BFe30-1-1管与HSn62-1管板胀接工艺研究

马德鹏， 姜振， 马春光

（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨 150046）

1 引言

在换热器中，管-管板胀接接头经常处在变载荷的场合，胀接质量直接影响胀接强度和密封性能。不同的管板材料及换热管材料都有合理的胀接范围，因此对管-管板胀接性能进行基础性研究，对指导生成有重要意义。

目前管-管板胀接方法主要有液压胀接和机械胀接。本次实验采用机械胀接法进行胀接实验。其原理是通过胀杆的旋转带动胀珠扩张碾压管壁使之扩张，使管壁与管孔紧密贴合。利用管板弹性恢复，使换热管与管板间的挤压力，产生一定的机械强度和密封性。

2 胀接实验

2.1 接头形式

胀接长度23mm，拉脱力值7kN，管板材质HSn62-1黄铜板，换热管材质BFe30-1-1白铜管，换热管规格φ16×1（如图 1）。

图1 管-管板胀接接头形式

2.2 胀接率计算方法

采用壁厚减薄率计算公式：dn′-管子胀后内径；dn-管子胀前内径；DO-管板孔胀接前直径；DW-管子胀前外径；t-胀前管子壁厚。

对公式进行简化 ε=（dn′+（DW-dn）-DO）/2t×100%=（dn+2t-DO）/2t×100%

胀后管子内径预算 dn′=DO-2t+2tε

2.3 实验数据的测量

（1）管板孔内径的测量：采用内径千分尺对每个管板取3个不同的点进行测量，并取多个管孔的平均值为理论真值。带入公式进行计算，同时在整个试验过程中采用同一把千分尺（由量具产生的误差可在计算过程中消除）。

（2）换热管壁厚度的测量：采用测管千分尺，抽查多根换热管，进行多次测量，取平均值。

（3）胀后管子内径的测量：对每个胀后管孔，取3个位置进行测量，并取其平均值。

2.4 实验件的制作

管板模拟件外协尺寸50mm×50mm×26mm，管孔尺寸φ16.2表面粗糙度≤Ra6.3；换热管长150mm（如图2）。

2.5 实验内容

将胀接率范围选定在2%～24%之间，并进行反复实验。对实验数据进行整理，分析拉脱力与胀接率之间的变化关系及不同胀接率的应用范围。

3 实验结果分析

对实验数据进行整理并绘制拉脱力随胀接率变化曲线图（如图3）。从图上可以看出拉脱力随着胀接率的变化而变化，并可以分为4个阶段：

图2 实验件实物图

图3 拉脱力-胀接率变化曲线图

A-B阶段——管板弹性变形阶段。在此阶段，随着压应变的增加，压应力呈线性增大。拉脱力可以近似为管子与管板间的静摩擦力。因此拉脱力呈线性增长。在B点胀接率达到最佳值，但合格胀接率范围较窄，不便于控制。适合小型单管板产品的生产。

B-C阶段——管板塑性变形阶段。管板内侧弹性变形达到一个阶段后会进入一个短暂的屈服，局部发生塑性变形，管子与管壁间的作用力在一个相对恒定范围内波动，同时由于管壁的回弹量减小，拉脱力略有下降。拉脱力较稳定，便于控制，但管壁回弹小，密封性差。胀接生产时应避开此区域。

C-D阶段——管板局部变形强化阶段。管板内侧局部发生硬化和强化作用，压应力增大，同时塑性变形区域扩大。管子与管壁间的作用力继续随胀接率的增大而增大，拉脱力也随之增大。胀接质量便于控制，胀后合格率高，适合大型管板结构生产。

D-E阶段——管板变形强化稳定阶段。管板变形强化区域及塑性变形区域随着胀接率的增加而增大，但应力变化稳定，趋于平衡。胀接质量稳定，合格率高，适合双管板结构中不便检漏的内管板的胀接。但对胀管器和胀管机的磨损严重，工人劳动强度大，经济效益差。

4 结语

（1）对于小型单管板换热器，胀接率可以控制在4%～4.5%区间内。在此区间内，管板完全处于弹性变形，变形小，各管孔间胀后相互影响小。胀管器使用寿命高，工人劳动强度低，经济效益好。

（2）随着管板结构的复杂化（管板结构为双管板，管板面积变大，管板孔增多）胀接后产品质量的稳定性随之下降，需要增加胀接率来保证密封性要求。胀接率控制在6.5%～14%之间，胀接率应随着管板结构的复杂化而增大。