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。不銹鋼換熱管(guan)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)(zhang)接(jie)(jie)方(fang)法主要(yao)有機(ji)械脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)、液壓(ya)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)、橡(xiang)膠脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)和爆炸(zha)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)。機(ji)械脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)的(de)加工過程(cheng)是(shi)：脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)器內(nei)(nei)的(de)滾珠(zhu)在(zai)(zai)換(huan)熱(re)管(guan)(guan)內(nei)(nei)壁周向旋轉，碾壓(ya)管(guan)(guan)子內(nei)(nei)壁，使(shi)不銹鋼換(huan)熱(re)管(guan)(guan)因(yin)塑(su)性(xing)變形而膨(peng)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)，達到消除縫隙的(de)目的(de)，示意圖如圖4-2所(suo)示。機(ji)械脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)的(de)結構簡單，易(yi)于制造。機(ji)械脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)的(de)缺點(dian)是(shi): ①. 在(zai)(zai)整(zheng)個(ge)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)長度內(nei)(nei)，各處脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)的(de)程(cheng)度不一(yi)樣；②. 反(fan)復滾壓(ya)使(shi)換(huan)熱(re)管(guan)(guan)橫截面(mian)上的(de)殘(can)余應力(li)不同，增加了(le)應力(li)腐(fu)蝕的(de)可(ke)能性(xing)；③. 脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)扭矩難控制，當(dang)管(guan)(guan)板(ban)厚度較(jiao)大時(shi)，很難在(zai)(zai)整(zheng)個(ge)長度范(fan)圍脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)緊，難以(yi)完全消除縫隙；④. 對于雙(shuang)管(guan)(guan)板(ban)的(de)固(gu)定式管(guan)(guan)殼換(huan)熱(re)器，要(yao)考慮換(huan)熱(re)管(guan)(guan)因(yin)滾壓(ya)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)而產生(sheng)的(de)長度變化；⑤. 對管(guan)(guan)子有損(sun)傷。

  爆(bao)炸(zha)脹(zhang)接(jie)是(shi)通過(guo)不銹鋼換熱(re)(re)管(guan)內炸(zha)藥的(de)爆(bao)炸(zha)產(chan)生的(de)沖擊力(li)使管(guan)板(ban)和(he)換熱(re)(re)管(guan)貼合，示(shi)(shi)意圖如圖4-3所示(shi)(shi)。該方法(fa)的(de)優(you)點是(shi)：工(gong)(gong)藝簡單(dan)；可多根脹(zhang)管(guan)同(tong)時加工(gong)(gong)，效率高；管(guan)子受力(li)比較(jiao)(jiao)均勻(yun)，消(xiao)除(chu)縫隙(xi)的(de)效果較(jiao)(jiao)好(hao)。然而(er)，該方法(fa)在操作過(guo)程(cheng)(cheng)中具有一定的(de)危險(xian)性(xing)，脹(zhang)接(jie)過(guo)程(cheng)(cheng)不易控制。同(tong)時，爆(bao)炸(zha)脹(zhang)接(jie)需(xu)要特定的(de)場地。

  橡(xiang)膠(jiao)脹(zhang)接是利用橡(xiang)膠(jiao)受軸向(xiang)(xiang)壓(ya)縮產(chan)生的(de)徑向(xiang)(xiang)壓(ya)力，使換(huan)熱管發生塑性(xing)變形(xing)，其(qi)工作(zuo)示意圖如(ru)圖4-4所(suo)示。橡(xiang)膠(jiao)脹(zhang)接產(chan)生的(de)脹(zhang)接壓(ya)力比較柔和，換(huan)熱管受力均勻。

  液(ye)壓(ya)(ya)脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)以操作簡單、脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)殘余應力(li)小等優(you)點而成為目前應用最為廣泛的(de)(de)脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)方(fang)法(fa)(fa)。該方(fang)法(fa)(fa)是通過液(ye)壓(ya)(ya)脹(zhang)(zhang)頭在(zai)均勻脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)力(li)的(de)(de)作用下(xia)使(shi)換(huan)熱管(guan)(guan)(guan)變(bian)(bian)(bian)形，在(zai)脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)力(li)的(de)(de)作用下(xia)換(huan)熱管(guan)(guan)(guan)發(fa)生(sheng)(sheng)塑性(xing)變(bian)(bian)(bian)形，管(guan)(guan)(guan)板(ban)主要(yao)發(fa)生(sheng)(sheng)彈性(xing)變(bian)(bian)(bian)形。隨(sui)著換(huan)熱管(guan)(guan)(guan)向外變(bian)(bian)(bian)形量的(de)(de)增大，在(zai)接(jie)(jie)觸到管(guan)(guan)(guan)板(ban)之后(hou)繼續(xu)增大脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)壓(ya)(ya)力(li)，一(yi)直(zhi)到預(yu)設的(de)(de)數值。此時，管(guan)(guan)(guan)板(ban)在(zai)換(huan)熱管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)擠壓(ya)(ya)下(xia)產生(sheng)(sheng)變(bian)(bian)(bian)形。當脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)力(li)去除后(hou)，換(huan)熱管(guan)(guan)(guan)和管(guan)(guan)(guan)板(ban)都(dou)會(hui)發(fa)生(sheng)(sheng)一(yi)定量的(de)(de)回(hui)(hui)彈，但是管(guan)(guan)(guan)板(ban)的(de)(de)回(hui)(hui)彈量較小，使(shi)得兩者即使(shi)在(zai)回(hui)(hui)彈后(hou)依然保持(chi)緊(jin)密貼合。液(ye)壓(ya)(ya)脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)示意圖如圖4-5所示。

