一，概述

管壳式换热器作为将材料之间热流体的一部分热量传递给冷流体的传热设备，广泛应用于人们的日常生活和石油、化工、动力、医药、原子能和核工业。它可以加热器、凝汽器、冷却器等独立设备；也可作为某些工艺设备的组成部分，如某些化工设备中的换热器等。

特别是在能耗大的化工行业，换热器是化工生产热交换和传递过程中不可缺少的设备，在整个化工生产设备中也占有相当大的比例。

从功能上看，换热器一方面是保证工业过程中介质所需的特定温度，另一方面也是提高能源利用率的主要设备。根据其结构形式，主要有板式换热器、浮头式换热器、固定管板式换热器、U型管式换热器等。除板式换热器外，其余属于管壳式换热器。

由于管壳式换热器具有单位体积大、换热效果好、结构坚固、适应性强、制造工艺成熟等优点，已成为较常用的典型换热器。

二、换热管与管板在管壳式换热器中的连接。

在管壳式换热器中，换热管和管板是换热器管程和壳程之间的屏障。换热管与管板之间的连接结构和质量决定了换热器的质量和使用寿命，是换热器制造过程中的关键环节。

大多数换热器的损坏和故障发生在换热管与管板的连接处，其连接接头的质量也直接影响化工设备和设备的安全可靠性。因此，换热管与管板在管壳换热器中的连接过程已成为换热器制造质量保证体系中较关键的控制环节。目前，在换热器制造过程中，换热管与管板的连接主要包括焊接、膨胀连接、膨胀连接焊接和胶接膨胀连接。

1.焊接

换热管与管板焊接时，由于管板加工要求低，制造工艺简单，密封性好，焊接、外观检查、维护方便，是管壳换热器中应用较广泛的连接方式。

采用焊接连接时，有保证焊接接头密封性和抗拉强度的强度焊和只保证换热管与管板连接密封性的密封焊。强度焊的使用性能有限，仅适用于振动小、无间隙腐蚀的场合。

采用焊接连接时，换热管之间的距离不宜过近，否则影响，焊缝质量不易保证，管端应留有一定距离，以减少焊接应力。换热管伸出管板的长度应符合规定的要求，以保证其有效的承载能力。

在焊接方法上，焊条电弧焊、TIG焊、CO2焊等可根据换热管和管板的材料进行焊接。对于对换热管与管板之间连接要求较高的换热器，如设计压力大、设计温度高、温度变化大、承受交变载荷的换热器、薄管板换热器等，应采用TIG焊接。

传统的焊接连接方法，由于管道与管板孔之间存在间隙，容易产生间隙腐蚀和过热，焊接接头产生的热应力也可能导致应力腐蚀和损坏，使换热器失效。

目前，在国内核工业、电力工业等行业使用的换热器中，换热管与管板的连接已开始采用内孔焊接技术。该连接方法将换热管与管板的端部焊接改为管束内孔焊接，采用全熔透形式，消除端部焊接间隙，提高耐间隙腐蚀和应力腐蚀的能力，

其抗振动疲劳强度高，能承受高温高压，焊接接头机械性能好；对接头进行内部无损检测，控制焊缝内部质量，提高焊缝可靠性。

但内孔焊接技术组装困难，焊接技术要求高，制造和检验复杂，制造成本相对较高。随着换热器向高温、高压、大型化发展，对其制造质量的要求越来越高，内孔焊接技术将得到更广泛的应用。

2.胀接

膨胀连接是传统的换热管与管板之间的连接方式。膨胀管设备用于使管板与管道紧密贴合，形成牢固的连接，达到密封、抗拉的目的。在换热器制造过程中，膨胀接头适用于无剧烈振动、温度变化过大、应力腐蚀严重的场合。

目前采用的膨胀工艺主要包括机械膨胀和液压膨胀。机械膨胀连接不均匀，一旦管道与管板连接失效，很难用膨胀管修复；液压膨胀连接由计算机控制，精度高，可保证膨胀连接的紧密性均匀，连接的可靠性优于机械膨胀连接。但加工精度要求严格，密布接头难以保证膨胀接头的成功，如果膨胀接头失效，更难修复。

3.膨胀焊接。

当温度和压力较高，在热变形、热冲击、热腐蚀和流体压力的作用下，换热管与管板的连接处容易损坏，膨胀或焊接难以保证连接强度和密封要求。目前广泛采用胀焊并用的方法。膨胀焊接结构能有效阻尼管束振动对焊缝的损伤，有效消除应力腐蚀和间隙腐蚀，提高接头的抗疲劳性能，

从而提高换热器的使用寿命，比单纯膨胀或强度焊具有更高的强度和密封性。普通换热器通常采用贴胀%强度焊的形式；条件恶劣的换热器需要强度膨胀%密封焊。根据膨胀和焊接在工艺中的顺序，膨胀加焊可分为先膨胀后焊和先焊后膨胀。

(1)焊接前膨胀后使用的润滑油会渗入接头间隙，对焊接裂纹和孔隙敏感性强，使焊接过程中的缺陷更加严重。这些渗入间隙的油污很难去除，因此采用先膨胀后焊工艺，不宜采用机械膨胀。虽然不耐压，但可以消除管道与管板管孔之间的间隙，从而有效阻尼管束振动到管口焊接部位。

但常规手动或机械控制的膨胀连接方法不能满足均匀膨胀要求，电脑控制膨胀连接压力的液袋膨胀连接方法方便均匀地满足膨胀要求。焊接时，由于高温熔化金属的影响，间隙中的气体被加热并迅速膨胀。这些高温高压气体在泄漏时会对强度膨胀的密封性能造成一定的损害。

(2)先焊后焊后胀工艺，首要问题是控制管道及管板孔的精度及其配合。当管道与管板管孔之间的间隙小于一定值时，膨胀过程不会损坏焊接接头的质量。然而，焊口承受剪切力的能力相对较差，因此在强度焊接过程中，如果控制不符合要求，可能会导致过度膨胀故障或膨胀损坏焊接接头。

在制造过程中，换热管的外径与管板管孔之间存在较大的间隙，每根换热管的外径与管板管孔之间的间隙沿轴向不均匀。焊接后膨胀时，管道中心线必须与管板管孔中心线重叠，以保证接头质量。如果间隙较大，由于管道刚度较大，过大的膨胀变形会损坏焊接接头，甚至导致焊口脱焊。

4.胶接加胀接。

胶接膨胀工艺有助于解决换热器换热管与管板连接处经常出现的泄漏和泄漏问题。根据胶接件的工作条件正确选择胶接剂很重要。在工艺实施过程中，应结合换热器的结构和尺寸选择工艺参数，主要包括固化压力、固化温度、膨胀紧力等，并在生产过程中严格控制。该工艺简单、易行、可靠，在企业实际使用中得到认可，具有推广价值。