換熱設備在石油、化工、電力、航空航天以及海洋工程等眾多領域有著非常廣泛應用，管殼式換熱器的換熱管穿管是換熱設備制造的重難點和關鍵工序。針對穿管導向過程中存在具體問題進行技術攻關，設計、制造了內脹、自鎖式導向頭，并通過實踐進行優化，實現了導向頭使用的規范化和自動化，大大提升了穿管的作業質量和工作效率。
1現狀
前期在換熱設備穿管導向時常使用的導向頭結構如圖1，頭部為圓錐狀；過渡段為臺階，用于插入換熱管內孔（間隙配合）；臺階尾部焊接長條狀薄鋼板，在導向頭安裝進入換熱管內空前將鋼板折彎，通過鋼板變形與換熱管內壁進行固定。該方式工裝設計原理簡單、加工制造成本低，但實際使用過程中存在問題：導向頭安裝精度低，其外壁與換熱管外壁易出現錯邊，導致穿管過程卡頓；導向頭通過尾部變形的薄鋼板進行固定，鎖緊效果差，無法量化，操作過程中導向頭脫落的風險大；導向頭尾部薄鋼板易對換熱管內壁表面造成傷害，導致換熱管內表產生明顯的劃傷。
2內脹自鎖式導向頭結構設計
為解決換熱管穿管過程中存在問題，研制了內脹自鎖式穿管導向頭，該導向頭的結構見圖2所示。內脹自鎖式導向頭由導頭、擋圈、芯軸、擋環和膨脹圈等部分組成，各部分的結構和功能：①導頭，選擇不銹鋼材質，頂部為球狀，中心開內六角沉孔，靠近端部有橫向通孔，大端為臺階孔和內螺紋結構；整體外形呈錐狀平滑過渡。②擋圈，選擇不銹鋼材質，一端通過臺階與導頭配合，另一端通過臺階與換熱管內孔連接。③膨脹圈，材質為橡膠，具有較好的彈性。橡膠圈之間使用擋環進行隔離。膨脹圈與芯軸和換熱管內孔采用過盈配合，橡膠圈通過軸向壓縮膨脹進行導向頭與換熱管的相對固定。④擋環，為材質為金屬銅，放置于膨脹圈兩端，起到隔離作用。⑤芯軸，是用于將擋圈、膨脹圈、擋環與導頭進行串聯固定的模塊，為金屬材質，芯軸與導頭采用螺紋連接方式進行固定。
3內脹自鎖式導向頭使用
3.1導向頭組裝
首先將膨脹圈、擋環和擋圈按照圖示順序進行組裝，然后將芯軸與導頭通過螺紋連接方式進行連接。在導向頭安裝進入換熱管前不需要擰緊使膨脹圈發生膨脹。
針對于批量化穿管作業，可制備多組導向頭同時進行組裝和使用。
3.2導向頭與換熱管安裝
將導向頭按照圖紙要求安裝進入換熱管內孔，由于導向頭的橡膠圈與芯軸和換熱管內孔均為過盈配合，使用內六角扳手或動力工具旋轉導頭。芯軸和膨脹圈、擋圈及擋環由于摩擦力將與換熱管保持相對靜止，導頭通過螺紋連接將芯軸拉緊，進而擠壓膨脹圈，使整個導向頭與換熱管脹接鎖緊固定。
3.3導向頭安裝檢查
檢查導向頭與換熱管同軸度、端部間隙，通過拉脫測試確定導向頭安裝牢固。批量化作業時可通過擰緊力矩參數固化進行控制。
3.4穿管導向
按照工藝要求進行穿管，穿管過程應調整好推進方向，平穩進行操作，避免方向偏轉和不利沖擊。
3.5導向頭拆除
當導向頭和換熱管順利從管板穿出后，使用內六角扳手或動力工具將導向頭松脫，此時橡膠圈處于松弛狀態，將導向頭從換熱管孔拉出即可。
3.6導向頭檢驗和重復使用
對取出的導向頭金屬表面狀態、橡膠材質情況、鎖緊連接情況進行檢查，確認合格后按照上述方式反復、循環使用和檢查。
4內脹自鎖式導向頭優點
內脹自鎖式穿管導向頭根據換熱管穿管技術研究進行設計、制造和優化、固化，其優點是：導向頭安裝精度高，通過內脹式結構，很好地保證了導向頭與換熱管的同心度，避免了由于錯邊產生的穿管卡頓；導向頭采用橡膠圈脹接方式進行固定，使用螺紋結構進行脹接，可通過實驗確定的擰緊力和膨脹后拉脫力之間的關系，并確定合理的參數范圍，避免導向頭意外脫落。
5結語
通過對換熱管穿管技術進行深入的分析和研究，結合長期制造技術經驗積累，設計、制造了內脹自鎖式換熱管穿管導向頭，并在產品制造過程中進行應用和優化改進，最終對導向頭工裝結構和制造工藝進行固化。內脹自鎖式換熱管穿管導向頭很好地解決了傳統導向頭在裝配精度、定位鎖緊效果、產品表面防護和標準化操作等多方面存在的問題，為換熱管穿管導向技術改進提供支持和保障。
