[发明专利]管子管板胀接方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种管子管板胀胀接方法，属于机械领域。 

背景技术

管壳式换热器制造过程中，管子-管板接头主要采用焊接、胀接以及胀焊结合、粘胀和螺纹连接等连接方式, 这些管壳式设备制造工艺发生失效的部位主要是管子-管板连接接头部位，它的质量决定了管壳式换热器的可靠性和使用寿命，可能给工业生产造成巨大经济损失。因此，管子—管板连接接头的可靠性是换热设备设计制造中重要问题。 

管壳式换热器制造过程中，管子-管板接头主要采用焊接、胀接以及胀焊结合等方式进行连接，特殊情况时也采用粘胀和螺纹连接等连接方式。 

焊接连接方法简单，应用广泛，对管孔的加工要求不高，接头连接强度和密封性能好，适用于拉脱强度大、管板厚度小、使用温度高、对接头致密性有严格要求的场合。但是，管子-管板焊接后管子和管孔之间存在间隙，易造成间隙腐蚀；接头处的焊接残余应力可能造成应力腐蚀开裂；焊接不锈钢材料时，易在热影响区造成材料金相组织改变，使得耐蚀性下降；流体诱发的换热管振动可能在焊接接头处产生疲劳裂纹；在进行修理时，换热管更换困难，接头泄漏补焊可能影响到相邻接头的可靠性，管桥间距偏小的情况下尤其如此。 

胀接利用管子与管板在外力作用下产生的弹塑性变形的差异，将二者紧密结合在一起而达到密封紧固目的，消除了板、管之间的间隙，可有效防止壳程介质渗入引起的间隙腐蚀。胀接技术分为机械胀接、爆炸胀接以及静态柔性胀接（含液压胀接、液袋胀接和橡胶胀接）。 

机械胀接的管子-管板接头连接强度较好，能承受一定的轴向力、热冲击和循环载荷。但是机械胀接存在如下缺点：①各接头连接强度和致密性不均匀。② 管端应力腐蚀倾向明显。③ 滚子的周期性碾压使换热管轴向伸长，径向扩大，管壁减薄，容易开裂。④ 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限制。⑤ 劳动生产率低，而且小管径或厚壁管管子的胀接较困难，重复补胀也存在困难。 

爆炸胀接具有较高的连接强度和可靠的密封性，施胀过程工艺工装简单，可同时胀接数百根管子，生产效率高，劳动强度低。但是爆炸胀接的难点是炸药量的计算，对于管子-管板的爆炸胀接仍需通过试验方法来解决。爆炸胀接接头质量不易控制，胀接炸药爆炸瞬间完成，具有一定的危险性；瞬时胀接压力很大，时间极短，可能使内管发生破裂或产生裂纹；在如此大的应变速率下，材料的力学性能与静态的力学性能也有所不同，力学分析存在一定的困难。 

液压胀接又称O形圈胀管技术，在胀管头两端各设置一个O形圈，在管子内壁和胀管头外壁间形成一个很小的封闭间隙，利用高压水（或油）通过芯轴的中心孔进入O形圈、胀头和管子形成的封闭空间对换热管施加内压，换热管依次进入弹性、弹塑性和塑性状态，直至贴紧管板；当管内压力卸除后，若管板弹性回复大于换热管的弹性回复，则能够实现管子-管板胀接。胀管压力由专门的液压系统提供，其值可达400 MPa。液压胀接技术利用液体压力直接对换热管内壁施加胀接压力，可以直接测量和精确控制；回弹程度大小仅取决于管子、管板的几何尺寸和材料特性，可以进行计算；胀接长度不受深度和长度的限制，可以稍大于管板厚度，从而可以完全消除管子-管板之间的间隙，实现整个管板厚度全程胀接；加载卸载一次完成，操作迅速简便，劳动强度低，一个胀口的胀接时间仅需要几秒钟；各接头胀接压力均匀，质量稳定，换热管表面的残余应力小。 

由于胀接液压力高，为保证可靠密封，液压胀接要求换热管表面光洁，尺寸精度高，椭圆度小。我国生产的换热管普遍尺寸精度较差，有时直径偏差达±0.5 mm、壁厚偏差可达±10％。因此，O形圈胀接技术在对国产换热管进行胀接时存在困难，限制了这种技术在我国的推广应用。部分设备要求较高时，也有采用从国外进口换热管，利用该技术进行胀接的。高的胀接液压力也导致胀管过程中O形圈流动易损坏，其使用寿命仅为10次左右，需要经常更换。另外，泄漏的胀管介质加上管孔内的润滑油，可能对其它管孔造成污染，影响胀管质量。 

液袋式胀接技术采用弹性橡胶液袋代替O形圈进行密封，高压液体通过芯轴的中心孔进入芯轴与换热管内表面之间的液袋内，通过液袋将压力传递给换热管的内壁，使换热管发生弹塑性变形，直至实现胀接。液袋式液压胀接保留了O形圈胀管的一系列优点，胀接压力均匀，橡胶液袋将胀管介质与换热管隔离，避免了在胀接过程中对管口的污染。