與其他形式的不銹鋼換熱器相比，不(bu)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。不銹鋼換熱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)(zhang)接(jie)(jie)(jie)方法(fa)主要(yao)有(you)機(ji)(ji)械脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)、液壓(ya)脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)、橡膠(jiao)脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)和(he)爆炸脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)。機(ji)(ji)械脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)的(de)(de)(de)加工過(guo)程(cheng)是(shi)：脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)器(qi)內的(de)(de)(de)滾珠在換(huan)(huan)熱管(guan)(guan)(guan)內壁周向旋轉，碾壓(ya)管(guan)(guan)(guan)子內壁，使不(bu)銹鋼換(huan)(huan)熱管(guan)(guan)(guan)因塑性變(bian)形而膨脹(zhang)(zhang)，達到消(xiao)(xiao)除縫隙(xi)的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)，示(shi)意圖如圖4-2所示(shi)。機(ji)(ji)械脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)的(de)(de)(de)結構(gou)簡單，易(yi)于制(zhi)造(zao)。機(ji)(ji)械脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)的(de)(de)(de)缺點是(shi): ①. 在整個(ge)脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)長度(du)內，各處脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)的(de)(de)(de)程(cheng)度(du)不(bu)一樣；②. 反復滾壓(ya)使換(huan)(huan)熱管(guan)(guan)(guan)橫截面上的(de)(de)(de)殘余應力不(bu)同(tong)，增(zeng)加了應力腐蝕的(de)(de)(de)可(ke)能性；③. 脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)扭(niu)矩難(nan)控制(zhi)，當管(guan)(guan)(guan)板厚度(du)較大(da)時(shi)，很難(nan)在整個(ge)長度(du)范圍(wei)脹(zhang)(zhang)緊，難(nan)以完全消(xiao)(xiao)除縫隙(xi)；④. 對(dui)于雙(shuang)管(guan)(guan)(guan)板的(de)(de)(de)固定式管(guan)(guan)(guan)殼換(huan)(huan)熱器(qi)，要(yao)考(kao)慮(lv)換(huan)(huan)熱管(guan)(guan)(guan)因滾壓(ya)脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)而產生的(de)(de)(de)長度(du)變(bian)化；⑤. 對(dui)管(guan)(guan)(guan)子有(you)損傷(shang)。

  爆炸(zha)(zha)(zha)脹接是通過(guo)不(bu)銹(xiu)鋼換熱管內炸(zha)(zha)(zha)藥的(de)爆炸(zha)(zha)(zha)產生(sheng)的(de)沖擊力(li)使管板和換熱管貼合，示(shi)意圖如圖4-3所示(shi)。該方(fang)法的(de)優點是：工藝簡單；可多根脹管同時(shi)加工，效率高(gao)；管子受(shou)力(li)比較(jiao)均勻(yun)，消(xiao)除縫隙的(de)效果較(jiao)好。然而，該方(fang)法在(zai)操(cao)作過(guo)程中具有一定(ding)的(de)危險性，脹接過(guo)程不(bu)易控(kong)制。同時(shi)，爆炸(zha)(zha)(zha)脹接需(xu)要特定(ding)的(de)場地(di)。

  橡膠脹接(jie)是(shi)利用橡膠受軸向壓(ya)縮產生的徑向壓(ya)力，使換熱管發生塑性變形，其工作示意圖(tu)(tu)如圖(tu)(tu)4-4所示。橡膠脹接(jie)產生的脹接(jie)壓(ya)力比較柔和，換熱管受力均勻。

  液(ye)壓(ya)(ya)脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)以(yi)操作(zuo)簡單、脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)殘余應(ying)力小(xiao)(xiao)等(deng)優點而成(cheng)為(wei)目前應(ying)用最為(wei)廣泛的脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)方法。該方法是通過液(ye)壓(ya)(ya)脹(zhang)(zhang)(zhang)頭在(zai)(zai)(zai)均(jun)勻脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)力的作(zuo)用下(xia)使換(huan)熱管(guan)(guan)(guan)(guan)變形，在(zai)(zai)(zai)脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)力的作(zuo)用下(xia)換(huan)熱管(guan)(guan)(guan)(guan)發(fa)生(sheng)(sheng)塑性變形，管(guan)(guan)(guan)(guan)板(ban)(ban)主要發(fa)生(sheng)(sheng)彈性變形。隨著換(huan)熱管(guan)(guan)(guan)(guan)向外變形量(liang)(liang)的增大，在(zai)(zai)(zai)接(jie)(jie)觸到(dao)(dao)管(guan)(guan)(guan)(guan)板(ban)(ban)之后繼續增大脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)壓(ya)(ya)力，一直到(dao)(dao)預設的數值。此時，管(guan)(guan)(guan)(guan)板(ban)(ban)在(zai)(zai)(zai)換(huan)熱管(guan)(guan)(guan)(guan)的擠壓(ya)(ya)下(xia)產生(sheng)(sheng)變形。當(dang)脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)力去除后，換(huan)熱管(guan)(guan)(guan)(guan)和管(guan)(guan)(guan)(guan)板(ban)(ban)都(dou)會發(fa)生(sheng)(sheng)一定量(liang)(liang)的回(hui)(hui)彈，但是管(guan)(guan)(guan)(guan)板(ban)(ban)的回(hui)(hui)彈量(liang)(liang)較小(xiao)(xiao)，使得兩(liang)者即使在(zai)(zai)(zai)回(hui)(hui)彈后依(yi)然保持緊密貼合。液(ye)壓(ya)(ya)脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)示意圖如(ru)圖4-5所示。

