开槽管板机械胀与液压胀技术研究
胀紧度对管子与管板胀接强度影响的试验研究
管孔槽间距 ， ｌ ｍｎ 材料的屈服 限， Ｐ Ｍａ 材料泊松 比
—
—
％—— 材料的强度限 ， Ｐ Ｍａ
— —
ｄ —— 胀接后 管子 内径 ， ｌ ｉ ｍｎ 以——胀接前管子外径 ， ｉ ｍｌ ｌ
Ｅ ——材料的弹性模量 。 Ｐ Ｍａ
—
—
ｌ 引言
ｅ ——管孔槽距管箱侧管板边缘距离 ， ｌ ｍｎ Ｆ ——胀接接头拉脱外力 ， Ｎ
ｉ ｅ ｉ ｅ ｒｎｒｍ ｎ ｒ ｅ ｒｓｅｔｅ ． ｎｔ ｓ ｔ ｙ ｔｅｎｍ ｅ ｏｖｓｏ ｒ ｖｄ—ｈｌ ｊｉｔｗ ｓ ｎ ｒ ａ ｔ ｃ ｅ ｔａ ， ｅｐｃｉ ｌ Ｉ ｉ ｓ ｄ ， ｈ ｕ ｂｒ ｆ ｒ ｅ ｒ ｏ ｅ ｎ ｄｍ ｅ ｉ ｅ ｔ ｖｙ ｈ ｕ ｏｇｏ ｆ ｇｏ ｏ ｎ ａ ｅｏ ｓ ｔ ｅ ｔ ａｃｕ ｔ Ｔ ｅｒ ｅ ｎ ｅｔ ｓｌ ｔ ｘａｄｎ ｅｒｅａｄｇ ｏｅｆ ｒ ｖｄ—ｈｌ ｊｉｔ ｗ ｓｇ ｅ ． ａ ｎｉ ｏ ｃｏｎ ． ｆ ｅｃ ｅ ｃ ｅｐ ｉ ｄｇ ｎ ｒ ｖ ｒ ｏ ｅ ｋ ｎ ｈ ｅｒ ｏ ｅ ｎ ｇ ｅ ｏ ｏ ｇｏ ｏ ｎｓ ａ ｉ ｎ ｅｏ ｖ Ｋｅ ｏｄ ：ｕ —ｔ ｕ ｅｈｅ ｊｉ ｓ ｘ ａｓ ｎｄｇｅ ；ｃｎ ｅｔｎ ｓ ｅｇ ；ｇｏｖ ｒｇｏｖｄ—ｈｌ ｙｗ ｒ ｓ ｔｂ ｅ ｏ—ｔ ｓｅｔ ｏ ｔ；ｅｐｎｉ ｅｒ ｂ ｎ ｏ ｅ ｏ ｃｉ ｔ ｎｔ ｒ ｅｆ ｒｏｅ ｏ ｒ ｈ ｏ ｏ ｏ ｅ
BFe30-1-1双管板换热器的液压胀接
板就是在每侧设计 两块管板 ， 到两道 防线 的作用 ， 起 并能 及时
２０ ０５年 ９月 ， 某公司为 ４×１ 年 甲烷 氯化物工程 制造 ２ ０ 台 Ｂ ｅ０—１ Ｆ３ —１双管板换 热器 。机械胀 接是单 管板换 热器 管
一
查出管板泄漏 。双管 板换热器 主要 使用于若 管程壳 程里 的物
ｃ ｎ ｂ ｅ ｏｖ ｄ． ａ ｅ ｒ ｓ ｌｅ
Ｋｅ ｒ ｓ ｄ ｐｅｔｂ ｓｅ ｔｈ ａ ｘ ｈｎ ｅ ；ｈ ｄ ａ ｌ ｘ ａ ｓ ｎｊｉｔＢ ｅ ０—１—１ ｙ ｗｏ ｄ ： ｕ ｌ— ｅｈ ｅ ｅ ｔ ｃ ａ ｇ ｒ ｙ ｒｕｉ ｅ ｐ ｎ ｉ ｏｎ ； Ｆ ３ ｕ ｅ ｃ ｏ ０ ｇ 言 【
杰 邢 ，
卓
１０ １ ） １０ ６
１ ０２ ；． １０ ５２ 沈阳东方钛业有 限公司 ， 辽宁沈 阳
摘要 ： 国内甲烷氯化物工程项 目中广泛使用 Ｂ ｅ０—１ Ｆ３ —１换热器， 有些换热器采 用双 管板结构 。由于结构的特殊性 ， 深孔强度胀接技 术和检验手段是制造双管板换 热器的重点和难点 ， 用液压胀接技 术及可行的装 配顺序是解 决深孔 强度 采
胀 接 和 检 验 的 关键 。
关键词 ： 管板换热器 ； 双 液压胀接 ；Ｆ ３ Ｂ ｅ０—１ —１ 中图分类号 ：Ｋ Ｔ２ 文献标识码 ： Ｂ 文章编号 ：０４— ６ ４ ２ ０ ） １ ０ ３ ０ １０ ９ １ （０ ８ ０ — ０ ８— ３
Ｈｙ ｒ ｕ ｉ ｐａ ｓｏ ｆ ｒ Ｃｏ ｐ ｒ Ｎｉ ｋ ｌＡｌｏ ｐ ｅ ｔ ｂｅ ｈ ｅ ｃ ｎ ｅ ｄ ａ ｌｃ Ｅｘ ｎ ｉ ｎ ｏ ｐ ｅ － ｃ ｅ ｌ ｙ Ｄｕ ｌ －ｕ ｓ ｅ ｔ Ｅｘ ｈａ ｇ ｒ
２ Ｓ ｅｙ ｎ ｉｎ ｉ ｎｕ Ｉｄ ｓｒ ． Ｌｄ ，ｈ ｎ ａ ｇ１ ０ １ ， ｈｎ ） ． ｈ ｎ ａ ｇＯｒ ｔ ｔ ｉｍ ｎ ｕｔｙＣｏ ， ｔ ．Ｓ ｅｙ ｎ １０ ６ Ｃ ｉａ ｅ Ｔａ Ａ ｓ ａｔＣ ｐｅ— ｉ ｅ ａｏ ｅｔ ｘｈｎｅｓｗ ｒ ｕｅ ｂ ￣ ｔａｅｃｌ ｉｅｐ ｊｅ ｉ Ｃ ｉａ ｏ ｂ ｂｓｅｔ ｂｔ ｃ ：ｏｐｒ ｃ ｌ ｌｙｈａ ｃａｇｒ ｅｅ ｓｄａｍａ ｙｉ ｍｅ ｎ ｈ ｒ ｒ ｅｔｎ ｈ ．Ｄ ｕ ｌ ｔ ｅｈｅ ｒ Ｎ ｋ ｌ ｅ ｎ ｈ ｏｄ ｅ ｎ ｅｕ
液压胀形工艺
液压胀形工艺液压胀形工艺是一种利用液压力将金属件扩展成所需形状的加工方法。
它是一种常用的金属成形工艺，广泛应用于航空航天、汽车制造、船舶建造等领域。
液压胀形工艺具有成形快速、成本较低、加工精度高等优点，因此备受工业界的青睐。
液压胀形工艺的基本原理是利用液压力将金属件放入模具中，并施加高压液体，使金属件产生塑性变形，从而得到所需的形状。
在液压胀形过程中，液压油通过液压缸输出高压力，传递给液压缸内的活塞，使其向模具施加压力。
