CN114406113A - 一种无油、多瓣式胀管器，胀管设备和换热管连接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无油、多瓣式胀管器，胀管设备和换热管连接方法，胀管设备包括胀管器、高压油管、换向器、压力表、油泵和油箱，所述油泵连接油箱，通过高压油管连接至胀管器，高压油管上设置换向器控制液压油的输出方向。所述胀管器包括顶针、多瓣式胀头、固定套、固定臂、销轴、O型圈、手柄、顶杆、定位螺钉和固定座。顶针位于多瓣式胀头轴心位置，所述顶针为锥形结构，多瓣式胀头外侧端设置一O型圈，用于将若干个多瓣式胀头向轴心方向紧固，起到复位驱动力的作用。胀管过程中由液压驱动多瓣式胀头的直径变化，使管子实现塑性变形与管板贴紧，过程中无需加润滑油，可使管子与管板的间隙缩小，且间隙均匀。

Description

一种无油、多瓣式胀管器，胀管设备和换热管连接方法

技术领域

本发明属于胀管设备技术领域，特别是涉及一种无油、多瓣式胀管器，胀管设备和换热管连接方法。

背景技术

换热器使用的换热管为了提高换热效率，采用薄壁不锈钢管，壁厚大约在1mm。胀接与焊接方法用于换热管和管板的连接，都有各自的优点与缺点，，换热器管与管板的连接处在使用中受到反复热变形、热冲击、腐蚀及介质压力的作用后，很容易发生破坏。无论单独采用焊接或是胀接都难以解决问题。如果采用胀焊并用的方法，不仅能改善连接处的抗疲劳性能，而且还可消除应力腐蚀和间隙腐蚀，提高使用寿命。因此目前胀焊并用方法已得到比较广泛的应用。

从加工工艺过程来看，主要有强度胀+密封焊、强度焊+贴胀、强度焊+强度胀等几种形式。这里所说的“密封焊”是指保证换热管与管板连接密封性能的焊接，不保证强度；“贴胀”是指为消除换热管与管孔间的间隙并不承担拉脱力的轻度胀接。如强度胀与密封焊相结合，则胀接承受拉脱力，焊接保证紧密性。如强度焊与贴胀相结合，则焊接承受拉脱力，胀接消除管子与管板间的间隙。至于胀、焊的先后顺序，虽无统一规定，但一般认为以先焊后胀为宜。因为当采用胀管器胀管时需用润滑油，胀后难以洗净，在焊接时存在于缝隙中的油污在高温下生成气体从焊面溢出，导致焊缝产生气孔，严重影响焊缝的质量。

专利“一种管道胀管安装工具”(公告号：CN109895365B)中提供了，包括带有胀管分瓣的胀管头，在胀管分瓣的胀管作用部位上设有弹性环状物，适用于铝塑管、铰链聚乙烯管、耐高温聚乙烯管等柔性管的供暖管道处理，由于此类供暖管道的壁厚且作为塑料管弹性大，胀管成功率高，不容易破裂。但该技术不适用于不锈钢薄壁管的胀管处理。

现有的薄壁不锈钢管多为采用不锈钢板弯折焊接而成，带有焊缝，胀管过程中容易把焊缝胀裂。另外，胀管后进行焊接要求管板和换热管的装配间隙尽量小且均匀。

可见，需要提供一种便于后续焊接操作，并且胀管过程中避免不锈钢薄壁管胀裂的技术方案。

发明内容

本发明的目的是为了克服以上现有技术的不足，提供一种无油、多瓣式胀管器，胀管设备和换热管与管板的连接方法，胀接时无需加润滑油，可适用于先胀后焊的工艺，该胀管设备主要用于贴张+强度焊工艺，同时该设备具有操作便捷，胀管速度快，特别适合薄壁管的胀接工艺。本发明采用如下技术方案：

作为本发明的第一个方面，在于提供一种无油、多瓣式胀管器，

包括顶针、多瓣式胀头、固定套、固定臂、手柄、顶杆和固定座，所述手柄与固定座固定连接，固定座两侧通过销轴分别连接一固定臂，通过固定臂连接至固定套；所述固定套包括固定套本体和位于固定套本体前端的阻挡件。

