王賢泉

（海軍駐武漢七一二所軍事代表室，武漢 430064）

傳統(tǒng)機(jī)械轆接是單管板換熱器管板脹接的常用方法，脹后的內(nèi)表面光潔度受到轆壓存在損傷現(xiàn)象，因過盈量控制不準(zhǔn)造成其拉脫力和密封穩(wěn)定性較差。而采用雙管板結(jié)構(gòu)型式可完全克服老式機(jī)械轆管的弊端。采用液壓脹接技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)深孔強(qiáng)度脹接，后裝配管程管板是為解決氣側(cè)管板的檢漏問題。雙管板換熱器可解決一般換熱器在換熱管與管板焊接或脹接處易產(chǎn)生泄漏問題，避免管程介質(zhì)與殼程介質(zhì)相混。

1 材料要求

脹接是靠管子的塑性變形和管板的彈性變形來達(dá)到密封管子與管程管板的連接和緊固的一種機(jī)械連接方法。為此，對(duì)管子與管板的材質(zhì)有一定要求，即管子的硬度比管板硬度要低，值差應(yīng)達(dá)到HB＞30。管子與管板的連接通常為強(qiáng)度脹+密封焊。

2 液壓脹接

2.1 液壓脹接原理

液壓脹管時(shí)，脹接區(qū)的管子首先在高液壓內(nèi)壓(100～350MPa)的作用下產(chǎn)生彈性變形，然后產(chǎn)生塑性變形而被擠壓到管板孔壁上。隨著壓力的增加，在管子與管板之間的接觸壓力作用下，管板首先產(chǎn)生彈性變形，然后產(chǎn)生塑性變形。壓力撤消后，如果管板的自由彈性恢復(fù)量比管子的大，就會(huì)在管子與管板之間產(chǎn)生殘余接觸壓力，實(shí)現(xiàn)脹接連接。

2.2 液壓脹接特點(diǎn)

液壓脹接的主要特點(diǎn)是脹接的主要參數(shù)一液脹壓力可以計(jì)算，可以精確調(diào)節(jié)和控制，保證所有的管一板接頭在同一條件下脹接，換熱管不易產(chǎn)生過脹，脹接接頭質(zhì)量穩(wěn)定。在管板孔內(nèi)的脹接位置可以精確定位，脹接的部位不竄動(dòng)。且脹接后管子內(nèi)壁沒有損傷。液壓脹接的突出優(yōu)點(diǎn)是脹管長度不受兩塊管板之間間距限制，最大可達(dá)3 m以上，因?yàn)樗妮攭汗茉诠ぷ鲿r(shí)不承受扭矩。與機(jī)械滾脹接相比，液壓脹接具有脹后殘余應(yīng)力低、在整個(gè)脹接長度上的應(yīng)力分布均勻、脹后管內(nèi)表面無加工硬化現(xiàn)象、脹后管頭不伸長、勞動(dòng)強(qiáng)度低、生產(chǎn)效率高的優(yōu)點(diǎn)。液壓脹管在正常工作的情況下，每分鐘可脹接管口2個(gè)左右，是機(jī)械脹接的6—8倍，大大提高了工作效率。且不論管板厚度有多大，液壓脹接都能一次完成，管板厚度對(duì)脹接時(shí)間沒有影響。液壓脹接介質(zhì)是水，即使脹接接頭破損，對(duì)管口也無污染。這樣減少了以往機(jī)械脹接后對(duì)管口除油、清潔等工作，節(jié)約了工時(shí)。機(jī)械脹管時(shí)管壁減薄現(xiàn)象嚴(yán)重，常有螺旋式劃傷，外觀不佳，縮短換熱器的使用壽命。

2.3 管板加工

2.3.1 管板鉆孔

管板配鉆后絞孔，消除管孔上的縱向劃痕。管板孔表面粗糙度為12.5 微米級(jí)。實(shí)踐證明：管板孔表面的粗糙度必須達(dá)到精度要求是成功應(yīng)用液壓脹管的關(guān)鍵。尤其要高度重視氣側(cè)管板的加工質(zhì)量，若氣側(cè)管板滲漏，只有補(bǔ)脹，若補(bǔ)脹后仍然滲漏，只能報(bào)廢。所以，保證氣側(cè)管板與換熱管脹接牢固可靠是制造雙管板換熱器的關(guān)鍵。

2.3.2 管板孔開槽

拉脫力與密封性能是衡量脹接接頭連接質(zhì)量的主要指標(biāo)。為了提高拉脫力和密封性，最可行的方法是在管板孔中開一道或多道環(huán)形槽。由于液壓脹管屬于柔性脹接，管子的變形規(guī)律與機(jī)械脹管不一樣。液壓脹接接頭的密封性能和拉接脫力與管板開槽寬度有關(guān)。在相同脹接壓力下，為了得到最大的拉脫力和最佳的密封性能，管板開槽寬度應(yīng)該隨著管子規(guī)格的不同而有所變化。