模具则对金属件进行约束，使其按照模具的形状进行胀形。
液压胀形工艺的关键是选择合适的液压油和控制系统。
液压油需要具有足够的粘度和压力传递能力，以确保胀形过程中能够提供足够的压力和流量。
控制系统需要能够精确控制液压缸的运动和施加的压力，以保证金属件的形状和尺寸符合要求。
液压胀形工艺可以实现对金属件的复杂形状加工，如圆形、椭圆形、异形等。
同时，液压胀形过程中不会对金属件造成变形或破坏，因此可以保证成品的质量和精度。
此外，液压胀形工艺还可以实现对薄壁金属件的加工，避免了传统加工方法中产生的残余应力和变形问题。
在实际应用中，液压胀形工艺可以用于制造各种金属管件、容器和壳体。
例如，航空航天领域中的燃气涡轮发动机和航空发动机中的涡轮叶片、汽车制造中的排气管和燃油管道，以及船舶建造中的船体结构等都可以使用液压胀形工艺进行加工。
液压胀形工艺虽然具有许多优点，但也存在一些限制。
首先，液压胀形工艺对模具的设计和制造要求较高，需要考虑金属材料的流动性和变形规律，以确保胀形过程中金属件的形状和尺寸的精度。
其次，液压胀形工艺在加工大型和复杂结构的金属件时，需要考虑液压缸的尺寸和力量的限制，以及加工过程中的变形和应力分布等问题。
液压胀形工艺是一种重要的金属成形工艺，具有广泛的应用前景。
随着科学技术的不断进步和工艺的不断改进，液压胀形工艺将在各个领域得到更加广泛的应用，为工业发展和产品制造提供更多的可能性。
双相不锈钢管子与管板胀接工艺研究
Ｓ ｕ ｙ ｏ ｐ ｎ ｉ ｇ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｆＴｕ ｅｔ ｂ ｓ ｅ ｔＪ ｉｔ ｔ ｄ ｎ Ｅｘ ａ ｄｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ｂ ｏ Ｔｕ ｅｈ ｅ ｏｎ ｓ
ｆ ｒ Ｄｕ ｅ ｔ ｉ ｅ ｓＳｔｅ ｏ ｐｌｘ Ｓ ａｎｌｓ ｅ ｌ
Ｚ ＮＧ Ｙ ｎ ｙｎ ＧＡ Ｌ ｉ，Ｉ ａ ｇ ＨＡ ｉｇ— ｉｇ ， Ｏ ｅ ｊ ｎ 。 Ｑｉ
在 化工 、 油 、 石 医药 、 原子 能 和核工业 中 ， 换热 器
的应用 十分 广泛 ， 其类 型与结 构也 很多 ， 中管壳 式 其 换 热器 … 是 最 普 遍 使 用 的。管 壳 式 换 热 器 有 数 百
关注的焦点 。本文因此对双相不锈钢管子与管板的 胀接工艺进行研究 ， 从而确定最佳胀接的工艺参数 。
ｕａｔｒ Ｃ ． Ｌｄ ， ｕｈ ｎ １３ １ ， ｈｎ ） ｆ ｕｅ ｏ ，ｔ． Ｆ ｓｕ １０ ５ Ｃ ｉａ ｃ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｓ ｐ ｐ ｒｓｕｄ ｅ ｎ ｍａｎ ｙ ｅ ｐ ｎ ｉ ｇ ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｆｄ ｐ ｅ ｔ ｉ ｌ ｓ ｔｅ ｐｅ． ｅ ｍｅｈ ｄ ｓｒ ｃ ： ｈｉ ａ ｅ ｔ ｉｄ ｏ ｉｌ ｘ ａ ｄ ｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｏ ｕ ｌｘ ｓａｎ ｅ ｓ ｓｅ ｌｐｉ Ｔｈ ｔ ｏ ｏ ｙ ｒ ｕ ｉ ｒ ｓ ｕ ｅ ｅ ｐ ｎ ｉ ｇ ｗａ ｅｅ ｔ ｄ．Ｔｈ ｏ ｇ ｉ ｎ ｉ ｎ ｌｉ ｓ ｅ ｔｎ ｐｉ ｃ ｒ ｓｏ ｅ ｔｎ ｆｈ ｄ ａ ｌｃ ｐ ｅ ｓ ｒ ｘ ａ ｄ ｎ ｓｓ ｌ ｃｅ ｒ ｕ ｈ ｄ ｍｅ ｓｏ ａ ｎ ｐ ｃｉ ｇ， ｔ ｒｏ ｉ ｎ ｔｓｉ ｇ，ｍｅ ａ— ｔｌ
所示。
（） ２ 胀力 的确 定 ： 胀 接 前 要 进 行 机 加 工 等 准 在 备 工作 和焊 接试 验 ， 然后进 行胀 接试 验 ， 观察 试样 的 贴 合情 况 ， 而 确定胀 力 的 大小 为 １５ＭＰ ， 胀数 从 ９ ａ试
液压胀接压力理论计算研究
科技视界Science &Technology VisionScience &Technology Vision 科技视界0引言胀接理论在从十九世纪二十年代诞生至今,不断发展和完善。
Jantsch 和Oppenheimer 提出了胀接概念并进行了分析设计。
Goodier,Schoessow 和Nadai 发展了现代胀接理论,研究了胀接后的残余应力。
