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换热器管子与管板连接的工艺方法对比

点击:885 日期:[ 2014-04-26 21:39:24 ]
                  换热器管子与管板连接的工艺方法对比                               王丹铭               (哈尔滨空调股份有限公司,黑龙江哈尔滨150000)     摘要:介绍了机械、橡胶、液压以及爆炸等胀管新工艺各自的原理和特点,着重对这几种胀接工艺的性能进行了比较,为实际生产选择合理的胀管工艺提供参考。     关键词:换热器;管子;胀接     在换热器的制造过程中管子与管板有胀接、焊接和胀焊结合三种连接方法,胀接是主要方法之一。随着技术的不断发展,现已相继开发出机械胀管、液压胀管以及爆炸胀管等工艺。现拟对这几种胀管工艺进行比较,为实际生产选择合理的胀管工艺提供参考。     1·几种胀接工艺简介     1.1机械胀管法。     该方法是一种传统的胀管方法它是利用胀管器来完成的,机械胀管是在构件上嵌入3~5粒小直径的胀珠,中间有一根锥形胀杆的胀管器。利用电动、风动等动力旋转胀杆、并向管孔推进,胀珠在锥形胀杆挤压下径向扩大,这样通过胀珠沿胀杆周向旋转,使管子紧紧地胀接于管板孔上。     1.2液压胀管法。     液压胀管是利用液压为动力的胀管方法。大致可分为三类:液压胀管法、液袋胀管法和橡胶胀管法。具有给管内壁以静止均匀的内压,管子不产生轴向伸长,管束受力小,不会引起管板变形等优点。     1)液压胀管法又称软胀接,一次可以胀接较多的管接头。     液压胀管是利用液压为动力的胀接方法。它通过对管子内表面施加高的液压力,使管子产生塑性变形而胀接于管板孔内表面的。液压胀接的胀管头是直径略小于管子内径的一段芯棒,依靠芯棒两端设置的O形密封圈的密封,在芯棒中部设有进油孔,在两端O型圈之间的管段内施以高压,使管子发生塑性胀大变形而实现胀接。     2)液袋胀管法。     将高压介质导入全密封的袋囊中,通过加压使袋囊径向膨胀,对管子内壁实施胀接。     3)橡胶胀管法。     橡胶胀管是利用橡胶等弹性体受轴向压缩时在径向产生向外鼓胀的力将管子胀接于管板上的。当加载拉杆施加拉力时,胀管软质橡胶便受到轴向压缩,并同时产生径向扩展,该扩展力足以使管子材料发生变形,从而实现管子与管板间的连接。为防止橡胶在高压下的轴向移动,在胀管头的两端装有特殊的辅助(橡胶)密封环。橡胶胀管的拉杆是用高强度钢做成的。它是通过约20MPa的压力或油加载于拉杆上,由于拉力是靠背压环达到平衡的,故组成了一个内力系统,而不需要其它支撑或约束。胀管橡胶则采用弹性大、强度高的材料制成。     1.3爆炸胀管法。     爆炸胀管法用炸药爆炸瞬间产生冲击波的巨大压力,使管子成超塑性状态发生的径向增大变形,而实现管子与管板的连接。柱状炸药放置于管端的中心,为防止冲击波对管壁的损伤,炸药的周有管状缓冲填料(粘性物或者塑料等),使压力能均匀地传递到管壁上。     2·几种胀管工艺方法的比较     2.1机械胀管工艺优缺点的分析。     机械胀接是利用胀管器来完成的。胀管器按进给方向的不同而分为前进式胀接和后退式胀接两种类型。前进式无轴承胀管器结构简单,制造方便,但由于胀接时管壁减薄产生的轴向伸长发生在管板内侧,致使管束受力复杂,管板产生变形,因此适用于胀管长度较短时(小于32mm)。而前进式带轴承胀管器由推力轴承承受轴向力,管子的轴向伸长大部分发生在管板外侧,可在一定程度上消除管束的受力,减少管板变形,因此可适用于较大的胀接长度范围。