液壓脹管與其他脹接工藝有什么區(qū)別
作者：admin 時(shí)間：2019-10-21 14:45
管子與管板的連接是管殼式換熱器生產(chǎn)中最主要的工序之一。由于這類(lèi)工程需耗費(fèi)大量工時(shí),更重要的是,連接的地方在運(yùn)行中容易發(fā)生故障。因此,發(fā)展高效率、高質(zhì)量的連接技術(shù)已成為制造中的重點(diǎn)研究課題。根據(jù)換熱器的使用條件不同,加工條件不同,連接的方法基本上分為脹接、焊接和脹焊結(jié)合三種,由于脹接法能承受較高的壓力,特別適用于材料可焊性差及制造廠(chǎng)的焊接工作量過(guò)大的情況。因此該方法在實(shí)際生產(chǎn)中運(yùn)用廣泛。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,現(xiàn)已相繼開(kāi)發(fā)出滾柱脹管、爆炸脹管及液壓、液袋和橡膠脹管等新工藝。本文擬對(duì)這幾種脹管工藝進(jìn)行比較,為實(shí)際生產(chǎn)選擇合理的脹管工藝提供參考。1傳統(tǒng)脹接工藝1.1滾柱脹管法
該方法是在一個(gè)構(gòu)架上嵌入三個(gè)小直徑的滾子,中間有一根錐型心軸的脹管器,如圖1所示。脹管時(shí)將脹管器的圓柱部分塞入管孔內(nèi),利用電動(dòng)、風(fēng)動(dòng)等動(dòng)力旋轉(zhuǎn)心軸,通過(guò)滾子沿心軸周向旋轉(zhuǎn),使心軸擠入管內(nèi)面并強(qiáng)迫管子擴(kuò)大,達(dá)到一定的脹緊度,使管子緊緊地脹接于管板的孔上。脹管操作可分為前進(jìn)式和后退式兩種,前進(jìn)式是將構(gòu)架插入管內(nèi),旋轉(zhuǎn)心軸,前進(jìn)擠大,達(dá)到所定的緊固程度后電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn),由管中拔出完成脹管過(guò)程。反轉(zhuǎn)式和前進(jìn)式一樣旋轉(zhuǎn)心軸前進(jìn),達(dá)到原定的緊固程度后電動(dòng)機(jī)停止,同時(shí)后退裝置的離合器嚙合反轉(zhuǎn),滾子和心軸的相對(duì)位置保持不變,一邊反轉(zhuǎn)一邊由該深度到入口處連續(xù)均勻地進(jìn)行平行脹管。由于這種脹接過(guò)程是由里至外,管子的伸長(zhǎng),發(fā)生在管板外側(cè),可以消除管束的受力狀態(tài),提高產(chǎn)品質(zhì)量[2],故用于脹接長(zhǎng)度大于60cm的連接。
1.2爆炸脹管工藝
該方法是利用高能源的炸 藥,使其在爆炸瞬間(10×10-6～12×10-6s)所產(chǎn)生沖擊波的巨大壓力,迫使管子產(chǎn)生高速塑性變形,從而把管子與管板脹接在一起,實(shí)現(xiàn)管子與管板的連接。圖2為爆炸脹接的示意圖,圖中柱狀炸 藥放置于管端的中心,為防止沖擊波對(duì)管壁的損傷,炸 藥的周?chē)幸还軤罹彌_填料(粘性物或者塑料),使壓力能均勻地傳遞到管壁上。2脹接新工藝
2.1液壓脹管工藝
液壓脹管工藝又稱(chēng)軟脹接,一次可以脹接較多的管接頭。液壓脹管是一種新的脹接技術(shù),它是通過(guò)對(duì)管子內(nèi)表面施加高的液壓力,使管子塑性變形而脹接于板孔內(nèi)表面的。液壓脹接的脹管頭是直徑略小于管子內(nèi)徑的一段芯棒,芯棒兩端的外圓表面上有多個(gè)密封件,在芯棒中部設(shè)有進(jìn)油孔,在兩段密封件之間的管段內(nèi)施以高壓,使管子發(fā)生塑性脹大變形而實(shí)現(xiàn)脹接。液壓脹管的結(jié)構(gòu)如圖3所示。
