一，概述

管殼式換熱器作為將材料之間熱流體的一部分熱量傳遞給冷流體的傳熱設(shè)備，廣泛應(yīng)用于人們的日常生活和石油、化工、動力、醫(yī)藥、原子能和核工業(yè)。它可以加熱器、凝汽器、冷卻器等獨立設(shè)備；也可作為某些工藝設(shè)備的組成部分，如某些化工設(shè)備中的換熱器等。

特別是在能耗大的化工行業(yè)，換熱器是化工生產(chǎn)熱交換和傳遞過程中不可缺少的設(shè)備，在整個化工生產(chǎn)設(shè)備中也占有相當(dāng)大的比例。

從功能上看，換熱器一方面是保證工業(yè)過程中介質(zhì)所需的特定溫度，另一方面也是提高能源利用率的主要設(shè)備。根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式，主要有板式換熱器、浮頭式換熱器、固定管板式換熱器、U型管式換熱器等。除板式換熱器外，其余屬于管殼式換熱器。

由于管殼式換熱器具有單位體積大、換熱效果好、結(jié)構(gòu)堅固、適應(yīng)性強、制造工藝成熟等優(yōu)點，已成為較常用的典型換熱器。

二、換熱管與管板在管殼式換熱器中的連接。

在管殼式換熱器中，換熱管和管板是換熱器管程和殼程之間的屏障。換熱管與管板之間的連接結(jié)構(gòu)和質(zhì)量決定了換熱器的質(zhì)量和使用壽命，是換熱器制造過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

大多數(shù)換熱器的損壞和故障發(fā)生在換熱管與管板的連接處，其連接接頭的質(zhì)量也直接影響化工設(shè)備和設(shè)備的安全可靠性。因此，換熱管與管板在管殼換熱器中的連接過程已成為換熱器制造質(zhì)量保證體系中較關(guān)鍵的控制環(huán)節(jié)。目前，在換熱器制造過程中，換熱管與管板的連接主要包括焊接、膨脹連接、膨脹連接焊接和膠接膨脹連接。

1.焊接

換熱管與管板焊接時，由于管板加工要求低，制造工藝簡單，密封性好，焊接、外觀檢查、維護方便，是管殼換熱器中應(yīng)用較廣泛的連接方式。

采用焊接連接時，有保證焊接接頭密封性和抗拉強度的強度焊和只保證換熱管與管板連接密封性的密封焊。強度焊的使用性能有限，僅適用于振動小、無間隙腐蝕的場合。

采用焊接連接時，換熱管之間的距離不宜過近，否則影響，焊縫質(zhì)量不易保證，管端應(yīng)留有一定距離，以減少焊接應(yīng)力。換熱管伸出管板的長度應(yīng)符合規(guī)定的要求，以保證其有效的承載能力。

在焊接方法上，焊條電弧焊、TIG焊、CO2焊等可根據(jù)換熱管和管板的材料進行焊接。對于對換熱管與管板之間連接要求較高的換熱器，如設(shè)計壓力大、設(shè)計溫度高、溫度變化大、承受交變載荷的換熱器、薄管板換熱器等，應(yīng)采用TIG焊接。

傳統(tǒng)的焊接連接方法，由于管道與管板孔之間存在間隙，容易產(chǎn)生間隙腐蝕和過熱，焊接接頭產(chǎn)生的熱應(yīng)力也可能導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕和損壞，使換熱器失效。

目前，在國內(nèi)核工業(yè)、電力工業(yè)等行業(yè)使用的換熱器中，換熱管與管板的連接已開始采用內(nèi)孔焊接技術(shù)。該連接方法將換熱管與管板的端部焊接改為管束內(nèi)孔焊接，采用全熔透形式，消除端部焊接間隙，提高耐間隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕的能力，

其抗振動疲勞強度高，能承受高溫高壓，焊接接頭機械性能好；對接頭進行內(nèi)部無損檢測，控制焊縫內(nèi)部質(zhì)量，提高焊縫可靠性。

但內(nèi)孔焊接技術(shù)組裝困難，焊接技術(shù)要求高，制造和檢驗復(fù)雜，制造成本相對較高。隨著換熱器向高溫、高壓、大型化發(fā)展，對其制造質(zhì)量的要求越來越高，內(nèi)孔焊接技術(shù)將得到更廣泛的應(yīng)用。

