样。在焊接操作期间，焊接电极和/或焊接填料材料的焊条在接头17中沿蛇形线或之字线移动。这样做时，沿接头横向方向Q的偏移是电极直径或焊条直径的至少两倍或三倍。通常，如果待连接的构件由相同类型的材料构成，则对由T24制成的管使用相同类型的焊接填料材料，例如WZCrMo2VTiNb。如果焊接接头由不同的类型的材料制成，则可使用根据本发明的焊接技术，只要待连接的构件中的至少一个和/或焊接填料材料展示空气硬化属性即可。根据该示例，焊条具有2. O毫米至
3.5毫米的直径。本发明涉及一种用于通过TIG焊接来连接两个构件11、12的方法，所述构件由展示空气硬化属性的钢合金以及特别是由材料T23或T24构成。在待连接的构件之间产生接头17，具体而言，所述接头从内侧14朝外侧15变宽。首先，在内侧14的区域中焊接根部层20。随后，焊接贴近根部层20的填充层21，使得接头被填充至少90%。最后，将覆盖层23焊接到填充层21上，借此以这样的方式来预先规定焊接参数，即，在内侧14上在根部层20的区域中将温度调节在优化温度范围中。
权利要求
1.一种用于通过焊接来连接两个构件(11，12)的方法，其中，所述两个构件(11，12)中的至少一个或用于产生焊接接头的焊接填料材料由空气硬化式钢合金构成，所述方法包括以下步骤 -在待连接的所述两个构件(11，12)之间提供从内侧(14)延伸向外侧(15)的接头(17)； -在所述内侧(14)的区域中焊接根部层(20)， -焊接贴近所述根部层(20)的填充层(21)， -在所述外侧(15)的区域中，以预先规定的焊接参数焊接贴近所述填充层(21)的至少一个覆盖层(23)，使得在所述内侧(14)上的所述根部层(20)的区域中将温度调节在优化温度范围中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钢合金具有在1.9重量％ -2. 6重量％ (wt% )的范围中的铬含量。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述钢合金具有在2.25重量％ -2. 5重量％ (wt% )的范围中的铬含量。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个覆盖层(23)的至少一个焊道(24)施用为摆式焊道(P)。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述优化温度范围的上限对应于待连接的所述构件(11，12)的对于材料而言专有的Ara温度。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述优化温度范围的下限大约处于600°C或 700°C。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述优化温度范围的下限对应于待连接的所述构件(11，12)的对于材料而言专有的Aa温度。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用于焊接所述至少一个覆盖层(23)的焊接电流(I)介于70安培和120安培之间，并且优选地，介于85安培至95安培之间。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，待连接的所述构件(11，12)是锅炉壁的管壁调风器(10)的两个管(11)或两个带条(12)。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，待连接的所述构件(11，12)具有小于10毫米的壁厚(W)。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，待连接的所述构件(11，12)具有在5.6毫米至6. 3毫米的范围中的壁厚(W)。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，待连接的所述构件(11，12)的碳含量为至少O. 05重量％至O. 10重量％ wt % )。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述层(20，21，23，23a，23b)中的各个包括一个或多个焊缝轨迹(24)。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，焊条具有2.O毫米至2. 5毫米的直径。
全文摘要
本发明涉及用于借助于峰值温度回火焊接来焊接薄壁管的方法。本发明涉及一种用于通过TIG焊接来连接两个构件的方法，所述构件由空气硬化式钢合金且具体而言由材料T23或T24构成。在待连接的构件之间产生接头(17)，具体而言，所述接头从内侧朝外侧变宽。首先，在内侧的区域中焊接根部层。随后，焊接贴近根部层的填充层，使得接头被填充至少90％。最后，将覆盖层焊接到填充层上，借此以这样的方式来预先规定焊接参数在内侧上，在根部层的区域中将温度调节在优化温度范围中。
文档编号B23K9/167GK103056492SQ201210281010
公开日2013年4月24日 申请日期2012年7月26日 优先权日2011年7月26日
发明者A·赫尔姆里希, A·科普, K·伊尔迪林, T·鲍姆加滕 申请人:阿尔斯通技术有限公司