與其他形式的不銹鋼換熱器相比，不銹鋼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(bu)銹(xiu)鋼換熱管(guan)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)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)方法主要有(you)機(ji)械(xie)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)、液壓(ya)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)、橡膠脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)和爆炸脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)。機(ji)械(xie)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)的(de)加工過(guo)程(cheng)是：脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)器內(nei)(nei)的(de)滾(gun)珠在(zai)換(huan)熱(re)管(guan)(guan)(guan)(guan)內(nei)(nei)壁周向旋轉，碾(nian)壓(ya)管(guan)(guan)(guan)(guan)子內(nei)(nei)壁，使(shi)不銹(xiu)鋼換(huan)熱(re)管(guan)(guan)(guan)(guan)因(yin)(yin)塑(su)性變(bian)形(xing)而膨(peng)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)，達到消除縫(feng)隙的(de)目的(de)，示意圖如(ru)圖4-2所示。機(ji)械(xie)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)的(de)結構簡單(dan)，易于(yu)制造。機(ji)械(xie)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)的(de)缺點是: ①. 在(zai)整個脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)長度(du)(du)內(nei)(nei)，各處脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)的(de)程(cheng)度(du)(du)不一樣；②. 反復滾(gun)壓(ya)使(shi)換(huan)熱(re)管(guan)(guan)(guan)(guan)橫截面上的(de)殘余應(ying)力不同，增加了應(ying)力腐蝕的(de)可能性；③. 脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)扭矩(ju)難控制，當管(guan)(guan)(guan)(guan)板厚度(du)(du)較大時，很難在(zai)整個長度(du)(du)范圍脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)緊(jin)，難以完全消除縫(feng)隙；④. 對于(yu)雙管(guan)(guan)(guan)(guan)板的(de)固(gu)定式管(guan)(guan)(guan)(guan)殼(ke)換(huan)熱(re)器，要考慮換(huan)熱(re)管(guan)(guan)(guan)(guan)因(yin)(yin)滾(gun)壓(ya)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)而產生的(de)長度(du)(du)變(bian)化；⑤. 對管(guan)(guan)(guan)(guan)子有(you)損傷。

  爆(bao)炸(zha)脹(zhang)接是(shi)通過(guo)(guo)不(bu)銹鋼(gang)換熱管(guan)內炸(zha)藥的(de)爆(bao)炸(zha)產生(sheng)的(de)沖擊力使管(guan)板和(he)換熱管(guan)貼合，示意圖(tu)如圖(tu)4-3所示。該(gai)方法的(de)優(you)點是(shi)：工藝簡單；可(ke)多根(gen)脹(zhang)管(guan)同時(shi)(shi)加(jia)工，效率高；管(guan)子受力比較均勻，消(xiao)除縫隙(xi)的(de)效果較好(hao)。然而，該(gai)方法在操作過(guo)(guo)程(cheng)中具有一定(ding)的(de)危(wei)險性，脹(zhang)接過(guo)(guo)程(cheng)不(bu)易控制。同時(shi)(shi)，爆(bao)炸(zha)脹(zhang)接需(xu)要特定(ding)的(de)場(chang)地。

  橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)脹接是利用橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)受軸向(xiang)壓(ya)縮產(chan)生的(de)徑向(xiang)壓(ya)力(li)，使換熱(re)管(guan)發生塑性變形，其工作示(shi)意圖如(ru)圖4-4所示(shi)。橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)脹接產(chan)生的(de)脹接壓(ya)力(li)比較(jiao)柔(rou)和，換熱(re)管(guan)受力(li)均勻。

  液壓(ya)脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)以操作(zuo)(zuo)簡單、脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)殘余應(ying)力小等(deng)優點而成為(wei)目前應(ying)用(yong)最為(wei)廣泛(fan)的(de)(de)(de)(de)脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)方法。該方法是通過液壓(ya)脹(zhang)(zhang)(zhang)頭在(zai)均勻脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)力的(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)下使換熱(re)(re)管變(bian)形(xing)，在(zai)脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)力的(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)下換熱(re)(re)管發(fa)生(sheng)(sheng)塑性(xing)變(bian)形(xing)，管板(ban)主要(yao)發(fa)生(sheng)(sheng)彈(dan)(dan)性(xing)變(bian)形(xing)。隨著換熱(re)(re)管向外變(bian)形(xing)量的(de)(de)(de)(de)增大，在(zai)接(jie)(jie)觸到管板(ban)之后(hou)(hou)繼(ji)續增大脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)壓(ya)力，一(yi)直到預(yu)設的(de)(de)(de)(de)數值。此(ci)時，管板(ban)在(zai)換熱(re)(re)管的(de)(de)(de)(de)擠壓(ya)下產生(sheng)(sheng)變(bian)形(xing)。當脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)力去(qu)除后(hou)(hou)，換熱(re)(re)管和管板(ban)都會發(fa)生(sheng)(sheng)一(yi)定量的(de)(de)(de)(de)回彈(dan)(dan)，但是管板(ban)的(de)(de)(de)(de)回彈(dan)(dan)量較小，使得兩(liang)者即使在(zai)回彈(dan)(dan)后(hou)(hou)依然保(bao)持緊密貼(tie)合。液壓(ya)脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)示意圖如(ru)圖4-5所示。

