專利名稱：耐腐蝕流體傳導(dǎo)部件及利用其的裝置和部件置換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及耐腐蝕流體傳導(dǎo)部件，以及涉及包含一個(gè)或更多個(gè)所述部件的裝置。 本發(fā)明還涉及以改進(jìn)的、耐腐蝕性流體傳導(dǎo)部件置換裝置制品的一個(gè)或多個(gè)傳導(dǎo)部件的方法。本發(fā)明進(jìn)一步涉及冷加工多層制品，由該制品可制成耐腐蝕性流體傳導(dǎo)部件。技術(shù)背景的說明各種各樣的工藝方法和裝置是在很高的壓力和溫度下進(jìn)行操作的。例如，全世界工業(yè)規(guī)模合成尿素的工藝都包括氨和二氧化碳在超過150°C (302° F)的溫度和接近150 巴(15. OMPa)壓力下的高壓反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)的。該方法眾所周知并且闡述于例如美國(guó)專利號(hào)4210600、4899813、6010669和6412684中。在所述方法中，一般是過量的氨，和二氧化碳在一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，作為最終產(chǎn)品獲得一種含尿素、未轉(zhuǎn)化成尿素的氨基甲酸銨的水溶液，和在合成中使用的過量氨。在尿素合成的過程中，在氨基甲酸銨處于最高濃度和溫度下出現(xiàn)最強(qiáng)的腐蝕條件。盡管這些條件出現(xiàn)在工藝過程中最關(guān)鍵的步驟中，僅有相對(duì)不多的材料能經(jīng)受所述條件而不遭受顯著的腐蝕，從而導(dǎo)致裝置出事故。制造尿素合成裝置的材料在過去時(shí)間中部分包括，AISI 316L不銹鋼、IN0X25/22/2Cr/Ni/Mo不銹鋼、鉛、鈦、Saflirex 不銹鋼和鋯。當(dāng)尿素合成工藝首次開發(fā)時(shí)，使用“尿素級(jí)”奧氏體-鐵素體不銹鋼和其它適當(dāng)級(jí)別的不銹鋼。合成裝置包括具有垂直管束的汽提塔，在汽提塔內(nèi)尿素工作介質(zhì)分解和冷凝。 尿素工作介質(zhì)流經(jīng)管的內(nèi)部容積，而飽和蒸汽在管的外部循環(huán)和冷凝。冷凝的蒸汽提供必要的能量以分解管內(nèi)過量氨和氨基甲酸銨成為尿素和水。汽提塔中的管間的間距由管板保持，包括管通過的環(huán)形孔并且各管還通過強(qiáng)焊而結(jié)合到管板表面。不多的材料能經(jīng)住汽提塔管所承受的內(nèi)部和外部條件，而不經(jīng)受歷時(shí)的顯著腐蝕和/或侵蝕。用于汽提塔管的不銹鋼的耐腐蝕性在很大程度上取決于管中尿素溶液是否是均勻的和均勻分布在管的表面上，致使鈍化不銹鋼(溶液提供部分鈍化氧)。假若管內(nèi)表面不是完全和連續(xù)濕潤(rùn)，則不銹鋼將腐蝕。假若操作裝置是在穩(wěn)態(tài)條件和較高生產(chǎn)力下操作， 則不銹鋼管將順利地運(yùn)行。然而，假若裝置是在較低生產(chǎn)力下操作，則在汽提塔管中的尿素工作介質(zhì)的分布會(huì)不均勻或管道會(huì)包含未濕潤(rùn)的不完全鈍化的內(nèi)表面，從而導(dǎo)致腐蝕。因此，尚未發(fā)現(xiàn)目前可獲得的不銹鋼是可用于尿素合成工藝中可靠的汽提塔管的材料。使用不銹鋼以解決腐蝕問題，經(jīng)30多年開發(fā)出由鈦制造尿素合成裝置。在這種設(shè)計(jì)中，鈦包層汽提塔包括與鈦包層管板連接的固體鈦管。當(dāng)把這種設(shè)計(jì)安排使用中時(shí)，垂直放置的汽提塔管在管強(qiáng)焊熔融到汽提塔管板附近的區(qū)域內(nèi)經(jīng)受了腐蝕和侵蝕。也注意到侵蝕和腐蝕在管的第一個(gè)1米(39. 4英寸)長(zhǎng)度內(nèi)。在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，氨基甲酸銨處于最高濃度和溫度下，并分解和冷凝，假設(shè)侵蝕/腐蝕的出現(xiàn)是由于在這個(gè)區(qū)域內(nèi)在流體方向、流體撞擊或急速蒸發(fā)中的突變所致。在確定鈦汽提塔管腐蝕/侵蝕習(xí)性后，重新設(shè)計(jì)裝置以使汽提塔單元能頭尾倒轉(zhuǎn)，由此在置換管前使侵蝕/腐蝕出現(xiàn)在汽提塔管兩端是必要的。盡管這樣幾乎使汽提塔管的使用壽命加倍，但它并不是對(duì)單元腐蝕問題持久的解決方案，并且許多用鈦汽提塔管制造的尿素加工單元已經(jīng)受某種程度的侵蝕/腐蝕難題。為進(jìn)一步解決在尿素汽提塔中所經(jīng)受的侵蝕/腐蝕，引入用鋯制造的汽提塔管， 如U. S.專利號(hào)4899813中所述。因?yàn)殇啽肉伜筒讳P鋼貴的多，所以早期的鋯-裝備的汽提塔管被設(shè)計(jì)成包括不銹鋼外管(一般2mm(0.8英寸)的最小厚度)和在不銹鋼管內(nèi)機(jī)械結(jié)合(緊密配合)鋯的較薄的管內(nèi)襯(一般0.7mm(0.03英寸))的最小厚度。機(jī)械連接必須保持鋯襯就位，這可通過擴(kuò)大鋯內(nèi)襯的內(nèi)徑而實(shí)現(xiàn)，以便在不銹鋼外管中的緊密配合。所得緊配合雙層管的不銹鋼外管具有機(jī)械強(qiáng)度也比固體鋯管降低了費(fèi)用。較薄的鋯襯提供了改進(jìn)的耐腐蝕性。為這種應(yīng)用選擇了鋯，因?yàn)樗诟吒g性、高壓、高溫環(huán)境下顯示優(yōu)良的耐腐蝕性。前述不銹鋼/鋯緊配合雙-層汽提塔管是在嚴(yán)格的要求條件下進(jìn)行制造，以便更好的保證非常牢固地機(jī)械配合。盡管如此，各層的機(jī)械連接仍表明對(duì)企圖長(zhǎng)期使用壽命的管是問題的來源。因?yàn)槟透g鋯襯和不銹鋼外管之間沒有冶金結(jié)合，所以細(xì)小的狹縫存在于鋯內(nèi)襯和不銹鋼外管之間。部分細(xì)縫產(chǎn)自鋯和不銹鋼不同的機(jī)械性和物理性能。例如， 材料具有非常不同的熱膨脹系數(shù)，并且當(dāng)加熱時(shí)，不銹鋼膨脹程度比鋯要大。另外，因?yàn)椴牧系牟幌嗨频男阅?，它們不能熔焊在一起，因而必須從汽提塔管端除去部分鋯襯，以將管熔焊到不銹鋼管板上。不管不銹鋼管和鋯襯制造得多好，管的構(gòu)件機(jī)械配合得多緊密，還是發(fā)現(xiàn)了經(jīng)歷時(shí)間過程中腐蝕的尿素工作介質(zhì)能夠穿過不銹鋼和鋯之間的小細(xì)縫，導(dǎo)致縫隙腐蝕，最終滲入不銹鋼的外管。在某些具有這種設(shè)計(jì)的尿素汽提塔中，因這種理由管開始損壞，尿素合成裝備必須停止運(yùn)轉(zhuǎn)以進(jìn)行檢修并導(dǎo)致大量的維修費(fèi)用。還有另一種，最近發(fā)展的是一種適于尿素合成汽提塔管束用的設(shè)計(jì)，其包括固體鋯汽提塔管，鋯包層管板和一種在所有內(nèi)部濕潤(rùn)的表面上的爆炸結(jié)合的鋯包層。然而，給定尿素合成裝備的費(fèi)用，典型的是維修現(xiàn)存裝置的腐蝕部件比置換具有這種新的耐腐蝕設(shè)計(jì)的裝備費(fèi)用為少。對(duì)于包含固體鋯汽提塔管，鋯包層管板和濕潤(rùn)表面上的鋯包層的汽提塔裝置來說，部件置換可以是成本-有效的選擇方案，假若鈦包層汽提塔單元能用具有改進(jìn)耐腐蝕性的汽提塔管制造將會(huì)是有利的。這因?yàn)殁伆鼘悠崴卧闹圃熨M(fèi)用比鋯包層顯著的低。因此，有利的是提供一種適于尿素合成裝置的汽提塔管的改進(jìn)設(shè)計(jì)。另外有利的是提供一種以耐腐蝕置換汽提塔管的形式更新現(xiàn)存尿素合成裝置用的汽提塔的方法，同時(shí)利用汽提塔的現(xiàn)存管板。更具體的是，提供一種適于在促進(jìn)腐蝕條件下操作的裝置制品用的耐腐蝕流體傳導(dǎo)部件的改進(jìn)設(shè)計(jì)將是有利的。除了尿素合成裝置的汽提塔單元外，所述裝置的制品包括， 例如，其它化學(xué)處理裝置、冷凝器單元和熱交換裝置。另外有利的是，提供一種以耐腐蝕性置換部件更新現(xiàn)存裝置的易于侵蝕和/或腐蝕部件的方法，其中置換部件是由耐腐蝕材料如鋯、鋯合金、鈦、鈦合金和不銹鋼制造的。