所述多瓣式胀头内侧端设置于固定套内部。

所述多瓣式胀头包括若干个结构相同的瓣状胀头，这些瓣状胀头均匀地、以环形阵列形式分布；顶针位于多瓣式胀头轴心位置，所述顶针为锥形结构，外侧端直径最小。

所述多瓣式胀头内部围成锥形空腔，与顶针接触，多瓣式胀头内部空腔的前端直径最小。所述多瓣式胀头内腔的倾斜角度与顶针外围的倾斜角度相同。

所述固定套外套于多瓣式胀头外围，每件瓣状胀头的后端含有凸台，卡在固定套前端的阻挡件处，避免多瓣式胀头由固定套滑出。

优选的，为了避免瓣状胀头与固定套的刚性接触，在瓣状胀头与固定套前端接触位置设置环状的弹性件，所述弹性件的内径小于固定套前端阻挡件的内径，起到缓冲减震作用，所述固定套的阻挡件的内径决定了胀管的尺寸。

优选的，所述弹性件可以是PU减震垫、或其他弹性材质的环状减震结构。

优选的，所述顶针的后端外径大于多瓣式胀头围成的空腔后端的内径。

优选的，所述顶针后端的外径与瓣状胀头最小厚度之和大于固定套阻挡件的内径，从而避免顶针从多瓣式胀头中滑出。

所述顶杆两端为螺纹结构，前端连接至顶针，后端连接至固定座。

优选的，所述固定座包括固定座外壳，外壳内设置空腔，空腔内包含活塞和压缩弹簧，所述活塞的活塞杆固定连接至顶杆，压缩弹簧设置于活塞杆外围、位于活塞顶部和固定座前端壁之间；活塞顶部面向高压油管，由高压油管提供的液压油推动活塞向顶杆方向移动，同时对压缩弹簧施以压力；当液压油流回后，压缩弹簧反弹，将顶针复位。

所述固定座还包括连接臂两件，所述连接臂一端与固定座外壳固定连接，另一端分别与一件固定臂铰接连接。

所述多瓣式胀头前端设置横向的环形凹槽，环形凹槽内设置一弹性的O型圈，用于将若干个多瓣式胀头向轴心方向紧固，起到复位驱动力的作用。

优选的，所述多瓣式胀头后端设置一环形的限位垫，所述定位螺钉分布于固定套两端，位于限位垫后方，当多瓣式胀头回位时，定位螺钉阻挡限位垫连同多瓣式胀头，避免过度后移。

作为本发明的第二个方面，在于提供一种自动胀管设备，包括所述的胀管器，以及与胀管器连接的高压油管、换向器、压力表、油泵和油箱，换向器设置在油箱上部，与高压油管和油泵相连，控制液压油的输出方向。高压油管提供的液压油经固定座内活塞推动顶杆沿中心轴移动，推动顶针向前移动。

胀头胀头多瓣式胀头沿圆周均匀布置，形成圆柱体，内部具有一定的锥度，与圆锥形顶针配合，在液压驱动作用下，顶针前移，多瓣式胀头随之沿径向方向移动，增大多瓣式胀头内腔直径实现胀管动作，液压卸掉后顶针后退，多瓣式胀头在O型圈的回弹力下回位，完成一次胀管动作。

作为本发明的第三个方面，在于提供一种换热器管板与换热管的连接方法，包括如下步骤：

步骤1、安装：将换热管逐根穿过换热器的管板的管孔，每根换热管分别与管板平面垂直放置；

步骤2、胀管：采用上述的无油、多瓣式可变径自动胀管设备，将胀管器的多瓣式胀头置于一根换热管的管板端，开启油泵，使顶杆推动顶针向前移动，使得多瓣式胀头径向扩张，对换热管进行贴胀；

步骤3、焊接：胀管完成后，采用氩弧焊等方式将换热管焊接至管板上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本装置采用多瓣式胀头的胀管器结构设计，胀管过程中由液压驱动多瓣式胀头的直径变化，使管子实现塑性变形与管板贴紧，过程中无需加润滑油，从而允许实现先胀后焊的工艺。胀管后管子产生塑性变形，紧密贴合在管板上，相对管板固定，便于实现后续管平口、焊接等工艺。先胀接可使管子与管板的间隙缩小，且间隙均匀，易于实现自动焊接，具有更好的焊接效果，允许采用对装配工艺要求较高的激光焊接等焊接方式。

