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(xiu)鋼(gang)換熱(re)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)(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)方(fang)法(fa)主(zhu)要有機(ji)械(xie)(xie)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)、液壓脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)、橡膠脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)和爆炸脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)。機(ji)械(xie)(xie)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)的(de)(de)(de)(de)(de)加工過程是：脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)器內(nei)的(de)(de)(de)(de)(de)滾珠在(zai)換(huan)熱管(guan)(guan)內(nei)壁周向旋轉，碾壓管(guan)(guan)子內(nei)壁，使不銹鋼換(huan)熱管(guan)(guan)因(yin)塑性(xing)變形而膨脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)，達到消(xiao)除縫(feng)隙的(de)(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)(de)，示(shi)意圖如圖4-2所(suo)示(shi)。機(ji)械(xie)(xie)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)的(de)(de)(de)(de)(de)結構簡單，易于(yu)(yu)制造。機(ji)械(xie)(xie)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)的(de)(de)(de)(de)(de)缺點(dian)是: ①. 在(zai)整(zheng)(zheng)個脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)長(chang)度內(nei)，各(ge)處脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)的(de)(de)(de)(de)(de)程度不一樣；②. 反復(fu)滾壓使換(huan)熱管(guan)(guan)橫截面上的(de)(de)(de)(de)(de)殘余(yu)應力(li)不同，增加了應力(li)腐蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)可能性(xing)；③. 脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)扭矩難(nan)控(kong)制，當管(guan)(guan)板(ban)厚度較大時，很難(nan)在(zai)整(zheng)(zheng)個長(chang)度范(fan)圍(wei)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)緊，難(nan)以(yi)完全消(xiao)除縫(feng)隙；④. 對于(yu)(yu)雙管(guan)(guan)板(ban)的(de)(de)(de)(de)(de)固定式管(guan)(guan)殼(ke)換(huan)熱器，要考慮換(huan)熱管(guan)(guan)因(yin)滾壓脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)而產生的(de)(de)(de)(de)(de)長(chang)度變化；⑤. 對管(guan)(guan)子有損傷。

  爆炸(zha)脹接(jie)是通過不(bu)銹鋼(gang)換(huan)熱管(guan)(guan)(guan)內(nei)炸(zha)藥的(de)爆炸(zha)產生的(de)沖擊力使管(guan)(guan)(guan)板和換(huan)熱管(guan)(guan)(guan)貼合，示意圖如圖4-3所示。該方(fang)法的(de)優點是：工(gong)藝簡單(dan)；可多根脹管(guan)(guan)(guan)同(tong)時加工(gong)，效率高(gao)；管(guan)(guan)(guan)子受力比較均(jun)勻，消除縫隙的(de)效果較好。然而，該方(fang)法在操作(zuo)過程(cheng)中具(ju)有一定(ding)的(de)危險(xian)性，脹接(jie)過程(cheng)不(bu)易(yi)控制(zhi)。同(tong)時，爆炸(zha)脹接(jie)需要特定(ding)的(de)場地。

  橡(xiang)膠(jiao)脹(zhang)接(jie)是利用橡(xiang)膠(jiao)受軸向(xiang)壓(ya)縮產生的徑向(xiang)壓(ya)力(li)，使(shi)換熱管(guan)(guan)發(fa)生塑性變形，其工作示意圖如圖4-4所示。橡(xiang)膠(jiao)脹(zhang)接(jie)產生的脹(zhang)接(jie)壓(ya)力(li)比較柔和，換熱管(guan)(guan)受力(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(li)小(xiao)等優點(dian)而成(cheng)為(wei)目前(qian)應用(yong)最為(wei)廣泛的(de)(de)(de)脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)方法。該方法是通過液壓(ya)脹(zhang)(zhang)頭在(zai)均勻脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)力(li)的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)下使換(huan)熱管變形(xing)，在(zai)脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)力(li)的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)下換(huan)熱管發(fa)(fa)(fa)生(sheng)塑性變形(xing)，管板(ban)主(zhu)要(yao)發(fa)(fa)(fa)生(sheng)彈性變形(xing)。隨著換(huan)熱管向外變形(xing)量的(de)(de)(de)增(zeng)大(da)，在(zai)接(jie)(jie)觸(chu)到管板(ban)之(zhi)后(hou)繼(ji)續增(zeng)大(da)脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)壓(ya)力(li)，一(yi)直到預設的(de)(de)(de)數值(zhi)。此時，管板(ban)在(zai)換(huan)熱管的(de)(de)(de)擠(ji)壓(ya)下產(chan)生(sheng)變形(xing)。當脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)力(li)去除后(hou)，換(huan)熱管和管板(ban)都會(hui)發(fa)(fa)(fa)生(sheng)一(yi)定量的(de)(de)(de)回彈，但是管板(ban)的(de)(de)(de)回彈量較小(xiao)，使得兩者即使在(zai)回彈后(hou)依(yi)然保持緊密貼合。液壓(ya)脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)示意圖如圖4-5所示。

