[发明专利]接合其中至少一个构件包括难于焊接的材料或由这种材料制成的多个构件、接头和管接头的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用接头接合至少两个诸如管的构件的方法，其中至少一个构件包括难于焊接的材料或由这种材料制成。

背景技术

中断大型化学设备的运转会导致产量的显著降低，并且在设备停运的每小时里均导致收益的损失。若干日常维护操作需要设备的主要部分停止运转，直到完成所有工作。这种操作之一就是对用于制造乙烯的裂解炉管进行更换。

用于诸如蒸汽裂化装置的加热炉的管，其典型工作温度范围为900-1200℃，它们可长达约20m，故而非常重，并且它们通常传送腐蚀性的或含碳的介质。为了耐受这些高工作温度、高负荷以及腐蚀性或碳化环境，使用了大量诸如弥散硬化合金的不锈钢合金。这些合金特别配置成具有诸如良好的蠕变强度的预期特性，但是它们存在明显的焊接问题。

由于这些合金难于焊接，因此接合由这些合金制成的诸如管的构件是非常昂贵且耗时的工艺。该焊接工艺可产生碳化物、氮化物和/或氧化物簇合物(cluster)的沉积，这导致接合的显著弱化。即使将这些合金焊接在一起，当在高温下使用这些合金时，通常难于获得足够高的接合强度。此外，焊接会损坏管的几何形状，并由此在使用它们时，会对流过管的介质产生不利影响。

EP 1018563公开了一种加热炉管，该加热炉管已经考虑到消除含碳流体在加热炉管中流动时所产生的不利之处。该加热炉管包括稀土氧化物颗粒，它们分散在含有重量百分比为17-26％的Cr和重量百分比为2-6％的Al的铁合金中。

制造这种加热炉管的方法包括如下步骤：在一个加热炉管件的至少一个接合端部和另一个加热炉管件的接合端部上形成金属嵌入物、或将该金属嵌入物插入两者中，使这两个接合端部彼此压力接触，并通过加热该金属嵌入物将这两个加热炉管件彼此熔焊在一起。利用该方法的缺点是，它并没有提供一种在高温高负荷下足够机械稳定的接合结构。

EP 1418376描述了在高温下所使用的由难于焊接的材料制成的管，这些管在其端部具有内螺纹和外螺纹，且而后彼此旋拧固定。所接合的管部分的内表面和/或外表面通过密封装置加以密封，以保持该接合的管部分的气密性。利用这种管的缺点是，由于从管中切出螺纹时，从管中移除了材料，因此降低了所接合的管部分的机械稳定性。结构机械性能较弱意味着缩短了接合的管部分的寿命，并由此增加了人工成本和材料成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种接合至少两个诸如管或翅片管的构件的简单方法，其中至少一个构件包括难于焊接的材料，同时获得一种具有良好机械稳定性的接合。

该目的是通过利用接头，即中间元件的接合方法实现的。所述方法包括如下步骤：通过例如锻造或车削(turning)，在构件待接合的端面处设置较厚的壁；为至少一个较厚的端壁设置内螺纹或外螺纹，即设置至少部分整圈、一整圈或者多圈凸出的螺旋肋；以及通过将所述带有螺纹的端壁旋拧到接头之中和/或之上，从而将所述至少两个构件接合在一起。

通过使诸如管的构件的端壁更厚，并通过增大构件的横截面积，对于该横截面实现了单位面积负荷的降低，这使得在需要时可以通过焊接来接合所述构件，因为即使是在由难于焊接的材料制成的构件之间的焊缝也可抵抗该单位面积上的较小负荷。较厚的端壁同样意味着，可以为它们设置内螺纹或外螺纹，而不会使该区域的构件厚度小于构件其余部分的厚度，在管是所述构件的情况下，这意味着管的壁厚在接合的区域中并不是更小的。仅构件的端部做得较厚，因为所述构件已经能够承载其自身的重量和抵抗弯曲力矩。增大整个构件的厚度同样产生了较高的材料成本，并对于构件的热传导特性产生不利影响。

根据本发明的一个实施例，所述构件在其最靠近各自所述端面的部分中设有较厚的壁，使得所述构件的带螺纹的壁的厚度在所述部分中相对于所述构件的其余部分增加所述螺纹的深度的至少1.4倍，优选2-3.5倍。尽管所述端壁设有螺纹，这种厚度的增加仍然导致由待接合端面所限定横截面的单位面积上的负荷被有利地降低，以便即使是被焊接，也可以获得具有足够高的机械强度来承担负荷的接合。数值1.4于此意味着，所增大的厚度是螺纹深度加上该深度的40％。

根据本发明的一个实施例，所述构件为管，并且所述管在最靠近各自所述端面的部分中设有较厚的壁，使得每根管的壁厚在所述部分中相对于管其余部分的壁厚增加33-100％，优选增加50-80％，这导致即使是在所述端部设有螺纹的情况下，所述接合的横截面的单位面积上的负荷也被有利地降低。