[發明專利]管接頭和集管箱的焊接結構

無效

• 申請號: 200980103141.3
• 申請日: 2009-09-30
• 公開（公告）號: CN101925792A
• 公開（公告）日: 2010-12-22
• 發明（設計）人: 駒井伸好;宮澤敬之;西文雄;時吉巧;齋藤伸彥;今里敏幸;外野雅彥
• 申請（專利權）人: 三菱重工業株式會社
• 主分類號: F28F9/18
• 分類號: F28F9/18;B23K9/028;B23K9/23;F22B37/22
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 劉曉峰

技術領域

本發明涉及集管箱(tube?header)和管接頭(tube?stubs)的焊接結構，特別地，涉及適合用在安裝在熱電站中的鍋爐的末級過熱器和再熱器中的焊接結構。

背景技術

近些年來，主要由三種發電方法，即核能、火力和水力。在這些方法中，火力發電一種非常有潛力的用于產生電力的方法，其相對安全，且敏感于負載變化，且被預期在發電技術領域中保有價值。

作為用于在熱電站中發電的鍋爐的主要零件，具有集管箱，其安裝在諸如蒸發器、過熱器和再熱器之類的多種裝置中的每一個中，并分配或收集內部流體。集管箱具有用于安裝熱交換管和導管的多個安裝孔。

圖1為示出分別具有彎曲段的管接頭和管接頭焊接至其上的集管箱的整體結構的示意圖。其中的每一個都具有彎曲段的所述多個管接頭4焊接至直管類型的集管箱2，以形成集管箱部件。例如，在用于產生電力的鍋爐中，具有通過焊接連接安裝在一個集管箱2上的多個管接頭4。

當在高溫下將集管箱2用在鍋爐的末級過熱器和再熱器中時，通常使用鐵素體耐熱鋼，如1Cr鋼、2Cr鋼、9Cr鋼和12Cr鋼。鐵素體耐熱鋼(以下稱為鐵素體鋼)具有高溫強度、在防止熱變形和熱應力方面的低熱膨脹系數、以及高導熱系數。而且，管接頭與集管箱一樣，通常采用鐵素體鋼，如1Cr鋼、2Cr鋼、9Cr鋼和12Cr鋼，避免產生熱應力。在這里，管接頭由鐵素體鋼制成，如日本火力技術標準的JIS?STBA28、JIS?STBA23、JISSTBA24以及STBA23J1、STBA28、STBA29和SUS410J3TB，集管箱由與上述標準相同的材料制成。也可以使用與上述標準相同的ASME材料。

近些年來，在熱電站中，需要頻繁啟動-停止操作，以與電力需求波動一致。在這種熱電站操作條件下，確認存在由由于管接頭和熔爐頂板之間的溫差產生的熱應力或熱交換管的自重引起的一些損壞，如集管箱上的焊接部分處的疲勞損壞或蠕變損傷。特別地，對于其最大蒸汽條件改進至約600℃以增加發電效率的USC鍋爐(USC：超臨界)中的末級過熱器和再熱器的具有焊接至其上的管接頭的集管箱，當具有管接頭的集管箱由鐵素體鋼制成時，與基座材料相比，材料的焊接熱影響區具有低的抗蠕變強度，這使得它傾向于產生蠕變損傷。因此，比以前更頻繁地要求定期檢查或更換管。

圖5為管接頭4的彎曲段(圖1的段B)的側視圖。圖6圖示了沿圖5的A-A、B-B、C-C、D-D和E-E線截取的管接頭4的截面圖。如圖6所示，管接頭4的截面形狀不均勻，但在彎曲段變平。因此，當內部壓力作用在其上時，則會產生彎曲應力。

而且，出現蠕變損傷的另一個因素可能是彎曲段的背側的抗蠕變強度下降，這種下降是由于與直線段相比，彎曲段的厚度和塑性形變降低造成的。

這已經由蠕變試驗驗證了，在該蠕變試驗中，內壓力加載到具有彎曲段且由12Cr鋼制成的管類型的測試件上。與直線段和從彎曲段分解的測試件相比，彎曲段有相當大的蠕變損傷，且斷定彎曲段處的彎曲應力為蠕變損傷的因數。

出現蠕變損傷的又一個因素是，管接頭之間的蒸汽溫度是變化的。因此，經受蒸汽溫度的管接頭的溫度變得比設定溫度高，因此經歷比其它管接頭短的蠕變壽命。

為了解決由蠕變損傷引起的問題，可行的是使管接頭變薄，但這是不經濟的，也不能解決管接頭的實際尺寸范圍內的問題。因此，難以簡單地通過使管接頭壁變厚來抑制蠕變損傷的出現。

專利文獻1披露了一種焊接鐵素體鋼管接頭和鐵素體鋼集管的結構，其中奧氏體鋼的管插在管接頭和集管箱之間，并且該管設置為一定長度，該長度延伸至一個位置，該位置離該管至集管(header)的焊接端的距離為該管外徑的1/2或更多。而且，在這種焊接結構中，通過圍繞焊接位置進行切割，在焊接位置處，在集管上形成突出部分，同時切割該管的頂端，以形成錐形端，從而形成與集管的突出部分一起形成對接槽。對接槽是焊根，突出部分的該焊根形成為比集管的焊根長。

然而，根據專利文獻1，不僅該結構要求更多的零件，將奧氏體鋼的管插在集管箱和管接頭之間，而且花費兩倍多的時間焊接這些部件，因為鐵素體鋼管接頭和奧氏體鋼管，以及鐵素體鋼集管和奧氏體鋼管需要分別焊接。因此，當專利文獻1中披露的結構應用于用于發電的具有將要焊接至集管的數百個管接頭的鍋爐時，則花費大量的時間和金錢。

而且，在管接頭分別具有彎曲段的情況中，專利文獻1中披露的焊接結構幾乎不能抑制管接頭的彎曲段處的蠕變損傷。