與其他形式的不銹鋼換熱器相比，不(bu)銹(xiu)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(gang)換熱管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)方法主要有機械(xie)(xie)脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)、液壓(ya)(ya)脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)、橡膠脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)和爆炸脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)。機械(xie)(xie)脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)的(de)(de)(de)加(jia)工過程是：脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)器內的(de)(de)(de)滾珠在(zai)換(huan)熱(re)(re)管(guan)內壁周(zhou)向旋轉，碾壓(ya)(ya)管(guan)子(zi)內壁，使不銹(xiu)鋼換(huan)熱(re)(re)管(guan)因(yin)塑性變形而膨脹(zhang)(zhang)(zhang)，達(da)到消(xiao)除縫隙的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)，示意圖如圖4-2所示。機械(xie)(xie)脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)的(de)(de)(de)結構簡單，易于制造。機械(xie)(xie)脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)的(de)(de)(de)缺(que)點是: ①. 在(zai)整個(ge)脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)長(chang)度(du)內，各(ge)處脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)的(de)(de)(de)程度(du)不一樣；②. 反復(fu)滾壓(ya)(ya)使換(huan)熱(re)(re)管(guan)橫截面上的(de)(de)(de)殘余應(ying)力不同，增加(jia)了應(ying)力腐蝕的(de)(de)(de)可能性；③. 脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)扭(niu)矩難控制，當管(guan)板厚度(du)較大時，很難在(zai)整個(ge)長(chang)度(du)范(fan)圍脹(zhang)(zhang)(zhang)緊，難以完全消(xiao)除縫隙；④. 對(dui)于雙管(guan)板的(de)(de)(de)固(gu)定式管(guan)殼換(huan)熱(re)(re)器，要考(kao)慮換(huan)熱(re)(re)管(guan)因(yin)滾壓(ya)(ya)脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)而產生的(de)(de)(de)長(chang)度(du)變化；⑤. 對(dui)管(guan)子(zi)有損(sun)傷。

  爆(bao)(bao)炸(zha)脹(zhang)接(jie)(jie)是通過(guo)(guo)(guo)不銹鋼(gang)換熱管內炸(zha)藥的(de)(de)爆(bao)(bao)炸(zha)產(chan)生的(de)(de)沖擊力使管板(ban)和換熱管貼合，示(shi)意圖如圖4-3所(suo)示(shi)。該方法(fa)的(de)(de)優點是：工(gong)藝簡單；可多根脹(zhang)管同(tong)(tong)時(shi)加工(gong)，效(xiao)率高；管子受力比較(jiao)均(jun)勻，消除縫隙的(de)(de)效(xiao)果較(jiao)好。然而，該方法(fa)在(zai)操作(zuo)過(guo)(guo)(guo)程(cheng)中具有一定的(de)(de)危險性，脹(zhang)接(jie)(jie)過(guo)(guo)(guo)程(cheng)不易控(kong)制。同(tong)(tong)時(shi)，爆(bao)(bao)炸(zha)脹(zhang)接(jie)(jie)需要(yao)特(te)定的(de)(de)場(chang)地。

  橡膠(jiao)脹接(jie)是利用(yong)橡膠(jiao)受軸向壓(ya)(ya)縮(suo)產生(sheng)的徑向壓(ya)(ya)力(li)，使換(huan)(huan)熱管發生(sheng)塑性變(bian)形，其工作示意圖如圖4-4所(suo)示。橡膠(jiao)脹接(jie)產生(sheng)的脹接(jie)壓(ya)(ya)力(li)比較柔和，換(huan)(huan)熱管受力(li)均勻。

  液(ye)壓脹(zhang)接(jie)(jie)以操作簡單、脹(zhang)接(jie)(jie)殘(can)余應力小(xiao)等優(you)點而成(cheng)為目前應用(yong)最為廣(guang)泛的(de)脹(zhang)接(jie)(jie)方法。該方法是(shi)通過液(ye)壓脹(zhang)頭(tou)在(zai)均勻脹(zhang)接(jie)(jie)力的(de)作用(yong)下使換熱(re)管(guan)變(bian)形，在(zai)脹(zhang)接(jie)(jie)力的(de)作用(yong)下換熱(re)管(guan)發生塑性變(bian)形，管(guan)板(ban)主要發生彈(dan)性變(bian)形。隨著換熱(re)管(guan)向(xiang)外變(bian)形量的(de)增大，在(zai)接(jie)(jie)觸(chu)到管(guan)板(ban)之后繼續(xu)增大脹(zhang)接(jie)(jie)壓力，一(yi)直到預設的(de)數值(zhi)。此時，管(guan)板(ban)在(zai)換熱(re)管(guan)的(de)擠壓下產生變(bian)形。當脹(zhang)接(jie)(jie)力去除后，換熱(re)管(guan)和管(guan)板(ban)都會發生一(yi)定量的(de)回彈(dan)，但是(shi)管(guan)板(ban)的(de)回彈(dan)量較小(xiao)，使得兩者即使在(zai)回彈(dan)后依然保持緊密貼合(he)。液(ye)壓脹(zhang)接(jie)(jie)示意圖如圖4-5所(suo)示。

  脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)壓(ya)(ya)力(li)(li)極大地影響(xiang)著接(jie)(jie)(jie)頭(tou)連接(jie)(jie)(jie)強(qiang)度，其值(zhi)一般通過(guo)換熱(re)管(guan)(guan)外壁和管(guan)(guan)板(ban)(ban)孔表面之(zhi)間的(de)(de)(de)殘(can)余接(jie)(jie)(jie)觸應(ying)力(li)(li)來(lai)確定(ding)。液壓(ya)(ya)脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)的(de)(de)(de)另一優點是可(ke)以通過(guo)理(li)(li)論分析(xi)來(lai)控制(zhi)脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)強(qiang)度，因此，研(yan)究(jiu)人員可(ke)以通過(guo)建立理(li)(li)論公式(shi)來(lai)確定(ding)脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)壓(ya)(ya)力(li)(li)和殘(can)余接(jie)(jie)(jie)觸應(ying)力(li)(li)的(de)(de)(de)數值(zhi)。假設換熱(re)管(guan)(guan)和管(guan)(guan)板(ban)(ban)同為理(li)(li)想(xiang)彈塑性(xing)材料(liao)，Krips等(deng)首次給出了(le)液壓(ya)(ya)脹(zhang)管(guan)(guan)殘(can)余接(jie)(jie)(jie)觸壓(ya)(ya)力(li)(li)理(li)(li)論解。Yokell把管(guan)(guan)板(ban)(ban)當(dang)成無限壁厚的(de)(de)(de)圓筒，給出了(le)更為簡單的(de)(de)(de)計算(suan)公式(shi)。Allam等(deng)在(zai)公式(shi)中(zhong)考(kao)慮了(le)管(guan)(guan)板(ban)(ban)材料(liao)的(de)(de)(de)應(ying)變(bian)強(qiang)化特性(xing)。文獻中(zhong)，作者根據(ju)材料(liao)的(de)(de)(de)冪強(qiang)化特性(xing)，給出了(le)更為完善的(de)(de)(de)脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)壓(ya)(ya)力(li)(li)和殘(can)余接(jie)(jie)(jie)觸應(ying)力(li)(li)計算(suan)公式(shi)，由于公式(shi)比較復雜，使(shi)得該(gai)式(shi)在(zai)工程(cheng)實際應(ying)用中(zhong)受到一定(ding)的(de)(de)(de)限制(zhi)。

  通過理論(lun)(lun)公式(shi)可以(yi)很容易獲(huo)得制(zhi)造時所需(xu)的(de)(de)液壓(ya)脹接壓(ya)力值。但是，理論(lun)(lun)公式(shi)中考(kao)慮的(de)(de)因素較少，與(yu)實際(ji)相比存在(zai)一定偏(pian)差(cha)。數值模(mo)擬(ni)(ni)技術的(de)(de)應(ying)用，大大彌補了(le)理論(lun)(lun)計(ji)算的(de)(de)缺陷。有(you)限(xian)(xian)元模(mo)擬(ni)(ni)已成為研(yan)究脹接性(xing)能的(de)(de)重要方法，而且模(mo)擬(ni)(ni)結果(guo)常用來驗證或修正理論(lun)(lun)公式(shi)。Merah采用3-D有(you)限(xian)(xian)元模(mo)擬(ni)(ni)研(yan)究了(le)初始徑向間(jian)隙和(he)材料的(de)(de)應(ying)變(bian)強(qiang)化(hua)對連接強(qiang)度(du)的(de)(de)影(ying)響，指出對于高應(ying)變(bian)強(qiang)化(hua)材料殘余(yu)接觸(chu)應(ying)力隨間(jian)隙的(de)(de)增加(jia)而線性(xing)減小。Wang等采用有(you)限(xian)(xian)元方法，先后研(yan)究了(le)管(guan)板上開槽的(de)(de)幾何尺(chi)寸、操作(zuo)壓(ya)力以(yi)及操作(zuo)溫度(du)對連接強(qiang)度(du)的(de)(de)影(ying)響。Huang等在(zai)考(kao)慮間(jian)隙材料應(ying)變(bian)強(qiang)化(hua)的(de)(de)基(ji)礎上，推導出脹接壓(ya)力和(he)殘余(yu)接觸(chu)壓(ya)力計(ji)算公式(shi)，并通過數值分析對公式(shi)的(de)(de)計(ji)算結果(guo)進(jin)行了(le)驗證。

  脹(zhang)接壓力的大小受(shou)不銹鋼(gang)換熱(re)(re)管和管板的材料性能(neng)、脹(zhang)接強度、不銹鋼(gang)換熱(re)(re)管和管板孔尺寸(cun)及它(ta)們的偏(pian)差(cha)、表面(mian)粗糙度等(deng)因素的影響(xiang)。浙(zhe)江至(zhi)德鋼(gang)業(ye)有限公司通過理論計(ji)算(suan)(suan)和有限元(yuan)分析(xi)，研究奧氏(shi)體不銹鋼(gang)換熱(re)(re)管與管板孔連(lian)接時尺寸(cun)偏(pian)差(cha)對(dui)脹(zhang)接壓力的影響(xiang)，根據計(ji)算(suan)(suan)結果(guo)對(dui)原有脹(zhang)接壓力計(ji)算(suan)(suan)公式進(jin)行修正，使其更加適合工程實際。