與其他形式的不銹鋼換熱器相比，不銹鋼(gang)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(re)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)(zhang)接(jie)方法主要有機(ji)械(xie)(xie)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)、液壓脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)、橡膠脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)和爆炸脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)。機(ji)械(xie)(xie)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)的(de)加(jia)工過程是：脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)器內的(de)滾珠在換(huan)(huan)熱管內壁周向旋轉(zhuan)，碾壓管子內壁，使不(bu)(bu)銹鋼換(huan)(huan)熱管因塑性變形(xing)而(er)膨(peng)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)，達(da)到消除縫隙的(de)目的(de)，示(shi)意圖(tu)如圖(tu)4-2所示(shi)。機(ji)械(xie)(xie)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)的(de)結構簡單，易于制(zhi)造。機(ji)械(xie)(xie)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)的(de)缺點是: ①. 在整個(ge)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)長(chang)度(du)內，各(ge)處脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)的(de)程度(du)不(bu)(bu)一樣；②. 反復(fu)滾壓使換(huan)(huan)熱管橫截面上的(de)殘余應力(li)不(bu)(bu)同，增加(jia)了(le)應力(li)腐蝕(shi)的(de)可能性；③. 脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)扭(niu)矩(ju)難(nan)(nan)控制(zhi)，當管板(ban)厚度(du)較大時，很難(nan)(nan)在整個(ge)長(chang)度(du)范圍脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)緊，難(nan)(nan)以完全消除縫隙；④. 對于雙管板(ban)的(de)固定式管殼(ke)換(huan)(huan)熱器，要考慮(lv)換(huan)(huan)熱管因滾壓脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)而(er)產生的(de)長(chang)度(du)變化；⑤. 對管子有損傷。

  爆炸(zha)(zha)脹(zhang)接(jie)是通過不銹鋼(gang)換(huan)熱管內(nei)炸(zha)(zha)藥的(de)(de)(de)爆炸(zha)(zha)產(chan)生的(de)(de)(de)沖擊力使管板和換(huan)熱管貼合，示意(yi)圖如(ru)圖4-3所示。該方法(fa)的(de)(de)(de)優點是：工藝簡單；可多根脹(zhang)管同(tong)時加工，效(xiao)(xiao)率高；管子受(shou)力比較(jiao)(jiao)均勻，消除縫隙(xi)的(de)(de)(de)效(xiao)(xiao)果較(jiao)(jiao)好(hao)。然而，該方法(fa)在操作(zuo)過程中(zhong)具有一定的(de)(de)(de)危險性，脹(zhang)接(jie)過程不易控制。同(tong)時，爆炸(zha)(zha)脹(zhang)接(jie)需要特定的(de)(de)(de)場地。

  橡(xiang)膠脹(zhang)(zhang)接(jie)是利用橡(xiang)膠受(shou)(shou)軸(zhou)向(xiang)(xiang)壓(ya)縮產(chan)生的徑(jing)向(xiang)(xiang)壓(ya)力(li)(li)，使換(huan)熱管發生塑性(xing)變形，其工作示(shi)(shi)意圖如圖4-4所(suo)示(shi)(shi)。橡(xiang)膠脹(zhang)(zhang)接(jie)產(chan)生的脹(zhang)(zhang)接(jie)壓(ya)力(li)(li)比較柔和，換(huan)熱管受(shou)(shou)力(li)(li)均勻。

  液壓(ya)脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)以操作(zuo)簡單、脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)殘余應力小等優點而成(cheng)為目前應用最為廣泛的(de)脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)方法(fa)。該方法(fa)是通過液壓(ya)脹(zhang)(zhang)頭(tou)在均勻(yun)脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)力的(de)作(zuo)用下使(shi)換(huan)熱管變形(xing)(xing)，在脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)力的(de)作(zuo)用下換(huan)熱管發(fa)生(sheng)(sheng)塑性變形(xing)(xing)，管板(ban)主要發(fa)生(sheng)(sheng)彈性變形(xing)(xing)。隨(sui)著換(huan)熱管向(xiang)外變形(xing)(xing)量(liang)(liang)的(de)增(zeng)大，在接(jie)(jie)觸到管板(ban)之后繼續增(zeng)大脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)壓(ya)力，一(yi)直(zhi)到預設的(de)數值。此時，管板(ban)在換(huan)熱管的(de)擠壓(ya)下產生(sheng)(sheng)變形(xing)(xing)。當(dang)脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)力去除后，換(huan)熱管和管板(ban)都會發(fa)生(sheng)(sheng)一(yi)定(ding)量(liang)(liang)的(de)回(hui)彈，但(dan)是管板(ban)的(de)回(hui)彈量(liang)(liang)較小，使(shi)得(de)兩者即使(shi)在回(hui)彈后依然(ran)保持緊密貼合(he)。液壓(ya)脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)示意圖如圖4-5所示。

  脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)壓(ya)力極大地影(ying)響著(zhu)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)連(lian)接(jie)(jie)(jie)強(qiang)(qiang)(qiang)度，其值(zhi)一(yi)般通過換熱管(guan)外壁(bi)和管(guan)板(ban)孔表面(mian)之間的(de)殘(can)余(yu)(yu)接(jie)(jie)(jie)觸(chu)(chu)應(ying)力來(lai)確(que)定(ding)。液(ye)壓(ya)脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)的(de)另一(yi)優點是(shi)可以通過理(li)論分析來(lai)控(kong)制脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)強(qiang)(qiang)(qiang)度，因(yin)此，研究人員可以通過建(jian)立理(li)論公(gong)式(shi)(shi)來(lai)確(que)定(ding)脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)壓(ya)力和殘(can)余(yu)(yu)接(jie)(jie)(jie)觸(chu)(chu)應(ying)力的(de)數值(zhi)。假設換熱管(guan)和管(guan)板(ban)同為(wei)理(li)想彈(dan)塑性材(cai)料(liao)，Krips等(deng)(deng)首次(ci)給(gei)出了液(ye)壓(ya)脹(zhang)管(guan)殘(can)余(yu)(yu)接(jie)(jie)(jie)觸(chu)(chu)壓(ya)力理(li)論解。Yokell把管(guan)板(ban)當(dang)成無限壁(bi)厚的(de)圓筒，給(gei)出了更為(wei)簡單的(de)計算公(gong)式(shi)(shi)。Allam等(deng)(deng)在公(gong)式(shi)(shi)中(zhong)考慮了管(guan)板(ban)材(cai)料(liao)的(de)應(ying)變強(qiang)(qiang)(qiang)化特(te)性。文獻中(zhong)，作者根據材(cai)料(liao)的(de)冪(mi)強(qiang)(qiang)(qiang)化特(te)性，給(gei)出了更為(wei)完善(shan)的(de)脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)壓(ya)力和殘(can)余(yu)(yu)接(jie)(jie)(jie)觸(chu)(chu)應(ying)力計算公(gong)式(shi)(shi)，由于公(gong)式(shi)(shi)比較復雜，使得(de)該(gai)式(shi)(shi)在工程實際(ji)應(ying)用中(zhong)受到一(yi)定(ding)的(de)限制。

  通過(guo)理(li)(li)論公(gong)(gong)(gong)式(shi)可(ke)以(yi)很容易獲得制(zhi)造時(shi)所需的(de)(de)液壓脹接壓力值。但是，理(li)(li)論公(gong)(gong)(gong)式(shi)中考(kao)慮(lv)(lv)的(de)(de)因素較少，與實際(ji)相比存在一定偏差。數值模(mo)擬技術的(de)(de)應(ying)用(yong)(yong)，大(da)大(da)彌(mi)補了理(li)(li)論計算(suan)的(de)(de)缺陷。有(you)限(xian)元(yuan)模(mo)擬已成為研(yan)究(jiu)脹接性能的(de)(de)重要方(fang)(fang)法(fa)，而且(qie)模(mo)擬結果常用(yong)(yong)來驗(yan)證或修正理(li)(li)論公(gong)(gong)(gong)式(shi)。Merah采(cai)用(yong)(yong)3-D有(you)限(xian)元(yuan)模(mo)擬研(yan)究(jiu)了初始徑(jing)向(xiang)間隙和材料的(de)(de)應(ying)變強化對(dui)連(lian)接強度(du)的(de)(de)影響(xiang)，指出(chu)對(dui)于高(gao)應(ying)變強化材料殘余接觸(chu)應(ying)力隨(sui)間隙的(de)(de)增加而線性減小(xiao)。Wang等(deng)采(cai)用(yong)(yong)有(you)限(xian)元(yuan)方(fang)(fang)法(fa)，先后研(yan)究(jiu)了管板上(shang)開槽的(de)(de)幾何(he)尺寸、操(cao)作壓力以(yi)及(ji)操(cao)作溫度(du)對(dui)連(lian)接強度(du)的(de)(de)影響(xiang)。Huang等(deng)在考(kao)慮(lv)(lv)間隙材料應(ying)變強化的(de)(de)基(ji)礎(chu)上(shang)，推(tui)導出(chu)脹接壓力和殘余接觸(chu)壓力計算(suan)公(gong)(gong)(gong)式(shi)，并(bing)通過(guo)數值分析對(dui)公(gong)(gong)(gong)式(shi)的(de)(de)計算(suan)結果進行了驗(yan)證。

  脹接(jie)壓(ya)力的(de)大小受不(bu)銹(xiu)鋼(gang)換(huan)熱(re)(re)管(guan)(guan)(guan)和管(guan)(guan)(guan)板(ban)的(de)材(cai)料(liao)性能(neng)、脹接(jie)強度、不(bu)銹(xiu)鋼(gang)換(huan)熱(re)(re)管(guan)(guan)(guan)和管(guan)(guan)(guan)板(ban)孔(kong)尺寸(cun)及它們的(de)偏差(cha)、表面粗糙度等因素(su)的(de)影(ying)響。浙江至德鋼(gang)業有(you)限公司通(tong)過理論(lun)計(ji)算和有(you)限元分析(xi)，研究奧(ao)氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)換(huan)熱(re)(re)管(guan)(guan)(guan)與管(guan)(guan)(guan)板(ban)孔(kong)連接(jie)時(shi)尺寸(cun)偏差(cha)對脹接(jie)壓(ya)力的(de)影(ying)響，根據計(ji)算結果對原(yuan)有(you)脹接(jie)壓(ya)力計(ji)算公式(shi)進(jin)行修正，使其(qi)更加適合工程實際(ji)。