液壓脹管與其他脹接工藝有什么區別
作者：admin 時間：2019-10-21 14:45
管子與管板的連接是管殼式換熱器生產中最主要的工序之一。由于這類工程需耗費大量工時,更重要的是,連接的地方在運行中容易發生故障。因此,發展高效率、高質量的連接技術已成為制造中的重點研究課題。根據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的焊接工作量過大的情況。因此該方法在實際生產中運用廣泛。隨著技術的不斷發展,現已相繼開發出滾柱脹管、爆炸脹管及液壓、液袋和橡膠脹管等新工藝。本文擬對這幾種脹管工藝進行比較,為實際生產選擇合理的脹管工藝提供參考。1傳統脹接工藝1.1滾柱脹管法
該方法是在一個構架上嵌入三個小直徑的滾子,中間有一根錐型心軸的脹管器,如圖1所示。脹管時將脹管器的圓柱部分塞入管孔內,利用電動、風動等動力旋轉心軸,通過滾子沿心軸周向旋轉,使心軸擠入管內面并強迫管子擴大,達到一定的脹緊度,使管子緊緊地脹接于管板的孔上。脹管操作可分為前進式和后退式兩種,前進式是將構架插入管內,旋轉心軸,前進擠大,達到所定的緊固程度后電動機反轉,由管中拔出完成脹管過程。反轉式和前進式一樣旋轉心軸前進,達到原定的緊固程度后電動機停止,同時后退裝置的離合器嚙合反轉,滾子和心軸的相對位置保持不變,一邊反轉一邊由該深度到入口處連續均勻地進行平行脹管。由于這種脹接過程是由里至外,管子的伸長,發生在管板外側,可以消除管束的受力狀態,提高產品質量[2],故用于脹接長度大于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)所產生沖擊波的巨大壓力,迫使管子產生高速塑性變形,從而把管子與管板脹接在一起,實現管子與管板的連接。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,為防止沖擊波對管壁的損傷,炸 藥的周圍有一管狀緩沖填料(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,它是通過對管子內表面施加高的液壓力,使管子塑性變形而脹接于板孔內表面的。液壓脹接的脹管頭是直徑略小于管子內徑的一段芯棒,芯棒兩端的外圓表面上有多個密封件,在芯棒中部設有進油孔,在兩段密封件之間的管段內施以高壓,使管子發生塑性脹大變形而實現脹接。液壓脹管的結構如圖3所示。
2.2橡膠脹管工藝
橡膠脹壓新技術是在橡膠受力變形的基礎上發展起來的,它是利用橡膠彈性體的軸向壓縮產生的徑向壓力將管子脹接于管板上的。橡膠脹管機的工作原理如圖4所示。當加載拉桿施加拉力時,脹管橡膠便受到軸向壓縮,并同時產生徑向擴展,該擴展力足以使管子材料發生變形,從而實現管子與管板間的連接。為防止橡膠在高壓下的軸向移動,在脹管頭的兩端裝有特殊的硬橡膠密封環。橡膠脹管的拉桿是用高強度鋼做成的。它是通過約20MPa的壓力水或油加載于拉桿上,由于拉力是背靠壓環達到平衡的,故組成了一個內力系統,而不需要其他支撐或約束。脹管橡膠則采用彈性大,強度高的材料制成。
3幾種脹管工藝方法的比
3.1機械脹管工藝優缺點分析
機械脹接是利用脹管器來完成的,脹管器按進給方向的不同而分為前進脹接和后退脹接兩種類型。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滑動為使脹管器導入方便,滾柱上設計有一定錐度的頭端;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現的,脹管時管子軸向伸長,因此可向外端自由變形,故避免了前進式脹管器給管子連接造成的軸向壓應力及變形。機械脹接不僅能承受一定的軸向力、熱沖擊和反復熱循環,而且操作簡單、使用靈活,在制造和維修中應用較為普遍。但是機械脹管也存在如下缺點:各管子間的脹度不一,連接強度和緊密度不均;脹管接口的內表面產生硬化現象,給重復補脹帶來困難。