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)(zhang)接(jie)方(fang)法主要有機械脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)、液壓脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)、橡膠脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)和爆(bao)炸脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)。機械脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)的(de)加(jia)工過程是：脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)器內的(de)滾(gun)(gun)珠在換(huan)(huan)熱(re)管(guan)(guan)內壁周向(xiang)旋(xuan)轉(zhuan)，碾壓管(guan)(guan)子內壁，使不銹(xiu)鋼換(huan)(huan)熱(re)管(guan)(guan)因(yin)塑性(xing)變形而膨(peng)脹(zhang)(zhang)(zhang)，達到消除縫隙(xi)的(de)目(mu)的(de)，示(shi)意圖(tu)如圖(tu)4-2所示(shi)。機械脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)的(de)結構(gou)簡單，易于(yu)制(zhi)造。機械脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)的(de)缺(que)點(dian)是: ①. 在整(zheng)個(ge)脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)長(chang)(chang)度內，各處脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)的(de)程度不一樣；②. 反復滾(gun)(gun)壓使換(huan)(huan)熱(re)管(guan)(guan)橫(heng)截面上的(de)殘(can)余應(ying)力不同，增(zeng)加(jia)了應(ying)力腐蝕的(de)可能性(xing)；③. 脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)扭(niu)矩難(nan)(nan)控制(zhi)，當管(guan)(guan)板厚度較(jiao)大時，很難(nan)(nan)在整(zheng)個(ge)長(chang)(chang)度范(fan)圍脹(zhang)(zhang)(zhang)緊，難(nan)(nan)以完全消除縫隙(xi)；④. 對(dui)于(yu)雙管(guan)(guan)板的(de)固定式管(guan)(guan)殼(ke)換(huan)(huan)熱(re)器，要考(kao)慮(lv)換(huan)(huan)熱(re)管(guan)(guan)因(yin)滾(gun)(gun)壓脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)而產生的(de)長(chang)(chang)度變化(hua)；⑤. 對(dui)管(guan)(guan)子有損傷。

  爆炸(zha)脹接是通過(guo)不(bu)銹鋼(gang)換熱管(guan)內炸(zha)藥的(de)爆炸(zha)產生的(de)沖擊力使管(guan)板(ban)和換熱管(guan)貼合(he)，示意(yi)圖如圖4-3所示。該方法(fa)(fa)的(de)優點是：工藝(yi)簡單；可多根脹管(guan)同(tong)時加工，效(xiao)(xiao)率高；管(guan)子受力比較均勻，消除縫隙的(de)效(xiao)(xiao)果較好。然而，該方法(fa)(fa)在操作過(guo)程中具有一定的(de)危(wei)險性，脹接過(guo)程不(bu)易控制。同(tong)時，爆炸(zha)脹接需(xu)要特定的(de)場(chang)地(di)。

  橡(xiang)膠脹接(jie)是利(li)用(yong)橡(xiang)膠受軸(zhou)向(xiang)壓縮(suo)產(chan)生的徑向(xiang)壓力，使換熱管發生塑性(xing)變形(xing)，其工作示(shi)意圖(tu)如圖(tu)4-4所(suo)示(shi)。橡(xiang)膠脹接(jie)產(chan)生的脹接(jie)壓力比(bi)較柔和(he)，換熱管受力均勻。

  液(ye)(ye)壓脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)以(yi)操作(zuo)(zuo)簡單(dan)、脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)殘余應力小等優點而成為目前應用最(zui)為廣泛的(de)(de)脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)方(fang)法。該(gai)方(fang)法是通過液(ye)(ye)壓脹(zhang)(zhang)頭在(zai)均勻脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)力的(de)(de)作(zuo)(zuo)用下(xia)(xia)使(shi)換(huan)(huan)熱(re)管(guan)變(bian)形(xing)，在(zai)脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)力的(de)(de)作(zuo)(zuo)用下(xia)(xia)換(huan)(huan)熱(re)管(guan)發生(sheng)(sheng)塑性(xing)變(bian)形(xing)，管(guan)板(ban)(ban)主要發生(sheng)(sheng)彈(dan)性(xing)變(bian)形(xing)。隨(sui)著(zhu)換(huan)(huan)熱(re)管(guan)向外變(bian)形(xing)量的(de)(de)增大(da)，在(zai)接(jie)(jie)觸到管(guan)板(ban)(ban)之后(hou)繼續增大(da)脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)壓力，一(yi)直到預設的(de)(de)數(shu)值(zhi)。此時，管(guan)板(ban)(ban)在(zai)換(huan)(huan)熱(re)管(guan)的(de)(de)擠(ji)壓下(xia)(xia)產生(sheng)(sheng)變(bian)形(xing)。當脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)力去(qu)除(chu)后(hou)，換(huan)(huan)熱(re)管(guan)和管(guan)板(ban)(ban)都會發生(sheng)(sheng)一(yi)定量的(de)(de)回(hui)彈(dan)，但是管(guan)板(ban)(ban)的(de)(de)回(hui)彈(dan)量較小，使(shi)得兩者即使(shi)在(zai)回(hui)彈(dan)后(hou)依然保持緊密貼合。液(ye)(ye)壓脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)示(shi)(shi)意圖(tu)如圖(tu)4-5所(suo)示(shi)(shi)。

  脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)壓(ya)(ya)力(li)極大地影響著接(jie)(jie)(jie)頭連接(jie)(jie)(jie)強(qiang)(qiang)度，其值一般通(tong)(tong)過(guo)換熱(re)管(guan)外壁和管(guan)板(ban)孔表面之間的(de)(de)(de)殘余(yu)接(jie)(jie)(jie)觸應力(li)來(lai)確(que)定(ding)。液壓(ya)(ya)脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)的(de)(de)(de)另一優點是可(ke)以通(tong)(tong)過(guo)理論(lun)分析來(lai)控制脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)強(qiang)(qiang)度，因此，研究人員可(ke)以通(tong)(tong)過(guo)建(jian)立理論(lun)公式(shi)(shi)來(lai)確(que)定(ding)脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)壓(ya)(ya)力(li)和殘余(yu)接(jie)(jie)(jie)觸應力(li)的(de)(de)(de)數值。假設換熱(re)管(guan)和管(guan)板(ban)同(tong)為理想彈塑性(xing)材(cai)料，Krips等(deng)(deng)首(shou)次給出(chu)了(le)液壓(ya)(ya)脹(zhang)管(guan)殘余(yu)接(jie)(jie)(jie)觸壓(ya)(ya)力(li)理論(lun)解。Yokell把管(guan)板(ban)當成無限壁厚的(de)(de)(de)圓筒，給出(chu)了(le)更為簡單的(de)(de)(de)計算(suan)公式(shi)(shi)。Allam等(deng)(deng)在(zai)公式(shi)(shi)中(zhong)考慮了(le)管(guan)板(ban)材(cai)料的(de)(de)(de)應變(bian)強(qiang)(qiang)化特(te)性(xing)。文獻中(zhong)，作(zuo)者(zhe)根據材(cai)料的(de)(de)(de)冪強(qiang)(qiang)化特(te)性(xing)，給出(chu)了(le)更為完(wan)善的(de)(de)(de)脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)壓(ya)(ya)力(li)和殘余(yu)接(jie)(jie)(jie)觸應力(li)計算(suan)公式(shi)(shi)，由(you)于(yu)公式(shi)(shi)比較復雜，使(shi)得該(gai)式(shi)(shi)在(zai)工程(cheng)實際(ji)應用中(zhong)受到(dao)一定(ding)的(de)(de)(de)限制。

  通過理(li)論公(gong)(gong)式(shi)可以很容易獲得制造時所需的(de)液壓(ya)(ya)脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)壓(ya)(ya)力(li)(li)值。但(dan)是，理(li)論公(gong)(gong)式(shi)中考(kao)(kao)慮的(de)因素較(jiao)少，與實際相比(bi)存在(zai)一(yi)定偏差。數(shu)值模(mo)擬技術的(de)應用(yong)(yong)，大(da)大(da)彌補了理(li)論計(ji)(ji)算的(de)缺陷(xian)。有(you)限(xian)元模(mo)擬已成為研究脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)性(xing)能的(de)重要方(fang)法(fa)，而(er)且模(mo)擬結(jie)果常用(yong)(yong)來驗(yan)證或修正理(li)論公(gong)(gong)式(shi)。Merah采用(yong)(yong)3-D有(you)限(xian)元模(mo)擬研究了初始徑向間隙(xi)和材(cai)(cai)料的(de)應變強化(hua)對(dui)(dui)連接(jie)(jie)強度的(de)影響(xiang)，指出(chu)對(dui)(dui)于高應變強化(hua)材(cai)(cai)料殘余接(jie)(jie)觸應力(li)(li)隨間隙(xi)的(de)增加而(er)線性(xing)減(jian)小。Wang等采用(yong)(yong)有(you)限(xian)元方(fang)法(fa)，先后研究了管板上(shang)開槽(cao)的(de)幾(ji)何尺寸、操作(zuo)(zuo)壓(ya)(ya)力(li)(li)以及操作(zuo)(zuo)溫(wen)度對(dui)(dui)連接(jie)(jie)強度的(de)影響(xiang)。Huang等在(zai)考(kao)(kao)慮間隙(xi)材(cai)(cai)料應變強化(hua)的(de)基礎(chu)上(shang)，推導出(chu)脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)壓(ya)(ya)力(li)(li)和殘余接(jie)(jie)觸壓(ya)(ya)力(li)(li)計(ji)(ji)算公(gong)(gong)式(shi)，并通過數(shu)值分析對(dui)(dui)公(gong)(gong)式(shi)的(de)計(ji)(ji)算結(jie)果進行了驗(yan)證。

  脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)壓(ya)力的(de)大小受不(bu)(bu)銹(xiu)鋼換熱管(guan)(guan)和管(guan)(guan)板(ban)的(de)材(cai)料性能(neng)、脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)強(qiang)度(du)、不(bu)(bu)銹(xiu)鋼換熱管(guan)(guan)和管(guan)(guan)板(ban)孔尺(chi)(chi)寸及它(ta)們的(de)偏差(cha)、表面粗糙(cao)度(du)等因素的(de)影響。浙江至德鋼業有(you)限(xian)公司通過理論(lun)計算(suan)和有(you)限(xian)元分(fen)析(xi)，研(yan)究奧氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼換熱管(guan)(guan)與管(guan)(guan)板(ban)孔連接(jie)(jie)時尺(chi)(chi)寸偏差(cha)對脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)壓(ya)力的(de)影響，根據計算(suan)結果對原有(you)脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)壓(ya)力計算(suan)公式進行修(xiu)正，使其更加適合工程實際。