概述為了提供上述的優(yōu)點(diǎn)，按本發(fā)明的一個(gè)方面，提供適于置換具有裝配區(qū)域的裝置制品的至少一種流體傳導(dǎo)部件的第一方法。第一方法包括提供一種含有耐腐蝕性第一材料的流體傳導(dǎo)第一區(qū)域的置換部件，和一種包含與裝配區(qū)域材料相同或基本相同的第二材料的流體傳導(dǎo)第二區(qū)域。第一區(qū)域和第二區(qū)域是通過固態(tài)焊接直接或間接結(jié)合，以便形成整體的流體傳導(dǎo)置換部件。置換部件是通過一種包括將置換部件的第二區(qū)域的第二材料固定到裝置制品的裝配區(qū)域的方法而固定到裝置制品上。在第一方法的某些非限制性實(shí)施方案中，置換部件選自圓柱形部件、管材、管道、 噴嘴、管端、管連接器、管道連接器、汽提塔管、熱交換器管和流體傳導(dǎo)部件。在第一方法的某些非限制性實(shí)施方案中，裝置制品是尿素合成裝置的汽提塔單元，置換部件是汽提塔管，裝配區(qū)域是汽提塔管板區(qū)。在第一方法的某些非限制性實(shí)施方案中，置換部件通過包括將置換部件的第二區(qū)域的第二材料焊接到裝置制品的裝配區(qū)域的方法而固定在裝置制品上。在第一方法的某些非限制性實(shí)施方案中，使用例如選自自熱焊和使用填料金屬的熔焊焊接技術(shù)而把第二區(qū)域的第二材料固定到裝配區(qū)域。在第一方法的某些非限定性實(shí)施方案中，將第一區(qū)域以直接或間接固態(tài)焊接到第二區(qū)域，其包括選自冷焊、擴(kuò)散焊接、爆炸焊接、鍛焊、摩擦焊、慣性焊、熱壓焊、滾焊和超聲焊中的固態(tài)焊接技術(shù)。在第一方法的某些非限定性實(shí)施方案中，第一區(qū)域是單一材料且第二區(qū)域是單一材料。在第一方法的某些非限定性實(shí)施方案中，耐腐蝕的第一材料是選自鋯、鋯合金、鈦、鈦合金、鈮和鈮合金中的至少一種。在第一方法的某些非限定性實(shí)施方案中，第二材料選自鈦、鈦合金、和不銹鋼。在第一方法的某些非限定性實(shí)施方案中，第二區(qū)域包括耐腐蝕材料的內(nèi)層和第二材料的外層。在第一方法的某些非限定性實(shí)施方案中，方法包括熔合內(nèi)層和外層以形成第二區(qū)域?？捎糜谌酆蟽?nèi)層和外層技術(shù)的一個(gè)非限定性實(shí)施例是擠壓結(jié)合。在第一方法的某些非限定性實(shí)施方案中，冶金結(jié)合第二區(qū)域的內(nèi)層和外層形成第二區(qū)域。這種冶金結(jié)合方法可包括，例如，進(jìn)行至少一種選自擠壓結(jié)合、爆炸結(jié)合、熱等靜壓制和離心澆注的冶金結(jié)合技術(shù)。在某些非限定性實(shí)施方案中，所述的內(nèi)層是一種選自鋯和鋯合金的材料，而外層是一種選自鈦和鈦合金的材料。按照第一方法的另外非限制性實(shí)施方案，裝置制品是尿素合成裝置的汽提塔單元，置換部件是汽提塔管，裝配區(qū)域是管板區(qū)，置換部件的第一區(qū)域是鋯，而置換部件的第二區(qū)域包括選自鋯和鋯合金材料的內(nèi)層，和選自鈦和鈦合金材料的外層。在第一方法的某些實(shí)施方案中，裝置制品是尿素合成裝置的汽提塔單元；置換部件是汽提塔管；裝配區(qū)域是管板區(qū)；置換部件的第一區(qū)域是鋯；而置換部件的第二區(qū)域包括選自鋯和鋯合金材料的內(nèi)層，和選自鈦和鈦合金材料的外層。在這些實(shí)施方案中的某些， 將內(nèi)層通過包括例如選自擠壓結(jié)合、爆炸結(jié)合、熱等靜壓制和離心澆注技術(shù)中的至少一種方法冶金結(jié)合到外層。在這些實(shí)施方案中的某些，通過直接或間接將第一區(qū)域固態(tài)焊接到第二區(qū)域而形成的焊接區(qū)，基本上沒有組合第一材料和第二材料的合金。在實(shí)施方案中，其中第一區(qū)域是間接固態(tài)焊接到第二區(qū)域，至少一種第三材料可配置在第一區(qū)域和第二區(qū)域之間。這樣至少一種第三材料可選自例如鈦、鈦合金、釩、釩合金、鉭、鉭合金、鉿、鉿合金、鈮和鈮合金。按照本發(fā)明的另一方面，提供第二方法。所述第二方法是用于以置換汽提塔管更換尿素合成裝置的汽提塔中的汽提塔管。第二方法包括提供置換汽提塔管，它包括含有耐腐蝕第一材料的流體傳導(dǎo)第一區(qū)域，和包括含有第二材料的流體傳導(dǎo)第二區(qū)域，所述第二材料是與構(gòu)建汽提塔管板的材料相同或基本相同的。第一區(qū)域和第二區(qū)域直接或間接通過固態(tài)焊接結(jié)合以形成整體流體傳導(dǎo)置換部件。為了使置換汽提塔管固定到汽提塔上，使第二區(qū)域的第二材料焊接到與管板相同或基本上相同的材料上。所述焊接方法可以是例如選自自熱焊和使用填料金屬的焊接的熔焊技術(shù)。在第二方法的某些非限制性實(shí)施方案中，耐腐蝕第一材料是至少一種選自鋯和鋯合金中的材料?？捎玫匿喓辖鸬姆窍拗菩詫?shí)施例包括&700 (UNSR60700)、Zr702 (UNS R60702), Zr705 (UNS R60705)以及鋯錫合金(Zircaloys)。在第二方法的某些非限制性實(shí)施方案中，第二材料選自鈦和鈦合金。在第二方法的某些非限制性實(shí)施方案中，通過選自冷焊、擴(kuò)散焊、爆炸焊、鍛焊、摩擦焊、包括慣性焊、熱壓焊、熱滾焊和超聲焊的固態(tài)焊接技術(shù)將第一區(qū)域以直接或間接焊接到第二區(qū)域。在第二方法的某些非限制性實(shí)施方案中，通過直接或間接將第一區(qū)域固態(tài)焊接到第二區(qū)域以形成的焊接區(qū)基本上沒有耐腐蝕的第一材料和第二材料的合金。在第二方法的某些非限制性實(shí)施方案中，置換汽提塔管的第一區(qū)域是單一材料且第二區(qū)域是單一材料。或者，在第二方法的某些非限制性實(shí)施方案中，第二區(qū)域包含耐腐蝕材料的內(nèi)層和第二材料的外層。在另一個(gè)第二方法的某些實(shí)施方案中，第二區(qū)域是通過擠壓結(jié)合而形成的，致使第二區(qū)域的內(nèi)層和外層熔合。在可替換的第二方法的某些實(shí)施方案中，所述第二區(qū)域包括選自鋯和鋯合金材料的內(nèi)層和選自鈦和鈦合金材料的外層。在第二方法的某些非限制性實(shí)施方案中，第一區(qū)域是間接固態(tài)焊接到第二區(qū)域， 致使至少一種第三材料配置在第一區(qū)域和第二區(qū)域之間。在這種非限制性實(shí)施方案中配置在第一區(qū)域和第二區(qū)域之間的至少一種第三材料的非限定性實(shí)例包括釩、釩合金、鉭、鉭合金、鉿、鉿合金、鈮、鈮合金。按照本發(fā)明的另外一方面，提供裝置制品的第一部件。第一部件包括包含耐腐蝕第一材料的流體傳導(dǎo)第一區(qū)域和包含第二材料的流體傳導(dǎo)第二區(qū)域。第一區(qū)域和第二區(qū)域是以直接或間接通過固態(tài)焊接而結(jié)合以形成整體的流體傳導(dǎo)部件。第一部件可以是例如置換部件或裝置制品用的原部件?？赡苄问降姆窍拗菩詫?shí)施例，其中可提供的第一部件包括圓柱形部件、管材、管道、噴嘴、管端、管連接器、管道連接器、汽提塔管、熱交換器管和流體傳導(dǎo)部件。裝置制品的非限制性實(shí)施例包括化學(xué)處理裝置、汽提塔單元、冷凝器單元和熱交換器。已用于將第一部件的第一區(qū)域以直接或間接固態(tài)焊接到第二區(qū)域的固態(tài)焊接技術(shù)的非限制性實(shí)施例包括冷焊、擴(kuò)散焊、爆炸焊、鍛焊、摩擦焊、慣性焊、熱壓焊、滾焊、和超聲焊。在第一部件的某些非限制性實(shí)施方案中，耐腐蝕第一材料是選自鋯合金、鈦、鈦合金、鈮和鈮合金中的一種材料?？赡艿匿喓辖鸬姆窍拗菩詫?shí)施例是&700(UNS R60700)、 Zr702 (UNSR60702), Zr705 (UNS R60705)和鋯錫合金(核用鋯級(jí))。另外，在第一部件的某些非限制性實(shí)施方案中，第二材料選自鈦、鈦合金和不銹鋼。
在第一部件的某些非限制性實(shí)施方案中，第一區(qū)域是間接固態(tài)焊接到第二區(qū)域， 致使至少一種第三材料配置在第一區(qū)域和第二區(qū)域之間。在這種非限制性實(shí)施方案中至少一種配置在第一區(qū)域和第二區(qū)域之間的第三材料的非限制性實(shí)例包括釩、釩合金、鉭、鉭合金、鉿、鉿合金、鈮和鈮合金。在某些非限制性實(shí)施方案中，第一部件的第二區(qū)域包括耐腐蝕性材料的內(nèi)層和第二材料的外層。在某些非限制性實(shí)施方案中，第一部件的第二區(qū)域包括選自鋯和鋯合金材料的內(nèi)層和選自鈦和鈦合金材料的外層。第二區(qū)域的內(nèi)層和外層可以是，例如，直接或間接冶金結(jié)合在一起。在一實(shí)施方案中，內(nèi)層和外層是通過選自擠壓結(jié)合(共擠壓)、爆炸結(jié)合、 熱等靜壓制、和離心澆注的方法而直接冶金結(jié)合。在某些實(shí)施方案中，在直接冶金結(jié)合的內(nèi)層和外層之間沒有形成基本的相互擴(kuò)散層致使制品在制造流體傳導(dǎo)部件的工藝過程中易于冷加工。按本發(fā)明另一方面，提供第三方法。第三方法是以置換汽提塔管更換尿素合成裝置的汽提塔中的汽提塔管。第三方法包括以具有上述第一部件的設(shè)計(jì)的耐腐蝕性汽提塔管置換尿素合成裝置的現(xiàn)存汽提塔管。按照本發(fā)明的另一方面，提供第一裝置制品。該裝置制品包括具有第一部件設(shè)計(jì)的部件。按照某些非限制性實(shí)施方案，裝置的第一制品是化學(xué)處理裝置、汽提塔單元、冷凝器單元、和熱交換器中的一種。另外，按照某些非限制性實(shí)施方案，包括在第一裝置制品中的第一部件是圓柱狀部件、管材、管道、噴嘴、管端、管連接器、管道連接器、汽提塔管、熱交換器管和流體傳導(dǎo)部件中的一種。按照本發(fā)明的另一方面，提供第四方法。第四方法是用于制備包含圍繞流體傳導(dǎo)通道的耐腐蝕材料的內(nèi)層和不同材料的外層的流體傳導(dǎo)部件。在第四方法的某些實(shí)施方案中，流體傳導(dǎo)部件是由包含鋯或鋯合金的第一層的制品形成的，其直接冶金結(jié)合到鈦或鈦合金層并且其中在結(jié)合的第一和第二層之間沒有明顯的擴(kuò)散夾層。按照本發(fā)明的另一方面，提供第五方法。第五方法是用于更換具有裝配區(qū)域的裝置制品的至少一種流體傳導(dǎo)部件。第五方法包含提供一種置換流體傳導(dǎo)部件，該部件含有通過流體傳導(dǎo)部件圍繞流體傳導(dǎo)通道的耐腐蝕第一材料的內(nèi)層，以及第二材料的外層。