2.脹接

膨脹連接是傳統(tǒng)的換熱管與管板之間的連接方式。膨脹管設(shè)備用于使管板與管道緊密貼合，形成牢固的連接，達到密封、抗拉的目的。在換熱器制造過程中，膨脹接頭適用于無劇烈振動、溫度變化過大、應(yīng)力腐蝕嚴重的場合。

目前采用的膨脹工藝主要包括機械膨脹和液壓膨脹。機械膨脹連接不均勻，一旦管道與管板連接失效，很難用膨脹管修復(fù)；液壓膨脹連接由計算機控制，精度高，可保證膨脹連接的緊密性均勻，連接的可靠性優(yōu)于機械膨脹連接。但加工精度要求嚴格，密布接頭難以保證膨脹接頭的成功，如果膨脹接頭失效，更難修復(fù)。

3.膨脹焊接。

當(dāng)溫度和壓力較高，在熱變形、熱沖擊、熱腐蝕和流體壓力的作用下，換熱管與管板的連接處容易損壞，膨脹或焊接難以保證連接強度和密封要求。目前廣泛采用脹焊并用的方法。膨脹焊接結(jié)構(gòu)能有效阻尼管束振動對焊縫的損傷，有效消除應(yīng)力腐蝕和間隙腐蝕，提高接頭的抗疲勞性能，

從而提高換熱器的使用壽命，比單純膨脹或強度焊具有更高的強度和密封性。普通換熱器通常采用貼脹%強度焊的形式；條件惡劣的換熱器需要強度膨脹%密封焊。根據(jù)膨脹和焊接在工藝中的順序，膨脹加焊可分為先膨脹后焊和先焊后膨脹。

(1)焊接前膨脹后使用的潤滑油會滲入接頭間隙，對焊接裂紋和孔隙敏感性強，使焊接過程中的缺陷更加嚴重。這些滲入間隙的油污很難去除，因此采用先膨脹后焊工藝，不宜采用機械膨脹。雖然不耐壓，但可以消除管道與管板管孔之間的間隙，從而有效阻尼管束振動到管口焊接部位。

但常規(guī)手動或機械控制的膨脹連接方法不能滿足均勻膨脹要求，電腦控制膨脹連接壓力的液袋膨脹連接方法方便均勻地滿足膨脹要求。焊接時，由于高溫熔化金屬的影響，間隙中的氣體被加熱并迅速膨脹。這些高溫高壓氣體在泄漏時會對強度膨脹的密封性能造成一定的損害。

(2)先焊后焊后脹工藝，首要問題是控制管道及管板孔的精度及其配合。當(dāng)管道與管板管孔之間的間隙小于一定值時，膨脹過程不會損壞焊接接頭的質(zhì)量。然而，焊口承受剪切力的能力相對較差，因此在強度焊接過程中，如果控制不符合要求，可能會導(dǎo)致過度膨脹故障或膨脹損壞焊接接頭。

在制造過程中，換熱管的外徑與管板管孔之間存在較大的間隙，每根換熱管的外徑與管板管孔之間的間隙沿軸向不均勻。焊接后膨脹時，管道中心線必須與管板管孔中心線重疊，以保證接頭質(zhì)量。如果間隙較大，由于管道剛度較大，過大的膨脹變形會損壞焊接接頭，甚至導(dǎo)致焊口脫焊。

4.膠接加脹接。

膠接膨脹工藝有助于解決換熱器換熱管與管板連接處經(jīng)常出現(xiàn)的泄漏和泄漏問題。根據(jù)膠接件的工作條件正確選擇膠接劑很重要。在工藝實施過程中，應(yīng)結(jié)合換熱器的結(jié)構(gòu)和尺寸選擇工藝參數(shù)，主要包括固化壓力、固化溫度、膨脹緊力等，并在生產(chǎn)過程中嚴格控制。該工藝簡單、易行、可靠，在企業(yè)實際使用中得到認可，具有推廣價值。