  脹(zhang)接(jie)(jie)壓(ya)(ya)力(li)極大地影響著(zhu)接(jie)(jie)頭連接(jie)(jie)強(qiang)度，其(qi)值(zhi)一般通過換熱管外壁(bi)和(he)管板孔(kong)表面之間的(de)(de)(de)殘(can)(can)余接(jie)(jie)觸應(ying)力(li)來(lai)確定。液(ye)壓(ya)(ya)脹(zhang)接(jie)(jie)的(de)(de)(de)另一優點(dian)是可以通過理(li)論分析來(lai)控(kong)制(zhi)脹(zhang)接(jie)(jie)強(qiang)度，因(yin)此，研究人(ren)員(yuan)可以通過建立理(li)論公式(shi)來(lai)確定脹(zhang)接(jie)(jie)壓(ya)(ya)力(li)和(he)殘(can)(can)余接(jie)(jie)觸應(ying)力(li)的(de)(de)(de)數值(zhi)。假設換熱管和(he)管板同為理(li)想彈塑性材(cai)料，Krips等首(shou)次給出(chu)(chu)了(le)液(ye)壓(ya)(ya)脹(zhang)管殘(can)(can)余接(jie)(jie)觸壓(ya)(ya)力(li)理(li)論解。Yokell把管板當成無限(xian)壁(bi)厚的(de)(de)(de)圓(yuan)筒，給出(chu)(chu)了(le)更為簡單的(de)(de)(de)計算(suan)公式(shi)。Allam等在(zai)公式(shi)中考慮(lv)了(le)管板材(cai)料的(de)(de)(de)應(ying)變強(qiang)化特性。文獻中，作者根(gen)據材(cai)料的(de)(de)(de)冪強(qiang)化特性，給出(chu)(chu)了(le)更為完(wan)善的(de)(de)(de)脹(zhang)接(jie)(jie)壓(ya)(ya)力(li)和(he)殘(can)(can)余接(jie)(jie)觸應(ying)力(li)計算(suan)公式(shi)，由于公式(shi)比較復(fu)雜，使得該式(shi)在(zai)工程實際應(ying)用中受到一定的(de)(de)(de)限(xian)制(zhi)。

  通過理(li)論(lun)公(gong)式(shi)可以(yi)很(hen)容易獲(huo)得制造時所需的(de)(de)液(ye)壓(ya)脹(zhang)接(jie)壓(ya)力(li)值(zhi)。但(dan)是，理(li)論(lun)公(gong)式(shi)中考(kao)慮的(de)(de)因素較少，與實(shi)際相比存在(zai)(zai)一(yi)定偏差。數值(zhi)模擬(ni)技術的(de)(de)應(ying)用，大大彌補了(le)理(li)論(lun)計(ji)算(suan)的(de)(de)缺(que)陷。有限(xian)元模擬(ni)已成(cheng)為研究(jiu)脹(zhang)接(jie)性能的(de)(de)重要方法，而且模擬(ni)結(jie)果(guo)常用來驗證或修正(zheng)理(li)論(lun)公(gong)式(shi)。Merah采用3-D有限(xian)元模擬(ni)研究(jiu)了(le)初始徑向間隙(xi)和材料(liao)(liao)的(de)(de)應(ying)變(bian)強化對(dui)(dui)連接(jie)強度的(de)(de)影響，指出對(dui)(dui)于高(gao)應(ying)變(bian)強化材料(liao)(liao)殘(can)余(yu)接(jie)觸應(ying)力(li)隨間隙(xi)的(de)(de)增加而線性減(jian)小(xiao)。Wang等采用有限(xian)元方法，先后研究(jiu)了(le)管(guan)板上開槽的(de)(de)幾何尺寸(cun)、操作壓(ya)力(li)以(yi)及(ji)操作溫度對(dui)(dui)連接(jie)強度的(de)(de)影響。Huang等在(zai)(zai)考(kao)慮間隙(xi)材料(liao)(liao)應(ying)變(bian)強化的(de)(de)基(ji)礎上，推導出脹(zhang)接(jie)壓(ya)力(li)和殘(can)余(yu)接(jie)觸壓(ya)力(li)計(ji)算(suan)公(gong)式(shi)，并通過數值(zhi)分析對(dui)(dui)公(gong)式(shi)的(de)(de)計(ji)算(suan)結(jie)果(guo)進(jin)行了(le)驗證。

  脹接壓(ya)力(li)的(de)(de)大小受(shou)不銹鋼(gang)換(huan)(huan)(huan)熱(re)管(guan)(guan)和管(guan)(guan)板的(de)(de)材(cai)料性能、脹接強度、不銹鋼(gang)換(huan)(huan)(huan)熱(re)管(guan)(guan)和管(guan)(guan)板孔(kong)尺寸及它們的(de)(de)偏(pian)差、表面粗糙度等因素(su)的(de)(de)影(ying)響(xiang)(xiang)。浙江至德鋼(gang)業有(you)(you)限公司(si)通過(guo)理論(lun)計算(suan)和有(you)(you)限元分析(xi)，研(yan)究奧氏體不銹鋼(gang)換(huan)(huan)(huan)熱(re)管(guan)(guan)與(yu)管(guan)(guan)板孔(kong)連接時尺寸偏(pian)差對脹接壓(ya)力(li)的(de)(de)影(ying)響(xiang)(xiang)，根據計算(suan)結果對原有(you)(you)脹接壓(ya)力(li)計算(suan)公式進行修正，使其更加(jia)適合工程實際。