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(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)接(jie)(jie)(jie)方(fang)法主要有機械(xie)脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)、液壓脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)、橡膠脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)和爆炸脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)。機械(xie)脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)的(de)(de)(de)加工過程是：脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)器內的(de)(de)(de)滾珠在(zai)(zai)換(huan)熱(re)(re)管(guan)內壁周向(xiang)旋轉(zhuan)，碾(nian)壓管(guan)子內壁，使不(bu)銹鋼換(huan)熱(re)(re)管(guan)因塑性變形而膨脹(zhang)(zhang)(zhang)，達(da)到消(xiao)除縫隙的(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)，示意圖如圖4-2所示。機械(xie)脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)的(de)(de)(de)結構(gou)簡單，易于(yu)制造。機械(xie)脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)的(de)(de)(de)缺點是: ①. 在(zai)(zai)整個(ge)(ge)脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)長度(du)內，各處脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)的(de)(de)(de)程度(du)不(bu)一樣；②. 反復滾壓使換(huan)熱(re)(re)管(guan)橫截面上的(de)(de)(de)殘余應(ying)(ying)力不(bu)同，增加了(le)應(ying)(ying)力腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)可(ke)能性；③. 脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)扭(niu)矩(ju)難(nan)控制，當管(guan)板(ban)厚度(du)較大時，很難(nan)在(zai)(zai)整個(ge)(ge)長度(du)范圍脹(zhang)(zhang)(zhang)緊，難(nan)以完全消(xiao)除縫隙；④. 對(dui)(dui)于(yu)雙管(guan)板(ban)的(de)(de)(de)固定式管(guan)殼換(huan)熱(re)(re)器，要考慮換(huan)熱(re)(re)管(guan)因滾壓脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)而產生的(de)(de)(de)長度(du)變化；⑤. 對(dui)(dui)管(guan)子有損傷。

  爆(bao)炸脹接(jie)是通過(guo)不銹鋼換(huan)熱管內炸藥的(de)(de)爆(bao)炸產生的(de)(de)沖(chong)擊力使管板和換(huan)熱管貼合，示意圖如圖4-3所示。該方法的(de)(de)優點是：工藝簡單(dan)；可多(duo)根脹管同(tong)時加工，效率高；管子受力比(bi)較(jiao)均勻，消除縫(feng)隙的(de)(de)效果較(jiao)好。然而，該方法在操作過(guo)程中具(ju)有一(yi)定的(de)(de)危(wei)險性，脹接(jie)過(guo)程不易控制。同(tong)時，爆(bao)炸脹接(jie)需要特定的(de)(de)場地。

  橡膠脹接(jie)是利(li)用橡膠受(shou)軸(zhou)向(xiang)壓(ya)縮產生(sheng)(sheng)的徑向(xiang)壓(ya)力(li)，使換熱(re)管發(fa)生(sheng)(sheng)塑性變形，其工作示意圖如圖4-4所示。橡膠脹接(jie)產生(sheng)(sheng)的脹接(jie)壓(ya)力(li)比(bi)較柔和，換熱(re)管受(shou)力(li)均(jun)勻。

  液(ye)壓(ya)(ya)脹(zhang)接(jie)以(yi)操作簡單(dan)、脹(zhang)接(jie)殘余應(ying)力(li)(li)小等優點而成(cheng)為目前應(ying)用最為廣泛的(de)(de)脹(zhang)接(jie)方法。該方法是通(tong)過液(ye)壓(ya)(ya)脹(zhang)頭在(zai)(zai)均勻脹(zhang)接(jie)力(li)(li)的(de)(de)作用下使換熱(re)(re)(re)管(guan)變(bian)形(xing)，在(zai)(zai)脹(zhang)接(jie)力(li)(li)的(de)(de)作用下換熱(re)(re)(re)管(guan)發生(sheng)塑性(xing)(xing)變(bian)形(xing)，管(guan)板(ban)(ban)主(zhu)要(yao)發生(sheng)彈性(xing)(xing)變(bian)形(xing)。隨(sui)著(zhu)換熱(re)(re)(re)管(guan)向外變(bian)形(xing)量的(de)(de)增(zeng)大，在(zai)(zai)接(jie)觸(chu)到管(guan)板(ban)(ban)之(zhi)后繼續增(zeng)大脹(zhang)接(jie)壓(ya)(ya)力(li)(li)，一(yi)(yi)直到預設的(de)(de)數值(zhi)。此時，管(guan)板(ban)(ban)在(zai)(zai)換熱(re)(re)(re)管(guan)的(de)(de)擠壓(ya)(ya)下產生(sheng)變(bian)形(xing)。當脹(zhang)接(jie)力(li)(li)去除后，換熱(re)(re)(re)管(guan)和管(guan)板(ban)(ban)都會發生(sheng)一(yi)(yi)定量的(de)(de)回彈，但是管(guan)板(ban)(ban)的(de)(de)回彈量較(jiao)小，使得兩者即使在(zai)(zai)回彈后依然(ran)保持緊密貼合。液(ye)壓(ya)(ya)脹(zhang)接(jie)示意圖(tu)如圖(tu)4-5所示。

  脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)壓(ya)力極大(da)地影響著接(jie)(jie)(jie)頭連接(jie)(jie)(jie)強(qiang)度，其值一(yi)般通(tong)過換熱管(guan)(guan)(guan)外壁(bi)和管(guan)(guan)(guan)板孔表面之間的(de)(de)殘(can)余(yu)接(jie)(jie)(jie)觸(chu)應力來確(que)定(ding)。液(ye)壓(ya)脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)的(de)(de)另一(yi)優點是可(ke)以通(tong)過理(li)論分析來控制脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)強(qiang)度，因(yin)此，研究人員可(ke)以通(tong)過建(jian)立理(li)論公式來確(que)定(ding)脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)壓(ya)力和殘(can)余(yu)接(jie)(jie)(jie)觸(chu)應力的(de)(de)數值。假設換熱管(guan)(guan)(guan)和管(guan)(guan)(guan)板同為(wei)理(li)想彈(dan)塑(su)性(xing)材料(liao)，Krips等首次給出了(le)液(ye)壓(ya)脹(zhang)(zhang)管(guan)(guan)(guan)殘(can)余(yu)接(jie)(jie)(jie)觸(chu)壓(ya)力理(li)論解。Yokell把(ba)管(guan)(guan)(guan)板當成無限(xian)壁(bi)厚的(de)(de)圓筒，給出了(le)更為(wei)簡單(dan)的(de)(de)計(ji)算公式。Allam等在公式中(zhong)考慮(lv)了(le)管(guan)(guan)(guan)板材料(liao)的(de)(de)應變強(qiang)化特性(xing)。文獻中(zhong)，作者根據材料(liao)的(de)(de)冪強(qiang)化特性(xing)，給出了(le)更為(wei)完善(shan)的(de)(de)脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)壓(ya)力和殘(can)余(yu)接(jie)(jie)(jie)觸(chu)應力計(ji)算公式，由于(yu)公式比較復雜(za)，使(shi)得該式在工(gong)程實際應用中(zhong)受到一(yi)定(ding)的(de)(de)限(xian)制。

  通過理(li)論(lun)(lun)公(gong)式(shi)可以(yi)很容易獲得(de)制造時(shi)所需的(de)(de)液壓(ya)(ya)(ya)(ya)脹接(jie)(jie)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力值(zhi)。但是，理(li)論(lun)(lun)公(gong)式(shi)中考慮的(de)(de)因素較(jiao)少(shao)，與實際(ji)相比(bi)存在一(yi)定偏差(cha)。數值(zhi)模(mo)(mo)擬技術的(de)(de)應用，大大彌補(bu)了(le)理(li)論(lun)(lun)計算(suan)的(de)(de)缺陷。有(you)限元(yuan)模(mo)(mo)擬已成為研究脹接(jie)(jie)性(xing)(xing)能(neng)的(de)(de)重要方(fang)法，而(er)且模(mo)(mo)擬結果(guo)常用來(lai)驗證或修正理(li)論(lun)(lun)公(gong)式(shi)。Merah采用3-D有(you)限元(yuan)模(mo)(mo)擬研究了(le)初始徑向(xiang)間隙(xi)和(he)材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)應變(bian)強(qiang)化對連接(jie)(jie)強(qiang)度的(de)(de)影響，指出(chu)(chu)對于高應變(bian)強(qiang)化材(cai)(cai)料(liao)(liao)殘余接(jie)(jie)觸應力隨間隙(xi)的(de)(de)增加而(er)線(xian)性(xing)(xing)減小。Wang等采用有(you)限元(yuan)方(fang)法，先后研究了(le)管板(ban)上(shang)開槽的(de)(de)幾(ji)何尺寸(cun)、操作壓(ya)(ya)(ya)(ya)力以(yi)及(ji)操作溫度對連接(jie)(jie)強(qiang)度的(de)(de)影響。Huang等在考慮間隙(xi)材(cai)(cai)料(liao)(liao)應變(bian)強(qiang)化的(de)(de)基礎上(shang)，推導(dao)出(chu)(chu)脹接(jie)(jie)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力和(he)殘余接(jie)(jie)觸壓(ya)(ya)(ya)(ya)力計算(suan)公(gong)式(shi)，并通過數值(zhi)分析對公(gong)式(shi)的(de)(de)計算(suan)結果(guo)進行了(le)驗證。

  脹(zhang)接壓力(li)的大小受(shou)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)換熱(re)管(guan)和管(guan)板的材料性能、脹(zhang)接強(qiang)度(du)、不(bu)銹(xiu)鋼(gang)換熱(re)管(guan)和管(guan)板孔尺寸及它們(men)的偏差、表(biao)面(mian)粗糙度(du)等因素的影響(xiang)。浙江至德(de)鋼(gang)業(ye)有(you)限(xian)(xian)公司通過理(li)論計算(suan)和有(you)限(xian)(xian)元分析，研究奧(ao)氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)換熱(re)管(guan)與管(guan)板孔連接時尺寸偏差對脹(zhang)接壓力(li)的影響(xiang)，根據計算(suan)結果(guo)對原有(you)脹(zhang)接壓力(li)計算(suan)公式進行修正，使其更(geng)加適合工程實際。