與其他形式的不銹鋼換熱器相比，不銹鋼(gang)管殼式換熱器具有制造較簡單、換熱效率穩定、成本較低等特點，在高溫高壓環境中也可以使用，被廣泛應用于石油煉制、石油化工、煤化工、鹽化工、冶金、核能等工業領域，其結構如圖4-1(a)所示。固定管板式換熱器技術設計和制造工藝比較成熟，但在實際生產中，管子和管板連接處泄漏的現象較常見。不銹鋼換(huan)熱(re)管與管板之間一般采用焊接、脹接或者兩者結合的連接方式，脹接的目的是消除兩者之間的縫隙。脹接＋焊接后的管板如圖4-1(b)所示。

  脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)方(fang)法主要有機(ji)(ji)械(xie)脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)、液(ye)壓脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)、橡膠脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)和(he)爆炸脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)。機(ji)(ji)械(xie)脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)的(de)加工過程(cheng)是：脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)器(qi)內(nei)的(de)滾(gun)珠在換(huan)(huan)熱(re)(re)管(guan)(guan)(guan)(guan)內(nei)壁周向旋(xuan)轉，碾壓管(guan)(guan)(guan)(guan)子內(nei)壁，使(shi)不銹鋼換(huan)(huan)熱(re)(re)管(guan)(guan)(guan)(guan)因塑(su)性變(bian)形(xing)而膨(peng)脹(zhang)，達(da)到消(xiao)(xiao)除縫(feng)隙的(de)目的(de)，示意(yi)圖如圖4-2所示。機(ji)(ji)械(xie)脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)的(de)結構簡(jian)單(dan)，易(yi)于(yu)制造。機(ji)(ji)械(xie)脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)的(de)缺(que)點是: ①. 在整(zheng)個脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)長(chang)度(du)(du)內(nei)，各處脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)的(de)程(cheng)度(du)(du)不一樣(yang)；②. 反復滾(gun)壓使(shi)換(huan)(huan)熱(re)(re)管(guan)(guan)(guan)(guan)橫截(jie)面(mian)上的(de)殘(can)余(yu)應(ying)力不同，增(zeng)加了應(ying)力腐蝕的(de)可能性；③. 脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)扭矩難控制，當管(guan)(guan)(guan)(guan)板厚度(du)(du)較大時，很(hen)難在整(zheng)個長(chang)度(du)(du)范圍(wei)脹(zhang)緊(jin)，難以完全消(xiao)(xiao)除縫(feng)隙；④. 對于(yu)雙管(guan)(guan)(guan)(guan)板的(de)固定式管(guan)(guan)(guan)(guan)殼換(huan)(huan)熱(re)(re)器(qi)，要考(kao)慮(lv)換(huan)(huan)熱(re)(re)管(guan)(guan)(guan)(guan)因滾(gun)壓脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)而產生的(de)長(chang)度(du)(du)變(bian)化；⑤. 對管(guan)(guan)(guan)(guan)子有損傷(shang)。

  爆(bao)炸脹(zhang)接(jie)是(shi)(shi)通過不銹鋼(gang)換(huan)熱管(guan)內炸藥的(de)爆(bao)炸產生(sheng)的(de)沖擊力使管(guan)板(ban)和換(huan)熱管(guan)貼合(he)，示意(yi)圖如圖4-3所(suo)示。該方法的(de)優點是(shi)(shi)：工藝簡單；可多根(gen)脹(zhang)管(guan)同時加(jia)工，效率高；管(guan)子受力比較(jiao)均勻(yun)，消(xiao)除縫隙的(de)效果(guo)較(jiao)好。然而，該方法在操作(zuo)過程(cheng)中具有一定的(de)危險性，脹(zhang)接(jie)過程(cheng)不易控制。同時，爆(bao)炸脹(zhang)接(jie)需要特定的(de)場地。

