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换热器管子与管板胀接工艺分析 管子与管板的连接是管壳式换热器生产中最主要的工序之一。由 于这类工程需耗费大量工时,更重要的是,连接的地方在运行中容易发 生故障。因此,发展高效率、高质量的连接技术已成为制造中的重点 研究课题。根据换热器的使用条件不同,加工条件不同,连接的方法基 本上分为胀接、焊接和胀焊结合三种,由于胀接法能承受较高的压力, 特别适用于材料可焊性差及制造厂的焊接工作量过大的情况。因此该 方法在实际生产中运用广泛。随着技术的不断发展,现已相继开发出 滚柱胀管、爆炸胀管及液压、液袋和橡胶胀管等新工艺。本文拟对这 几种胀管工艺进行比较,为实际生产选择合理的胀管工艺提供参考。 1传统胀接工艺 1.1滚柱胀管法 该方法是在一个构架上嵌入三个小直径的滚子,中间有一根锥型 心轴的胀管器,如图1所示。胀管时将胀管器的圆柱部分塞入管孔内, 利用电动、风动等动力旋转心轴,通过滚子沿心轴周向旋转,使心轴挤 入管内面并强迫管子扩大,达到一定的胀紧度,使管子紧紧地胀接于管 板的孔上。胀管操作可分为前进式和后退式两种,前进式是将构架插 入管内,旋转心轴,前进挤大,达到所定的紧固程度后电动机反转,由管 中拔出完成胀管过程。反转式和前进式一样旋转心轴前进,达到原定 的紧固程度后电动机停止,同时后退装置的离合器啮合反转,滚子和心 轴的相对位置保持不变,一边反转一边由该深度到入口处连续均匀地 进行平行胀管。由于这种胀接过程是由里至外,管子的伸长,发生在管 板外侧,可以消除管束的受力状态,提高产品质量[2],故用于胀接长度 大于60cm的连接。 1.2爆炸胀管工艺 该方法是利用高能源的炸药,使其在爆炸瞬间(10×10-6~ 12×10-6s)所产生冲击波的巨大压力,迫使管子产生高速塑性变形,从 而把管子与管板胀接在一起,实现管子与管板的连接。图2为爆炸胀 接的示意图,图中柱状炸药放置于管端的中心,为防止冲击波对管壁的 损伤,炸药的周围有一管状缓冲填料(粘性物或者塑料),使压力能均匀 地传递到管壁上。 2胀接新工艺 2.1液压胀管工艺 液压胀管工艺又称软胀接,一次可以胀接较多的管接头。液压胀 管是一种新的胀接技术,它是通过对管子内表面施加高的液压力,使管 子塑性变形而胀接于板孔内表面的。液压胀接的胀管头是直径略小于 管子内径的一段芯棒,芯棒两端的外圆表面上有多个密封件,在芯棒中 部设有进油孔,在两段密封件之间的管段内施以高压,使管子发生塑性 胀大变形而实现胀接。液压胀管的结构如图3所示。 2.2橡胶胀管工艺 橡胶胀压新技术是在橡胶受力变形的基础上发展起来的,它是 利用橡胶弹性体的轴向压缩产生的径向压力将管子胀接于管板上的。 橡胶胀管机的工作原理如图4所示。当加载拉杆施加拉力时,胀管橡 胶便受到轴向压缩,并同时产生径向扩展,该扩展力足以使管子材料发 生变形,从而实现管子与管板间的连接。为防止橡胶在高压下的轴向 移动,在胀管头的两端装有特殊的硬橡胶密封环。橡胶胀管的拉杆是 用高强度钢做成的。它是通过约20MPa的压力水或油加载于拉杆 上,由于拉力是背靠压环达到平衡的,故组成了一个内力系统,而不需 要其他支撑或约束。胀管橡胶则采用弹性大,强度高的材料制成。 3几种胀管工艺方法的比 3.1机械胀管工艺优缺点分析 机械胀接是利用胀管器来完成的,胀管器按进给方向的不同而 分为前进胀接和后退胀接两种类型。前者适用于一般换热器及管孔直 径小于38mm管子的胀接,它的胀杆带有1:25~1:50的锥度,使周 向分力小于摩擦力,从而避免了滚柱与胀杆间的相对滑动为使胀管器 导入方便,滚柱上设计有一定锥度的头端;后者通常用于深度胀接和直 径大于38mm的胀接,其滚子的径向胀大是靠胀杆后退拉力实现的, 胀管时管子轴向伸长,因此可向外端自由变形,故避免了前进式胀管器 给管子连接造成的轴向压应力及变形。机械胀接不仅能承受一定的轴 向力、热冲击和反复热循环,而且操作简单、使用灵活,在制造和维修 中应用较为普遍。但是机械胀管也存在如下缺点:各管子间的胀度不 一,连接强度和紧密度不均;胀管接口的内表面产生硬化现象,给重复 补胀带来困难。管子与管板材料胀接的相容性有一定的限制,如钛管 与碳钢的胀接、铝管与碳钢的胀接等均受到了限制;劳动生产率低,而 且小管径或存厚壁管管子的胀接较困难。 3.2其他胀管工艺与机械胀管工艺比较分析 液压胀管除具有使管壁受力均匀、管子轴向伸长少和加工硬化均 匀等优点外,又因管壁金属几乎能完全添满管孔槽,而具有较大的轴向 拉脱力和良好的密封性。橡胶胀管的优点:属于软特性的胀管工艺,胀 接