换热器管子及管板接头拉脱力的研究.pdf

第 34 卷 第 3 期 北 京 化 工 大 学 学 报 Vol . 34 , No . 3 2007 年 J OU RNAL OF B EIJ IN G UN IV ERSI T Y OF CHEM ICAL TECHNOL O GY 2007 换热器管子与管板接头拉脱力的研究 段成红 　钱才富 (北京化工大学机电工程学院 , 北京 　100029) ( 摘 　要 : 通过试验和三维有限元分析研究了换热器中管子与管板连接的液压胀接 、焊接以及胀焊结合接头 包括先 ) 焊后胀以及先胀后焊两种情况 的拉脱力大小和失效形式 。有限元分析考虑了接头的几何非线性 、材料非线性 、接 触非线性以及热固耦合 ,从而能模拟接头材料的弹塑性变形 、热塑性以及先胀后焊过程中焊接热对胀接的影响 。 研究结果表明 ,焊接接头的拉脱力远大于液压胀接接头的拉脱力 ,并且略大于胀焊结合接头的拉脱力 ;对于先胀后 焊或者先焊后胀接头 ,拉脱力并没有明显的变化 ;在拉力作用下 ,胀接接头的破坏主要是管子与管板接触面间的拉 脱破坏 ,而焊接接头的破坏主要为焊缝的剪切破坏 。 关键词 : 拉脱力 ; 管子与管板接头 ; 胀接 ; 焊接 ; 胀焊结合 中图分类号 : TQ05 15 引　言 1 　接头拉脱力试验研究 管壳式换热器广泛应用于化工 、石油化工等各 11 　试件 个行业 ,其中管子与管板连接接头是设备中最容易 焊接和胀焊结合试件如图 1 所示 。管板为 16 发生失效的地方 。目前常用的接头连接方式有胀接 Mn 低合金钢 ,管子为 20 # 碳素钢 ,焊接为手工亚弧 ( ) 焊 ,焊丝 H08Mn2 Si 。管板试样 为矩 形板 , 厚 48 机械胀接 、液压胀接 、橡胶胀接和爆炸胀接等 、焊 接以及胀焊结合 。接头的性能表现在两个方面 , 即 mm 。管孔三角形排列 ,管子每隔一孔进行胀接 、焊 ( ) 密封性能和拉脱强度 或拉脱力 。关于拉脱力的研 接或胀焊结合的连接 ,每块管板上连接 6 根接管 。 究 ,文献中所报道的绝大多数都是针对胀接接头的 , 焊接除填满管板上表面 15 ×45°的倒角外 ,高出部 而对 焊接 、胀 焊 结合接 头 的拉 脱 力研 究较 少 。 分经机加工成为 15 ×15 mm 的等腰三角形 , 以保 [ 1 ] [2 ] Yokell S 和匡良明 基于不同力学假设给出了拉 证焊缝尺寸的精确性 。焊缝沿管子轴线总焊高为 3 脱力的近似公式 。对于在胀接拉脱力研究中起关键 mm 。几何尺寸如图 2 所示 。胀接接头没有坡 口和 作用的摩擦系数 ,汪建华等人[3 ] 和 Allam [4 ] 利用试 焊缝 。所有胀接采用液袋式胀接 ,胀接压力分别为 验反算 出了某种材料组合下的摩擦系数 。颜惠 160 和 180 M Pa 。 庚[5 ]指出拉脱力小于压脱力 。李磊等人[6 ] 、段红卫 等人[7 ] 和王海峰等人[ 8 ] 试验研究了胀接接头