SE528189C2 - Förfarande samt rörfog för hopfogning av komponenter som innefattar eller är gjort av ett material som är svårt att svetsa - Google Patents

Description

20 25 30 35 528 189 Eftersom dessa legeringar är svàra att svetsa kan hopfogningen av komponenter, sàsom rör, gjorda av sàdana legeringar utgöra en mycket kostsam och tidsödande process. Svetsningsproces- sen kan ge upphov till utfällning av karbid-, nitrid- och/eller oxid- aggregat, vilket leder till en avsevärd försvagning av fogen. Även om dessa legeringar hopsvetsas uppnås vanligtvis inte en till- räcklig fogstyrka när legeringarna används vid höga temperatu- rer. Dessutom kan svetsning skada geometrin hos rörledningen och följaktligen skadligt påverka flödet av medium genom rörled- ningarna när de är i användning.

EP 1 018 563 beskriver ett värmeugnsrör som har utvecklats med syfte att eliminera olägenheter som uppträder när ett kolinne- hållande fluidum bringas att strömma i värmeugnsröret. Värme- ugnsröret innefattar en järnlegering med fördelade partiklar av en oxid av en sällsynt jordartsmetall innehållande 17-26 vikt-% Cr och 2-6 vikt-% Al.

Förfarandet för tillverkning av detta värmeugnsrör innefattar ste- gen att forma eller sätta in en insatsmetall pà eller i åtminstone ett fogändparti hos ett värmeugnsrörelement och det hos det andra värmeugnsrörelementet, varvid dessa två fogändpartier bringas i tryckkontakt med varandra och de bàda värmeugnsrör- elementen diffusionssvetsas vid varandra genom uppvärmning av insatsmetallen. En nackdel med ett sådant förfarande är att det inte tillhandahåller en fogstruktur som är tillräckligt mekaniskt stabil vid höga temperaturer och höga belastningar.

EP 1 418 376 beskriver rörledningar gjorda av ett material som är svàrt att svetsa och för användning vid en hög temperatur och vilka gängas invändigt och utvändigt vid sina ändpartier och se- dan gängas fast vid varandra. De inre och/eller yttre ytorna hos ° det hopfogade rörpartiettätas genom tätningsmedel för att bibe- hålla gastätheten hos det hopfogade rörpartiet. En nackdel med sàdana rör är att den mekaniska stabiliteten hos det hopfogade rörpartiet reduceras, eftersom material måste avlägsnas från rö- ren när gängor skärs i rören. En mekaniskt svagare struktur 10 15 20 25 30 35 528 189 medför en kortare livstid hos det hopfogade rörpartiet, vilket så- ledes ökar arbets- och materlalkostnaderna.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett förfarande för hopfogning av åtminstone två komponenter, såsom rör, under utnyttjande av ett beslag, varvid åtminstone en av komponenterna innefattar eller är gjord av ett material som är svårt att svetsa, vilket möjliggör uppnàende av en stabil och stark fog mellan komponenterna, samt en genom ett sådant förfarande uppnådd stark och stabil rörfog.

Detta syfte uppnås enligt uppfinningen genom ett förfarande samt en rörfog enligt bifogade självständiga förfarande- och rörfogspatentkrav.

Förfarandet enligt uppfinningen resulterar i en fogstruktur som är mekaniskt stabil och enkel att åstadkomma och således minskar installerings- och utbyteskostnader. Endast änddelarna hos kom- ponenterna är gjorda tjockare, eftersom komponenterna mäste kunna bära sin egen vikt och motstå böjmoment. Ökande av tjockleken hos hela komponenten ger även upphov till högre materialkostnader och påverkar menligt komponenternas värme- överföringsegenskaper.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen innefattar förfa- randet steget att anordna en svets mellan nämnda åtminstone tvâ komponenter vid deras kontaktytor.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen är nämnda beslag ett inre beslag som placeras inuti änddelarna hos nämnda åtminstone två komponenter som skall hopfogas eller en yttre hylsa som placeras runtom änddelarna hos nämnda åtminstone två komponenter som skall hopfogas. Alternativt innefattar be- slaget delar som skall föras in inuti änddelarna hos nämnda åt- 10 15 20 25 30 35 528 189 minstone två komponenter som skall hopfogas samt delar som skall placeras runtom utsidan av änddelarna hos nämnda åtmin- stone två komponenter som skall hopfogas.

Enligt en ännu ytterligare utföringsform av uppfinningen innefat- tar förfarandet steget att förse beslaget med lastbärande medel, såsom en eller flera lastbärande skuldror. Enligt en utföringsform av uppfinningen förses nämnda åtminstone en komponent som stöds av det lastbärande medlet hos beslaget inte med någon gänga.

Enligt en utföringsform av uppfinningen innefattar förfarandet steget att hopsvetsa nämnda åtminstone två komponenter för- utom att skruva dem in ilpå beslaget.