Krips 和Podhorsky 在1976年采用当量套筒方法的概念,并在后续进行了有限元方法的修正。
Wilson 对胀后残余应力采用有限元分析方法进行了研究。
Chaaban 采用非线性有限元方法,确定了当量套筒经验方程。
Yokell 对理想弹塑性材料确定了胀接接触压力方程。
2009年Nor Eddine Laghzale 和Abdel-Hakim Bouzid 对液压胀接进行了理论分析和有限元分析研究[1]。
国内学者王海峰对幂强化材料的液压胀接残余应力进行了研究[2-4],颜惠庚等对胀接压力确定、拉脱力理论计算进行了分析研究。
1液压胀接压力理论计算液压胀接已经在管壳式热交换器以及核电设备蒸汽发生器等换热设备中广泛应用,但一般实际应用中,考虑不同厂家采用的胀管器设计规格、型号、输出压力等存在差异,如果仅规定胀接压力,可能无法获得最佳的胀接效果,因此一般设计文件中不提供相应的胀接压力、胀接残余接触压力以及拉脱力的计算方法和评定标准。
因此,本课题理论计算时参考国内外液压胀接的文献进行。
理论计算普遍采用简化的两端开口的套筒模型,模型中将每个换热管简化为内层圆筒,管板周围区域(至孔桥边界或当量套筒外径处)简化为外层圆筒,胀接压力通过弹塑性理论计算获得。
虽然不同学者普遍采用相同或相似的胀接简化模型,但在进行理论计算时,采用不同的假设条件,因此计算获得胀接压力、胀接接触压力和应力等有所不同。
针对液压胀接的每个阶段及状态,根据套筒模型,当采用理想弹塑体材料时,理论计算获得的胀接压力如下[22]:管子弹性变形和塑性变形阶段,管子全屈服时的胀接压力P o 为:P o =σst lnK t (1)管子和管板孔初始间隙的消失阶段,管子外表面和管板孔内表面刚好接触时的胀接压力P p 为:P p =23√σst lnK t (2)管子和管板孔初始间隙的消失后,管子全屈服时,管板到达弹性极限时的胀接压力P s 为:P s =σst lnK t +σss (K 2s -1)2K 2s(3)管板塑性变形开始,管子全屈服、管板全屈服时的胀接压力P T 如下:P T =σst lnK t +σss lnK s (4)颜惠庚等人通过对全程胀接的研究,给出了阶段节点的胀接压力计算公式:P p =23√σst lnK t /(1-2c)(5)Ps=23√σst lnK t +13√σss 1-1K 2s()(6)P T =23√σst lnK t +23√σss lnK s (7)当模型考虑材料的幂强化特性时,王海峰给出的胀接压力计算公式[5,6]:P o =σst 3√m t[K 2mt -1](8)P p =k 2(C 0r o )m (r o -2m -r i-2m )(9)P s =R 20-R 2i3√R 2σss +k 2r o C 0+3√σss R i2E s()[]m (r o-2m -r i-2m )(10)P T =σss 3√m sK2m s-1[]+k 2r o C 0+3√σss R 2o2E s R i()[]m (r o-2m -r i-2m )(11)根据以上不同学者给出的公式,对AP1000SG 胀接模型胀接压力进行计算获得的结果可以看出,采用文献[7]公式1,颜惠庚公式和王海峰公式计算结果存在较大差异,公式1和后两个公式对比,在P o ,P p ,P s ,P t 计算结果偏小,主要是由于在计算假设时,没有考虑换热管和管板初始间隙,以及换热管和管板材料的强化特性。
换热器管子与管板液压胀接连接的管槽尺寸_王海峰
图 7 胀槽间距对平均残 余接触压力的 Nhomakorabea响4 结语
(1)现行规范 中(GB151 —1999)所拟定的管孔 槽尺寸对液压胀接方法不尽适用 , 对于 16Mn 管板 、 10#管子开槽结构的数值计算结果表 明 , 当胀接长 度为 50 mm 时 , 较为理想的管孔槽尺寸为 :槽宽 8 ～ 10 mm , 槽深 0.5 mm , 槽间距为 8 mm , 管槽相对于管
参考文献 :
[ 1] 颜惠庚 , 石庭瑞 .换 热器的 液袋 式液 压胀接 技术 及其 应用[ J] .化工机械 , 1998, 25(6):29-31 .
[ 2] 金庆大 .换 热 器管 板 和管 子 橡胶 胀 管 技术 及 其应 用 [ J] .化工设备设计 , 1990, 27(3):55-64 .