  橡(xiang)膠脹(zhang)接(jie)(jie)是利用橡(xiang)膠受軸(zhou)向壓縮產生(sheng)的徑向壓力(li)，使換熱(re)管發生(sheng)塑性變形，其工作示意圖如圖4-4所示。橡(xiang)膠脹(zhang)接(jie)(jie)產生(sheng)的脹(zhang)接(jie)(jie)壓力(li)比較柔(rou)和(he)，換熱(re)管受力(li)均勻。

  液(ye)壓(ya)脹(zhang)接(jie)(jie)以操(cao)作(zuo)(zuo)簡單、脹(zhang)接(jie)(jie)殘(can)余應力(li)小(xiao)等(deng)優點而成(cheng)為(wei)目前應用(yong)最(zui)為(wei)廣(guang)泛的(de)(de)脹(zhang)接(jie)(jie)方法。該方法是通過(guo)液(ye)壓(ya)脹(zhang)頭在均勻脹(zhang)接(jie)(jie)力(li)的(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)下(xia)使(shi)換熱(re)(re)管(guan)變形(xing)，在脹(zhang)接(jie)(jie)力(li)的(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)下(xia)換熱(re)(re)管(guan)發生塑性(xing)變形(xing)，管(guan)板(ban)(ban)(ban)主(zhu)要發生彈(dan)性(xing)變形(xing)。隨著換熱(re)(re)管(guan)向外變形(xing)量(liang)(liang)的(de)(de)增(zeng)大(da)，在接(jie)(jie)觸到管(guan)板(ban)(ban)(ban)之后繼續增(zeng)大(da)脹(zhang)接(jie)(jie)壓(ya)力(li)，一(yi)直到預設的(de)(de)數(shu)值。此(ci)時(shi)，管(guan)板(ban)(ban)(ban)在換熱(re)(re)管(guan)的(de)(de)擠壓(ya)下(xia)產生變形(xing)。當脹(zhang)接(jie)(jie)力(li)去(qu)除(chu)后，換熱(re)(re)管(guan)和(he)管(guan)板(ban)(ban)(ban)都會發生一(yi)定量(liang)(liang)的(de)(de)回(hui)彈(dan)，但是管(guan)板(ban)(ban)(ban)的(de)(de)回(hui)彈(dan)量(liang)(liang)較小(xiao)，使(shi)得兩者即(ji)使(shi)在回(hui)彈(dan)后依然保持緊密(mi)貼合。液(ye)壓(ya)脹(zhang)接(jie)(jie)示意圖如圖4-5所示。

  脹(zhang)接壓(ya)力(li)極大地影響著(zhu)接頭連接強度，其值一般通過(guo)換(huan)熱管(guan)(guan)(guan)外壁(bi)和(he)管(guan)(guan)(guan)板(ban)(ban)孔表面(mian)之間的(de)殘(can)余(yu)接觸(chu)應力(li)來(lai)確定(ding)(ding)。液壓(ya)脹(zhang)接的(de)另一優(you)點(dian)是(shi)可以(yi)通過(guo)理(li)(li)論(lun)分析(xi)來(lai)控制(zhi)脹(zhang)接強度，因此，研究(jiu)人(ren)員(yuan)可以(yi)通過(guo)建(jian)立(li)理(li)(li)論(lun)公(gong)式(shi)來(lai)確定(ding)(ding)脹(zhang)接壓(ya)力(li)和(he)殘(can)余(yu)接觸(chu)應力(li)的(de)數值。假設換(huan)熱管(guan)(guan)(guan)和(he)管(guan)(guan)(guan)板(ban)(ban)同為(wei)理(li)(li)想彈塑(su)性材料(liao)，Krips等首(shou)次給(gei)出了液壓(ya)脹(zhang)管(guan)(guan)(guan)殘(can)余(yu)接觸(chu)壓(ya)力(li)理(li)(li)論(lun)解。Yokell把(ba)管(guan)(guan)(guan)板(ban)(ban)當成無(wu)限壁(bi)厚(hou)的(de)圓筒，給(gei)出了更為(wei)簡單的(de)計算公(gong)式(shi)。Allam等在(zai)公(gong)式(shi)中(zhong)考慮了管(guan)(guan)(guan)板(ban)(ban)材料(liao)的(de)應變(bian)強化特(te)性。文獻中(zhong)，作(zuo)者根據(ju)材料(liao)的(de)冪強化特(te)性，給(gei)出了更為(wei)完善(shan)的(de)脹(zhang)接壓(ya)力(li)和(he)殘(can)余(yu)接觸(chu)應力(li)計算公(gong)式(shi)，由于公(gong)式(shi)比較復雜，使得該式(shi)在(zai)工程實際應用中(zhong)受到(dao)一定(ding)(ding)的(de)限制(zhi)。