Uttrycket ”material som är svårt att svetsa” inkluderar material som förlorar sina mekaniska egenskaper eller korrosionsbestän- dighet när de svetsas. Ett exempel på ett material som förlorar sina mekaniska egenskaper när det svetsas är en dispersions- härdad järnlegering. Enligt en annan utföringsform av uppfin- ningen innefattar nämnda material som är svårt att svetsa en dispersionshärdad legering innehållande i vikt-%: C upp till 0,08, SI upp till 0,7, Cr 10-25, Al 1-10, Mo 1,5-5, Mn upp till 0,4, var- vid återstoden är Fe och normalt uppträdande föroreningar.

Enligt en alternativ utföringsform av uppfinningen innefattar nämnda material som är svårt att svetsa Kanthal APM, en järn- krom-aluminium (FeCrAl)-legering utvecklad genom Kanthals Ad- vanced Powder Metallurgy (APM)-teknologi, eller APMT, dvs. samma FeCrAl-legeringsbas som Kanthal APM men med tillsatt molybden.

Enligt en utföringsform av uppflnningen kan ett sådant material som är svårt att svetsa hopsvetsas med en komponent som är lättare eller lätt att svetsa, såsom ett austenitlskt rostfritt stål. 10 15 20 25 30 35 528 189 Enligt en annan utförlngsform av uppfinningen innefattar förfa- randet steget att skära gängan att vara parallell eller konisk, var- vid en konisk gänga ökar den lastbärande ytan.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen är materialet i vilket gängan skärs av åtminstone en typ, dvs. det kan vara av samma material som en eller flera av nämnda åtminstone två komponenter.

Föreliggande uppfinning avser även en rörfog innefattande àt- minstone tvà rör enligt bifogade självständiga rörfogspatentkrav.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen innefattar rörfogen en svets mellan nämnda åtminstone två rör vid deras kontaktytor.

Uppfinningen avser även användning av ett förfarande eller en rörfog enligt någon av ovan beskrivna utföringsformer under kor- rosiva förhållanden eller höga temperaturer eller högbelastnings- applikationer, såsom vid temperaturer över 900°C eller i krack- ningsugnar.

Ytterligare fördelar med samt fördelaktiga särdrag hos uppfin- ningen framgår av den följande beskrivningen och de andra be- roende kraven.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Fig 1-5 illustrerar fogstrukturer mellan tvâ rör med samma dia- meter enligt utföringsformer av uppfinningen, Fig 6 illustrerar exempel pà den geometriska formen hos gängorna hos beslaget enligt uppfinningen, och Fig 7 illustrerar en del av en fogstruktur, varvid rörbeslaget har en avsmalnande inre yta. 10 15 20 25 30 35 528 189 Det bör noteras att figurerna inte är uppritade i skala och att storleken hos vissa särdrag har överdrivits för tydlighets skull.

Den följande beskrivningen och ritningarna är inte avsedda för att begränsa föreliggande uppfinning till den beskrivna utfö- ringsformen. Den beskrivna utföringsformen exemplifierar endast principerna hos föreliggande uppfinning.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Figur 1a visar två delvis gängade rör 2, 3, som är hopfogade med hjälp av ett delvis gängat yttre rörbeslag 1 gjort av ett metall- el- ler keramiskt material. Rören 2, 3 kan vara uppvärmningsrör eller högtemperaturprocessrör använda exempelvis i oljeraffinaderier, kemiska eller petrokemiska anläggningar, kraftgenereringsan- läggningar, stàltillverkningsanläggningar eller kärnkraftsanlägg- ningar.

Fastän rören 2, 3 i detta exempel har samma diameter kan hop- fogningsförfarandet enligt uppfinningen användas att hopfoga rör med skiljaktiga diametrar. Dessutom kan rörbeslag som har ett flertal grenar, såsom Y-formade, användas för att hopfoga ett flertal rör.

Rörbeslaget 1 är inte gängat över hela sin inre yta 1'. Det är gängat endast på delar (T) av dess inre yta 1'. Båda rören 2, 3 är försedda med motsvarande gängor på deras yttre ytor, varigenom möjligheten tillhandahålls att skruva ihop rören 2, 3 och rörbe- slaget 1 för att bilda en fogstruktur, varvid gängorna stöder vik- ten hos rören 2, 3. Åtminstone ett eller båda av de två rören 2, 3 är gjort av ett ma- terial som är svårt att svetsa, såsom ett järnbaserat dispersions- härdat materlal. Beslaget 1 kan även vara gjort av ett sådant material eller ett skiljaktigt material. De båda rören 2, 3 kan även hopfogas utmed ändytorna med hjälp av en sådan svets 4. Denna 10 15 20 25 30 35 528 189 svets 4 kan vara vilket medel som helst för tillhandahållande av en fluidumtät förbindning mellan rören 2, 3. Nämnda fluidumtät- ningsmedel bör väljas för att inte väsentligt förändra högtempe- ratursegenskaperna hos rörmaterialet.