2.2橡膠脹管工藝
橡膠脹壓新技術(shù)是在橡膠受力變形的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,它是利用橡膠彈性體的軸向壓縮產(chǎn)生的徑向壓力將管子脹接于管板上的。橡膠脹管機(jī)的工作原理如圖4所示。當(dāng)加載拉桿施加拉力時(shí),脹管橡膠便受到軸向壓縮,并同時(shí)產(chǎn)生徑向擴(kuò)展,該擴(kuò)展力足以使管子材料發(fā)生變形,從而實(shí)現(xiàn)管子與管板間的連接。為防止橡膠在高壓下的軸向移動(dòng),在脹管頭的兩端裝有特殊的硬橡膠密封環(huán)。橡膠脹管的拉桿是用高強(qiáng)度鋼做成的。它是通過(guò)約20MPa的壓力水或油加載于拉桿上,由于拉力是背靠壓環(huán)達(dá)到平衡的,故組成了一個(gè)內(nèi)力系統(tǒng),而不需要其他支撐或約束。脹管橡膠則采用彈性大,強(qiáng)度高的材料制成。
3幾種脹管工藝方法的比
3.1機(jī)械脹管工藝優(yōu)缺點(diǎn)分析
機(jī)械脹接是利用脹管器來(lái)完成的,脹管器按進(jìn)給方向的不同而分為前進(jìn)脹接和后退脹接兩種類(lèi)型。前者適用于一般換熱器及管孔直徑小于?38mm管子的脹接,它的脹桿帶有1:25～1:50的錐度,使周向分力小于摩擦力,從而避免了滾柱與脹桿間的相對(duì)滑動(dòng)為使脹管器導(dǎo)入方便,滾柱上設(shè)計(jì)有一定錐度的頭端;后者通常用于深度脹接和直徑大于?38mm的脹接,其滾子的徑向脹大是靠脹桿后退拉力實(shí)現(xiàn)的,脹管時(shí)管子軸向伸長(zhǎng),因此可向外端自由變形,故避免了前進(jìn)式脹管器給管子連接造成的軸向壓應(yīng)力及變形。機(jī)械脹接不僅能承受一定的軸向力、熱沖擊和反復(fù)熱循環(huán),而且操作簡(jiǎn)單、使用靈活,在制造和維修中應(yīng)用較為普遍。但是機(jī)械脹管也存在如下缺點(diǎn):各管子間的脹度不一,連接強(qiáng)度和緊密度不均;脹管接口的內(nèi)表面產(chǎn)生硬化現(xiàn)象,給重復(fù)補(bǔ)脹帶來(lái)困難。管子與管板材料脹接的相容性有一定的限制,如鈦管與碳鋼的脹接、鋁管與碳鋼的脹接等均受到了限制;勞動(dòng)生產(chǎn)率低,而且小管徑或存厚壁管管子的脹接較困難。
3.2其他脹管工藝與機(jī)械脹管工藝比較分析
液壓脹管除具有使管壁受力均勻、管子軸向伸長(zhǎng)少和加工硬化均勻等優(yōu)點(diǎn)外,又因管壁金屬幾乎能完全添滿(mǎn)管孔槽,而具有較大的軸向拉脫力和良好的密封性。橡膠脹管的優(yōu)點(diǎn):屬于軟特性的脹管工藝,脹接區(qū)與未脹接區(qū)的交界不明顯,過(guò)渡光滑,殘余應(yīng)力小,抗應(yīng)力腐蝕和抗疲勞的性能好;無(wú)管子軸向延伸,與爆炸脹管一樣適用于先焊后脹;管徑偏差要求不嚴(yán),且適合于橢圓管的脹接;適用范圍大,?10～?100mm的管徑及1mm的薄壁管均能進(jìn)行良好的脹接;液壓控制拉桿,易于控制脹管質(zhì)量和調(diào)節(jié)脹緊度。