1 引言
胀接是换热器管子与管板连接的重要 方法之 一 , 通常采用传统的机械滚柱胀管法 , 但存在较多缺 点 。近年来 , 在胀管领域又出现了液袋式胀管法和 橡胶胀管法等静压胀管新工艺[ 1、2] 。但生产中如何 根据具体条件选择胀接压力 、胀接结构等参数尚无 现成的规范 , 因此针对管子与管板的液压胀接开展 研究工作有重要的工程意义 。
中图分类号 :TQ050.3;0242 .21 文献标 识码 :A 文章编号 :1001 -4837(2003)12-0023 -04
Geometric Groove Sizes of Hydraulically Expanded Tube -Tubesheet Joints of Heat Exchangers
图 4 槽宽对平均残余接触压力的影响
计算结果 表明 , 机械胀接时 3 mm 的槽 宽对液 压胀接已适用 。 残余接触压力 p ＊随槽宽呈先升高 后降低的趋势 , 槽宽位于 8 mm 至 10 mm 之间时 , 可 获得较高的连接强度 。 3.2 胀槽位置对连接强度的影响
换热器液压胀接技术的应用
换热器液压胀接技术的应用摘要:本文通过一种新型联接管板和换热管胀接技术中液袋式液压胀管的结构、工作原理及使用要求概述,并与传统的机械胀管分析比较,粗略介绍了几种其它的胀接方法及其局限性,指出液袋式液压胀管优点,表明液袋式液压胀管是一种结构更加合理、应用更加广泛的胀接技术。
对今后的设备制造中管板和换热管胀接具有重要的指导作用。
关键词:换热器管板换热管胀接技术研究1 换热管和管板的连接换热器是一种广泛使用的热交换设备,已经运用于各行各业,在化工行业使用更加广泛；从节约能源和工艺进展来看,大型化、规模化的装置出现让换热器的使用有了更为广阔的空间,大型高温、高压换热器的使用越来越普遍；人们从换热器的设计、制造、结构改进到传热机理的试验研究一直都在进行,主要目的是提高设备的换热效率、促进设备的紧凑性、加强生产制造的标准化、系列化、专业化；随着机械加工技术的不断进展,对换热器制造技术要求越来越苛刻。
换热器使用一段时期以后,常常会发生泄漏,尤其是换热管和管板联接处的泄漏是换热器发生泄漏最常见的地方。
为了提高换热管和管板的联接强度和密封性能,人们采用了各种联接方法:强度胀+强度焊、强度胀+密封焊、贴胀+强度焊、贴胀+密封焊等等,但是这些方法都不能保证绝对不漏,即使水压试验和气密试验完全合格,在操作过程中,由于介质腐蚀、温差应力特别是压力、温度的波动或突然变化(如开、停车等)、振动等因素使管束与管板联接处产生不同程度的泄漏,影响换热效果和产品质量。
虽然造成联接失效的原因是多方面的,但是主要有以下几方面:联接处因高温应力松驰失效；联接处在高温高压下因腐蚀而破坏；换热管与管板联接结构不合理；管束在流体冲击下产生振动引起联接处疲劳破坏；制造工艺不合理,焊接残余应力过大,在操作中引起应力腐蚀和疲劳破坏；操作不当,过多产生温度波动引起疲劳破坏等,以上造成失效的直接原因都和管板孔加工质量以及换热管与管板的联接形式有直接的关系。
机械胀接工具与液压胀管的比较
汉
锐
管板材料 不銹鋼 綱 綱 綱 銅
由此可見, 不同的厂家推薦不同的壁厚滾薄率, 能制成好的接頭, 沒有一個固定的指準, 只依靠一路來的經驗, 也同時得根據生產前測試的效果作決定.
器 通 稿 供
在用机械滾輪方式下擴漲管子, 一般都需顧慮到 : 處境 滾不夠 (內徑不夠大) 超滾 (內徑太大) 必須再 從滾, 費時且時常影響到鄰管鬆也會漏 得換管子, 費時費材. 有時會使到管板管孔之間的距離變動, 削弱了管和管板接頭的力度 嚴重者能造成管孔變型 (蛋型), 或管板變彎 很浪費工具且生產很慢 很難從滾, 很可能會造成過份材料軸向應力 (axial stress), 尤其在管板後面管子的變頸區, 很容易裂 (transition zone circumferential crack) 生產期很長, 且難控制滾距間重叠部位的品質 (不平均的滾勁控制) 把內徑滾過指標 管回彈, 或內徑己漲但外徑漲度不夠, 造成缺良的成績 高密度接頭滾漲不均衡 費時整理且會造成管子在熱流交換器內彎曲 管子滾後壁厚不均衡, 易漏易銹 形成多處弱點, 易損
武
汉
锐
器
通
稿 供
讓我們進一步的來參考不同工具的厂商, 管子滾上管板後對其內徑的推薦建議 :
Elliot :
一般推薦 : 管料越硬, 管壁滾薄率越小 最終內徑 = (洞內徑 –管外徑) + 管內徑 + (管壁厚度 x 壁厚滾溥的百份率 %)
Airetool :
一般推薦 : 交換器管壁滾薄率 5% 最終內徑 = (洞內徑 –管外徑) + 管內徑 + (管壁厚度 x 壁厚滾溥的百份率 %)
锐
器
通
稿 供
液体高壓管子擴漲方式比机械式滾輪擴漲管子方式的几個优點:
薄壁管子与管板液压胀接工艺的研究
一技 了 Ｉ 【
头顶部堵 住或装 上胀 杆组件 试胀 。将 电源线接 到胀
次试验 （ ２中序号 ７ ｌ） 见表 ～０ 。
表 ２ 胀接试验统计表
管机上 （ 三相四线 ， 壳体接地） ，加水。调试设备 ，
按工艺要求设定胀管压力及胀管时间。 ② 清理
仔 细清理试 板 、胀 管上 的毛刺 ，砂轮抛 光胀管 区域使露 出金属光 泽 。穿 管前 ，应采 用丙酮 对管板 孔 及管端 内 、外 表面进行 清理 。
２０ 年 ９ ０９ 月新出版 的 《 固定式压力容器安全 技术监察规程》 中对管板与换热管的胀接内容进行 了修订，删除了旧容规 中 “ 强度胀接拉脱力值应达 到 ４ＭＰ ”的规定 。根 据本 文试 验结 果 ，能够 达到 ａ
的 最 大 拉脱 力 为 ３２ Ｐ ，而该 大 型换 热 器 的设 ． Ｍａ ４
量再增加 １ 个或 ２ ，拉脱力值会有一定程度的提 个
２ 试验结果及分析
２１ 试验 结果 ．
局 。
参 考 文 献
… 葛乐通， １ 颜慧庚， 张炳生． 一种新型的管子与管板胀接技术一 液袋