  脹接(jie)(jie)壓(ya)(ya)力(li)極大地影(ying)響著接(jie)(jie)頭(tou)連接(jie)(jie)強(qiang)度，其值一般通(tong)(tong)過(guo)換熱管外(wai)壁和(he)(he)管板(ban)孔表面之間的殘余(yu)接(jie)(jie)觸(chu)(chu)應(ying)力(li)來(lai)(lai)(lai)確(que)定。液壓(ya)(ya)脹接(jie)(jie)的另一優點是可(ke)(ke)以通(tong)(tong)過(guo)理論分析來(lai)(lai)(lai)控(kong)制(zhi)脹接(jie)(jie)強(qiang)度，因(yin)此，研(yan)究人員可(ke)(ke)以通(tong)(tong)過(guo)建立(li)理論公(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)來(lai)(lai)(lai)確(que)定脹接(jie)(jie)壓(ya)(ya)力(li)和(he)(he)殘余(yu)接(jie)(jie)觸(chu)(chu)應(ying)力(li)的數(shu)值。假設換熱管和(he)(he)管板(ban)同為理想彈塑(su)性材(cai)料，Krips等首次給(gei)出(chu)(chu)了(le)液壓(ya)(ya)脹管殘余(yu)接(jie)(jie)觸(chu)(chu)壓(ya)(ya)力(li)理論解。Yokell把管板(ban)當成無限(xian)壁厚的圓筒，給(gei)出(chu)(chu)了(le)更為簡(jian)單的計算公(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)。Allam等在公(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)中考慮了(le)管板(ban)材(cai)料的應(ying)變強(qiang)化特性。文獻(xian)中，作(zuo)者根據(ju)材(cai)料的冪(mi)強(qiang)化特性，給(gei)出(chu)(chu)了(le)更為完善的脹接(jie)(jie)壓(ya)(ya)力(li)和(he)(he)殘余(yu)接(jie)(jie)觸(chu)(chu)應(ying)力(li)計算公(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)，由于(yu)公(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)比較(jiao)復雜，使得該式(shi)(shi)(shi)在工程實際應(ying)用中受到(dao)一定的限(xian)制(zhi)。

  通過理(li)論(lun)公式可(ke)以(yi)很(hen)容易獲得制造時所(suo)需的(de)(de)液壓(ya)脹接壓(ya)力(li)(li)值。但是，理(li)論(lun)公式中考慮的(de)(de)因素較(jiao)少，與實際(ji)相比存在一定偏(pian)差(cha)。數值模擬技術(shu)的(de)(de)應用(yong)(yong)(yong)，大大彌補了理(li)論(lun)計算(suan)的(de)(de)缺(que)陷。有限(xian)(xian)元模擬已成(cheng)為研(yan)究(jiu)脹接性能的(de)(de)重要方法(fa)，而(er)且模擬結(jie)果常用(yong)(yong)(yong)來驗證或修(xiu)正理(li)論(lun)公式。Merah采用(yong)(yong)(yong)3-D有限(xian)(xian)元模擬研(yan)究(jiu)了初始徑(jing)向間隙(xi)和材料的(de)(de)應變(bian)強(qiang)化(hua)對(dui)連(lian)接強(qiang)度(du)的(de)(de)影響，指出(chu)(chu)對(dui)于高應變(bian)強(qiang)化(hua)材料殘(can)余接觸應力(li)(li)隨(sui)間隙(xi)的(de)(de)增加而(er)線(xian)性減小。Wang等采用(yong)(yong)(yong)有限(xian)(xian)元方法(fa)，先后(hou)研(yan)究(jiu)了管(guan)板上開槽的(de)(de)幾(ji)何尺寸、操作(zuo)壓(ya)力(li)(li)以(yi)及操作(zuo)溫度(du)對(dui)連(lian)接強(qiang)度(du)的(de)(de)影響。Huang等在考慮間隙(xi)材料應變(bian)強(qiang)化(hua)的(de)(de)基礎上，推導出(chu)(chu)脹接壓(ya)力(li)(li)和殘(can)余接觸壓(ya)力(li)(li)計算(suan)公式，并通過數值分析對(dui)公式的(de)(de)計算(suan)結(jie)果進行了驗證。

  脹接壓力(li)的大小受(shou)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)換(huan)熱(re)管(guan)和(he)管(guan)板的材料性能、脹接強度(du)、不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)換(huan)熱(re)管(guan)和(he)管(guan)板孔尺(chi)寸及它們的偏差、表面粗糙(cao)度(du)等因(yin)素的影響(xiang)。浙江(jiang)至德(de)鋼(gang)業有限公司通過理論計算和(he)有限元分析，研究奧(ao)氏體不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)換(huan)熱(re)管(guan)與管(guan)板孔連接時尺(chi)寸偏差對脹接壓力(li)的影響(xiang)，根據計算結果對原有脹接壓力(li)計算公式進(jin)行修(xiu)正，使其更(geng)加(jia)適合(he)工程(cheng)實際(ji)。