爆炸脹接的基本要求僅僅是使管子能脹接到管板上,并保證足夠的連接強(qiáng)度。因此對(duì)于換熱器常用規(guī)格管子的脹接,大都采用硝銨一類(lèi)低爆炸速度的炸 藥,且藥量較少,所以普通的脹管,亦可以直接采用雷 管或?qū)?爆 索進(jìn)行爆炸脹接,而管壁則用牛皮紙作保護(hù)層。由于爆炸時(shí)管子在巨大的壓力下呈瞬時(shí)超塑性狀態(tài),而能充分地?cái)D滿(mǎn)孔槽,因此爆炸脹管具有較高的連接強(qiáng)度和可靠的密封性;又因爆炸脹管有較好的材料可容性,故適用不同材料各種管徑的脹接;此外爆炸脹管還有一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn),就是工藝工裝簡(jiǎn)單,生產(chǎn)效率極高。但管子與管板材料脹接的相容性有一定的限制,如對(duì)鈦管與碳鋼的脹接等不適用。
4結(jié)語(yǔ)
(1)要保證管子與管板連接的可靠性,不僅要求按設(shè)計(jì)條件(如溫度、壓力、接頭連接強(qiáng)度、疲勞及介質(zhì)的腐蝕性等)正確合理地選用連接形式,而且在制造施工中還應(yīng)有適用于不同連接形式的合理的工藝制度和檢驗(yàn)制度。實(shí)踐證明,連接接頭的可靠性,除由設(shè)計(jì)條件決定外,還往往受制造施工可行性程度的影響。
(2)幾種脹管工藝中,從脹接性能來(lái)看橡膠脹管與液壓脹管最好;爆炸脹管的生產(chǎn)效率最高;由于生產(chǎn)條件的限制,機(jī)械脹管目前使用最為普遍。
(3)在換熱器管子與管板連接接頭加工過(guò)程中,若僅需要脹接,則應(yīng)根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)條件盡量選擇脹接性能比較好的脹管工藝方法,以保證獲得優(yōu)良的脹接質(zhì)量。
(4)對(duì)于使用條件苛刻的場(chǎng)合,如耐高溫高壓、承受動(dòng)載荷和耐腐蝕的換熱器,則應(yīng)采用脹接與焊接相結(jié)合的連接形式。許多實(shí)驗(yàn)資料表明,無(wú)論采用那種脹焊連接形式,其接頭處的抗拉強(qiáng)度和密封性能都較單獨(dú)脹接或焊接為高,在某些程度上甚至超過(guò)了管子材料強(qiáng)度。
該方法是在一個(gè)構(gòu)架上嵌入三個(gè)小直徑的滾子,中間有一根錐型心軸的脹管器,如圖1所示。脹管時(shí)將脹管器的圓柱部分塞入管孔內(nèi),利用電動(dòng)、風(fēng)動(dòng)等動(dòng)力旋轉(zhuǎn)心軸,通過(guò)滾子沿心軸周向旋轉(zhuǎn),使心軸擠入管內(nèi)面并強(qiáng)迫管子擴(kuò)大,達(dá)到一定的脹緊度,使管子緊緊地脹接于管板的孔上。脹管操作可分為前進(jìn)式和后退式兩種,前進(jìn)式是將構(gòu)架插入管內(nèi),旋轉(zhuǎn)心軸,前進(jìn)擠大,達(dá)到所定的緊固程度后電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn),由管中拔出完成脹管過(guò)程。反轉(zhuǎn)式和前進(jìn)式一樣旋轉(zhuǎn)心軸前進(jìn),達(dá)到原定的緊固程度后電動(dòng)機(jī)停止,同時(shí)后退裝置的離合器嚙合反轉(zhuǎn),滾子和心軸的相對(duì)位置保持不變,一邊反轉(zhuǎn)一邊由該深度到入口處連續(xù)均勻地進(jìn)行平行脹管。由于這種脹接過(guò)程是由里至外,管子的伸長(zhǎng),發(fā)生在管板外側(cè),可以消除管束的受力狀態(tài),提高產(chǎn)品質(zhì)量[2],故用于脹接長(zhǎng)度大于60cm的連接。