Svetsen 4 kan vara lastbärande. På grund av närvaron av svet- sen 4 kommer mediet som strömmar genom rören 2, 3 under drift inte att kunna tränga in i gängorna, T, hos rören 2, 3 och rörbe- slaget 1. Risken för korrosion eller degradering av gängorna T genom mediet som strömmar igenom rören 2, 3 kommer således att elimineras. En tätande svets 5 är anordnad vid ändytorna hos rörbeslaget 1, mellan rörbeslaget 1 och rören 2, 3 för att tillhan- dahâlla en fluidumtät tätning.

Rören 2, 3 har tjockare väggar 6 vid ändytorna vid vilka de skall hopfogas. Den mekaniska stabiliteten hos fogstrukturen förbätt- ras därigenom och rören kan förses med gängor utan avlägs- nande av alltför mycket material från själva rören. Tunna rörväg- gar skulle försämra den mekaniska stabiliteten hos fogstrukturen.

Fogstrukturen tillhandahåller en exakt passning utan oregelbun- denheter utmed innerytorna hos de båda rören 2', 3', vilkas när- varo i annat fall skulle kunna negativt påverka flödet av något medium som strömmar genom rören.

Utföringsformen visad i figur 1b skiljer sig från den visad i figur 1a genom att en gänga är anordnad utmed hela innerytan hos beslaget 1 men endast utmed delar av ytterytan hos rörändde- larna. Alternativt kan gänga anordnas utmed hela ytterytan hos fördelarna men endast utmed delar av innerytan hos beslaget 1.

Regionerna indikerade genom hänvisningsbeteckningarna Tf in- dikerar områden där rör- och beslagsgängorna överlappar var- andra. I områdena där gängor inte överlappar varandra, dvs. när gängan hos beslaget eller hos en röränddel gränsar mot ett ogängat område hos beslaget eller hos en röränddel, bildas ett luftgap däremellan. Närvaron av ett sådant luftgap minskar vär- meledningsförmågan hos fogstrukturen. 10 15 20 25 30 35 528 189 Utföringsformen visad i figur 2 skiljer sig fràn utföringsformerna visade i figurerna 1a och 1b genom att gängan T är anordnad utmed hela ytterytan hos röränddelarna och utmed hela innerytan hos beslaget 1.

Figur 3 visar en ytterligare utföringsform av uppfinningen, *hos vilken rörbeslaget 1 innefattar en lastbärande skuldra 8 vid dess nedre ände 7. lnnerdiametern hos rörbeslaget 1 är således mindre vid dess nedre ände 7 än innerdiametern utmed resten av rörbeslaget 1. Den lastbärande skuldran 8 stöder röret 3, efter- som den tjockare änddelen hos röret 3 vilar pà skuldran 8.

Utföringsformen visad i figur 4 skiljer sig frân den visad i figur 3 genom att endast det övre röret, rör 2, är försett med en gänga, T2. Det nedre röret, rör 3, är inte gängat och är endast insatt i rörbeslaget 1, vilket sedan hopsvetsas med ytterytorna hos rören 2, 3. Detta tillåter röret 3 att röra sig mera fritt inuti fogen, efter- som termisk expansion hos röret 3 inte utövar någon kraft på gängorna hos rörbeslaget, så att driftslivslängden hos rörbesla- get förlängs.

Figur 5 visar ett rörbeslag 1 med en skuldra 9, varvid gängor T är anordnade pà de vertikala ytorna som är i kontakt med ytter- ytorna hos röränddelarna.

Gängorna kan ha vilken geometrisk form som helst. De kan ex- empelvis ha en sàgtands- eller kvadrattandsprofil, sàsom visat i figurerna 6a respektive 6b. I det senare fallet kan de horisontala ytorna hos kvadrattandsprofilen fungera som ytterligare lastbä- rande ytor och därigenom ytterligare förbättra den mekaniska stabiliteten hos fogstrukturen ijämförelse med en ságtandsprofil.

Dessutom kan den gängade ytan vara konisk eller avsmalnad för att underlätta hopfogningen och därigenom tillhandahålla en större lastbärande yta och följaktligen förbättra den mekaniska stabiliteten hos fogen, se figurerna 7a och 7b. Antingen hela in- 10 528 189 nerytan hos rörbeslaget eller endast en del av nämnda ytan kan vara avsmalnad.