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;勞動生產率低,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、管子軸向伸長少和加工硬化均勻等優點外,又因管壁金屬幾乎能完全添滿管孔槽,而具有較大的軸向拉脫力和良好的密封性。橡膠脹管的優點:屬于軟特性的脹管工藝,脹接區與未脹接區的交界不明顯,過渡光滑,殘余應力小,抗應力腐蝕和抗疲勞的性能好;無管子軸向延伸,與爆炸脹管一樣適用于先焊后脹;管徑偏差要求不嚴,且適合于橢圓管的脹接;適用范圍大,?10～?100mm的管徑及1mm的薄壁管均能進行良好的脹接;液壓控制拉桿,易于控制脹管質量和調節脹緊度。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度。因此對于換熱器常用規格管子的脹接,大都采用硝銨一類低爆炸速度的炸 藥,且藥量較少,所以普通的脹管,亦可以直接采用雷 管或導 爆 索進行爆炸脹接,而管壁則用牛皮紙作保護層。由于爆炸時管子在巨大的壓力下呈瞬時超塑性狀態,而能充分地擠滿孔槽,因此爆炸脹管具有較高的連接強度和可靠的密封性;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顯著的優點,就是工藝工裝簡單,生產效率極高。但管子與管板材料脹接的相容性有一定的限制,如對鈦管與碳鋼的脹接等不適用。
4結語
(1)要保證管子與管板連接的可靠性,不僅要求按設計條件(如溫度、壓力、接頭連接強度、疲勞及介質的腐蝕性等)正確合理地選用連接形式,而且在制造施工中還應有適用于不同連接形式的合理的工藝制度和檢驗制度。實踐證明,連接接頭的可靠性,除由設計條件決定外,還往往受制造施工可行性程度的影響。
(2)幾種脹管工藝中,從脹接性能來看橡膠脹管與液壓脹管最好;爆炸脹管的生產效率最高;由于生產條件的限制,機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程中,若僅需要脹接,則應根據實際生產條件盡量選擇脹接性能比較好的脹管工藝方法,以保證獲得優良的脹接質量。
(4)對于使用條件苛刻的場合,如耐高溫高壓、承受動載荷和耐腐蝕的換熱器,則應采用脹接與焊接相結合的連接形式。許多實驗資料表明,無論采用那種脹焊連接形式,其接頭處的抗拉強度和密封性能都較單獨脹接或焊接為高,在某些程度上甚至超過了管子材料強度。
該方法是在一個構架上嵌入三個小直徑的滾子,中間有一根錐型心軸的脹管器,如圖1所示。脹管時將脹管器的圓柱部分塞入管孔內,利用電動、風動等動力旋轉心軸,通過滾子沿心軸周向旋轉,使心軸擠入管內面并強迫管子擴大,達到一定的脹緊度,使管子緊緊地脹接于管板的孔上。脹管操作可分為前進式和后退式兩種,前進式是將構架插入管內,旋轉心軸,前進擠大,達到所定的緊固程度后電動機反轉,由管中拔出完成脹管過程。反轉式和前進式一樣旋轉心軸前進,達到原定的緊固程度后電動機停止,同時后退裝置的離合器嚙合反轉,滾子和心軸的相對位置保持不變,一邊反轉一邊由該深度到入口處連續均勻地進行平行脹管。由于這種脹接過程是由里至外,管子的伸長,發生在管板外側,可以消除管束的受力狀態,提高產品質量[2],故用于脹接長度大于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)所產生沖擊波的巨大壓力,迫使管子產生高速塑性變形,從而把管子與管板脹接在一起,實現管子與管板的連接。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,為防止沖擊波對管壁的損傷,炸 藥的周圍有一管狀緩沖填料(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,它是通過對管子內表面施加高的液壓力,使管子塑性變形而脹接于板孔內表面的。液壓脹接的脹管頭是直徑略小于管子內徑的一段芯棒,芯棒兩端的外圓表面上有多個密封件,在芯棒中部設有進油孔,在兩段密封件之間的管段內施以高壓,使管子發生塑性脹大變形而實現脹接。液壓脹管的結構如圖3所示。