式 液压 胀 接 ． 工设 备 设 计 ， ９６ ３ （）： １６ ． 化 １９ ，３ ４ ６ — ４
会 降低接 头处 的拉脱力 。圜
在 电子万 能试验机 上对试 验件 的 中心 管子进行
拉脱力试验。随着拉脱载荷的不断增加，管子会逐 渐从管板孔 中被拔 出，试验机会 自动记录下载荷
值。
（） 解剖试 验 ４
沿粗 实线对 试验件 进行解 剖检验 ，观察 是否存
在裂纹等缺陷 （ 见图 ２ 。 ）
从 序 号 ｌ ６的试 验 结果 看 出 ，随着 胀 接 压 力 ～
超厚管板中的管子液压胀接技术探讨
发 电机 组 功 率 的增 大 ， 高 压加 热 器 管板 的外 形 尺 寸 和 厚 度 也 相 应 增 大 。 为 此 ， 对 大 直 径 与 超 厚 管 板 的 高 压 加 使 需 热 器 的管 子 管 板 胀接 进 行 不 同胀接 工 艺 形 式 的 比较 ， 而优 选 管 子 管 板 胀 接 的 工 艺 方 法 。探 讨 不 同胀 接 长 度 的 单 从
超 厚 管板 中的管子 液压 胀 接 技 术探讨
傅 智 勇 ， 继革 张
（ ． 海 交通 大学 ， 海 ２ ０ ４ ； ． 海 电气 电站 设 备 有 限 公 司 电 站 辅机 厂 ， 海 ２ ０ ９ ） １上 上 ０ ２０ ２ 上 上 ０ ０ ０ 摘 要： 高压 加 热 器 是 电站 设 备 中 的重 要 辅 机 ， 子 管板 的胀 接 在 高压 加 热 器 制 造 中是 较 为 关键 的 工 序 ， 着 新 建 管 随
ｈｅ ｔ ｒｗ ｉｈ ｕｌｒ ｔ ｉｋｎｅ ｓ ａ ｄ ｌ ｒ ｒ ｄ ｍ ｅ ｓｏ ｈａｌ ｅ ｃ ａｅ ｔ ｔａｈｃ ｓ ｎ ａ ｇｅ ｉ ｎ ｉｎ ｓ ｌ ｂ ｏｍ ｐａ ｅ ｎ ｄｉｆ ｒ ｎｔｐ ｏ ｅ ｒ ｓ Ｓ ｓ ｔ ｉ ｔｍ ｕ ｔ ｒ ｄ ｉ ｆｅ ｅ ｒ ｃ ｄｕ ｅ Ｏ ａ ｏ ｆｎｄ ｏｐ ｉ ｍ ｕｂｅ
Ａｂｓｒ ｃ ： ｉ ｐ ｅｓ ｕｒ ｈｅ ｅ ｉ ａ ｉ ｐ ｒ ａ ａ ｉｉｒ ｅ ｕｉ ｅ ｔ ｎ ｏｗｅ ｐ ａ ａ ｄ ｈｅ ｕｂ ｅｘ ａｎ ｉ ｉ ｔ ｅ ｔａ ｔ Ｈ ｇｈ ｒ ｓ ｅ ａｔ ｒ ｓ ｎ ｍ ｏ ｔ ｎｔ ｕｘｌａ ｙ ｑ ｐｍ ｎ ｉ ｐ ｒ ｌ ｎｔ ｎ ｔ ｔ ｅ ｐ ｓｏｎ ｎ ｈ ｔ ｂｅ ｈｅ ｔｉ ｅ ｒ ｅ ｕ ｓ ｅ ｓ ａ ｋ ｙ ｐ ｏｃ ｄｕｒ ｎ ｍａｎ ａ ｔ ｒｎ Ｐ ｈｅ ｔ ｒ Ａ ｌ ｇ ｗｉｈ ｎ ｒ ａ ｉ ｈｅ ｃ ｐ ｃｔ ｆｎ ｗ ｌ ｕｉｔｐ ｅ ｉ ｕｆ ｃ ｕ ｉｇ Ｈ ａ ｅ ． ｏｎ ｔ ｉ ｃ ｅ ｓｎｇ ｏｆｔ ａ ａ ｉｙ ｏ ｅ ｙ ｂ ｌ ｏｗｅ ｒ ｕ ｔ ｔ ｅ ｄｉ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｔ ｃ ｅ ｓ ｏｆ ｕ ｓ ｅ ｔ ｒ ａｓ ｉ ｒ ａ ｅ ｎｉ， ｈ ｍ ｎｓｏｎ ａ ｄ ｈ ｈｉｋｎ ｓ ｔ ｂｅ ｈ ｅ ａ ｅ ｌｏ ｎｃ ｅ ｓ ｄ． Ｔ ｈ ｅ ｐａ ｓｏｎ ｏ ｕ ｏ ｕ ｓ ｅ ｔ ｏ Ｈ Ｐ ｅ ｘ ｎ ｉ ｆ ｔ ｂｅ ｔ ｔ ｂｅ ｈ ｅ ｆ ｒ
双管板换热器强度胀接工艺研究
的技术 准备工作质量的高低 ，对强度胀接质量影 响很
图２ 模 拟试 验件 板 内孔 尺寸应 全程 一 致，孔壁 无 １
贯通 的螺旋槽 、毛刺、挖痕等缺陷 。
（ ）槽 型 。不 偏 心 、不 倒 角 、壁 直 、底平 、无 ２
缺 口 ， 槽 宽 ３ ５ｍｍ 、 槽 深 ０５ ０８ｍｍ 。 否 则 很 ～ ． ． ～
胀 管率控 制 在 ５ ％～ ． 的范 围是 可 以 的，并 据此 ． ６％ ５ ５ 用于正式产 品的加工制造 。
２２ 制作模拟试验 件，订 购强度胀管器 ． 根据 该 “ 氯 汽化 器 ”的结 构形 式 、换 热 管及 液
（ ）在模 拟实 验件 压力 试验 检漏 合格后 ，又对 ２ 其 中的 ６ 个强度胀接管接头 ，进行 了拉脱力检验，并 将检验数据整理 ，列入表 ３ 。
关 结构 、尺 寸保持 与 “ 液氯 汽化器 ”一致 的基 础上 ， 主要通 过 调节 强度 胀 管率 ，在模 拟试 验件 上进 行 了
等胀接 能力要求更 高，必须与强度胀管器生产厂家进 行充分 的沟通 ，要求 其进行 承诺 和保证 。
从 表 ３可 以看 出 ：强 度胀 接 的各管 接头 ，其拉
管板 的材 质和规格 尺寸等 ，在 向专 业制造胀管器 的厂
家订购 深孑 强度胀管器的 同时 ， 自行设计 、制造 了一 Ｌ 件 与产 品结构形式一致 的模拟试验件 。该模拟试验件
的结 构 简 图 如 图 ２所 示 ，管 板 管孔 分 布 结 构 及 强 度 胀
难 保 证 强度 胀 接 的 质 量要 求 ，而 且 还 有 可 能 造 成
整 台产 品报废 。 （ ）管板管孔 孔径尺 寸精 度 、换热管尺 寸精度 ， ３ 必须满 足设计 和工艺 规程 的要求 。 ２４２ 胀管器 ．． 强 度 胀管器 自身 的结 构 和质量 ，同样直 接影 响
双管板换热器内管板液压胀接压力的探讨
Ｋｅ ｒ ｓ ｄ ｕ ｌ ｕ ｅ ｈ ｅ ｘ ｈ ｎ ｅ ；ｎ ｅ ｕ ｅ ｈ ｅ ； ｙ ｒ ｕ ｉ ｘ ａ ｓ ｎ； ｙ ｗｏ ｄ ： ｏ ｂ ｅ ｔ ｂ ｓ ｅ ｔ ｅ ｃ ａ ｇ ｒ ｉ ｎ ｒｔ ｂ ｓ ｅ ｔ ｈ ｄ ａ ｌ ｅ ｐ ｎ ｉ ＡＮＳ Ｓ； ｐ ｉ ｚ ｔ ｎ ｄ — ｃ ｏ Ｙ ｏｔ ｍｉａｉ ｅ ｏ
双 管 板换 热 器 内管板液 压 胀 接压 力的探 讨
汤 伟， 尹 侠
Байду номын сангаас
（ 南京 工业 大学 机械 与动力工 程学 院 ， 苏 南京 江
２ ００ ） １０９
摘 要： 由于双 管板换 热器结构 的特 殊性 ， 内管板 的胀 接 是一个难 点 ， 接压 力的大 小直接 关系到双 胀