Uppfinningen är naturligtvis inte på något sätt begränsad till de ovan beskrivna utföringsformerna, utan många möjligheter till modifikationer därav torde vara uppenbara för en fackman pà området, utan att denne avviker från uppfinningens grundtanke, sådan denna är definierad i bifogade krav. Fastän ett yttre beslag anordnat runtom tvà komponenter har exemplifierats i figurerna är uppfinningen lika lämpad för hopfogning av två eller flera komponenter under användning av ett inre beslag anordnat inuti två komponenter.

Claims (1)

1. 0 15- 20 »2-5 w -35' 528 189 11 » Patentkrav Förfarande för hopfogning av åtminstone tvâ komponenter (2. 3), såsom» rör, under utnyttjande av ett belag (1), varvid åtminstone' en av komponenterna innefattar eller är gjord av ett material som är svårt att svetsa, varvid det innefattar ste- _ get att förse komponenterna (2, 3) med tjockare väggar vid ändytorna (6) som skall hopfogas, förse åtminstone en av de tjockare ändväggarna med en inner- eller yttergänga (T) och hopfoga nämnda åtminstone två komponenter med varandra genom att skruva nämnda gängade ändvåggar in i och/eller på beslaget ,-f(1), kännetecknat därav, att det innefattar steget att “anordna åtminstone en fluidumtät tätning '(5) genom att lhopsvetsa ändytorna hos beslaget (1) med nämnda åtminstone två komponenter (2, 3). Förfarande enligt krav 1, kännetecknat därav; att det innefattarsteget att anordna en svets (4) mellan nämnda åtminstone två komponenter (2, 3)-vid deras kontaktytor. Förfarande enligt något, av föregående krav, kännetecknat därav, att beslaget (1) är ett inre beslag som placeras inuti änddelarna. hos nämnda åtminstone två komponenter som skall hopfogas eller en yttre hylsa placerad runtom ändde- larna hos nämnda åtminstone två komponenter som skall _ g hopfogas, » ' ' Förfarandeenligt krav' 1 eller 2 kännetecknat därav, att beslaget (1) innefattar delar som skall föras in inuti änd- ~ delarna hos nämnda åtminstone två 'komponenter som skall hopfogas samtdelar som skall placeras runtom utsidan av änddelarna hos nämnda åtminstone två komponenter som skall hopfogas. ' _ Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat därav, att det innefattar steget vatt förse beslaget (1) med lastbärande medel, såsom en skuldra (8). i 10 15 20 '25 30 35 i 10. 11. 528 189 12 Förfarande enligt krav 5, kännetecknat därav, att åtmin- stone en komponent (3) som stöds av det lastbärande med-- let (8) hos beslaget (1) förses inte med en gänga (T). Förfarande enligt något av föregående krav. därav, att det innefattar steget att svetsa nämnda åtminstone två komponenter förutom att skruva dem in i/på beslaget (1). Förfarande enligt krav 7, kännetecknat därav, att nämnda åtminstone två komponenter svetsas ihop. - Förfarande enligt något av föregående krav, därav, att» nämnda material som är svårt att svetsa innefattar “en dispersionshärdad legering innehållande i vikt_-%:' - cuppnnotïs v Si upp till 0,7 - cr1o-2s i í- A|1-1o - Mors-s o Mn upp till0,4' varvid återstoden är Fo och normalt uppträdande förore- ningar. Förfarande enligt något av kraven 1-8, kännetecknat därav, att nämnda material som är-svårt att svetsa innefattar en dispersionshärdad legering, såsom ett järnbaserat disper- sionshärdat material. i i i ' ' Rörfog innefattande åtminstone två rör,.varvid åtminstone ett av rören innefattar ett material som är svårt att svetsa, och ett rörbeslag (1), varvid rörbeslaget är försett med en inner- och/eller yttergänga (T) över åtminstone en del av dess inre - och/eller yttre yta, varvid rören har tjockare väggarvid änd- '10 15 nl 12. 13. V 114. 528 189 13 ytorna som skall hopfogas ooh åtminstone ett av rören har i en gänga (T) i en nämnd tjockare ändvä99. samt varvid rö- ren är hopfogade genom skruvning av nämnda gängade änd- väggar in i och/eller pà- beslaget (1), kännetecknad därav, att rörfogen är försedd med åtminstone en fluidumtät tätning (5) genom hopsvetsning av ändytorna hos rörbeslaget (1) med nämnda åtminstone två rör (2, 3). Rörfog enligt krav

1.11, kännetecknad därav, att den uppvisar ' - en svets (4) mellan nämnda åtminstone två rör vid deras kontaktytor. 1 i Användning av ett-förfarande enligt något av kraven 1-10, eller en rörfog enligt något av kraven 11 och 12 under korrosiva förhållanden eller högtemperaturapplikationer, såsom vid temperaturer över 900°C. ^ Användning av ett förfarande enligt nàgot av kraven 1-10, eller en rörfog enligt något av kraven 11Aoch 12 i kracknings- , ' ugnan