內(nèi)層是直接或間接冶金結(jié)合到外層。在第五方法中可用于直接或間接冶金結(jié)合層的技術(shù)的非限制性實(shí)施例包含擠壓結(jié)合、爆炸結(jié)合、熱等靜壓制以及離心澆注。在第五方法的某些非限制性實(shí)施方案中，置換部件是通過包含將置換部件的外層固定到裝置制品裝配區(qū)域的方法而固定到裝置制品上。在第五方法中用于將外層固定到裝配區(qū)域的有效的方法的非限制性實(shí)施例包括焊接、熔焊、自熱焊和使用填料金屬的熔焊。在第五方法的某些非限制性實(shí)施方案中，所述的裝配區(qū)域包括與置換部件的第二材料相同或基本相同的第三材料，以及把置換部件固定到裝置制品上包括將外層區(qū)固定到裝配區(qū)域的第三材料上。前述第五方法的流體傳導(dǎo)部件可以選自，例如，圓柱形部件、管材、汽提塔管、熱交換器管、管道和噴嘴。還有，在第五方法的某些非限制性實(shí)施方案中，耐腐蝕第一材料選自鋯和鋯合金，(例如，Zr700(UNS R60700)、Zr702 (UNS R60702)、Zr705 (UNS R60705)以及鋯錫合金)。還有，在第五方法的某些非限制性實(shí)施方案中，第二材料選自鈦和鈦合金。在第五方法的某些非限制性實(shí)施方案中，內(nèi)層和外層是通過包含至少一種選自擠壓結(jié)合、爆炸結(jié)合、熱等靜壓制、和離心澆注技術(shù)的方法直接或間接冶金結(jié)合。還有，在第五方法的某些非限制性實(shí)施方案中，當(dāng)直接或間接冶金結(jié)合內(nèi)層和外層時(shí)沒有產(chǎn)生基本的相互擴(kuò)散層。在這種情況下，所產(chǎn)生的部件可易于冷加工，例如，通過使用冷拔或冷軋管法。在前述第五方法的某些非限制性實(shí)施方案中，所述裝置制品是尿素合成裝置的汽提塔單元，置換部件是汽提塔管而裝配區(qū)域是管板的區(qū)域。另外，在第五方法的某些非限制性實(shí)施方案中，裝置的制品是尿素合成裝置的汽提塔單元；置換部件是汽提塔管；裝配區(qū)域是管板區(qū)；置換部件的內(nèi)層選自鋯和鋯合金；以及置換部件的外層選自鈦和鈦合金。在第五方法的某些非限制性實(shí)施方案中，把置換部件固定到裝置制品上包括熔焊外層的第二材料區(qū)到裝配區(qū)域的第三材料上，以便由此形成的焊接區(qū)相對(duì)于第一材料和第二材料而言基本上沒有耐腐蝕性顯著降低的合金。在第五方法的某些非限制性實(shí)施方案中，內(nèi)層直接冶金結(jié)合到外層。在第五方法的某些另外的非限制性實(shí)施方案中，內(nèi)層是間接冶金結(jié)合到外層，致使至少有一層包含不同于第一材料和第二材料的第三材料，其置于內(nèi)層和外層之間。按照本發(fā)明的另一方面，提供第六方法。第六方法適于以置換汽提塔管更換尿素合成裝置的汽提塔中的汽提塔管。第六方法包括提供置換汽提塔管，該管包括通過汽提塔管環(huán)繞流體傳導(dǎo)通道的耐腐蝕第一材料的內(nèi)層和第二材料的外層，其中內(nèi)層是以直接或間接冶金結(jié)合到外層，并且其中第二材料是與構(gòu)成汽提塔管板的材料相同或基本相同。外層的第二材料固定到與管板材料相同或基本相同的材料上。在第六方法的某些非限制性實(shí)施方案中，耐腐蝕的第一材料是選自鋯和鋯合金 (例如，Zr700 (UNS R60700)、Zr702 (UNS R60702)、Zr705 (UNSR60705)和鋯錫合金)中的至少一種材料。在第六方法的某些非限制性實(shí)施方案中，第二材料選自鈦和鈦合金。按照第六方法的某些非限制性實(shí)施方案，把外層的第二材料固定到與管板相同或基本相同的材料上，其包括把外層的第二材料焊接到和管板基本相同的材料上?？墒褂玫暮附蛹夹g(shù)的非限制性實(shí)施例包括自熱焊和使用填料金屬的熔焊。在第六方法的某些非限制性實(shí)施方案中，通過將外層的第二材料焊接到與管板相同或基本相同的材料上而形成的焊接區(qū)基本上沒有相對(duì)于第二材料的顯著降低耐腐蝕性的合金。在第六方法的某些非限制性實(shí)施方案中，汽提塔管的內(nèi)層和外層是通過包括選自擠壓結(jié)合、爆炸結(jié)合、熱等靜壓制和離心澆注中至少一種技術(shù)的方法以直接或間接冶金結(jié)合。另外，在第六方法的某些非限制性實(shí)施方案中，內(nèi)層是直接冶金結(jié)合到外層，在某些實(shí)施方案中，當(dāng)內(nèi)層冶金結(jié)合到外層時(shí)，不產(chǎn)生基本的相互擴(kuò)散層。在第六方法的某些其它非限制性實(shí)施方案中，內(nèi)層是間接冶金結(jié)合到外層，以致包含不同于第一材料和第二材料的材料的至少一層配置在內(nèi)層和外層之間。按照本發(fā)明的另外一方面，提供用于裝置制品的第二部件。第二部件選自汽提塔管和熱交換器管并且包括通經(jīng)流體傳導(dǎo)部件環(huán)繞流體傳導(dǎo)通道的耐腐蝕第一材料的內(nèi)層， 以及第二材料的外層，并且其中的內(nèi)層以直接或間接冶金結(jié)合到外層。第二部件可以是置換部件或用于裝置制品的原部件。在第二部件是汽提塔管的情況時(shí)，裝置制品可以是，例如，尿素合成裝置用的汽提塔單元。如上所述，在第二部件中內(nèi)層是以直接或間接冶金結(jié)合到外層。在可用于直接或間接冶金結(jié)合層的技術(shù)的非限制性實(shí)施例包括擠壓結(jié)合、爆炸結(jié)合、熱等靜壓制、和離心澆注。在第二部件的某些非限制性實(shí)施方案中，第二部件的內(nèi)層是直接冶金結(jié)合到外層。在某些所述實(shí)施方案中，在直接冶金結(jié)合的內(nèi)層和外層之間沒有基本的相互擴(kuò)散層存在，這使得產(chǎn)生的部件易于進(jìn)行冷加工，例如，冷拔或冷軋管。在第二部件的另外非限制性實(shí)施方案中，內(nèi)層是間接冶金結(jié)合到外層，致使至少一層包含不同于第一材料和第二材料的第三材料層配置在內(nèi)層和外層之間。按照本發(fā)明的另一方面，提供第七方法。第七方法用于制造包含環(huán)繞流體傳導(dǎo)通道的耐腐蝕性第一材料的內(nèi)層和第二材料的外層的流體傳導(dǎo)部件。第七方法包括冶金結(jié)合內(nèi)層和外層，并在內(nèi)層和外層之間不會(huì)產(chǎn)生任何基本的相互擴(kuò)散層。在第七方法的某些實(shí)施方案中，通過冶金結(jié)合內(nèi)層和外層所產(chǎn)生的部件可易于冷加工，在這種情況下，該方法可以進(jìn)一步包括冷加工中間部件?？捎糜诶浼庸げ考目赡芗夹g(shù)的非限制性實(shí)施例包括冷拔、冷軋管、用內(nèi)輥和外輥的軋管以及流動(dòng)成型。在第七方法的某些非限制性實(shí)施方案中，耐腐蝕的第一材料是至少一種選自鋯和鋯合金(例如，Zr700(UNS R60700)、Zr702 (UNS R60702)、Zr705 (UNS R60705)和鋯錫合金) 的材料。還有，在第七方法的某些實(shí)施方案中，第二材料選自鈦和鈦合金。按照本發(fā)明另外的方面，提供第八方法。第八方法適用于使用置換汽提塔管更換尿素合成裝置汽提塔中的汽提塔管。第八方法包括使用具有第二部件設(shè)計(jì)的耐腐蝕汽提塔管更換尿素合成裝置的現(xiàn)存汽提塔管。按照本發(fā)明的另一方面，提供裝置制品，其中裝置制品包括第二部件。該裝置制品的可能的非限制性實(shí)施例包括化學(xué)處理裝置、汽提塔單元、冷凝器單元和熱交換器?；诳紤]如下詳細(xì)地闡述本發(fā)明的方法、制品以及部件的某些非限制性實(shí)施方案，讀者將會(huì)理解上述細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)，以及其它。讀者還可能基于實(shí)施或使用本文中所描述的方法、制品和部件而理解另外的優(yōu)點(diǎn)和細(xì)節(jié)。附圖的簡(jiǎn)要說明通過參照附圖可以更好地理解方法的特征和優(yōu)點(diǎn)，其中

圖1說明按照本發(fā)明汽提塔管的一個(gè)實(shí)施方案，其中管包括由鋯制成的第一流體傳導(dǎo)區(qū)并通過慣性焊接(inertia welding)或另外的固態(tài)焊接技術(shù)結(jié)合到由鈦制造的第二流體傳導(dǎo)區(qū)。圖2說明將圖1的汽提塔管安裝到汽提塔管板的鈦包層表面的布置圖并且包括使用多層流體傳導(dǎo)管端。圖3示意性說明用于制造多層流體傳導(dǎo)部件方法的實(shí)施方案。圖4示意性說明按圖3的方法中作為中間制品制造的焊接的雙層坯件的端部。圖5說明將包含本發(fā)明多層管端的汽提塔管具體實(shí)施安裝到汽提塔管板的鈦包層表面的配置。圖6描述經(jīng)慣性焊接到鈦管段的鋯管段的未截面和截面樣品。圖7描述慣性焊接到鈦管段的鋯管段的兩個(gè)樣品，其中所產(chǎn)生的鋯/鈦流體傳導(dǎo)管已經(jīng)加工以除去毛刺。圖8是在慣性焊接樣品的管壁中鋯與鈦焊接界面的橫截面的照片。圖9是示于圖8中焊接界面的高倍放大圖。