2、胀管器部分尺寸较小，重量轻，便于人工操作，胀接速度大大提升。

3、此胀管方式胀接时无需提供扭矩维持平衡，操作难度小，易于定位，便于实现自动化；

4、多瓣式胀头的胀头结构使得不锈钢管受力均匀，并且通过设置胀管液压油的压力，可精确控制胀管程度，避免过度胀管，每根换热管胀管程度可控并能通过设置相同的压力从而保证相同的胀管尺寸；

5、采用本发明提供的胀管器和连接方法，胀管器使用过程中无需添加润滑油，不会引入油污，在焊接前无需对焊接区域进行除油清理，大大提升了换热管的安装效率。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明提供的胀管器的结构示意图；

图2为本发明提供的自动胀管设备的结构示意图；

图3为胀管器主视图；

图4为图3的A-A剖视图；

图5为固定座结构示意图；

图6为胀管器的俯视图和实施例2提供的换热管与管板连接示意图。

其中，1-胀管器，2-高压油管，3-换向器，4-压力表，5-油泵，6-油箱，7-换热管，8-管板；

11-顶针，12-多瓣式胀头，13-固定套，14-固定臂，15-销轴，16-O型圈，17-手柄，18-顶杆，19-定位螺钉，20-固定座,21-PU减震垫，22-限位垫；

131-固定套本体，132-阻挡件；

201-活塞，202-弹簧，203-连接臂。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例1：一种无油、多瓣式可变径自动胀管设备

如图2所示，包括胀管器1、高压油管2、换向器换向器3、压力表4、油泵5、和油箱6，所述油泵5连接油箱6，通过高压油管2连接至胀管器1，换向器3设置在油箱6上部，一端与油泵出油管连接、另一端与高压油管2相连。换向器3控制液压油的输出方向。

作为一个典型的实施例，所述换向器3、油泵5和油箱6购自Continentalhydraulics系列设备。

压力表4连接至换向器3连接的高压油管上，检测压力数值和液压流向。

所述胀管器1结构如图1和图3所示，包括顶针11、多瓣式胀头12、固定套13、固定臂14、销轴15、O型圈16、手柄17、顶杆18、定位螺钉19和固定座20，所述手柄17与固定座20固定连接，固定座20两端通过销轴15分别连接一固定臂14；所述固定套13包括固定套本体131和位于固定套本体131前端的阻挡件132，两个固定臂14分别固定设置于固定套13两侧。高压油管2穿过手柄17连接至固定座20内部。

如图4所示，所述顶针11为锥形结构，外侧端直径最小；多瓣式胀头12包含若干个瓣状胀头，如图1提供的实施例结构中，包含八块结构相同的瓣状胀头，这些瓣状胀头均匀地、以环形阵列形式分布；顶针11位于多瓣式胀头12轴心位置；所述多瓣式胀头内部围成锥形空腔，与顶针11接触，多瓣式胀头内部空腔的前端直径最小。所述多瓣式胀头12内腔的倾斜角度与顶针11外围的倾斜角度相同。

所述固定套13外套于多瓣式胀头12外围，每件瓣状胀头的后端含有凸台，卡在固定套13前端的阻挡件132处，避免多瓣式胀头12由固定套13滑出；为了避免瓣状胀头与固定套13的刚性接触，在瓣状胀头与固定套13前端接触位置设置环状的PU减震垫21，所述PU减震垫21的内径小于固定套13前端阻挡件132的内径，起到缓冲减震作用，所述固定套13的阻挡件132的内径决定了胀管的尺寸。

所述顶针11的后端外径大于多瓣式胀头12围成的空腔后端的内径。所述顶针后端的外径与瓣状胀头最小厚度之和大于固定套阻挡件132的内径，从而避免顶针11从多瓣式胀头12中滑出。