2.2橡膠脹管工藝
橡膠脹壓新技術是在橡膠受力變形的基礎上發展起來的,它是利用橡膠彈性體的軸向壓縮產生的徑向壓力將管子脹接于管板上的。橡膠脹管機的工作原理如圖4所示。當加載拉桿施加拉力時,脹管橡膠便受到軸向壓縮,并同時產生徑向擴展,該擴展力足以使管子材料發生變形,從而實現管子與管板間的連接。為防止橡膠在高壓下的軸向移動,在脹管頭的兩端裝有特殊的硬橡膠密封環。橡膠脹管的拉桿是用高強度鋼做成的。它是通過約20MPa的壓力水或油加載于拉桿上,由于拉力是背靠壓環達到平衡的,故組成了一個內力系統,而不需要其他支撐或約束。脹管橡膠則采用彈性大,強度高的材料制成。
3幾種脹管工藝方法的比
3.1機械脹管工藝優缺點分析
機械脹接是利用脹管器來完成的,脹管器按進給方向的不同而分為前進脹接和后退脹接兩種類型。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滑動為使脹管器導入方便,滾柱上設計有一定錐度的頭端;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現的,脹管時管子軸向伸長,因此可向外端自由變形,故避免了前進式脹管器給管子連接造成的軸向壓應力及變形。機械脹接不僅能承受一定的軸向力、熱沖擊和反復熱循環,而且操作簡單、使用靈活,在制造和維修中應用較為普遍。但是機械脹管也存在如下缺點:各管子間的脹度不一,連接強度和緊密度不均;脹管接口的內表面產生硬化現象,給重復補脹帶來困難。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;勞動生產率低,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、管子軸向伸長少和加工硬化均勻等優點外,又因管壁金屬幾乎能完全添滿管孔槽,而具有較大的軸向拉脫力和良好的密封性。橡膠脹管的優點:屬于軟特性的脹管工藝,脹接區與未脹接區的交界不明顯,過渡光滑,殘余應力小,抗應力腐蝕和抗疲勞的性能好;無管子軸向延伸,與爆炸脹管一樣適用于先焊后脹;管徑偏差要求不嚴,且適合于橢圓管的脹接;適用范圍大,?10～?100mm的管徑及1mm的薄壁管均能進行良好的脹接;液壓控制拉桿,易于控制脹管質量和調節脹緊度。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度。因此對于換熱器常用規格管子的脹接,大都采用硝銨一類低爆炸速度的炸 藥,且藥量較少,所以普通的脹管,亦可以直接采用雷 管或導 爆 索進行爆炸脹接,而管壁則用牛皮紙作保護層。由于爆炸時管子在巨大的壓力下呈瞬時超塑性狀態,而能充分地擠滿孔槽,因此爆炸脹管具有較高的連接強度和可靠的密封性;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顯著的優點,就是工藝工裝簡單,生產效率極高。但管子與管板材料脹接的相容性有一定的限制,如對鈦管與碳鋼的脹接等不適用。
4結語
(1)要保證管子與管板連接的可靠性,不僅要求按設計條件(如溫度、壓力、接頭連接強度、疲勞及介質的腐蝕性等)正確合理地選用連接形式,而且在制造施工中還應有適用于不同連接形式的合理的工藝制度和檢驗制度。實踐證明,連接接頭的可靠性,除由設計條件決定外,還往往受制造施工可行性程度的影響。
(2)幾種脹管工藝中,從脹接性能來看橡膠脹管與液壓脹管最好;爆炸脹管的生產效率最高;由于生產條件的限制,機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程中,若僅需要脹接,則應根據實際生產條件盡量選擇脹接性能比較好的脹管工藝方法,以保證獲得優良的脹接質量。
(4)對于使用條件苛刻的場合,如耐高溫高壓、承受動載荷和耐腐蝕的換熱器,則應采用脹接與焊接相結合的連接形式。許多實驗資料表明,無論采用那種脹焊連接形式,其接頭處的抗拉強度和密封性能都較單獨脹接或焊接為高,在某些程度上甚至超過了管子材料強度。