1.2爆炸脹管工藝
該方法是利用高能源的炸 藥,使其在爆炸瞬間(10×10-6～12×10-6s)所產(chǎn)生沖擊波的巨大壓力,迫使管子產(chǎn)生高速塑性變形,從而把管子與管板脹接在一起,實(shí)現(xiàn)管子與管板的連接。圖2為爆炸脹接的示意圖,圖中柱狀炸 藥放置于管端的中心,為防止沖擊波對(duì)管壁的損傷,炸 藥的周?chē)幸还軤罹彌_填料(粘性物或者塑料),使壓力能均勻地傳遞到管壁上。2脹接新工藝
2.1液壓脹管工藝
液壓脹管工藝又稱(chēng)軟脹接,一次可以脹接較多的管接頭。液壓脹管是一種新的脹接技術(shù),它是通過(guò)對(duì)管子內(nèi)表面施加高的液壓力,使管子塑性變形而脹接于板孔內(nèi)表面的。液壓脹接的脹管頭是直徑略小于管子內(nèi)徑的一段芯棒,芯棒兩端的外圓表面上有多個(gè)密封件,在芯棒中部設(shè)有進(jìn)油孔,在兩段密封件之間的管段內(nèi)施以高壓,使管子發(fā)生塑性脹大變形而實(shí)現(xiàn)脹接。液壓脹管的結(jié)構(gòu)如圖3所示。
2.2橡膠脹管工藝
橡膠脹壓新技術(shù)是在橡膠受力變形的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,它是利用橡膠彈性體的軸向壓縮產(chǎn)生的徑向壓力將管子脹接于管板上的。橡膠脹管機(jī)的工作原理如圖4所示。當(dāng)加載拉桿施加拉力時(shí),脹管橡膠便受到軸向壓縮,并同時(shí)產(chǎn)生徑向擴(kuò)展,該擴(kuò)展力足以使管子材料發(fā)生變形,從而實(shí)現(xiàn)管子與管板間的連接。為防止橡膠在高壓下的軸向移動(dòng),在脹管頭的兩端裝有特殊的硬橡膠密封環(huán)。橡膠脹管的拉桿是用高強(qiáng)度鋼做成的。它是通過(guò)約20MPa的壓力水或油加載于拉桿上,由于拉力是背靠壓環(huán)達(dá)到平衡的,故組成了一個(gè)內(nèi)力系統(tǒng),而不需要其他支撐或約束。脹管橡膠則采用彈性大,強(qiáng)度高的材料制成。
3幾種脹管工藝方法的比
3.1機(jī)械脹管工藝優(yōu)缺點(diǎn)分析
機(jī)械脹接是利用脹管器來(lái)完成的,脹管器按進(jìn)給方向的不同而分為前進(jìn)脹接和后退脹接兩種類(lèi)型。前者適用于一般換熱器及管孔直徑小于?38mm管子的脹接,它的脹桿帶有1:25～1:50的錐度,使周向分力小于摩擦力,從而避免了滾柱與脹桿間的相對(duì)滑動(dòng)為使脹管器導(dǎo)入方便,滾柱上設(shè)計(jì)有一定錐度的頭端;后者通常用于深度脹接和直徑大于?38mm的脹接,其滾子的徑向脹大是靠脹桿后退拉力實(shí)現(xiàn)的,脹管時(shí)管子軸向伸長(zhǎng),因此可向外端自由變形,故避免了前進(jìn)式脹管器給管子連接造成的軸向壓應(yīng)力及變形。機(jī)械脹接不僅能承受一定的軸向力、熱沖擊和反復(fù)熱循環(huán),而且操作簡(jiǎn)單、使用靈活,在制造和維修中應(yīng)用較為普遍。但是機(jī)械脹管也存在如下缺點(diǎn):各管子間的脹度不一,連接強(qiáng)度和緊密度不均;脹管接口的內(nèi)表面產(chǎn)生硬化現(xiàn)象,給重復(fù)補(bǔ)脹帶來(lái)困難。管子與管板材料脹接的相容性有一定的限制,如鈦管與碳鋼的脹接、鋁管與碳鋼的脹接等均受到了限制;勞動(dòng)生產(chǎn)率低,而且小管徑或存厚壁管管子的脹接較困難。