在液壓脹接過程中，管板的開槽不但有利于接頭的密封，還可以提高接頭的拉脫強(qiáng)度。若采用適當(dāng)?shù)牟蹖?，且脹接壓力足夠大，管子就?huì)向管板槽內(nèi)凹陷，在接頭受到拉脫載荷時(shí)，其阻力除了管板未開槽部分的靜摩擦力外，還有管板開槽部分的邊緣對(duì)凹進(jìn)的管壁的剪切作用，阻止管子的軸向滑動(dòng)。管子的變形越大抵抗拉脫的剪切力就越大。管板開槽后的脹接接頭抵抗拉脫的力由兩部分組成：一部分為管子與管板之間的靜摩擦力，另一部分為管子嵌人管板槽中產(chǎn)生的抗剪切力。當(dāng)管槽寬度達(dá)到一定值時(shí)，剪切力不再增加，若管槽寬再增加，換熱管與管板的接觸面積下降，靜摩擦力下降。因此，從提高拉脫力的角度來說，管板開槽寬度不是越寬越好。

2.4 液壓脹接壓力的確定

液壓脹接壓力應(yīng)根據(jù)換熱器的密封性(貼脹還是強(qiáng)度脹)要求、管子管板材料、換熱管的精度、管板孔表面狀況以及脹接幾何參數(shù)的實(shí)際情況而定，必須保證脹接接合面能滿足密封性和足夠的拉脫強(qiáng)度。脹接壓力過低，達(dá)不到密封效果；過高，會(huì)造成過脹現(xiàn)象，可能在脹接時(shí)發(fā)生管板的塑性區(qū)與周圍已脹好接頭的殘余應(yīng)力的干涉，引起周圍接頭殘余接觸壓力的降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)在試壓時(shí)或運(yùn)行中發(fā)生泄漏。過高的脹接壓力會(huì)引起脹接成本的上升，且換熱管的殘余應(yīng)力也會(huì)提高，造成管子耐應(yīng)力腐蝕性能降低。因此，在保證接頭具有可靠的密封性能和拉脫強(qiáng)度的前提下，不宜選擇過高的脹接壓力。最佳的脹接壓力的情形是，使管板的塑性變形區(qū)達(dá)到管橋中間，這樣既能獲得盡可能大的脹管壓力，又不會(huì)跟鄰近脹管接頭的塑性區(qū)發(fā)生干涉而使之松動(dòng)，并且還有一定增壓余量，供個(gè)別不合格接頭進(jìn)行補(bǔ)脹。

2.5 強(qiáng)度脹拉脫力試驗(yàn)

管子與管板強(qiáng)度脹接按《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》應(yīng)做拉脫力試驗(yàn)，還要做密封性試驗(yàn)。因?yàn)檫@種脹接很容易滿足《容規(guī)》要求的大于4 MPa的拉脫力，當(dāng)脹管率達(dá)1.40時(shí)即可滿足。但這不能說明能滿足脹接密封性的要求，達(dá)到密封性的脹管率為1.90～2.00。脹管率應(yīng)由密封性試驗(yàn)確定，當(dāng)脹管率為1.30～1.60時(shí)，雖然達(dá)到了拉脫力的要求，但實(shí)際打水壓試驗(yàn)時(shí)，管頭有滲漏現(xiàn)象；當(dāng)脹管率達(dá)2.30以上時(shí)就是過脹了。

3 裝配方法

先裝配氣側(cè)管板，采用級(jí)差管束穿管法，換熱管的長度有一定的增加量，穿管時(shí)，每一橫排的伸出量相同，由上而下每一縱排的伸出量是不同的，依次增加5 mm.由于管頭的減少并且成排，這樣就方便了管程管板穿管，管板可以逐級(jí)下落。殼程管板液壓脹好做水壓試驗(yàn)。在這種情況下，個(gè)別管子脹后有滲漏是可以直觀檢查到的，需要補(bǔ)脹。

4 結(jié)束語

雙管板換熱器制造的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)深孔強(qiáng)度脹接和殼程管板的檢漏。深孔強(qiáng)度脹接可采用液壓脹接技術(shù)；檢漏問題可以在裝配時(shí)解決，也可以采用更先進(jìn)的氦檢漏儀解決。

[1]顏惠庚.換熱管的液壓脹管研究(三)——管板開槽寬度的選擇. 壓力容器, 1997(3)： 28.

[2]浙江大洋衣車有限公司. 超高液壓脹管機(jī)(YZJ一350D型)使用說明書.