與其他形式的不銹鋼換熱器相比，不銹鋼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)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)方(fang)法主要有(you)機械脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)、液壓脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)、橡膠脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)和爆炸脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)。機械脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)的(de)(de)(de)加工過程是：脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)器內(nei)(nei)的(de)(de)(de)滾珠在換(huan)(huan)(huan)熱管(guan)內(nei)(nei)壁(bi)周(zhou)向旋轉，碾壓管(guan)子內(nei)(nei)壁(bi)，使不(bu)銹鋼換(huan)(huan)(huan)熱管(guan)因塑性(xing)變形而(er)膨脹(zhang)，達到(dao)消(xiao)除縫隙的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)，示(shi)意圖(tu)如圖(tu)4-2所示(shi)。機械脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)的(de)(de)(de)結構簡單(dan)，易于制造(zao)。機械脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)的(de)(de)(de)缺點是: ①. 在整個(ge)脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)長度(du)(du)內(nei)(nei)，各處脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)的(de)(de)(de)程度(du)(du)不(bu)一樣；②. 反復滾壓使換(huan)(huan)(huan)熱管(guan)橫(heng)截面上的(de)(de)(de)殘余應力不(bu)同，增加了應力腐蝕(shi)的(de)(de)(de)可(ke)能性(xing)；③. 脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)扭矩難控制，當管(guan)板厚度(du)(du)較大(da)時，很難在整個(ge)長度(du)(du)范(fan)圍脹(zhang)緊，難以完全消(xiao)除縫隙；④. 對于雙管(guan)板的(de)(de)(de)固(gu)定式管(guan)殼換(huan)(huan)(huan)熱器，要考慮換(huan)(huan)(huan)熱管(guan)因滾壓脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)而(er)產生的(de)(de)(de)長度(du)(du)變化；⑤. 對管(guan)子有(you)損傷。

  爆(bao)炸(zha)脹(zhang)接是通過不銹鋼換熱管(guan)(guan)內炸(zha)藥(yao)的(de)(de)爆(bao)炸(zha)產生的(de)(de)沖擊(ji)力使管(guan)(guan)板和(he)換熱管(guan)(guan)貼合，示意圖如(ru)圖4-3所示。該方法的(de)(de)優點是：工(gong)藝簡單；可多根脹(zhang)管(guan)(guan)同時加工(gong)，效率高；管(guan)(guan)子(zi)受力比較(jiao)(jiao)均勻，消除縫隙(xi)的(de)(de)效果較(jiao)(jiao)好。然而，該方法在操作過程中具有一定的(de)(de)危險性(xing)，脹(zhang)接過程不易(yi)控制(zhi)。同時，爆(bao)炸(zha)脹(zhang)接需(xu)要特定的(de)(de)場(chang)地(di)。

  橡膠(jiao)(jiao)脹接是利用橡膠(jiao)(jiao)受(shou)軸向壓(ya)縮產生(sheng)的徑向壓(ya)力，使換(huan)熱(re)管(guan)(guan)發(fa)生(sheng)塑性變形，其工作示意圖如圖4-4所示。橡膠(jiao)(jiao)脹接產生(sheng)的脹接壓(ya)力比較柔和，換(huan)熱(re)管(guan)(guan)受(shou)力均(jun)勻。

  液(ye)壓脹接(jie)(jie)以(yi)操作(zuo)簡單、脹接(jie)(jie)殘余(yu)應(ying)(ying)力(li)(li)小(xiao)等優(you)點(dian)而成為目前(qian)應(ying)(ying)用(yong)最為廣泛的(de)(de)脹接(jie)(jie)方(fang)法。該(gai)方(fang)法是通過液(ye)壓脹頭在均(jun)勻脹接(jie)(jie)力(li)(li)的(de)(de)作(zuo)用(yong)下使換(huan)熱(re)管(guan)變形，在脹接(jie)(jie)力(li)(li)的(de)(de)作(zuo)用(yong)下換(huan)熱(re)管(guan)發(fa)(fa)生(sheng)塑性變形，管(guan)板(ban)(ban)主要(yao)發(fa)(fa)生(sheng)彈性變形。隨著換(huan)熱(re)管(guan)向外(wai)變形量(liang)的(de)(de)增大(da)，在接(jie)(jie)觸到(dao)(dao)管(guan)板(ban)(ban)之后(hou)繼續增大(da)脹接(jie)(jie)壓力(li)(li)，一直到(dao)(dao)預設的(de)(de)數(shu)值(zhi)。此(ci)時，管(guan)板(ban)(ban)在換(huan)熱(re)管(guan)的(de)(de)擠壓下產生(sheng)變形。當(dang)脹接(jie)(jie)力(li)(li)去(qu)除后(hou)，換(huan)熱(re)管(guan)和管(guan)板(ban)(ban)都會(hui)發(fa)(fa)生(sheng)一定量(liang)的(de)(de)回彈，但是管(guan)板(ban)(ban)的(de)(de)回彈量(liang)較(jiao)小(xiao)，使得兩(liang)者即使在回彈后(hou)依(yi)然保持緊密貼合。液(ye)壓脹接(jie)(jie)示意圖如圖4-5所示。

  脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)壓(ya)(ya)力極大地(di)影(ying)響著接(jie)(jie)(jie)頭連接(jie)(jie)(jie)強度，其值(zhi)一般通(tong)過(guo)(guo)換(huan)(huan)熱(re)管(guan)外壁和(he)管(guan)板孔(kong)表面之間的(de)(de)殘余(yu)接(jie)(jie)(jie)觸應力來確定。液(ye)壓(ya)(ya)脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)的(de)(de)另(ling)一優點是(shi)可以通(tong)過(guo)(guo)理(li)論(lun)分(fen)析(xi)來控制脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)強度，因此，研究人(ren)員可以通(tong)過(guo)(guo)建立(li)理(li)論(lun)公(gong)(gong)式來確定脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)壓(ya)(ya)力和(he)殘余(yu)接(jie)(jie)(jie)觸應力的(de)(de)數值(zhi)。假設(she)換(huan)(huan)熱(re)管(guan)和(he)管(guan)板同為理(li)想(xiang)彈塑性(xing)材(cai)料(liao)，Krips等首次給(gei)出(chu)了(le)液(ye)壓(ya)(ya)脹(zhang)管(guan)殘余(yu)接(jie)(jie)(jie)觸壓(ya)(ya)力理(li)論(lun)解(jie)。Yokell把(ba)管(guan)板當成(cheng)無限(xian)壁厚(hou)的(de)(de)圓筒，給(gei)出(chu)了(le)更為簡單的(de)(de)計算公(gong)(gong)式。Allam等在公(gong)(gong)式中考慮了(le)管(guan)板材(cai)料(liao)的(de)(de)應變強化特性(xing)。文獻中，作者(zhe)根據(ju)材(cai)料(liao)的(de)(de)冪強化特性(xing)，給(gei)出(chu)了(le)更為完善的(de)(de)脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)壓(ya)(ya)力和(he)殘余(yu)接(jie)(jie)(jie)觸應力計算公(gong)(gong)式，由(you)于公(gong)(gong)式比較復雜，使得該式在工(gong)程(cheng)實際應用中受到一定的(de)(de)限(xian)制。

  通過(guo)理論(lun)公(gong)(gong)式(shi)可以(yi)很容(rong)易獲得(de)制(zhi)造時所需的(de)液壓(ya)(ya)脹(zhang)接壓(ya)(ya)力(li)值(zhi)(zhi)。但是，理論(lun)公(gong)(gong)式(shi)中考慮(lv)(lv)的(de)因(yin)素(su)較少，與實際相(xiang)比存在一定(ding)偏差。數值(zhi)(zhi)模擬技術的(de)應(ying)用(yong)，大大彌補了(le)(le)(le)理論(lun)計算(suan)的(de)缺陷。有(you)限元(yuan)模擬已(yi)成為研究(jiu)脹(zhang)接性(xing)能(neng)的(de)重要方(fang)法(fa)，而且模擬結(jie)果常用(yong)來(lai)驗證(zheng)或修正(zheng)理論(lun)公(gong)(gong)式(shi)。Merah采用(yong)3-D有(you)限元(yuan)模擬研究(jiu)了(le)(le)(le)初始(shi)徑向(xiang)間(jian)(jian)隙(xi)和(he)(he)材(cai)料的(de)應(ying)變(bian)強化(hua)對(dui)連接強度(du)的(de)影(ying)響，指(zhi)出對(dui)于高應(ying)變(bian)強化(hua)材(cai)料殘余接觸應(ying)力(li)隨間(jian)(jian)隙(xi)的(de)增(zeng)加而線性(xing)減小。Wang等采用(yong)有(you)限元(yuan)方(fang)法(fa)，先(xian)后研究(jiu)了(le)(le)(le)管板上開槽的(de)幾何尺寸、操(cao)作壓(ya)(ya)力(li)以(yi)及(ji)操(cao)作溫度(du)對(dui)連接強度(du)的(de)影(ying)響。Huang等在考慮(lv)(lv)間(jian)(jian)隙(xi)材(cai)料應(ying)變(bian)強化(hua)的(de)基(ji)礎上，推(tui)導出脹(zhang)接壓(ya)(ya)力(li)和(he)(he)殘余接觸壓(ya)(ya)力(li)計算(suan)公(gong)(gong)式(shi)，并通過(guo)數值(zhi)(zhi)分析對(dui)公(gong)(gong)式(shi)的(de)計算(suan)結(jie)果進行了(le)(le)(le)驗證(zheng)。

  脹(zhang)接壓力(li)的(de)(de)大小受不銹鋼換熱管和管板的(de)(de)材料(liao)性能(neng)、脹(zhang)接強度、不銹鋼換熱管和管板孔尺寸(cun)及它們的(de)(de)偏差、表面(mian)粗(cu)糙(cao)度等因(yin)素的(de)(de)影(ying)響。浙江至德(de)鋼業(ye)有(you)限公司通(tong)過理論計(ji)算和有(you)限元分析，研究(jiu)奧氏體不銹鋼換熱管與管板孔連接時尺寸(cun)偏差對脹(zhang)接壓力(li)的(de)(de)影(ying)響，根(gen)據計(ji)算結(jie)果對原有(you)脹(zhang)接壓力(li)計(ji)算公式進行修正，使(shi)其(qi)更加適合工(gong)程實際。