圖10是示于圖9中的焊接界面區(qū)的部分的高倍放大相片。圖11和12是圖示表明本發(fā)明用于制造多層流體傳導(dǎo)部件或部件段方法的實(shí)施方案的步驟。圖13說明在圖12中所包括的工藝步驟之一中制成作為中間制品的一個(gè)焊接的雙-層坯件的端圖。圖14是通過本發(fā)明方法的實(shí)施方案制成熱處理多層管的冶金結(jié)合區(qū)的顯微照片。某些實(shí)施方案的詳細(xì)說明在本發(fā)明中提供的一些實(shí)施方案包括新型的耐腐蝕性流體傳導(dǎo)部件，包括一個(gè)或多個(gè)所述部件的裝置以及使用耐腐蝕性流體傳導(dǎo)置換部件更換經(jīng)受腐蝕和/或侵蝕條件的裝置的流體傳導(dǎo)部件。流體的實(shí)施例包括氣體、液體或氣體/液體的混合物。新型部件的非限制性實(shí)施方案包括，例如，具有圓柱或其它形狀的部件、管材、管道、噴嘴、管端、管連接器、管道連接器和其它流體傳導(dǎo)部件。流體傳導(dǎo)部件的某些非限制性實(shí)施方案包括由至少一種耐腐蝕性材料，諸如，鋯、鈦、鉭、鈮、任何這些金屬的合金、或另外耐腐蝕金屬或合金制成的至少一個(gè)第一流體傳導(dǎo)區(qū)。所述部件還包括至少一個(gè)第二流體傳導(dǎo)區(qū)，該區(qū)包含一種與構(gòu)成該部件將要裝配到的現(xiàn)有裝置裝配區(qū)域的材料在組成上相同或基本相同的材料。 耐腐蝕的第一區(qū)域通過固態(tài)焊接直接或間接連接到第二區(qū)域以形成整體的流體傳導(dǎo)部件， 例如，管或管道。所述部件可通過將類似第二區(qū)域的材料和裝置的裝配部件焊接在一起而固定到裝置的制品。類似的材料可熔焊，例如自熱焊或使用焊接填料金屬，在臨近熔焊處沒有產(chǎn)生顯著促進(jìn)腐蝕的條件?？刹捎迷诒景l(fā)明中所說明的部件和方法以用于各種類型的化學(xué)處理和其它裝置中。這種裝置和按本發(fā)明可構(gòu)建的這種裝置的特定流體傳導(dǎo)部件的非限制性實(shí)施方案包括尿素汽提塔用的導(dǎo)管、氨甲酸酯冷凝器、和雙-金屬汽提塔以及熱交換器導(dǎo)管和化學(xué)和石油化學(xué)工藝用的管道。在本文中描述的特定非限制性實(shí)施方案是一種用含耐腐蝕金屬或合金區(qū)，如鋯或鋯合金區(qū)的置換管更換尿素合成裝置中的腐蝕的和/或侵蝕的鈦汽提塔管的方法，鋯或鋯合金管在對(duì)管內(nèi)尿素工藝介質(zhì)的腐蝕性/侵蝕性有高的抗性。該方法可使汽提塔的現(xiàn)存鈦包層管板和交換器頭重復(fù)使用，以致不需要更換整個(gè)的汽提塔單元。所述方法包括提供置換汽提塔管，它具有(i)由例如鋯或耐腐蝕鋯合金制造的管式耐腐蝕性區(qū)，和(ii)至少一種由例如鈦或另外的金屬或合金制成的管式裝配區(qū)域，其可以熔焊至汽提塔的鈦包層管板上，在臨近熔焊處不會(huì)產(chǎn)生顯著促進(jìn)腐蝕或侵蝕的條件。耐腐蝕區(qū)和裝配區(qū)域是通過固態(tài)焊接技術(shù)直接或間接結(jié)合以形成流體傳導(dǎo)置換部件。圖1是按本發(fā)明構(gòu)建的汽提塔管10的一種非限制性實(shí)施方案的截面圖。管10，例如，可以作為汽提塔單元的原部件提供，或如上所述，可以用作置換汽提塔管以更新現(xiàn)存的汽提塔單元。汽提塔管10包括由連續(xù)壁13限定的圓柱形通道12。管10的連續(xù)壁13的中心部分是耐腐蝕的鋯管14。鈦管16的長(zhǎng)度是慣性焊接至鋯管14的每個(gè)端部。鈦管端部 16可熔焊至汽提塔單元的現(xiàn)存鈦包層管板而不產(chǎn)生不同的鋯與鈦的熔焊。圖2表示一種用于管對(duì)管板焊接的可能布置圖以確保汽提塔管10通過在管板20的管孔?？梢岳斫獾氖牵?示于圖2中的裝配構(gòu)型在開始制造汽提塔時(shí)可以使用，或當(dāng)置換在處于使用的現(xiàn)存汽提塔中的汽提塔管時(shí)可以使用。包括鈦管端16在區(qū)域17慣性焊接到鋯管區(qū)14的管10是經(jīng)管板20的鈦包層板M中的孔而配置。區(qū)沈是管板20的碳鋼或不銹鋼區(qū)。管10通過在鈦管端16和鈦包層板M的結(jié)合點(diǎn)通過鈦強(qiáng)焊觀固定到管板20。這樣，熔焊區(qū)完全是鈦，并在熔焊區(qū)內(nèi)沒有產(chǎn)生鈦與鋯組合的合金。如下文所述，認(rèn)為當(dāng)熔焊不同金屬時(shí)，熔焊區(qū)內(nèi)形成合金，例如當(dāng)熔焊鋯和鈦時(shí)形成鋯和鈦合金，當(dāng)經(jīng)受腐蝕性物質(zhì)和/或條件時(shí)具有侵蝕的傾向。然而，固態(tài)焊接在任何明顯的大量下都不會(huì)產(chǎn)生合金。因此，通過提供具有高耐腐蝕區(qū)的流體傳導(dǎo)部件，固態(tài)焊接至包括與裝置的裝配部件相同的材料的區(qū)，或者當(dāng)熔焊至裝配部件時(shí)不產(chǎn)生易于腐蝕的合金，本發(fā)明方法可用耐腐蝕性部件制造或更新裝置而不產(chǎn)生促進(jìn)腐蝕的條件。當(dāng)用于本文中時(shí)，固態(tài)焊接指的是在基本上低于要結(jié)合的基底材料的熔點(diǎn)溫度下產(chǎn)生結(jié)合的焊接方法，而沒有加入銅焊填料金屬。在各種固態(tài)焊接工藝中可以使用或不使用壓力。可用于本發(fā)明所公開的方法實(shí)施方案中的固態(tài)焊接技術(shù)的非限制性實(shí)例包括，例如，冷焊、擴(kuò)散焊、爆炸焊、煅焊、摩擦焊(包括慣性焊接)、熱壓焊、滾焊、以及超聲焊。這些技術(shù)在其它應(yīng)用中已使用多年并且已為本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員所熟知。因此，這種結(jié)合技術(shù)的擴(kuò)大討論沒有必要，以使本技術(shù)領(lǐng)域的一般技術(shù)人員實(shí)現(xiàn)本方法。固態(tài)焊接基本上是不同于熔焊，熔焊時(shí)待結(jié)合的材料在結(jié)合過程中融化。在熔焊材料不同的情況下，熔焊區(qū)必須包括結(jié)合材料的合金。鋯直接與鈦熔焊，例如，在臨近焊接區(qū)時(shí)將產(chǎn)生提高腐蝕/侵蝕速率的合金。鋯和鈦的熔焊還將在所得焊接中產(chǎn)生硬化的固溶體，因而降低了焊接延性并顯著地提高焊接硬度。穿過鋯到鈦的焊接結(jié)合點(diǎn)所獲得的合金混合物包括鋯-鈦合金混合物的范圍(100%的鈦到100%的鋯，以及在其間的所有的組合)。在不相同的鋯與鈦焊接所發(fā)現(xiàn)合金的組成具有不同的機(jī)械性能和腐蝕性能，這不可能在焊接過程中精確控制。用機(jī)械的方法，鋯和鈦的合金強(qiáng)度非常高并且具有很高的硬度， 可以高到兩倍于單獨(dú)的純金屬的硬度。受熔焊影響的其它機(jī)械性能是切口敏感性和可成形性。因此，如果在裝置中產(chǎn)生相當(dāng)大的壓力，鋯/鈦熔焊的某些區(qū)可以具有不可接受的機(jī)械性能。某些合金組合物(焊接混合物區(qū))將經(jīng)歷很高的氧化和腐蝕速率。通常，焊接到不同金屬的金屬所產(chǎn)生的抗蝕性對(duì)比任一單獨(dú)純金屬的抗蝕性要低得多，這在鋯與鈦熔焊的情況也是這樣。即使使用純的鋯或鈦填料金屬，鋯-鈦合金所在的焊接區(qū)相對(duì)任一純金屬具有低的耐腐蝕性。Huey腐蝕實(shí)驗(yàn)對(duì)于用于接觸硝酸和/或尿素的材料來說，是標(biāo)準(zhǔn)的腐蝕篩選試驗(yàn)?，F(xiàn)已確定在Huey腐蝕實(shí)驗(yàn)中，例如，鋯-鈦熔焊將具有高速率的腐蝕，而鈦-鈦或鋯-鋯焊接將具有很低的腐蝕速率。因此，通過固態(tài)焊接鋯和鈦的流體傳導(dǎo)區(qū)和熔焊一個(gè)或多個(gè)鈦管區(qū)一起至管板的鈦包層，本文所述非限制性實(shí)施方案避免了不同材料的熔焊。這樣，當(dāng)在尿素合成裝置的汽提管中暴露于尿素工作介質(zhì)和其它促進(jìn)腐蝕條件下時(shí)，避免在具有較高腐蝕/侵蝕速率的焊接區(qū)內(nèi)產(chǎn)生合金。顯著提高了新制造的或更新的汽提塔的使用壽命。指定其再生性以及預(yù)備采用熔合管形和圓柱形元件，慣性焊接可易于采用以形成本文所述新型部件的實(shí)施方案。正如在現(xiàn)有技術(shù)中已知的，慣性焊接是一種摩擦焊接類型的固態(tài)焊接技術(shù)，其中待結(jié)合的材料被鍛造在一起而沒有熔化材料。在慣性焊接時(shí)首先通過焊機(jī)貯存的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能而供應(yīng)進(jìn)行焊接所必須的能量。使兩個(gè)工件中的一個(gè)固定在連接到特種質(zhì)量飛輪的旋轉(zhuǎn)主軸上。另一工件固定在夾具設(shè)備中并限制轉(zhuǎn)動(dòng)。加速飛輪至預(yù)定的轉(zhuǎn)動(dòng)速度然后斷開，使轉(zhuǎn)動(dòng)的部件在特定動(dòng)能下自由旋轉(zhuǎn)。在飛輪驅(qū)動(dòng)馬達(dá)斷開時(shí)，以軸向施加壓力同時(shí)使工件受壓，在焊接循環(huán)中可提高某些技術(shù)。儲(chǔ)藏于旋轉(zhuǎn)飛輪中的動(dòng)能在焊接界面在工作件之間通過摩擦作為熱而消散，這種強(qiáng)大的局部能量結(jié)合工件。維持軸向壓力直至旋轉(zhuǎn)質(zhì)量中的全部能量在焊接中消散完，從而停止轉(zhuǎn)動(dòng)。在焊接循環(huán)中，處于界面中的材料由于消散摩擦熱而成為塑性的，而鍛出焊接。