管板 换热器 的 可靠性 ， 因此选取 合适 的胀接压 力是 关键 。运 用 Ａ Ｓ Ｓ软件 对双 管板换 热器 的 内管 ＮＹ
ｓｇ ｉ ｎ
等 方法 ，而胀 接 方 法 则 可 以分 为机 械 胀接 、 液压 ０ 引言
胀接 、 橡胶胀接和爆炸胀接等 ５。液压胀 接由 － 于 其突 出的优势 ， 被广 泛应用 于双 管板胀接 工艺 。
一
双管板换 热 器是 一 种应 用 于 管 程 和壳 程 、 介
质混 合或少 量泄漏会 产生 严重后 果场合 的换 热设
般情况 下 ， 管板 换 热 器 的外 管 板 与换 热 管采 双
用 强度焊加 贴胀 ； 内管 板 由于换 热 管伸 出 内管板 较长， 采用 焊接会 在实 际操作 中产生 很大 的困难 ， 且 容易对周 围换 热 管 造成 影 响 ， 管板 与 换 热 管 故
连接 采用 开槽强 度液压胀 接 。 由于采 用 了焊接技
胀接
1 机械胀接1.1 机械胀接的原理机械胀接是一种传统的胀接技术，又称为滚轧法（rolling）,如图1所示，图1 机械胀接示意图实施机械滚胀时,由胀珠胀撑滚压管内壁,管壁径向扩大,首先胀满间隙。
之后进行紧胀,胀珠轧碾管内壁,管壁被胀珠和孔壁挤压,挤压区中的局部管壁发生塑变;进行径向扩大的同时,金属轴向流动。
孔壁在胀率小时,处于弹性状态;胀率增大,孔端抗挤压强度小,先塑性变形,成喇叭口;当管外壁被胀珠挤压,其接触压力使得管壁中间接触区的局部层面,开始塑性变形,产生径向扩大和轴向流动。
层面之下的孔壁仍处于弹性状态。
施胀中,该层面上的变形随同胀珠的螺旋运动进行变形过程,但每次重复,层面加深,层层深入。
管壁和孔壁的受轧碾层面,晶粒破碎,晶格畸变,而硬度增加。
撤去胀管器后,管端和板孔进行回弹,由于管桥厚度远大于管壁而弹性变形量大,则管孔弹压管端。
此时,实现了以胀接的严密性、抗拉脱性的牢固性为目的的胀接要求,完成胀接1.2 机械胀接的特点机械胀接是国内外目前最为常用的方法。
该方法除了具有劳动强度高和工作效率低等缺点外，还难以对管板厚度超过100毫米以上的换热器实行全厚度胀接。
而现代化工装置都在高参数下运行，换热器的管板厚度越来越厚，管板厚度超过200毫米的换热器已不鲜见，用传统的机械胀接技术已无法对这种厚管板换热器进行全厚度胀接，使得换热管和管板之间的间隙难以消除，留下间隙腐蚀的隐患。
(1) 胀接程度在全长上不一致;(2) 管内壁经受反复辗压,沿管横截面上金属内外纤维的变形程度不一致,过大的内壁应力会加剧应力腐蚀倾向,甚至产生疲劳脱层;(3) 不同的胀接长度需要不同的扩张力,采用机械传动方法很难准确控制胀接扭矩,当管板较厚时甚至无法在全长上胀紧,这将导致在某些具有间隙腐蚀倾向的设备中管过早损坏;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。
机械胀原理
机械胀原理
机械胀是一种常见的机械连接方式，它利用机械原理使连接件在装配时产生一定的变形，从而实现连接的牢固性。
机械胀原理是通过外力的作用，使得连接件产生变形，填充连接孔的空隙，从而形成紧密的连接。
在工程实践中，机械胀广泛应用于各种机械设备、结构件和工件的连接中。
机械胀的原理主要包括两种，摩擦胀和挤压胀。
摩擦胀是通过在连接孔中施加一定的压力，使连接件与孔壁产生摩擦力而实现连接的一种方式。
而挤压胀则是通过在连接孔中施加一定的挤压力，使连接件在孔内产生挤压变形，填满孔壁间的空隙，从而实现连接的方式。
机械胀的原理可以用简单的物理模型来解释。
当外力作用于连接件时，连接件产生变形，填充连接孔的空隙，从而形成紧密的连接。
在这个过程中，摩擦力和挤压力的作用使得连接件与孔壁之间产生了一定的摩擦力和挤压力，从而保证了连接的牢固性。
机械胀的原理在工程实践中有着广泛的应用。
它可以用于各种材料的连接，包括金属材料、塑料材料和复合材料等。
在机械设备、结构件和工件的连接中，机械胀可以实现快速、简便、可靠的连接，从而提高了生产效率和产品质量。
除此之外，机械胀还具有一定的可拆卸性。
由于机械胀是通过外力的作用产生连接的，因此在需要拆卸连接时，只需消除外力的作用，连接件即可恢复原状，方便了设备的维护和更换。
总的来说，机械胀作为一种常见的机械连接方式，其原理简单而有效。
通过摩擦力和挤压力的作用，机械胀可以实现各种材料的连接，具有快速、简便、可靠以及可拆卸的特点，因此在工程实践中有着广泛的应用前景。
机械胀原理
机械胀原理
机械胀是一种常见的连接件固定方法，利用机械胀原理可以实现连接件的牢固
固定，具有较强的抗拉力和扭矩传递能力。
在工程领域中，机械胀被广泛应用于各类设备和结构的连接中，其原理和应用具有重要的意义。
机械胀原理是通过将连接件插入预先加工好的孔内，然后施加外力使其发生变形，从而产生摩擦力和抗拉力，实现连接件的固定。
机械胀原理的关键在于连接件和孔壁之间的摩擦力，通过这种摩擦力可以实现连接件的牢固固定，具有很高的可靠性和稳定性。
在实际应用中，机械胀原理可以通过多种方式实现，常见的包括膨胀螺栓、膨
胀套和膨胀销等。
这些连接件在安装时通过施加外力使其发生变形，从而实现与孔壁之间的紧固，具有较强的抗拉力和扭矩传递能力，适用于各种工况和环境。
机械胀原理的应用范围非常广泛，可以用于各种金属材料和非金属材料的连接，包括钢结构、混凝土结构、机械设备、管道连接等。
在工程施工和设备维护中，机械胀连接具有安装方便、可靠性高、使用寿命长等优点，受到了广泛的认可和应用。
总的来说，机械胀原理作为一种常见的连接件固定方法，在工程领域中具有重
要的应用意义。
通过对机械胀原理的深入理解和掌握，可以更好地应用于实际工程中，提高连接件的可靠性和稳定性，为工程施工和设备维护提供更好的技术支持。