  脹(zhang)接(jie)壓力(li)極大地影(ying)響著(zhu)接(jie)頭連接(jie)強(qiang)度，其值一般通(tong)過換(huan)熱管(guan)外壁和管(guan)板孔表面之間的(de)(de)殘余接(jie)觸應力(li)來確定(ding)。液(ye)壓脹(zhang)接(jie)的(de)(de)另(ling)一優點是可(ke)以(yi)通(tong)過理(li)論(lun)分析來控制脹(zhang)接(jie)強(qiang)度，因此，研究(jiu)人員可(ke)以(yi)通(tong)過建立(li)理(li)論(lun)公(gong)式來確定(ding)脹(zhang)接(jie)壓力(li)和殘余接(jie)觸應力(li)的(de)(de)數值。假設(she)換(huan)熱管(guan)和管(guan)板同為理(li)想彈塑(su)性(xing)材(cai)料，Krips等首次給出了(le)(le)液(ye)壓脹(zhang)管(guan)殘余接(jie)觸壓力(li)理(li)論(lun)解。Yokell把管(guan)板當成無限(xian)壁厚的(de)(de)圓(yuan)筒，給出了(le)(le)更為簡單的(de)(de)計(ji)(ji)算公(gong)式。Allam等在公(gong)式中(zhong)(zhong)考慮了(le)(le)管(guan)板材(cai)料的(de)(de)應變強(qiang)化特(te)(te)性(xing)。文(wen)獻(xian)中(zhong)(zhong)，作者(zhe)根據材(cai)料的(de)(de)冪強(qiang)化特(te)(te)性(xing)，給出了(le)(le)更為完善的(de)(de)脹(zhang)接(jie)壓力(li)和殘余接(jie)觸應力(li)計(ji)(ji)算公(gong)式，由于公(gong)式比較復雜，使得該式在工程實際應用(yong)中(zhong)(zhong)受到一定(ding)的(de)(de)限(xian)制。

  通過理論(lun)(lun)(lun)公(gong)式(shi)可(ke)以很容易獲得制造時所需的(de)液壓脹接(jie)(jie)壓力(li)值(zhi)(zhi)。但是，理論(lun)(lun)(lun)公(gong)式(shi)中考慮的(de)因素較少(shao)，與實際相(xiang)比存在一定偏(pian)差。數值(zhi)(zhi)模(mo)(mo)擬(ni)技術的(de)應(ying)用(yong)，大大彌補了理論(lun)(lun)(lun)計(ji)算(suan)(suan)的(de)缺陷。有(you)限元(yuan)模(mo)(mo)擬(ni)已成為研究脹接(jie)(jie)性能(neng)的(de)重要(yao)方(fang)法，而(er)且模(mo)(mo)擬(ni)結(jie)果(guo)常用(yong)來驗證或修(xiu)正理論(lun)(lun)(lun)公(gong)式(shi)。Merah采(cai)用(yong)3-D有(you)限元(yuan)模(mo)(mo)擬(ni)研究了初始徑向間隙和材(cai)料(liao)的(de)應(ying)變強化對(dui)連接(jie)(jie)強度的(de)影響(xiang)，指出對(dui)于高應(ying)變強化材(cai)料(liao)殘余接(jie)(jie)觸應(ying)力(li)隨間隙的(de)增加而(er)線性減小。Wang等(deng)采(cai)用(yong)有(you)限元(yuan)方(fang)法，先后研究了管(guan)板上(shang)(shang)開槽的(de)幾何尺寸(cun)、操作壓力(li)以及操作溫(wen)度對(dui)連接(jie)(jie)強度的(de)影響(xiang)。Huang等(deng)在考慮間隙材(cai)料(liao)應(ying)變強化的(de)基(ji)礎上(shang)(shang)，推導(dao)出脹接(jie)(jie)壓力(li)和殘余接(jie)(jie)觸壓力(li)計(ji)算(suan)(suan)公(gong)式(shi)，并通過數值(zhi)(zhi)分析對(dui)公(gong)式(shi)的(de)計(ji)算(suan)(suan)結(jie)果(guo)進行(xing)了驗證。

  脹接(jie)壓力(li)的(de)(de)大小受不銹(xiu)鋼換(huan)熱(re)管(guan)(guan)和管(guan)(guan)板的(de)(de)材(cai)料性(xing)能、脹接(jie)強(qiang)度、不銹(xiu)鋼換(huan)熱(re)管(guan)(guan)和管(guan)(guan)板孔尺寸及它們的(de)(de)偏差、表(biao)面粗糙度等因素(su)的(de)(de)影(ying)響。浙江至(zhi)德鋼業有限(xian)公司通過理論計算(suan)和有限(xian)元分(fen)析，研究(jiu)奧氏體不銹(xiu)鋼換(huan)熱(re)管(guan)(guan)與管(guan)(guan)板孔連(lian)接(jie)時尺寸偏差對脹接(jie)壓力(li)的(de)(de)影(ying)響，根據(ju)計算(suan)結果對原(yuan)有脹接(jie)壓力(li)計算(suan)公式進行修正，使其更加(jia)適合工(gong)程(cheng)實際。