所述顶杆18两端为螺纹结构，前端连接至顶针11，后端连接至固定座20。

高压油管2提供的液压油经固定座20推动顶杆18沿中心轴移动，推动顶针11向前移动。

如图5所示，所述固定座20包括固定座外壳，外壳内设置空腔，空腔内包含活塞201和压缩弹簧202，所述活塞201的活塞杆固定连接至顶杆18，压缩弹簧202设置于活塞杆外围、位于活塞顶部和固定座前端壁之间；活塞顶部面向高压油管，由高压油管2提供的液压油推动活塞向顶杆18方向移动，同时对压缩弹簧202施以压力；当液压油流回后，压缩弹簧202反弹，将顶针18复位。

所述固定座20还包括连接臂203两件，所述连接臂203一端与固定座外壳固定连接，另一端分别与一件固定臂14铰接连接；所述顶杆18上还设置了平面槽，便于使用扳手拆装顶杆。

如图1和图4所示，顶针11外侧端设置一字型凹槽，便于采用一字螺丝刀旋转拆卸顶针。

所述多瓣式胀头12前端设置横向的环形凹槽，环形凹槽内套一弹性的O型圈16，用于将若干个多瓣式胀头12向轴心方向紧固，起到复位驱动力的作用。

如图4所示，所述多瓣式胀头12后端设置一环形的限位垫22，所述定位螺钉19分布于固定套3两端，位于限位垫22后方，当多瓣式胀头12回位时，定位螺钉19阻挡限位垫22连同多瓣式胀头12，避免过度后移；所述多瓣式胀头12采用模具钢材质制作，限位垫22对多瓣式胀头12起到保护作用。

O型圈16为多瓣式胀头提供复位动力，使其在顶针回位后恢复之前的直径，压缩弹簧为顶针的回位提供弹力。

多瓣式胀头沿圆周均匀布置，形成圆柱体，内部具有一定的锥度，与圆锥形顶针配合，在液压驱动作用下，顶针前移，多瓣式胀头随之沿径向方向移动，增大多瓣式胀头内腔直径实现胀管动作，液压卸掉后顶针后退，多瓣式胀头在O型圈的回弹力下回位，完成一次胀管动作。

本设备在使用时，将瓣状胀头整体置于管子内，开启高压油泵5提供动力，将油箱6内的液压油压至一定压力，为胀管器提供液压动力。

换向器3用于切换胀管器1的工作状态，需要进行胀管动作时，将高压油输送到高压油管2内，驱动胀管器1内顶针11前移，使多瓣式胀头直径增大将外套的管子胀紧，胀管动作完成后，换向器动作，将高压油管内压力卸回油箱，胀管器顶针退回到原始状态，瓣状胀头整体在O型圈的压力作用下退回到胀管前位置。

压力表用于显示胀管时系统的压力值。

将销钉拆卸后，可将固定套与操作手柄分离，可更换多瓣式胀头与顶针，便于更换及维修工作。

换向器换向器将胀管时压力预设好后，手柄位置设置换向器开关按钮，控制换向器的方向和开关动作。

实施例2：一种换热器管板与换热管的连接方法，如图6所示，包括如下步骤：

步骤1、安装：将换热管7逐根穿过换热器的管板8的管孔，每根换热管7分别与管板平面垂直放置；

步骤2、胀管：将实施例1提供的胀管器1的多瓣式胀头12部分置于一根换热管7的管板8端，开启油泵，使顶杆18推动顶针11向前移动，使得多瓣式胀头12径向扩张，对换热管进行贴胀；

步骤3、焊接：胀管完成后，采用氩弧焊等方式将换热管焊接至管板上。

本发明的优势在于：

1、采用实施例1提供的胀管器和本发明提供的连接方法，在步骤3焊接前无需对焊接区域进行除油清理，这是因为，本发明提供的胀管器使用过程中无需添加润滑油，不会引入油污，非常便于胀后的焊接工序。