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Vol.39No.2Apr.2019投稿网址：http ：//辽宁石油化工大学学报JOURNAL OF LIAONING SHIHUA UNIVERSITY第39卷第2期2019年4月开槽管板机械胀与液压胀技术研究王英，高磊，张莹莹（辽宁石油化工大学机械工程学院，辽宁抚顺113001）摘要：通过胀接工艺，采用机械胀管器、液压胀管机及液压式胀杆器对其进行开槽管板胀接实验，研究了不同槽宽下同种胀接的胀接性能，以及不同胀接在同种槽宽下的胀接性能，并通过对比确定了适宜的胀接技术。
结果表明，实验方法合理，数据充实可靠，可为研究换热管与管板之间的连接、检查换热管与管板贴胀质量及管材的胀接性能、确定最佳的胀度、检验胀接部位的外观质量及接头的密封性能提供实验依据。
关键词：机械胀接；液压胀接；开槽管板；胀接实验中图分类号：TQ051.5文献标志码：Adoi ：10.3969/j.issn.1672⁃6952.2019.02.017Research on Mechanical Distention and Hydraulic Expansion ofSlotted Tube PlateWang Ying ，Gao Lei ，Zhang Yingying（School of Mechanical Engineering ，Liaoning Shihua University ，Fushun Liaoning 113001，China ）Abstract :Through the expansion joint process,this paper adopts mechanical expansion pipe,hydraulic pipe expander andhydraulic pipe expander to carry out the pipe expansion test by using the expansion process.Expanding test is made by studying the expansion performance with different groove width and the expansion performance with different expanded joint technologies of the expended joint performance under the same groove width,the adaptive expansion technique is determined by comparison.The research results show that the experimental method is reasonable and the data is full and reliable.In order to study the connection between heat exchanger tube and tube plate,cheak the tube expanding quality of expending tube and the expanding character of tube material,determining the best expanding coefficient,testing the surface quality of expanding part and the enclosure character,to provide experimental evidence.Keywords :Mechanical expansion joint ；Hydraulic expansion joint ；Slotted tube sheet ；Expansion join test随着石油化工设备技术的发展，换热管与管板接头是换热器中最容易发生失效的地方，换热管与管板连接接头的可靠性一直是管壳式换热器设计中备受关注的问题之一[1]。
目前，常用的换热管与管板连接技术有胀焊结合、焊接和胀接等。
其中，胀接技术的应用最早、最广泛、最为普遍。
胀接技术又可分为机械胀接、液压胀接、爆炸胀接及橡胶胀接等[2]。
在诸多胀接技术中，胀接过程是一个复杂的过程，既要考虑胀接过程中换热管与管板的受力方式，还要考虑胀后换热管与管板的贴合情况，即残余应力与拉脱力。
因此，残余应力与拉脱力的分析与应用仍是一个重要的研究课题[3⁃5]。
在应用机械胀接时，机械胀管通过胀管器中的胀子对换热管进行锥形旋转，使其对胀管不断碾压，促使换热管发生塑性形变；当管板孔的变形回复后，换热管紧固在管板内达到胀接的目的，机械胀接技术至今仍被国内外所应用[6]。
液压胀接的目的是在换热管与管板之间产生足够大的接触应力以获得足够的紧密性[7]。
液压胀接是一种均匀全面性的胀接过程，不会发生机械胀接那种碾压促使换热管磨损严重的情况，其换热管变形规律与机械胀接时的形变过程也有些不同。
与管板开槽结构相关的原有规定，已不能适应新型液压胀接技术的要求，必须寻求适合新型胀接方法的开槽结构，因此国内外学者对管板开槽下的液压文章编号：1672⁃6952（2019）02⁃0094⁃05收稿日期：2017⁃10⁃31修回日期：2018⁃04⁃20作者简介：王英（1991⁃），男，硕士研究生，从事新型高效石化装备方面的研究；E⁃mail:729985462@ 。
通信联系人：高磊（1962⁃），女，教授，从事压力容器设计与制造方面的研究；E⁃mail:fs_gl@ 。
第2期王英等.开槽管板机械胀与液压胀技术研究胀接进行了研究与探索[8]。
1胀接设备及原理1.1胀接设备机械胀接设备采用Matex 型数控机械胀管机，其目的是为了使用户能够准确地支配时间和胀力，设备采用三相变频电机。
与电动机胀管机对比，Matex 型数控机械胀管机具有高效的胀管速度和准确的胀接强度。
同时，可通过胀接过程记录及存储每个试件的实验参数；在使用相同胀接材料的情况下，可迅速地调出相应状态下的数据及减少设备数据的误差情况。