剩余的塑性材料經(jīng)熱加工一起完成焊接。當(dāng)施加力時(shí)工件在長(zhǎng)度上產(chǎn)生損失，塑性材料壓出接觸區(qū)成為“鐓鍛”。在慣性焊接管狀組件以形成導(dǎo)管的長(zhǎng)度時(shí)，所得到的管的內(nèi)徑和外徑都會(huì)因鐓鍛而有毛刺。使用拋光技術(shù)可以除去毛刺。因?yàn)橥ㄟ^慣性焊接連接的材料在工藝過程中不融化，所以沒有發(fā)生顯著的合金化，由此避免了合金形成而對(duì)焊接區(qū)中的機(jī)械和腐蝕性能產(chǎn)生不利的影響。慣性焊接可用于結(jié)合通常不認(rèn)為是兼容的金屬的組合，例如，鋁與鋼、銅與鋁、鈦與銅、以及鎳合金與鋼。通常，能鍛造的任何金屬材料都能摩擦焊接，例如，通過慣性焊接， 包括馬氏體時(shí)效鋼、工具鋼、合金鋼和鉭。通常慣性焊接工藝較熔焊快得多，并且該工藝主要由機(jī)器控制，由此消除了人為的錯(cuò)誤，使所產(chǎn)生的焊接與操作人員的技術(shù)無關(guān)。也不需要大量的焊接結(jié)合制劑，并且不需要焊接線或焊接能耗。爆炸焊接是眾所周知的用于結(jié)合不同材料的固態(tài)焊接技術(shù)，所述技術(shù)通常描述于各種文獻(xiàn)。這些描述的例子包括“爆炸焊接”，卷6，ASM手冊(cè)，Wielding，Brazing and Soldering (ASM intern. 1993)，705-718 頁；以及 A. Nobil 等人，“Recent Developments in Characterizations of Titanium-Steel ExplosionBond Interface，，，1999, Reactive Metals in Corrosive Application ConferenceProceedings, September 12—16, 1999 (Sunriver, Oregon) 89-98頁。在爆炸焊接中，引起爆炸的可控能量是用于在兩種或更多種類似的或不同的金屬材料之間產(chǎn)生冶金結(jié)合。在材料的高速碰撞過程中，在合適的條件下材料之間形成射流，其清除污染的表面膜。通過射流作用清洗的表面膜材料，在接近碰撞點(diǎn)獲得的非常高的壓力影響下在內(nèi)點(diǎn)上進(jìn)行結(jié)合。當(dāng)用于本文時(shí)，“冶金結(jié)合”指的是通過使用壓力和/或溫度所實(shí)現(xiàn)的配對(duì)金屬表面之間的結(jié)合。在爆炸焊接的過程中不會(huì)發(fā)生材料的擴(kuò)散，所以有問題合金不會(huì)產(chǎn)生。一種技術(shù)是冷焊方法，其中由于材料的高壓碰撞污染的表面膜塑性地噴出基底材料。在前述用于制造尿素合成汽提塔管的實(shí)施方案中，例如，爆炸包層焊接連接可在置換汽提塔管的鈦段和鋯段之間形成。在一個(gè)所述方法的實(shí)施方案中，例如，鋯和鈦可爆炸結(jié)合在一起并且由板機(jī)制為小管。該管由鋯側(cè)和鈦側(cè)組成。之后鋯將熔焊于鋯管部分，而鈦將熔焊于鈦管部分。爆炸包層管轉(zhuǎn)變連接是目前生產(chǎn)的，盡管發(fā)明者沒有注意這種管具有鋯-鈦金屬結(jié)合。雖然前述具體的實(shí)施方案的目的在于尿素合成裝置中使用汽提塔管，其中汽提塔管包括鋯區(qū)和一個(gè)或多個(gè)鈦區(qū)，應(yīng)當(dāng)理解本文所說明的部件和方法在此沒有如此限制。例如，本發(fā)明的方法可適合于提供原始的或更換的用于其它類型的化學(xué)處理裝置以及其它類型的裝置的流體傳導(dǎo)部件，其中部件包括含耐腐蝕性材料的第一區(qū)，域其通過固態(tài)焊接技術(shù)直接或間接結(jié)合到第二區(qū)域，以致使所獲得的焊接區(qū)相對(duì)于第一和第二材料不會(huì)大大降低機(jī)械和/或耐腐蝕性能。第二區(qū)域內(nèi)的材料要經(jīng)過選擇，以便通過熔焊而固定到化學(xué)處理或其它由相容材料制造其它裝置的區(qū)域。所謂“相容”指的是熔焊方法在焊接區(qū)不產(chǎn)生具有顯著降低機(jī)械和腐蝕性能的合金。一個(gè)實(shí)施例是用于熱交換器的原始的或更換的管，其中管是由耐腐蝕區(qū)和剛才說明的第二區(qū)域制造的。而且，盡管上述非限制性具體的實(shí)施方案包括固態(tài)焊接的具有包含鋯和鈦的分離區(qū)的流體傳導(dǎo)部件，本方法還可以用于下列的情況中，其中耐腐蝕區(qū)包括一種或多種鋯合金或其它耐腐蝕材料和/或其中第二區(qū)域包括鈦合金或其它材料?？赡艿匿喓辖鸬姆窍拗菩詫?shí)例包括，例如，Zr700(UNSR60700)、Zr702(UNS R60702)、Zr705 (UNS R60705)和鋯錫合金(包括，例如，&_4、21-2、和&2.5他)。作為非限制性實(shí)施例，考慮到按本發(fā)明構(gòu)建的部件可用于裝置中，其中流體傳導(dǎo)部件熔合到的現(xiàn)存結(jié)構(gòu)是鈦合金或不銹鋼，在這種情況下部件的相應(yīng)區(qū)可以分別由類似的或基本類似的鈦合金或不銹鋼制造。在構(gòu)建這種部件中， 包含鈦合金或不銹鋼的區(qū)域是直接或間接地固態(tài)焊接到另外的鋯、鋯合金、和/或能提供所要的機(jī)械、腐蝕和/或其它性能的金屬或合金的另外區(qū)域。本發(fā)明方法的上述實(shí)施方案的另外可能的改進(jìn)方案是提供多層流體傳導(dǎo)端或區(qū)域，它包括圍繞流體通道的耐腐蝕性內(nèi)層和一個(gè)另外材料的外層。當(dāng)用于本發(fā)明中時(shí)，“多層”指的是存在兩層或更多層的冶金結(jié)合在有關(guān)結(jié)構(gòu)的不同材料層。內(nèi)層的耐腐蝕材料可以是，例如，鋯、鋯合金、或其它耐腐蝕性的金屬或合金。多層端或區(qū)可以由任何適合的方法制成，例如，通過共擠壓，也可稱為擠壓結(jié)合，這是一種易于為一般技術(shù)人員熟悉的制管方法，并且在本文中也將進(jìn)一步討論。多層流體傳導(dǎo)端或區(qū)可以是固態(tài)焊接，如通過慣性焊接到由鋯或另外的耐腐蝕性材料制成的耐腐蝕性流體傳導(dǎo)區(qū)。用這種方法，沿著流體傳導(dǎo)部件的整個(gè)內(nèi)長(zhǎng)度提供高耐腐蝕性金屬或合金。如果多層端或區(qū)域的外層是由鈦制成的，例如，它可以熔焊至汽提塔單元管板的鈦包層上而在焊接附近沒有顯著危及材料的機(jī)械和耐腐蝕性。多層制管設(shè)計(jì)對(duì)于容納燃料球團(tuán)的核包層是已知的。就這一特殊應(yīng)用來說，專利文獻(xiàn)包括鋯基合金的冶金結(jié)合層的已知方法。例如，用于核包層管的薄的純鋯內(nèi)襯描述于 U.S.專利號(hào)4200492中。鋯襯抑制因應(yīng)力腐蝕破碎引起的破裂開始和蔓延。合金化鋯的厚得多的外層構(gòu)成包層的基底材料并提供合適的耐腐蝕性和機(jī)械性能。另外的專利，例如， U. S.專利5383228、55M032和5517M0，描述了用于多層核燃料球團(tuán)包層的化學(xué)、層堆積以及用于多層核燃料球團(tuán)包層的處理方案。在一種裝配中，薄的外襯已用于燃料球團(tuán)包層以改進(jìn)包層的水-側(cè)的耐腐蝕性。本發(fā)明人設(shè)想采用多層核燃料包層的某些方面以具體化包括多層流體傳導(dǎo)部件配置的本發(fā)明流體傳導(dǎo)部件。然而，與本發(fā)明流體傳導(dǎo)部件的某些實(shí)施方案相反，前述專利的目的在于核燃料包層和類似鋯基合金的結(jié)合層，并且，例如，并未報(bào)導(dǎo)或建議冶金結(jié)合不同的反應(yīng)性金屬，如鈦和鋯。如上所述，不同的反應(yīng)性金屬如鈦和鋯合金難于結(jié)合，由于例如它們的熱膨脹性能的差異、晶格尺寸的差異、以及當(dāng)材料結(jié)合時(shí)焊接完整性方面的缺乏。爆炸焊接已用于冶金結(jié)合不同的合金，但是這種技術(shù)具有已知的缺點(diǎn)。例如，結(jié)合層的局部變形或變薄是由于爆炸力的變化而產(chǎn)生的。按此，已使用后-結(jié)合機(jī)械加工，但是在機(jī)械加工過程中精確地控制內(nèi)襯的厚度卻是困難的。另外，在爆炸焊接的過程中產(chǎn)生的壓力能引起金屬的性能像粘性流體，這可導(dǎo)致結(jié)合材料間的波紋狀的邊線。邊線的波狀特性使保持精確的襯的厚度是困難的或成為不可能，因?yàn)檫吘€的范圍可以明顯變化。在某些已知的爆炸結(jié)合的設(shè)計(jì)中，例如，結(jié)合的材料間的波狀邊線之間從0. 5mm變化到Imm(0. 0197英寸-0. 0394英寸)的峰對(duì)峰。當(dāng)使用爆炸焊接時(shí)，結(jié)合的部件的幾何學(xué)是有限制的抑制。在某些爆炸焊接技術(shù)中，外層組件為爆炸物所環(huán)繞，以爆聚在用棒支撐的不同材料的內(nèi)襯上，以防止遠(yuǎn)于點(diǎn)的向里塌陷。在這種技術(shù)中外層組件的壁厚和強(qiáng)度是限制性因素。在另一技術(shù)中，爆炸物放置在襯組件的內(nèi)徑范圍內(nèi)，并且爆炸力擴(kuò)大至外層組件內(nèi)表面上的內(nèi)襯。