2、胀接过程中，由锥形顶针的向前移动，使得多瓣胀头的径向增大，直接使薄壁不锈钢管的直径增大，产生塑性变形，胀紧到管板上。

3、胀接时胀头在圆周方向上直径变大，使得不锈钢圆管的内壁均匀受力，不存在局部受力过大造成的焊口开裂等情况。

4、胀接速度非常快，采用液压形式胀接，整个过程小于10秒，相比其他形式大大降低了工作时间和工作难度。

5、针对直径42mm、壁厚1mm的不锈钢管，厚度6mm、开孔尺寸42.3mm的换热器管板。此胀管方式适应于管板厚度较薄、管子壁厚较小的管板胀接工艺。

6、管板和换热管装配好以后，开启设备，手持手柄，将多瓣式胀头放入不锈钢管内，开关控制换向器进行换向，使高压油进入到高压油管内，推动手柄内的顶针向前运动，进行胀管动作，当压力达到60MPa时，换向器切换，将高压油管内的油压卸掉，胀管动作结束，多瓣式胀头在弹簧作用下回位，便于将胀头抽出。

7、本设备的胀头长度可根据胀接要求制作，对于异性管件的胀接，像波浪管，中间是扁平状的，两端是圆的，圆管的长度较短时，用常规的滚针式胀管设备是无法进行胀管工序的。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无油、多瓣式胀管器，其特征在于，包括顶针、多瓣式胀头、固定套、固定臂、手柄、顶杆和固定座，所述手柄与固定座固定连接，固定座两侧分别连接一固定臂，通过固定臂连接至固定套；所述固定套包括固定套本体和位于固定套本体前端的阻挡件；

所述顶杆前端连接至顶针，后端连接至固定座；

所述多瓣式胀头内侧端设置于固定套内部；所述多瓣式胀头包括若干个结构相同的瓣状胀头，这些瓣状胀头均匀地、以环形阵列形式分布；顶针位于多瓣式胀头轴心位置。

2.根据权利要求1所述的一种无油、多瓣式胀管器，其特征在于，所述顶针为锥形结构，前端直径最小。

3.根据权利要求1所述的一种无油、多瓣式胀管器，其特征在于，所述多瓣式胀头内部围成锥形空腔，与顶针接触，多瓣式胀头内部空腔的前端直径最小；所述多瓣式胀头的内腔倾斜角度与顶针外围的倾斜角度相同。

4.根据权利要求3所述的一种无油、多瓣式胀管器，其特征在于，每件瓣状胀头的后端含有凸台，卡在固定套前端的阻挡件处。

5.根据权利要求4所述的一种无油、多瓣式胀管器，其特征在于，在瓣状胀头与固定套前端接触位置设置环状的弹性件；

所述顶针的后端外径大于多瓣式胀头围成的空腔后端的内径；

所述顶针的后端外径与瓣状胀头最小厚度之和大于固定套阻挡件的内径。

6.根据权利要求5所述的一种无油、多瓣式胀管器，其特征在于，所述多瓣式胀头后端设置一环形的限位垫，固定套上、下两侧分别贯穿设置一定位螺钉，定位螺钉位于限位垫后方。

7.根据权利要求6所述的一种无油、多瓣式胀管器，其特征在于，所述固定座包括固定座外壳，固定座外壳内设置空腔，空腔内包含活塞和压缩弹簧，所述活塞的活塞杆固定连接至顶杆，压缩弹簧设置于活塞杆外围、位于活塞顶部和固定座前端壁之间。

8.根据权利要求7所述的一种无油、多瓣式胀管器，其特征在于，所述多瓣式胀头外侧端设置横向的环形凹槽，环形凹槽内设置一弹性的O型圈。

9.一种自动胀管设备，其特征在于，包括权利要求1～8任一项所述一种无油、多瓣式胀管器，以及与胀管器连接的高压油管、换向器、压力表、油泵和油箱，换向器设置在油箱上部，与高压油管和油泵相连，换向器控制液压油的输出方向。

10.一种换热器管板与换热管的连接方法，包括如下步骤：

步骤1、安装：将换热管逐根穿过换热器的管板的管孔，每根换热管分别与管板平面垂直放置；

步骤2、胀管：采用权利要求9所述的自动胀管设备，将胀管器的多瓣式胀头置于一根换热管的管板端，开启油泵，使顶杆推动顶针向前移动，使得多瓣式胀头径向扩张，对换热管进行贴胀；

步骤3、焊接：胀管完成后，将换热管焊接至管板上。

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