液压胀接设备采用超高压液袋式胀管机，其型号为YZJ⁃350D ，采用电子模块化、数字显示，胀管压力可以准确设定，并在控制器上显示，因此可避免人为因素造成的胀接压力不稳定，保证实验数据准确、可靠。
1.2胀接原理（1）机械胀接原理。
胀管器通过电动胀管机的带动被塞入换热管并顺时针转动，胀管器的胀珠与换热管之间的锥形旋转，胀珠碾压换热管的同时沿换热管的轴线向前推进，使胀管器后细前粗，胀珠逐渐被胀开使换热管沿径向扩胀，管材应力达到屈服点并产生塑性变形，管板产生弹性变形，释放胀力，达到胀管和管板孔壁达到紧密相接的目的[9⁃10]。
因此，采用机械胀接技术时，对换热管与管板的材料有一定的要求，即要求管板的硬度比换热管的硬度高一些，硬度之差HB 应大于30，如果达不到要求，则应对其管端进行软化退火处理[11⁃12]。
（2）液压胀接原理。
液压胀接原理如图1所示。
将高压介质从软管输入到芯轴，然后经芯轴中心注入液袋，借助液袋对换热管管壁施加均匀的胀接压力，并将压力施加至换热管内壁；管壁先发生弹性变形，且与开槽管板孔的内壁轻微接触，继续加压使换热管外壁与管板开槽处部分贴合或完全紧密贴合；泄压后，利用管板的弹性恢复作用，使换热管与管板紧密连接[13⁃14]。
2实验过程2.1试件的制备（1）管板、换热管试件。
换热管(Φ19.0mm ×2.0mm)，其长度为100.0mm ，每组试件各8根。
胀接试件如图2所示。
（2）开槽刀具。
刮沟具，材质为T12工具钢，开槽深度为0.5mm ，刀具对管板开槽切割无影响。
胀接开槽原理及加工尺寸如图3所示。
（a）双槽机械胀接（b）双槽液压胀接图1液压胀接原理注：A 双槽液压胀接；B 单槽液压胀接；C 、D 双槽机械胀接图2胀接试件（单位：mm ）95辽宁石油化工大学学报第39卷（c）单槽液压胀接图3管孔胀槽原理及加工尺寸（单位：mm）（3）制备试件。
模拟与设备管板材料、规格、管孔加工工艺及偏差完全一致，制作1块胀接实验试件（Φ255×155⁃16MnⅡ）；换热管试件采用材质、规格与设备用换热管同规格、性能相近的10#无缝钢，其换热管与管板材料及其性能见表1。
（4）胀杆器。
根据换热管规格、管板厚度，分别定制机械胀杆器、液压胀杆器及耐高压、抗疲劳性强的液袋套管。
2.2实验过程（1）用酒精去除管板试件管孔内及实验用管外壁的锈蚀、油污。
（2）分别编制各种管孔及试管的序号（1，2，…，n），测量各管口直径、试管内外径及管壁厚度，并做好记录。
（3）设定胀管机压力，具体试件序号所对应的实验压力见表2。
2.3胀接实验根据胀接压力计算结果，考虑各方面因素，实验初始胀力选取130MPa进行试胀，并计算胀度。
如果胀度ρ＜1.5%，则需要向上修订胀接压力，每次间隔10MPa，若胀度ρ为1.5%～3.0%则合格。
根据胀度ρ的指标要求，最终得出合理的胀接压力范围，进行实验胀力初始计算，计算式见式（1）。
ρ=(d´i-d i)-(D-d)2S×100%（1）式中，d为换热管外径，mm；d i为胀前换热管内径，mm；d´i为胀后换热管内径，mm；S为换热管壁厚，mm；D为管板孔直径，mm；ρ为胀度（管壁减薄率），%。
2.4数据测量采用内经千分尺、内径百分表、读数游标卡尺等专用测量器数进行多次测量，测量及分析见表3—5。
表中，A表示液压胀接双槽胀接实验，B表示液压胀接单槽胀接实验，C表示机械胀接双槽胀接实验。
表3液压胀接双槽胀接实验参数dd id i´SDρ合格/不合格数值A118.9414.8615.252.0419.261.65合格A218.8814.8415.292.0219.261.70合格A318.9214.8615.262.0319.241.88合格A418.9214.8515.222.0419.221.81合格A518.9014.8615.282.0219.241.93合格A618.8814.8615.262.0119.202.05合格A718.9214.8615.232.0319.202.19合格A818.9214.8615.252.0319.222.25合格表1换热管与管板材料及其性能试件管板换热管材料16MnⅡ10#无缝钢屈服应力/MPa350205抗拉性能/MPa600450表2胀接实验压力排布情况序号12345678实验压力/MPa13013014014015015016016096第2期王英等.开槽管板机械胀与液压胀技术研究表4液压胀接单槽胀接实验参数d d i d i ´S D ρ合格/不合格数值B118.9214.8815.242.0219.221.48不合格B218.9014.8615.222.0219.201.50合格B318.9014.8515.222.0319.201.63合格B418.8814.8615.292.0019.241.66合格B518.9014.8915.302.0019.241.70合格B618.9114.8515.312.0319.301.73合格B718.9214.8215.222.0519.241.88合格B818.9114.8715.342.0219.302.01合格表5机械胀接双槽胀接实验参数d d i d i ´S D ρ合格/不合格数值C118.9014.8715.192.0219.161.40不合格C218.9014.8515.242.0219.181.36不合格C318.9114.8515.192.0319.171.72合格C418.9214.8515.182.0319.181.62合格C518.9014.8615.142.0219.141.97合格C618.9214.8415.142.0419.161.88合格C718.9014.8615.242.0219.202.22合格C818.8814.8415.212.0219.152.41合格2.5解剖检验采用线切割对贴胀试件进行解剖，在10倍放大镜下观察，结果如图4所示。