  脹(zhang)接(jie)壓(ya)力(li)極(ji)大地影響著(zhu)接(jie)頭連接(jie)強度，其值(zhi)一般通(tong)(tong)過(guo)換熱管(guan)(guan)外壁(bi)(bi)和(he)管(guan)(guan)板(ban)孔(kong)表(biao)面之間的(de)殘余(yu)(yu)接(jie)觸(chu)應力(li)來(lai)確(que)定(ding)。液(ye)壓(ya)脹(zhang)接(jie)的(de)另一優點是可以通(tong)(tong)過(guo)理論分(fen)析來(lai)控制脹(zhang)接(jie)強度，因(yin)此(ci)，研究人(ren)員(yuan)可以通(tong)(tong)過(guo)建立理論公(gong)(gong)(gong)(gong)式來(lai)確(que)定(ding)脹(zhang)接(jie)壓(ya)力(li)和(he)殘余(yu)(yu)接(jie)觸(chu)應力(li)的(de)數值(zhi)。假設(she)換熱管(guan)(guan)和(he)管(guan)(guan)板(ban)同為理想彈塑性材料，Krips等(deng)首次給(gei)出(chu)(chu)了(le)液(ye)壓(ya)脹(zhang)管(guan)(guan)殘余(yu)(yu)接(jie)觸(chu)壓(ya)力(li)理論解。Yokell把管(guan)(guan)板(ban)當成無限壁(bi)(bi)厚的(de)圓筒，給(gei)出(chu)(chu)了(le)更為簡單的(de)計(ji)算(suan)公(gong)(gong)(gong)(gong)式。Allam等(deng)在公(gong)(gong)(gong)(gong)式中(zhong)(zhong)(zhong)考慮了(le)管(guan)(guan)板(ban)材料的(de)應變強化(hua)特(te)性。文(wen)獻中(zhong)(zhong)(zhong)，作(zuo)者根(gen)據材料的(de)冪強化(hua)特(te)性，給(gei)出(chu)(chu)了(le)更為完善的(de)脹(zhang)接(jie)壓(ya)力(li)和(he)殘余(yu)(yu)接(jie)觸(chu)應力(li)計(ji)算(suan)公(gong)(gong)(gong)(gong)式，由于(yu)公(gong)(gong)(gong)(gong)式比較復雜，使得該式在工程(cheng)實際應用中(zhong)(zhong)(zhong)受到一定(ding)的(de)限制。

  通過(guo)理論公(gong)式可以很(hen)容易(yi)獲(huo)得制造時(shi)所需的(de)(de)(de)(de)(de)液壓(ya)脹(zhang)接(jie)壓(ya)力(li)(li)(li)值(zhi)。但(dan)是，理論公(gong)式中考慮的(de)(de)(de)(de)(de)因素較少，與實(shi)際相(xiang)比存(cun)在一定(ding)偏差。數值(zhi)模(mo)擬(ni)技術的(de)(de)(de)(de)(de)應用，大大彌(mi)補(bu)了(le)理論計(ji)算(suan)(suan)的(de)(de)(de)(de)(de)缺陷。有(you)限元(yuan)模(mo)擬(ni)已成為研究(jiu)脹(zhang)接(jie)性能的(de)(de)(de)(de)(de)重(zhong)要(yao)方(fang)(fang)法，而且(qie)模(mo)擬(ni)結果常用來(lai)驗證(zheng)或修正理論公(gong)式。Merah采用3-D有(you)限元(yuan)模(mo)擬(ni)研究(jiu)了(le)初始徑向間(jian)隙和(he)材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)應變強化(hua)對(dui)連(lian)(lian)接(jie)強度的(de)(de)(de)(de)(de)影響，指出對(dui)于高應變強化(hua)材(cai)料(liao)殘余接(jie)觸應力(li)(li)(li)隨間(jian)隙的(de)(de)(de)(de)(de)增加(jia)而線性減小(xiao)。Wang等采用有(you)限元(yuan)方(fang)(fang)法，先后研究(jiu)了(le)管板上(shang)開槽(cao)的(de)(de)(de)(de)(de)幾何尺寸(cun)、操(cao)作壓(ya)力(li)(li)(li)以及操(cao)作溫度對(dui)連(lian)(lian)接(jie)強度的(de)(de)(de)(de)(de)影響。Huang等在考慮間(jian)隙材(cai)料(liao)應變強化(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)基礎(chu)上(shang)，推導出脹(zhang)接(jie)壓(ya)力(li)(li)(li)和(he)殘余接(jie)觸壓(ya)力(li)(li)(li)計(ji)算(suan)(suan)公(gong)式，并通過(guo)數值(zhi)分(fen)析對(dui)公(gong)式的(de)(de)(de)(de)(de)計(ji)算(suan)(suan)結果進行(xing)了(le)驗證(zheng)。

  脹接(jie)壓(ya)力的大(da)小受(shou)不銹(xiu)鋼換熱(re)管(guan)(guan)和管(guan)(guan)板的材料性能、脹接(jie)強度(du)、不銹(xiu)鋼換熱(re)管(guan)(guan)和管(guan)(guan)板孔(kong)尺寸及它們的偏差、表面(mian)粗糙度(du)等因素的影響。浙(zhe)江至(zhi)德(de)鋼業有限(xian)公(gong)司通過理(li)論計算和有限(xian)元分析，研究奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼換熱(re)管(guan)(guan)與管(guan)(guan)板孔(kong)連接(jie)時尺寸偏差對脹接(jie)壓(ya)力的影響，根據計算結果對原有脹接(jie)壓(ya)力計算公(gong)式(shi)進(jin)行修正，使其更加適(shi)合工程實際(ji)。