[發明專利]耐腐蝕高溫合金管?管板連接方法及換熱器

有效

• 申請號: 201610532317.9
• 申請日: 2016-07-08
• 公開（公告）號: CN106001825B
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 玉昆;鄒文江;李志軍;程耀永;黎超文;陳雙建
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海應用物理研究所;中國航空工業集團公司北京航空材料研究院
• 主分類號: B23K1/008
• 分類號: B23K1/008;B23K1/20;B23K9/167;B23K9/235;B23K31/02;B23K35/30;B23K101/14
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務所32250
• 代理人: 楊楠

技術領域

本發明涉及管-管板連接方法，尤其涉及一種耐腐蝕高溫合金管-管板連接方法。

背景技術

第四代核反應堆-熔鹽堆因其具有固有安全性及高效等優點，成為了未來核電領域的重要發展方向。該反應堆運行溫度為600℃~700℃，采用腐蝕性強的熔鹽作為冷卻劑，以抗熔鹽腐蝕的鎳基高溫合金（例如美國橡樹嶺實驗室開發的Hastelloy N合金或我國科研單位開發的GH3535合金）作為結構材料，建造核反應堆需要確保制造出高質量的核設備，而熔鹽換熱器作為反應堆的核心設備，其制造的可靠性，尤其是換熱器管-管板連接的可靠性顯得尤為重要。

傳統的換熱器管-管板接頭的連接方法主要有三種：（1）管板端部與管子的鎢極氬弧焊，該焊接方式僅獲得一定熔深的焊縫，存在較大的管子與管板間的間隙，該間隙的存在導致焊縫根部存在大的應力集中以及存在間隙腐蝕的危險，在苛刻惡劣的服役環境下管-管板接頭容易發生失效；（2）管子與管板的脹接焊，即脹接+焊接的方式，該焊接方式應用于運行溫度低于350℃以下的壓水堆的蒸發器中，但脹接屬于機械結合而非冶金結合，在更高溫度下材料會發生蠕變松弛等現象，因此脹接部位易發生松脫，進而導致焊縫應力集中而失效；（3）管子與管板內孔焊技術，該焊接方式需要配有專用的焊槍深入管內進行焊接，由于熔鹽堆換熱器換熱管內徑僅約10mm，目前市場上尚未有成熟的焊槍可用于內孔焊的焊接。

因此，針對耐腐蝕高溫合金的材料特性以及高溫高腐蝕的工況，如何提供一種管-管板的連接方法，避免接頭的應力集中開裂及縫隙腐蝕的危險，提高換熱器的使用壽命及安全性是本領域技術人員需解決的問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術不足，提供一種耐腐蝕高溫合金管-管板連接方法，可確保管子與管板之間形成全厚度的冶金結合，避免接頭應力集中開裂，防止發生縫隙腐蝕，從而提高類似熔鹽堆換熱器這樣的設備的使用壽命及安全性。

本發明所提出的耐腐蝕高溫合金管-管板連接方法，包括以下步驟：

步驟1、在管板上加工出直徑比管子外徑大0.08～0.16mm的管孔，在管板上側圍繞所述管孔加工用于放置釬料環的U型環狀喂料凹槽，U型環狀喂料凹槽的內徑不小于管子外徑+1mm，并設置連通U型環狀喂料凹槽和管孔且沿管孔周向均勻分布的多個喂料孔；

步驟2、將管子穿過管孔并使得管子下端突出管板下側平面，然后對管子下端突出管板下側平面的部分進行脹管，使得脹管后管子外徑最大處比管孔直徑大0.5mm，最后將管子下端壓入管孔，直至與管板下側平面平齊；

步驟3、對管子下端與管板下側結合處進行熔焊焊接，焊縫熔深不小于管子的壁厚；

步驟4、在所述U型環狀喂料凹槽中置入釬料環后進行真空釬焊。

優選地，所述釬料環的材料為金鎳合金；優選的質量配比為82%Au和18%Ni 。

優選地，所述真空釬焊的工藝參數具體如下：真空釬焊的真空度10^-2帕以上，升溫速度不大于10℃/min，中間過程900℃保溫20min，釬焊溫度1000～1020℃，保溫時間20～60min，以不大于5℃/min的降溫速率降至400℃以下的溫度后出爐。

優選地，所述喂料孔的軸線與管孔軸線之間成30°角。

優選地，步驟2中使用錐度30°的硬質合金壓頭對管子下端突出管板下側平面的部分進行液壓脹管，然后使用液壓機將管子下端壓入管孔。

進一步地，在管板下側圍繞所述管孔預先加工有用于減小熔焊焊接應力的U型環凹槽，該U型環凹槽的內徑不小于管子外徑+2倍管子壁厚，U型環凹槽寬度不小于管子壁厚，U型環凹槽深度不小于管子壁厚。采用該方案可有效減小熔焊焊接的焊接應力。

所述耐腐蝕高溫合金可以為現有或將有的各類耐腐蝕高溫合金，例如Hastelloy N合金或GH3535合金。管板與管子所使用的耐腐蝕高溫合金材料可以相同，也可以不同。

根據相同的發明思路還可以得到一種耐腐蝕高溫合金換熱器，包括與管板連接的一組管子，所述管板與管子通過上述任一技術方案所述連接方法連接。

相比現有技術，本發明具有以下有益效果：

本發明可實現大厚度的耐腐蝕高溫合金管板與管子的全厚度冶金連接，管板厚度可達130mm，這是現有技術所無法達到的；

本發明方法連接的管-管板接頭避免了應力集中開裂和縫隙腐蝕的危險，有效提高了熔鹽堆換熱器等在高溫高腐蝕環境下所使用設備的使用壽命及安全性。

附圖說明