前进式胀接适用于一般换热器及管孔直径小于准38mm管子的胀接,它的胀杆带有1:25~1:50的锥度,使周向分力小于摩擦力,从而避免了滚珠与胀杆间的相对滑动,为使胀管器导入方便,滚珠端头设计有一定锥度。     当胀接长度大于60mm、直径大于准38mm管子时的胀接或贴胀,一般不能使用前进式而须采用后退式,后退式胀接其胀珠(滚子)的径向胀大是靠胀杆后退拉力实现的,胀管时管子轴向伸长,因此可向外端自由变形,故避免了前进式胀管器给管子连接造成的轴向压应力及变形。可以消除管束的受力状态,提高产品质量。     机械胀接不仅能承受一定的轴向力、热冲击和反复热循环,而且操作简单、使用灵活,在制造和维修中应用较为普遍。但是,机械胀管也存在如下缺点:各管子间的胀度不一,连接强度和紧密性不均;胀管接口的内表面产生硬化现象,给重复补胀带来困难,管壁上的残余应力为应力腐蚀的根源,胀管过程中产生的大量热量也给胀口带来不良影响。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了限制;劳动生产率低,而且小管径或厚壁管管子的胀接较困难。     2.2其他胀管工艺与机械胀管工艺的比较分析。     液压胀管除具有使管壁受力均匀、管子轴向伸长少和加工硬化均匀等优点外,又因管壁金属几乎能完全填满管孔槽,而且有较大的轴向拉脱力和良好的密封性。     橡胶胀管的优点:其属于软化性的胀管工艺,胀接区与未胀接区的交界不明显,过渡光滑、残余应力小、抗应力腐蚀和抗疲劳的性能好;操作简单、安全可靠(因不存在爆炸、旋转等情况,无危险性);可正确地掌握胀管范围(因采用整体橡胶胀管,差异小);装置维修费用少(胀管元件消耗小);无管子轴向延伸,与爆炸胀管一样适用于先焊后胀;管径偏差要求不严,且适合于椭圆管的胀接;适用范围大,准10~100mm的管径及1mm的薄壁管均能进行良好的胀接;液压控制拉杆,易于控制胀管质量和调节胀紧度。     爆炸胀接的基本要求仅仅是使管子能胀接到管板上,并保证足够的连接强度。因此对于换热器常用规格管子的胀接,大都常用硝铵一类低爆炸速度的炸药,且药量较少,所以当为普通的胀管时,亦可以直接采用雷管或导爆索进行爆炸胀接,而管壁则用牛皮纸做保护层。     由于爆炸时管子在巨大的压力下呈瞬时超塑性状态,而能充分地挤满孔槽,因此爆炸胀管具有较高的连接强度和可靠的密封性;又因爆炸胀管有较好的材料可容性,故适用于不同材料各种管径的胀接;此外爆炸胀管还有一个显著的优点,就是工艺工装简单,生产效率极高。但管子、管板材料胀接的相容性有一定的限制,如对钛管与碳钢的胀接等不适用。     3·结论     3.1要保证管子与管板连接的可靠性,不仅要求按设计条件(如温度、压力、接头连接强度、疲劳及介质的腐蚀性等)正确合理地选用连接形式,而且在制造施工中还应有适应于不同连接形式的合理的工艺制度和检验制度。实践证明,连接接头的可靠性,除由设计条件决定外,还往往受制造施工可行性程度的影响。     3.2几种胀管工艺中,从胀接性能来看橡胶胀管与液压胀管最好;保证胀管的生产效率最高;由于生产条件的限制。机械胀管目前使用最为普遍。     3.3在换热器管子与管板连接接头加工过程中,若仅需要胀接。则应根据实际生产条件尽量选择胀接性能比较好的胀管工艺方法,以保证获得优良的胀接质量。     3.4对于使用条件苛刻的场合如耐高温高压、承受动载荷和耐腐蚀的换热器,则应采用胀接与焊接相结合的连接形式。许多实验资料表明,无论采用哪种胀焊连接形式,其接头处的抗拉强度和密封性能都较单独胀接或焊接为高,在某种程度上甚至超过了管子材料强度。 参考文献 [1]萧前.化工机械制造工艺学[M].北京:烃加工出版社,1990. [2]毛希澜.换热器设计[M].上海:上海科技技术出版社,1988.
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