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(gang)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)接(jie)(jie)(jie)(jie)方法主要(yao)有機(ji)械脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)、液壓(ya)脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)、橡(xiang)膠脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)和(he)爆炸脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)。機(ji)械脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)的(de)(de)(de)(de)加工過程是：脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)器內(nei)的(de)(de)(de)(de)滾(gun)珠(zhu)在換熱(re)(re)管(guan)(guan)內(nei)壁(bi)周向旋轉，碾(nian)壓(ya)管(guan)(guan)子內(nei)壁(bi)，使不銹鋼換熱(re)(re)管(guan)(guan)因塑性(xing)(xing)變形而(er)膨脹(zhang)(zhang)(zhang)，達到(dao)消(xiao)除縫隙(xi)的(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)，示(shi)意圖(tu)如圖(tu)4-2所示(shi)。機(ji)械脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)的(de)(de)(de)(de)結構簡(jian)單，易于制造。機(ji)械脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)的(de)(de)(de)(de)缺點是: ①. 在整個脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)長度(du)內(nei)，各處(chu)脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)的(de)(de)(de)(de)程度(du)不一樣；②. 反復滾(gun)壓(ya)使換熱(re)(re)管(guan)(guan)橫(heng)截面(mian)上的(de)(de)(de)(de)殘(can)余(yu)應力不同，增(zeng)加了應力腐蝕的(de)(de)(de)(de)可能性(xing)(xing)；③. 脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)扭矩難控制，當管(guan)(guan)板(ban)厚(hou)度(du)較大時，很(hen)難在整個長度(du)范(fan)圍脹(zhang)(zhang)(zhang)緊，難以完全(quan)消(xiao)除縫隙(xi)；④. 對(dui)于雙管(guan)(guan)板(ban)的(de)(de)(de)(de)固定(ding)式管(guan)(guan)殼換熱(re)(re)器，要(yao)考(kao)慮換熱(re)(re)管(guan)(guan)因滾(gun)壓(ya)脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)而(er)產(chan)生的(de)(de)(de)(de)長度(du)變化；⑤. 對(dui)管(guan)(guan)子有損傷。

  爆(bao)炸(zha)脹(zhang)接是通過不銹鋼換熱管(guan)(guan)內炸(zha)藥的(de)(de)(de)爆(bao)炸(zha)產生的(de)(de)(de)沖擊力使(shi)管(guan)(guan)板和換熱管(guan)(guan)貼合，示意(yi)圖如圖4-3所示。該方(fang)法的(de)(de)(de)優點是：工藝簡(jian)單；可多根脹(zhang)管(guan)(guan)同時加工，效率高；管(guan)(guan)子受(shou)力比較均(jun)勻，消除縫隙的(de)(de)(de)效果較好。然而(er)，該方(fang)法在操作(zuo)過程(cheng)中(zhong)具有(you)一定(ding)的(de)(de)(de)危險性，脹(zhang)接過程(cheng)不易控制。同時，爆(bao)炸(zha)脹(zhang)接需要特定(ding)的(de)(de)(de)場地(di)。

  橡(xiang)膠脹(zhang)接是利(li)用(yong)橡(xiang)膠受軸向(xiang)壓縮產(chan)(chan)生的(de)(de)徑向(xiang)壓力(li)，使(shi)換(huan)熱管發(fa)生塑性變形，其(qi)工(gong)作示(shi)意(yi)圖如圖4-4所示(shi)。橡(xiang)膠脹(zhang)接產(chan)(chan)生的(de)(de)脹(zhang)接壓力(li)比(bi)較柔和，換(huan)熱管受力(li)均勻。

  液壓脹接(jie)(jie)(jie)(jie)以操(cao)作(zuo)簡(jian)單、脹接(jie)(jie)(jie)(jie)殘余應(ying)(ying)力小等優點而成(cheng)為(wei)(wei)目前應(ying)(ying)用最為(wei)(wei)廣(guang)泛(fan)的(de)(de)(de)(de)(de)脹接(jie)(jie)(jie)(jie)方法(fa)。該方法(fa)是通(tong)過液壓脹頭(tou)在(zai)均(jun)勻(yun)脹接(jie)(jie)(jie)(jie)力的(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用下使換(huan)(huan)熱管(guan)變形(xing)，在(zai)脹接(jie)(jie)(jie)(jie)力的(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用下換(huan)(huan)熱管(guan)發生(sheng)塑(su)性變形(xing)，管(guan)板(ban)主要(yao)發生(sheng)彈(dan)性變形(xing)。隨著換(huan)(huan)熱管(guan)向(xiang)外變形(xing)量的(de)(de)(de)(de)(de)增大，在(zai)接(jie)(jie)(jie)(jie)觸(chu)到(dao)管(guan)板(ban)之(zhi)后(hou)繼(ji)續增大脹接(jie)(jie)(jie)(jie)壓力，一直到(dao)預設的(de)(de)(de)(de)(de)數值。此時，管(guan)板(ban)在(zai)換(huan)(huan)熱管(guan)的(de)(de)(de)(de)(de)擠壓下產(chan)生(sheng)變形(xing)。當脹接(jie)(jie)(jie)(jie)力去(qu)除(chu)后(hou)，換(huan)(huan)熱管(guan)和管(guan)板(ban)都會發生(sheng)一定量的(de)(de)(de)(de)(de)回(hui)彈(dan)，但是管(guan)板(ban)的(de)(de)(de)(de)(de)回(hui)彈(dan)量較小，使得(de)兩者即使在(zai)回(hui)彈(dan)后(hou)依然保持(chi)緊密貼合(he)。液壓脹接(jie)(jie)(jie)(jie)示意圖(tu)如圖(tu)4-5所示。

  脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)極大地影響著接(jie)(jie)(jie)頭連接(jie)(jie)(jie)強度，其值一般通(tong)過換(huan)熱管(guan)(guan)外壁和(he)管(guan)(guan)板(ban)孔表面之間的(de)(de)殘(can)(can)余接(jie)(jie)(jie)觸(chu)應(ying)(ying)力(li)(li)來(lai)確定。液(ye)壓(ya)(ya)(ya)脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)的(de)(de)另一優點(dian)是可(ke)以(yi)通(tong)過理(li)(li)論(lun)分析(xi)來(lai)控制(zhi)脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)強度，因(yin)此，研究人員可(ke)以(yi)通(tong)過建(jian)立理(li)(li)論(lun)公式(shi)(shi)(shi)來(lai)確定脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)和(he)殘(can)(can)余接(jie)(jie)(jie)觸(chu)應(ying)(ying)力(li)(li)的(de)(de)數值。假(jia)設換(huan)熱管(guan)(guan)和(he)管(guan)(guan)板(ban)同為(wei)理(li)(li)想(xiang)彈塑性(xing)材(cai)料(liao)，Krips等(deng)首次給(gei)出了(le)液(ye)壓(ya)(ya)(ya)脹(zhang)管(guan)(guan)殘(can)(can)余接(jie)(jie)(jie)觸(chu)壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)理(li)(li)論(lun)解。Yokell把管(guan)(guan)板(ban)當成無限壁厚的(de)(de)圓筒，給(gei)出了(le)更為(wei)簡單的(de)(de)計算公式(shi)(shi)(shi)。Allam等(deng)在(zai)公式(shi)(shi)(shi)中考(kao)慮了(le)管(guan)(guan)板(ban)材(cai)料(liao)的(de)(de)應(ying)(ying)變強化特性(xing)。文獻中，作(zuo)者根據材(cai)料(liao)的(de)(de)冪強化特性(xing)，給(gei)出了(le)更為(wei)完善的(de)(de)脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)和(he)殘(can)(can)余接(jie)(jie)(jie)觸(chu)應(ying)(ying)力(li)(li)計算公式(shi)(shi)(shi)，由于公式(shi)(shi)(shi)比較(jiao)復雜(za)，使(shi)得該式(shi)(shi)(shi)在(zai)工程(cheng)實際(ji)應(ying)(ying)用(yong)中受到一定的(de)(de)限制(zhi)。

  通過理論公(gong)(gong)式可以很(hen)容易獲(huo)得制造時所需(xu)的(de)(de)液壓(ya)脹接(jie)壓(ya)力(li)值。但是，理論公(gong)(gong)式中考(kao)慮的(de)(de)因素(su)較少，與實際(ji)相比存在一定偏差(cha)。數(shu)值模擬(ni)技術的(de)(de)應用(yong)，大大彌補了理論計算的(de)(de)缺陷。有限元(yuan)模擬(ni)已成為研(yan)究(jiu)(jiu)脹接(jie)性能(neng)的(de)(de)重要方法(fa)(fa)，而(er)且模擬(ni)結(jie)果(guo)常用(yong)來驗(yan)證或(huo)修(xiu)正理論公(gong)(gong)式。Merah采(cai)用(yong)3-D有限元(yuan)模擬(ni)研(yan)究(jiu)(jiu)了初始(shi)徑向間(jian)(jian)隙和(he)材料的(de)(de)應變(bian)強(qiang)(qiang)(qiang)化(hua)(hua)對(dui)連(lian)接(jie)強(qiang)(qiang)(qiang)度的(de)(de)影響(xiang)，指出對(dui)于(yu)高應變(bian)強(qiang)(qiang)(qiang)化(hua)(hua)材料殘(can)余接(jie)觸(chu)應力(li)隨間(jian)(jian)隙的(de)(de)增加而(er)線性減小。Wang等采(cai)用(yong)有限元(yuan)方法(fa)(fa)，先后研(yan)究(jiu)(jiu)了管板上開槽的(de)(de)幾何(he)尺(chi)寸、操作壓(ya)力(li)以及操作溫度對(dui)連(lian)接(jie)強(qiang)(qiang)(qiang)度的(de)(de)影響(xiang)。Huang等在考(kao)慮間(jian)(jian)隙材料應變(bian)強(qiang)(qiang)(qiang)化(hua)(hua)的(de)(de)基(ji)礎上，推導出脹接(jie)壓(ya)力(li)和(he)殘(can)余接(jie)觸(chu)壓(ya)力(li)計算公(gong)(gong)式，并(bing)通過數(shu)值分析對(dui)公(gong)(gong)式的(de)(de)計算結(jie)果(guo)進(jin)行了驗(yan)證。

  脹接(jie)壓力(li)的(de)大(da)小(xiao)受不銹(xiu)鋼(gang)換(huan)(huan)熱(re)(re)管(guan)和(he)管(guan)板的(de)材料性能、脹接(jie)強度(du)、不銹(xiu)鋼(gang)換(huan)(huan)熱(re)(re)管(guan)和(he)管(guan)板孔尺(chi)寸(cun)及(ji)它們的(de)偏差、表面粗糙度(du)等(deng)因素的(de)影響(xiang)。浙江至德鋼(gang)業有限公(gong)司通過理論(lun)計(ji)算和(he)有限元(yuan)分(fen)析(xi)，研究奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)換(huan)(huan)熱(re)(re)管(guan)與(yu)管(guan)板孔連接(jie)時尺(chi)寸(cun)偏差對(dui)脹接(jie)壓力(li)的(de)影響(xiang)，根據計(ji)算結果(guo)對(dui)原有脹接(jie)壓力(li)計(ji)算公(gong)式進行(xing)修正，使其(qi)更加適合工程實際。