  通(tong)過理(li)論(lun)公(gong)(gong)式(shi)可以(yi)很容易獲得制造(zao)時所需的(de)(de)液壓脹(zhang)接(jie)(jie)壓力(li)值。但是，理(li)論(lun)公(gong)(gong)式(shi)中考慮的(de)(de)因(yin)素較少，與實際相比存在一(yi)定偏差。數值模(mo)擬(ni)技(ji)術的(de)(de)應(ying)用，大大彌補了(le)理(li)論(lun)計(ji)算的(de)(de)缺陷。有(you)限(xian)(xian)(xian)元(yuan)模(mo)擬(ni)已成為研究脹(zhang)接(jie)(jie)性能的(de)(de)重要方(fang)法，而(er)且(qie)模(mo)擬(ni)結果常(chang)用來驗證或修(xiu)正(zheng)理(li)論(lun)公(gong)(gong)式(shi)。Merah采用3-D有(you)限(xian)(xian)(xian)元(yuan)模(mo)擬(ni)研究了(le)初始徑向(xiang)間隙(xi)和材料的(de)(de)應(ying)變(bian)強(qiang)化(hua)(hua)對(dui)(dui)連(lian)接(jie)(jie)強(qiang)度的(de)(de)影(ying)響(xiang)，指(zhi)出對(dui)(dui)于高應(ying)變(bian)強(qiang)化(hua)(hua)材料殘余接(jie)(jie)觸應(ying)力(li)隨間隙(xi)的(de)(de)增加而(er)線性減小。Wang等采用有(you)限(xian)(xian)(xian)元(yuan)方(fang)法，先(xian)后研究了(le)管板上(shang)開槽的(de)(de)幾何尺寸、操作(zuo)壓力(li)以(yi)及操作(zuo)溫度對(dui)(dui)連(lian)接(jie)(jie)強(qiang)度的(de)(de)影(ying)響(xiang)。Huang等在考慮間隙(xi)材料應(ying)變(bian)強(qiang)化(hua)(hua)的(de)(de)基礎上(shang)，推導出脹(zhang)接(jie)(jie)壓力(li)和殘余接(jie)(jie)觸壓力(li)計(ji)算公(gong)(gong)式(shi)，并通(tong)過數值分析對(dui)(dui)公(gong)(gong)式(shi)的(de)(de)計(ji)算結果進行(xing)了(le)驗證。

  脹接(jie)壓力的大小受不(bu)銹鋼(gang)換(huan)熱管和管板(ban)的材料性能、脹接(jie)強度(du)(du)、不(bu)銹鋼(gang)換(huan)熱管和管板(ban)孔尺寸(cun)及(ji)它們的偏差(cha)、表面粗糙度(du)(du)等因素(su)的影響。浙(zhe)江(jiang)至德鋼(gang)業(ye)有限公司通(tong)過理論(lun)計(ji)算(suan)(suan)和有限元(yuan)分(fen)析(xi)，研究(jiu)奧(ao)氏體不(bu)銹鋼(gang)換(huan)熱管與管板(ban)孔連接(jie)時尺寸(cun)偏差(cha)對脹接(jie)壓力的影響，根據(ju)計(ji)算(suan)(suan)結(jie)果對原有脹接(jie)壓力計(ji)算(suan)(suan)公式進行(xing)修(xiu)正(zheng)，使其更加適合工程(cheng)實際(ji)。