厚管板液压胀接残余应力的研究

针对一实际厚管板的开裂问题,应用有限元分析方法,模拟了管板的液压胀接过程,计算了管子与管板接触面上的残余接触压力以及管孔周围的残余环向应力。结果发现,液压胀接后,在管子与管板接触面上的残余接触压力的分布是不均匀的,存在两个有较大残余接触压力的"密封环"。沿管板厚度,管孔周围的胀接残余环向拉应力可达数10 MPa,该应力很可能会触发裂纹形核并促使裂纹沿管板厚度方向发生穿透性扩展。     

包括热载荷在内的胀接接头加载的弹塑性分析

本文对管子与管板的胀接接头进行了二维弹塑性分析,既考察了在室温下的胀接过程,也考察了在操作温度下热载荷对胀接接头的影响。本研究考虑了有限变形的影响和反向屈服的可能性,并发展了一个基于增量分析理论的电子计算机程序。应用这个理论和程序可以定量分析胀接接头的几何尺寸、材料机械性质、胀管压力和温度变化等因素对胀接接头管子与管板间接触压力的影响。文中附有对典型实例的分析结果。     

换热器管子-管板液压胀接的有限元模拟

采用ANSYS/CAE软件,对锅炉、换热器管子-管板的液压胀接过程进行了模拟.管子与管板孔之间采用面-面接触元以模拟相互之间的间隙及管子产生塑性变形并贴紧管板孔后对管板的作用.通过本文的模拟分析,可获得胀接时接头处的弹-塑性应力状态及卸除胀接压力后管子与管板之间的残余接触压力.值得注意的是此接触压力沿管板厚度方向分布是不均匀的;在管孔槽处会出现较高的数值;在管板内侧处,管子的过渡区会出现较大的残余拉应力.     

软介质胀管中胀接压力的确定

本文以弹塑性理论为基础，分析了在软介质胀管过程中管子与管板的受力和变形情况，给出了胀接压力的选取范围及计算方法和残余接触压力的计算方法，并用实例进行了验证。     

换热器管子与管板接头拉脱力的研究

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。     

换热器管板胀接接头高温下拉脱实验研究

考虑换热器管板胀接接头和高温拉伸实验机结构,设计了试件和实验方案,对液压胀接接头在高温条件下的拉脱力变化规律进行了实验研究.当温度在100℃内,拉脱力随温度升高显著增大、受胀管率影响较大;当温度在100℃～300℃时,拉脱力随温度升高略有降低,胀管率影响逐步变小.实验结果可为换热器管板胀接接头设计和拉脱力计算提供理论依据.     

管板接头残余应力的数值模拟计算及测试

利用有限元软件ABAQUS进行换热器管板焊接接头残余应力数值模拟,获得了管板焊接接头径向和环向残余应力的计算数值.结果表明：最大径向残余应力出现在相邻角焊缝间的热影响区;环向残余应力最大值则位于焊缝根部焊趾,而实际使用中焊趾与换热介质直接接触,易造成换热管与管板连接处的应力腐蚀开裂.通过X射线衍射法测量了管板接头焊后、先焊后胀两种工艺热影响区的环向残余应力值,发现制造过程中采取先焊后胀的方法不但减小了换热管与管板的间隙,还使焊后残余应力值下降,甚至应力形成从拉应力转变为压应力,降低了管子与管板之间发生应力腐蚀的可能性.对比焊后环向残余应力的计算值与实测值,二者变化趋势一致.     

关于管板结构的数值分析设计

针对管子与管板以胀接和焊接形式连接的管板结构,采用有限元方法计算了在壳程压力作用下的挠度和应力,并拟合为管板半径、厚度和压力的函数。结果表明:由于管子的支撑作用,管板的挠度和应力对管板的半径和厚度的变化并不十分敏感;有限元分析得到的管板应力不足按常规设计标准计算所得管板应力的一半,这表明,虽然在换热器设计标准中管板的设计计算考虑了管子的一定支撑作用,但实际的支撑效果更大,若采用基于有限元法的分析设计法,仍然可以降低换热器的管板厚度;与焊接结构相比,胀接结构更有利于提升开孔管板的强度与刚度。     

钛管换热器液压胀接技术的研究

钛管换热器在石化工业已得到广泛应用，在钛管换热器制造过程中，钛换热管具有较高的屈强比，塑性差，易脆裂，使得钛管与碳钢管板胀接相容性有一定限制，是制造过程中的一个难点。而液压胀接技术是一种对换热管内壁均匀施加压力的柔性胀接技术，可以有效解决这一难题。本研究通过理论计算，获得液压胀接压力范围，通过胀接工艺试验，确定生产过程中的胀接压力，保证胀接质量可靠和稳定。钛管换热器液压胀接工艺成功应用于生产制造，对生产实践具有重要的指导意义。     

浅谈双管板换热器的设计与制造

本文对固定管板式双管板换热器的结构、模拟管板进行强度胀接工艺评定、以及管板加工、液压胀接、压力试验等方面做了简要介绍,总结了影响双管板强度胀接的一些因素,仅供设计人员及制造单位参考。