在這種情況下，內(nèi)徑必須大到足以包含足夠的爆炸物，這在制造小內(nèi)徑、厚壁管和其它流體傳導(dǎo)部件中不可能使用該技術(shù)，如用于高壓熱交換器中。一些用來冶金結(jié)合不同材料和合金的可替換方法是已知的。例如，U.S.專利 4518111提供一種用于結(jié)合鋯和鋼組件的兩步法。在開始的步驟中，爆炸焊接用于冶金結(jié)合兩種組件成為坯件。在第二步驟中，鋼的第三層是通過共擠壓坯件而冶金結(jié)合的，因此提供了三結(jié)合層。當(dāng)然，爆炸焊接的使用具有如上所述的限制性，并且使應(yīng)用結(jié)合多層的兩步法提高了最終產(chǎn)品的成本。U.S.專利號(hào)5259547也闡述了兩步法，該方法包括爆炸焊接步驟，接著在外形為圓形心軸上擴(kuò)大結(jié)合的坯件以牢固地冶金結(jié)合各層。盡管本發(fā)明中的多層流體傳導(dǎo)部件能使用多步制造方法生產(chǎn)，但是存在著與一步結(jié)合法有關(guān)的巨大成本益處，如本文中詳細(xì)描述的。另外已知的冶金結(jié)合不同金屬或合金的途徑是，在以擠壓固態(tài)結(jié)合前使用熱等靜壓制(HIP)以預(yù)-結(jié)合圓柱狀組件。U.S.專利號(hào)6691397在壓力超過15000psig和溫度在 2000° F以上持續(xù)至少2小時(shí)直到M小時(shí)的情況下使用HIP。HIP在不同的金屬之間產(chǎn)生冶金結(jié)合，這使不同流動(dòng)應(yīng)力的材料在熱擠壓成管的過程中保持完整性。當(dāng)然如上所述，兩步結(jié)合法相對(duì)于一步法增加了成本。另外，通過HIP開始在材料之間形成冶金結(jié)合其在壓力和溫度下要求大量的時(shí)間。不同的材料能在其界面處形成脆性擴(kuò)散層，或者在用于擴(kuò)展期的加熱時(shí)能經(jīng)歷過量的晶粒生長(zhǎng)。如果擠壓的管其后要冷加工則不要求任何性質(zhì)。還有另外一種在不同金屬或合金之間形成冶金結(jié)合的途徑闡述于U. S.專利 5558150中，其中外合金層是離心澆注到內(nèi)層上的。復(fù)合澆注的層是在冷卻下冶金結(jié)合的。 該專利方法的設(shè)計(jì)是用于結(jié)合鋼和反應(yīng)性金屬，它要求澆注是在真空中進(jìn)行以消除來自大氣中的氧和氮污染。另外，澆注材料的晶粒結(jié)構(gòu)是非精煉的，阻礙以后的冷加工。一種方法的非限制性實(shí)施方案，通過該方法在本發(fā)明中有用的圓柱狀鋯/鈦多層流體傳導(dǎo)部件或部分部件，包括一般示于圖3中的步驟，在下文進(jìn)一步說明。在圖3的方法第一步驟中，以適當(dāng)形式提供各個(gè)要結(jié)合的中空?qǐng)A柱狀鈦和鋯的構(gòu)件，使圓柱形鋯襯組件的大小匹配于圓柱狀鈦基底構(gòu)件的內(nèi)徑。作為實(shí)施例，基底部件可以是鈦等級(jí)3(ASTM名稱)和鋯襯部件可以是鋯錫合金702 (&70幻合金。適合制備一種結(jié)合在一起的部件表面以更好的保證另人滿意的構(gòu)件間的冶金結(jié)合。有利的是將要結(jié)合在一起的表面進(jìn)行機(jī)加工、表面調(diào)節(jié)和清洗。例如，發(fā)明人已確定在冶金結(jié)合前制備鈦和鋯時(shí)， 有利的是制備要結(jié)合的表面，以使每一個(gè)都具有不大于約63微-英寸(0. 0016mm)RA的表面粗糙度。認(rèn)為提供具有這樣的表面光潔度的表面能更好地確保適當(dāng)清洗表面粗糙外形的峰和谷。另外，還認(rèn)為沒有深槽和刻痕，例如，有助于在無污染物表面間保持連續(xù)冶金結(jié)合。另外有利的是，清洗外來污染物如臟物和油膩的待結(jié)合表面，以能獲得高質(zhì)量的冶金結(jié)合的結(jié)果。一種可以用于清洗反應(yīng)性金屬表面方法的例子是噴冰(ice blasting), 它描述于U. S.專利M83563中。噴冰技術(shù)涉及對(duì)著要清洗的金屬或合金表面推進(jìn)結(jié)晶水， 導(dǎo)致機(jī)械洗滌和液體沖洗。噴冰相對(duì)于常規(guī)表面清洗法能導(dǎo)致改進(jìn)表面間的冶金結(jié)合的完整性，因?yàn)閲姳粫?huì)使清潔劑殘余物沉積在清洗過的表面上。這種殘余物的實(shí)例是殘余的氟化物它可留在以氟化氫-硝酸蝕刻的表面上。另一表面清洗技術(shù)的非限制性實(shí)施例包括機(jī)械調(diào)節(jié)、酸蝕刻和使用溶劑或堿性清洗劑。另外適合的表面清洗技術(shù)為本技術(shù)領(lǐng)域的一般技術(shù)人員所周知。在圖3中的方法第二步驟中，組裝構(gòu)件以便使鋯襯部件適當(dāng)?shù)匚挥阝伝臉?gòu)件中，并且焊接構(gòu)件之間的端連接，以便提供適合于擠壓的多層坯件。示于圖4中的多層坯件 110的示意端視圖，其中114是圓柱狀鈦外層基底材料，116是圓柱狀鋯內(nèi)襯，以及118是在基底材料和內(nèi)襯之間的焊接端連接。焊接可以是，例如，自熱熔焊，在這種情況下焊接包括鈦-鋯混合物。如前所述，在焊接區(qū)內(nèi)熔焊不同的反應(yīng)性金屬會(huì)產(chǎn)生合金，相對(duì)于各個(gè)金屬其一般具有低強(qiáng)度和低的可延展性。然而，結(jié)合坯件端連接的焊接的完整性是關(guān)鍵的，以在隨后步驟中，在坯件擠壓前的預(yù)熱坯件的過程中，防止大氣污染構(gòu)件的界面。另外，在擠壓過程中焊接經(jīng)受非常大的應(yīng)力。在擠壓過程中，焊接失敗能導(dǎo)致大氣污染或者在擠壓過程中基底和內(nèi)襯構(gòu)件的不均勻性減少。在圖3方法的一種實(shí)施方案中，另一技術(shù)，電子束焊接，是用于焊接基底和襯構(gòu)件之間的端連接以產(chǎn)生坯件。已發(fā)現(xiàn)電子束焊接可提供可接受的焊接滲入和焊接寬度，以及提供適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)以免界面之間的大氣污染。優(yōu)選的是，焊接滲入的端連接5到50mm(0. 197 到1. 97英寸)(在焊接表面的平面中測(cè)量的)并具有適于密封對(duì)置的基底表面和襯構(gòu)件的寬度以隔絕大氣。合適的另一技術(shù)是提供自熱焊或填料焊接這對(duì)焊接反應(yīng)性金屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員是熟知的。在圖3說明的方法第三步驟中，在先前步驟中形成的坯件加熱和擠壓以形成冶金結(jié)合、具有基本均勻的襯厚度的不同金屬的無縫管。在該方法的實(shí)施方案中，鈦/鋯坯件感應(yīng)加熱至550°C _900°C (1022° F_1652° F)的范圍的溫度。另一方法，例如，氣體或電子爐在擠壓之前可用于加熱坯件，但這種加熱技術(shù)相對(duì)于感應(yīng)加熱花費(fèi)的時(shí)間明顯多并且在坯件上產(chǎn)生更多的表面污染。將加熱的坯件裝進(jìn)具有合適工具的擠壓機(jī)中，以由坯件生產(chǎn)同心管。在該方法的一個(gè)實(shí)施方案中，擠壓壓頭在擠壓循環(huán)過程中在基本一致的50-900mm/分(1. 969-35. 4英寸/分)下行進(jìn)，以避免擠壓管的內(nèi)襯厚度的不可接受的波動(dòng)。影響從擠壓產(chǎn)生的冶金結(jié)合質(zhì)量的因素包括溫度、在溫度下的時(shí)間、壓力、和表面清洗度。在本非限制性實(shí)施方案中， 例如，擠壓比值范圍在3 1-30 1，以更好地保證基底和襯構(gòu)件的冶金結(jié)合的適當(dāng)壓力。感應(yīng)加熱坯件后擠壓坯件至冶金結(jié)合各層的顯著優(yōu)點(diǎn)是在加熱坯件的過程中的時(shí)間間隔和在擠壓溫度下的保持時(shí)間是非常受限制的。當(dāng)擠壓溫度下的時(shí)間小時(shí)，在擠壓過程中形成冶金結(jié)合時(shí)，鈦和鋯層之間相互擴(kuò)散很小或幾乎沒有。相互擴(kuò)散，或簡(jiǎn)單“擴(kuò)散，”在已冶金結(jié)合的不同金屬層之間一般存在層。擴(kuò)散層可包括金屬間化合物或組成梯度，較之各個(gè)合金它更硬或更脆。因?yàn)樵诟袘?yīng)加熱坯件后進(jìn)行擠壓坯件以冶金結(jié)合層時(shí)，沒有明顯的相互擴(kuò)散，所以相對(duì)于鋯和鈦層材料是脆性并具有高強(qiáng)度的材料不能大量形成。 這一點(diǎn)使得擠壓、多層部件易于冷加工，如通過，例如，冷拔或冷軋管，假若必須制造最終流體傳導(dǎo)部件。因此，本文所述方法的某些實(shí)施方案一個(gè)值得注意的方面是生產(chǎn)包括不同的、 冶金結(jié)合的層，而在層之間不形成任何顯著的相互擴(kuò)散層。業(yè)已確定在來自擠壓、退火、或可以替代的結(jié)合工藝的熱暴露過程中沒有值得注意的共擴(kuò)散層形成，假若產(chǎn)生的冶金結(jié)合的多層結(jié)構(gòu)可易于冷加工，如通過冷拔或冷軋管。