3.2其他脹管工藝與機(jī)械脹管工藝比較分析
液壓脹管除具有使管壁受力均勻、管子軸向伸長(zhǎng)少和加工硬化均勻等優(yōu)點(diǎn)外,又因管壁金屬幾乎能完全添滿(mǎn)管孔槽,而具有較大的軸向拉脫力和良好的密封性。橡膠脹管的優(yōu)點(diǎn):屬于軟特性的脹管工藝,脹接區(qū)與未脹接區(qū)的交界不明顯,過(guò)渡光滑,殘余應(yīng)力小,抗應(yīng)力腐蝕和抗疲勞的性能好;無(wú)管子軸向延伸,與爆炸脹管一樣適用于先焊后脹;管徑偏差要求不嚴(yán),且適合于橢圓管的脹接;適用范圍大,?10～?100mm的管徑及1mm的薄壁管均能進(jìn)行良好的脹接;液壓控制拉桿,易于控制脹管質(zhì)量和調(diào)節(jié)脹緊度。爆炸脹接的基本要求僅僅是使管子能脹接到管板上,并保證足夠的連接強(qiáng)度。因此對(duì)于換熱器常用規(guī)格管子的脹接,大都采用硝銨一類(lèi)低爆炸速度的炸 藥,且藥量較少,所以普通的脹管,亦可以直接采用雷 管或?qū)?爆 索進(jìn)行爆炸脹接,而管壁則用牛皮紙作保護(hù)層。由于爆炸時(shí)管子在巨大的壓力下呈瞬時(shí)超塑性狀態(tài),而能充分地?cái)D滿(mǎn)孔槽,因此爆炸脹管具有較高的連接強(qiáng)度和可靠的密封性;又因爆炸脹管有較好的材料可容性,故適用不同材料各種管徑的脹接;此外爆炸脹管還有一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn),就是工藝工裝簡(jiǎn)單,生產(chǎn)效率極高。但管子與管板材料脹接的相容性有一定的限制,如對(duì)鈦管與碳鋼的脹接等不適用。
4結(jié)語(yǔ)
(1)要保證管子與管板連接的可靠性,不僅要求按設(shè)計(jì)條件(如溫度、壓力、接頭連接強(qiáng)度、疲勞及介質(zhì)的腐蝕性等)正確合理地選用連接形式,而且在制造施工中還應(yīng)有適用于不同連接形式的合理的工藝制度和檢驗(yàn)制度。實(shí)踐證明,連接接頭的可靠性,除由設(shè)計(jì)條件決定外,還往往受制造施工可行性程度的影響。
(2)幾種脹管工藝中,從脹接性能來(lái)看橡膠脹管與液壓脹管最好;爆炸脹管的生產(chǎn)效率最高;由于生產(chǎn)條件的限制,機(jī)械脹管目前使用最為普遍。
(3)在換熱器管子與管板連接接頭加工過(guò)程中,若僅需要脹接,則應(yīng)根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)條件盡量選擇脹接性能比較好的脹管工藝方法,以保證獲得優(yōu)良的脹接質(zhì)量。
(4)對(duì)于使用條件苛刻的場(chǎng)合,如耐高溫高壓、承受動(dòng)載荷和耐腐蝕的換熱器,則應(yīng)采用脹接與焊接相結(jié)合的連接形式。許多實(shí)驗(yàn)資料表明,無(wú)論采用那種脹焊連接形式,其接頭處的抗拉強(qiáng)度和密封性能都較單獨(dú)脹接或焊接為高,在某些程度上甚至超過(guò)了管子材料強(qiáng)度。
