管板胀管连接的加工与应用

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1、管板胀管连接的加工与应用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。因此,发展高效率、高质量的连接技术已成为制造中的重点研究课题。根据换热器的使用条件不同,加工条件不同,连接的方法基本上分为胀接、焊接和胀焊结合三种,由于胀接法能承受较高的压力,特别适用于材料可焊性差及制造厂的焊接工作量过大的情况。因此该方法在实际生产中运用广泛。随着技术的不断发展,现已相继开发出滚柱胀管、爆炸胀管及液压、液袋和橡胶胀管等新工艺。本文针对应用最为广泛的机械式滚柱胀管进行探讨,为实际生产选择

2、合理的胀管工艺提供参考。1．胀管加工1.1胀管加工的解释胀管加工就是把管插入管板空着的管孔中，再把机械装置插入管板内，从管内面加压使之扩展并紧固的一种冷加工方法。这种方法从19世纪中叶就有发明记录。以后，随着工具的改良而不断发展。锅炉以及换热器等等管子的安装，95%采用此法。如果操作正确，这种方法可获得高强度和高气密性的胀接接头。目前，在125kgf/cm2压力和使用温度400℃以下的场合，这是一种最经济实用的方法。一般地，锅炉和压力容器的设计标准都由法定的结构规格详细地加以规定，但是工作标准几乎没有涉及到。因此，作为装置装配的重要因素，仍然要凭借操

3、作者个人的经验判断。即使设计方案良好，但是胀管加工质量不高，也会造成装置的严重损害。往往必须中止运转，进行修理。关于胀管加工，以往很多人进行了各种各样的试验和研究。但是，胀管加工对接头的影响是多方面的。在某种情况下获得的结果原封不动地用于另一种情况，往往不能成功。另外，由于其操作十分简单，也存在对其重要性认识不足的情况。最近锅炉和换热器的运行条件越来越向高温高压的方向发展，所用媒质也更加昂贵，也更具危险性。对胀管接头的要求也就越来越高。例如，火力发电方面，我国10年前蒸汽压力65kgf/cm2，最高温度485℃才归为高温高压范畴。而现在已经推进到19

4、0kgf/cm2，560℃，而且临界压力226kgf/cm2，最高温度600℃以上的高温高压也进入了研究阶段。在管的材质方面，必须使用比不锈钢更高级的高温合金。管的安装也从焊接为主演变成焊胀结合为主。胀管加工已经在更重要的工程中得到应用。现在，实际应用中的问题变得非常复杂。必须积极进行满足给定条件的实验，把依靠经验进行胀管转变为依靠科学的标准操作方法进行胀管。本节将阐述多年研究的胀管加工的基础理论。1.1.1胀管加工概述胀管加工时，管和管板经过管的嵌入，管和管孔的贴合，接头完成三个阶段，形成气密的、高强度的接头，如图1.1所示。（a）最初，管与管孔之

5、间有适当的间隙，在这一状态，胀管器从管端插入，使芯棒旋转，如果用的是前进式胀管器，芯棒边旋转边进入管内，滚棒一边进行星置运动，一边向半径方向压出。这时，滚棒，管内面和芯轴之间借助磨擦力相互挤压。10图1.110（b）滚棒的挤压处管的外圆形成多角形，同时向外扩张，与管孔接触。这时，施加在管子上的应力超过管的屈服点，使管子产生塑性变形。（c）随着芯轴的推进，管外圆受到管孔内面的极大的压力，芯轴旋转驱动力将会急剧增大。于是与管贴合的管孔内面上的应力也将超过其材料的屈服点。开始产生塑性变形。在这一阶段，管子的径向扩张变形受到极大的限制。管子将会沿其轴线方向朝

6、两端伸长。这时，管板几乎没有变形，管孔只有少许扩张。达到“最佳胀管率”（后面章节将讲到）之时，一旦从管中拔出胀管器，由于胀管加工而使管板沿管孔圆周方面产生的拉伸应力使管孔收缩，在管的外表面产生压缩应力。从而使管的外表面与管孔内面紧密贴合，同时保持气密性。管和管板之间的这一紧固力和气密性，主要来自管板弹性恢复时所引起的残余接触压力。如果胀管加工过度，管板弹性变差，压缩紧固力减小，对胀管接头将产生不利影响。1.1.2胀管器的型式应用最广泛的胀管器都是滚棒自动进给的平行涨管式胀管器。这种胀管器中间是一根带锥度的芯轴。围绕芯轴按等分角度配置3根或4～5根滚棒

7、，滚棒按等分角度被保持在圆筒形的框架中。为在滚棒和芯轴上产生自动进给作用的进给角度as，滚棒的锥角ar相当芯轴锥角的一半。但方向恰好相反。这是为了不产生过度胀管，接头内表面始终保持圆筒形，并给予管和管板以均匀一致的冷加工，以获得强度最高，气密性最好的胀接接头。芯轴的锥角是普通的1/50～1/25锥度，锥角越大，胀管速度越快，工具长度可以缩短。10滚棒轴线与芯轴轴线之间有一夹角as，这就是自动进给角。设置这样一个角度，当芯轴旋转时胀管器沿轴线方向整体送进。这个角度越大，胀管操作时间越短。如果按照加工方法分类，又可分为旋压式，胀压式和拉拔式。其中，旋压式

8、用途最广。在长期使用中，从敲击芯轴使之旋转的原始工艺，经过平行胀管工艺，最终发展为自动进给的方式。自动进给功