在圖3中說明的方法的任選第四步驟，在應(yīng)用冷加工之前在材料和/或使再結(jié)晶材料中熱處理經(jīng)擠壓的多層管以消除應(yīng)力。優(yōu)選的是，熱處理技術(shù)使反應(yīng)性冶金結(jié)合層之間的相互擴(kuò)散層產(chǎn)生減至最小程度。對(duì)于更好地抑制相互擴(kuò)散層的發(fā)展，優(yōu)選是熱處理要適應(yīng)以實(shí)現(xiàn)所要求的解除應(yīng)力和/或使用最低必要的溫度和時(shí)間在多層管道的構(gòu)成材料中進(jìn)行中重結(jié)晶。作為實(shí)施例，由本發(fā)明的實(shí)施方案制成的鈦/鋯多層管道可以在 5000C-7500C (932°C-1382°C)范圍內(nèi)的溫度下退火1-12小時(shí)，以限制相互擴(kuò)散層的發(fā)展。 在熱處理技術(shù)中的一般技術(shù)人員易于制成用于按本發(fā)明制成的特定多層流體傳導(dǎo)部件的合適熱處理制度。圖3方法的第五步驟是冷加工多層管道。冷加工反應(yīng)性金屬能提供有利的性質(zhì)如改進(jìn)的晶粒結(jié)構(gòu)、機(jī)械性能、尺寸和表面光潔度。如上所述，限制產(chǎn)生脆性相互擴(kuò)散層的制管的方法是優(yōu)選的。可能冷加工技術(shù)有利于按本發(fā)明制成多層管道，其包括，例如，冷拔、冷軋管和用內(nèi)輥和外輥軋制管，如通過流動(dòng)成型。按本發(fā)明制成的適合冷加工多層流體傳導(dǎo)元件的另外技術(shù)基于考慮本發(fā)明對(duì)本領(lǐng)域一般技術(shù)人員是顯而易見的。已發(fā)現(xiàn)冷軋管(還稱作“pilgering”)在涉及本發(fā)明方法的實(shí)施方案是特別有利的冷加工技術(shù)。冷軋管使用凹槽、錐形模，其在管上縱向滾壓該管同時(shí)在錐形軸上壓制材料。逐漸減少凹槽的橫截面積，壓縮在相應(yīng)漸縮的圓形心軸上的管壁。管縱向喂入模具并圍繞其縱軸旋轉(zhuǎn)，致使整個(gè)的周圍長(zhǎng)度的尺寸均勻地減少。當(dāng)冷軋管減少反應(yīng)性金屬的管狀件時(shí)達(dá)到的一般的縮減范圍在20% -90%。應(yīng)當(dāng)理解盡管圖3說明的方法實(shí)施方案和上述利用鈦基底組件和鋯襯，可替換的材料可用于基底和襯組件，例如，無論如何并不想限制本發(fā)明的范圍，可使用鈦的外基底和鈮的內(nèi)襯，或鉭外襯和鈦的內(nèi)基底。其它材料組合物可基于應(yīng)用加以選擇，對(duì)此采用管道合適的，而且這種組合對(duì)基于考慮本發(fā)明對(duì)一般技術(shù)人員將是明顯的。還應(yīng)當(dāng)理解的是按本發(fā)明制造的多層流體傳導(dǎo)部件或部分部件不需要使用圖3 概述的方法。例如，本文公開了可替換的方法。另外，基于閱讀本發(fā)明公開的內(nèi)容，具有普通技術(shù)的一般技術(shù)人員，可以很容易地設(shè)計(jì)出用于提供所述多層部件或部分部件的另外方法。然而，雖然本申請(qǐng)涉及多層部件及部件部分，大于2層的也可以提供在這種部件及部件部分中。如果希望，該部件可包括3層或更多層，它們可安裝進(jìn)坯件中并加工成流體傳導(dǎo)部件如，通常，上述的有關(guān)雙層部件。這樣，人們可以理解，本發(fā)明的范圍包括有3層或更多層的流體傳導(dǎo)部件，該部件含有耐腐蝕的內(nèi)層或穿過該部件圍繞流體傳導(dǎo)通路的襯， 一個(gè)外層，以及一個(gè)或多個(gè)介于內(nèi)層與外層之間的中間層。在這種情況下，內(nèi)層與外層指的是本文的“間接”結(jié)合，其不同于其中內(nèi)層與外層直接彼此結(jié)合的情況。在每種情況下，然而，多層結(jié)構(gòu)中的緊密靠近層是冶金結(jié)合在一起。應(yīng)該注意的是，這種多層流體傳導(dǎo)部件與部件部分，可以使用本文內(nèi)容和具有普通技術(shù)的那些人的技術(shù)知識(shí)進(jìn)行制造。一種用于固定原始件或替置換件的裝置具有單層管段的鋯/鈦汽提塔管固態(tài)焊接到管板的多層管末端，以斷面示于圖5。 可以制造圖5表示的雙層管端，例如，通過共擠出以提供一種鈦的外管與一種耐腐蝕的鋯內(nèi)襯。參見圖5，汽提塔管210包括由管狀壁213限定的中心圓柱型通道212。管狀鋯區(qū)域 214是固態(tài)焊接至在焊接區(qū)217的雙層管末端部位216。雙層末端區(qū)216包括管狀鈦外區(qū)219a，其冶金結(jié)合在管狀鋯內(nèi)襯219b上。管板220包括結(jié)合在炭鋼或不銹鋼區(qū)2 上的鈦包層片224。鈦的強(qiáng)焊接228，是通過熔焊鈦外區(qū)219a至鈦包片2 上而形成的。人們理解，因?yàn)轭愃撇牧鲜侨劢拥?，以固定汽提塔?10焊至管板220上，所以具有低耐腐蝕性的有問題的合金不會(huì)產(chǎn)生，且在焊接區(qū)附近的材料的機(jī)械性質(zhì)不明顯兼容。在上述改進(jìn)中，管子包括鋯、鋯合金，或另一種耐腐蝕材料的耐腐蝕的管狀區(qū)，以及包括不銹鋼的管狀區(qū)，且這兩個(gè)區(qū)域通過慣性焊接或另外的固態(tài)焊接技術(shù)直接或間接結(jié)合，以形成一整體管。這樣制造的汽提塔管可作為原始設(shè)備用于新制造的含有不銹鋼管板的汽提塔中，或可用作置換管以更新含有不銹鋼管板的汽提塔。汽提塔管的不銹鋼選自基本相同于管板的不銹鋼在其上熔合管道。在管的不銹鋼與管板的不銹鋼的結(jié)合點(diǎn)形成強(qiáng)焊接以固定管于汽提塔單元中。當(dāng)然，這里所述的用于汽提塔管的任何可能的材料組合及設(shè)計(jì)，也可以在特別的汽提塔設(shè)計(jì)中用作原始的或置換汽提塔管。對(duì)本文所述的部件及方法的又一可能的改進(jìn)，包括通過固態(tài)焊接結(jié)合部件的一種或多種材料的中間區(qū)域。用這種中間材料結(jié)合的區(qū)域，這里是指通過固態(tài)焊接而“間接”結(jié)合。固態(tài)焊接的情況下鋯或鋯合金的第一區(qū)域固態(tài)焊接至鈦或鈦合金的第二區(qū)域，例如，配置介于第一及第二區(qū)域的可能的材料，包括，例如一種或多種低氧的鈦、釩、鉭、鉿、鈮以及這些材料的合金。這些間接材料如使用熔焊是有問題的，但可通過慣性焊接適當(dāng)結(jié)合至其他材料上。下面的實(shí)施例進(jìn)一步說明本文描述的部件與方法的特征。實(shí)施例1-固態(tài)焊接與熔焊結(jié)合的比較研究關(guān)于本文公開的方法，鋯對(duì)鈦熔焊結(jié)合的機(jī)理與腐蝕特征，相對(duì)于采用固態(tài)焊接的焊接結(jié)合進(jìn)行評(píng)價(jià)。人們己知，鋯與鈦能進(jìn)行熔焊，其采用的技術(shù)是，例如氣態(tài)鎢弧焊、金屬氣態(tài)弧焊、等離子體焊接以及電阻焊，以產(chǎn)生高強(qiáng)度焊接結(jié)合。但如上所述，通過熔化在結(jié)合不同材料時(shí)產(chǎn)生的焊接，可受到腐蝕的影響，并遭受固溶體硬化，這可明顯增加焊接區(qū)的硬度及強(qiáng)度。在自熱熔焊(即，不使用填料金屬)鋯到鈦上時(shí)，在焊接區(qū)產(chǎn)生的鋯-鈦合金將從100%鋯到100%鈦?zhàn)兓?。使用鋯或鈦填料金屬時(shí)合金化的影響將稍稍降低。甚至在使用填料金屬時(shí)，焊接區(qū)域?qū)⒂筛鞣N鋯-鈦合金組分組成，并且這種合金區(qū)域可具有明顯平衡的抗腐性與機(jī)械性質(zhì)。管狀部件的固態(tài)焊接已進(jìn)行研究，作為一種避免在焊接中結(jié)合材料的熔化以及焊接區(qū)產(chǎn)生有問題合金的一種手段。實(shí)驗(yàn)方法通過慣性焊接鋯管段至鈦管段，以制造整體管，而制成幾個(gè)焊接樣品。圖6描述了未切斷的慣性焊接樣品及切斷的慣性焊接樣品2個(gè)，其中，鋯管段(黑色材料)已慣性焊接至鈦管段，在內(nèi)徑與外徑上產(chǎn)生毛刺。該毛刺在焊接循環(huán)中從焊接區(qū)通過產(chǎn)生的鐓鍛而被加強(qiáng)。因?yàn)楹附庸に噷⒃谧罱K的焊接結(jié)合處產(chǎn)生熱應(yīng)力，某些慣性焊接樣品，在 5500C (1022° F)消除應(yīng)力，用約1/2小時(shí)脫除焊接應(yīng)力。在使用熱處理消除應(yīng)力的焊接樣品中，樣品既可在熱處理前也可在熱處理后進(jìn)行評(píng)價(jià)。圖7示出2個(gè)完全機(jī)械加工的慣性焊接樣品，其中，毛刺已脫除。為進(jìn)行比較，制備與評(píng)價(jià)鋯板段熔接至鈦板段上的幾個(gè)樣品，制備自熱熔焊樣品與采用填料金屬的熔焊樣品。采用機(jī)械試驗(yàn)、硬度試驗(yàn)、冶金、掃描電子顯微鏡及腐蝕試驗(yàn)來評(píng)價(jià)與比較焊接樣品。
機(jī)械試驗(yàn)與硬度試驗(yàn)結(jié)果采用標(biāo)準(zhǔn)抗張?jiān)囼?yàn)來測(cè)定焊接接點(diǎn)的機(jī)械強(qiáng)度，于室溫試驗(yàn)亞尺寸的樣品。用張力標(biāo)準(zhǔn)樣品的中央的焊接區(qū)中心，機(jī)械加工抗張樣品。樣品按照ASTM E-8進(jìn)行試驗(yàn)。表1 示出幾個(gè)不同的樣品焊接的抗張?jiān)囼?yàn)的結(jié)果。這些結(jié)果表明，慣性焊接樣品具有比熔焊樣品更高的強(qiáng)度，稍低的屈服強(qiáng)度。采用上述應(yīng)力消除退火到慣性焊接樣品僅稍稍降低樣品的機(jī)械強(qiáng)度。在觀測(cè)實(shí)際的抗張?jiān)囼?yàn)步驟時(shí)，可看到所有的焊接樣品(慣性焊接及熔焊)， 在鈦母體金屬中都遭失敗并不在焊接區(qū)。表1
焊接連接的類型UTS ksi (MPa)YS ksi (MPa)延伸 %, min.ZnTi自熱 (無填料金屬)71.8 (495)57.1 094)1770.4 (485)55.1 080)12Zr/Ti熔焊 (Zr填料)61.1 (421)44.0 (313)2260.9 (420)46.1 (318)20Zr/Ti熔焊 (Ti填料)70.1 (483)53.1 (366)1670.6 (487)56.1 087)16Zr/Ti情性焊 (焊接狀態(tài))75.2 (519)51.8(357)2076.4 (527)52.8 (364)1571.5 (493)50.8 (350)5Zr/Ti/惰性焊 (應(yīng)力消除)74.6 (514)47.8 (330)1674.9 (517)48.3 (333)2874.5 (514)49.1 (339)19鍛造(非焊接的)鈦等級(jí)2 ASTM 規(guī)格50 (345) min.40 (275) min.20鍛造(非焊接的) 鈦等級(jí)3 ASTM 規(guī)格65 (450) min.55 (380) min.18鍛造(非焊接的) # 702 ASTM 規(guī)格55 (379) min.30 (207) min.16 表1還列出ASTM對(duì)鈦等級(jí)2、鈦等級(jí)3、及Zr702的要求。在該樣品焊接試驗(yàn)中， 每個(gè)慣性焊接管(應(yīng)力消除條件下)的機(jī)械性質(zhì)滿足&702等級(jí)的要求。
焊接樣品的硬度的評(píng)價(jià)，開始在鋯母體金屬并穿過焊接至鈦母體金屬。進(jìn)行硬度試驗(yàn)以測(cè)定在鋯對(duì)鈦的熔合及慣性焊接中固溶體硬化的程度。表2示出硬度試驗(yàn)結(jié)果。指出合金化的焊接金屬在慣性焊接中不產(chǎn)生，列出“N/A”作為這種樣品的焊接金屬的硬度。該結(jié)果表明，在熔焊樣品中，焊接金屬的硬度高于各個(gè)母體金屬的兩倍。這歸因于熔焊非常不良的彎曲延性，并可導(dǎo)致焊接的早期破壞。反之，試驗(yàn)的慣性焊接樣品的熱影響區(qū)的硬度， 相對(duì)于直接相鄰的母體金屬僅稍有提高。比較結(jié)果表明，機(jī)械的不利是由于在熔焊區(qū)合金的固有產(chǎn)生。表2腐飩試驗(yàn)結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種制造管的方法，該方法包括慣性焊接鋯管段至鈦管段。
2.按照權(quán)利要求1中所述的方法，其進(jìn)一步包括慣性焊接第二個(gè)鈦管段至鋯管段，使得鈦管段被慣性焊接到鋯管段的每個(gè)端部。
3.按照權(quán)利要求1中所述的方法，其中所述鈦管段為雙層管，該管包含鈦外層管和鋯內(nèi)襯。
4.按照權(quán)利要求3中所述的方法，其中所述鈦外層管和鋯內(nèi)襯冶金結(jié)合在一起。
5.按照權(quán)利要求3中所述的方法，其中所述雙層管通過共擠出鈦外層管和鋯內(nèi)襯制造。
6.按照權(quán)利要求1中所述的方法，其中在通過慣性焊接鈦管段至鋯管段的焊接區(qū)域中沒有發(fā)生顯著的鈦和鋯的合金化。
7.按照權(quán)利要求1中所述的方法，其進(jìn)一步包括機(jī)械加工該管以脫除在慣性焊接過程中形成的毛刺。
8.按照權(quán)利要求1中所述的方法，其進(jìn)一步包括熱處理該管以消除在慣性焊接過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力。
9.按照權(quán)利要求1中所述的方法制造的管。
10.用于制造管的方法，所述方法包括 提供具有內(nèi)徑的中空?qǐng)A柱狀鈦和鋯構(gòu)件；提供中空?qǐng)A柱狀鋯構(gòu)件使其大小匹配于鈦構(gòu)件的內(nèi)徑；制備至少一種鋯構(gòu)件的外表面和鈦構(gòu)件的內(nèi)表面，以改善鋯構(gòu)件的外表面和鈦構(gòu)件的內(nèi)表面之間的冶金結(jié)合；組裝鈦構(gòu)件和鋯構(gòu)件構(gòu)件以便使鋯構(gòu)件位于鈦構(gòu)件中，提供雙層坯件； 加熱和擠壓所述坯件，借此冶金結(jié)合鋯構(gòu)件的外表面至鈦構(gòu)件的內(nèi)表面，以提供雙層管。
11.按照權(quán)利要求10中所述的方法，其中制備鋯構(gòu)件的外表面和鈦構(gòu)件的內(nèi)表面至少一種以改善鋯構(gòu)件的外表面和鈦構(gòu)件的內(nèi)表面之間的冶金結(jié)合，其包括降低鋯構(gòu)件的外表面和鈦構(gòu)件的內(nèi)表面至少一種的表面粗糙度。
12.按照權(quán)利要求11中所述的方法，其中降低鋯構(gòu)件的外表面和鈦構(gòu)件的內(nèi)表面至少一種的表面粗糙度，其包括降低表面粗糙度至不大于63微-英寸RA。
13.按照權(quán)利要求10中所述的方法，其中制備鋯構(gòu)件的外表面和鈦構(gòu)件的內(nèi)表面至少一種以改善鋯構(gòu)件的外表面和鈦構(gòu)件的內(nèi)表面之間的冶金結(jié)合，其包括對(duì)鋯構(gòu)件的外表面和鈦構(gòu)件的內(nèi)表面至少一種噴冰。
14.按照權(quán)利要求13中所述的方法，其中噴冰包括對(duì)著表面推進(jìn)結(jié)晶水，借此機(jī)械洗滌和液體沖洗該表面。
15.按照權(quán)利要求10中所述的方法，其中制備鋯構(gòu)件的外表面和鈦構(gòu)件的內(nèi)表面至少一種以改善鋯構(gòu)件的外表面和鈦構(gòu)件的內(nèi)表面之間的冶金結(jié)合，其包括使用機(jī)械調(diào)節(jié)、酸蝕刻、溶劑清洗劑、和堿性清洗劑至少一種，減少鋯構(gòu)件的外表面和鈦構(gòu)件的內(nèi)表面至少一種的外源性污染。
16.按照權(quán)利要求10中所述的方法，進(jìn)一步包括組裝鈦構(gòu)件和鋯構(gòu)件后和加熱和擠壓坯件前，焊接鈦構(gòu)件和鋯構(gòu)件之間的端連接。
17.按照權(quán)利要求16中所述的方法，其中端連接使用自熱熔焊焊接在一起。
18.按照權(quán)利要求16中所述的方法，其中端連接使用電子束焊接焊接在一起。
19.按照權(quán)利要求18中所述的方法，其中電子束焊接滲入端連接5到50mm的深度范圍。
20.按照權(quán)利要求10中所述的方法，包括在擠壓坯件前感應(yīng)加熱所述坯件。
21.按照權(quán)利要求10中所述的方法，包括在擠壓坯件前加熱所述坯件至550°C-900°C 的范圍。
22.按照權(quán)利要求10中所述的方法，包括將坯件在具有擠壓壓頭的擠壓機(jī)中擠壓，其在擠壓循環(huán)過程中在50mm/分-900mm/分范圍的速度下進(jìn)行。
23.按照權(quán)利要求10中所述的方法，包括將坯件在擠壓比為3 1-30 1的范圍擠壓，以更好地保證構(gòu)件的冶金結(jié)合的適當(dāng)壓力。
24.按照權(quán)利要求10中所述的方法，其中鈦構(gòu)件和鋯構(gòu)件之間的管沒有相互擴(kuò)散層。
25.按照權(quán)利要求8中所述的方法，其中所述管在內(nèi)層和外層之間形成的冶金結(jié)合處沒有實(shí)質(zhì)上的組成梯度、金屬間化合物和合金化。
26.按照權(quán)利要求10中所述的方法，其進(jìn)一步包括 熱處理所述管；和冷加工所述管。
27.按照權(quán)利要求沈中所述的方法，其中冷加工包括冷扎管。
28.按照權(quán)利要求10中所述的方法制造的管。
全文摘要
耐腐蝕流體傳導(dǎo)部件及利用其的裝置和部件置換方法。一種裝置部件，包括含耐腐蝕第一材料的流體傳導(dǎo)第一區(qū)域，及含第二材料的流體傳導(dǎo)第二區(qū)域。第一區(qū)域與第二區(qū)域通過固態(tài)焊接進(jìn)行直接或間接結(jié)合，以形成整體流體傳導(dǎo)部件。一種用于更換裝置制品的至少一個(gè)流體傳導(dǎo)部件的方法，其中置換部件包括一種含一種耐腐蝕第一材料的流體傳導(dǎo)第一區(qū)域，及一種含第二材料的流體傳導(dǎo)第二區(qū)域。第二材料基本上相同于安裝置換部件的裝置內(nèi)一個(gè)區(qū)域的材料。第一與第二區(qū)域通過固態(tài)焊接既可直接地也可間接地結(jié)合，以形成整體的流體傳導(dǎo)置換部件。該置換部件固定到該裝置上，其通過把置換部件的第二區(qū)域的第二材料熔焊至裝置的裝配區(qū)域的基本相同的材料上。
文檔編號(hào)B23P15/00GK102152065SQ20101057246
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2005年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月2日
發(fā)明者布雷特·J·赫布, 理查德·C·薩瑟林, 羅納德·A·格雷厄姆 申請(qǐng)人:Ati資產(chǎn)公司