一种利用膨胀方式进行孔洞封堵的方法与流程

本发明涉及对金属板上的密集孔洞进行封堵的工艺，特别涉及一种利用膨胀方式进行孔洞封堵的方法。

背景技术：

现有技术中对热交换器管板的孔洞封堵主要利用冲击载荷使锥形堵头挤入管孔中，其堵头结构如附图2所示。采用这种封堵方式容易造成管孔内壁发生塑性变形，会对周围孔洞造成应力突变的影响，进而影响周围孔洞的密封性，最终导致周围孔洞密封结构相继失效。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种利用膨胀方式进行孔洞封堵的方法，特别适用于对热交换器管板上的密集孔洞进行密封，本发明利用金属热胀冷缩的原理，通过圆柱形堵头的冷却收缩和受热膨胀最终与孔洞形成全面接触且过盈配合，并在堵头端部焊接密封固定进一步确保堵头对孔洞的封堵效果，

具体为：使用线性膨胀系数较高的圆柱形金属堵头，使用非冲击载荷将冷却收缩的金属堵头插入孔洞，当恢复室温时，金属堵头自然膨胀并通过圆柱侧面全面接触孔洞侧壁形成过盈配合，从而大大增加了堵头的密封接触面积，

更进一步，使用焊接的方式在堵头外端部与孔洞边缘实现焊接全封闭。

(1)测量孔洞尺寸(热交换器管板上的孔洞为圆柱套筒状)，

(2)加工圆柱形金属堵头，圆柱形金属堵头的径向尺寸在冷却温度下略小于步骤(1)中的孔洞孔径，而在常温(25℃，下同)下大于步骤(1)中的孔洞孔径，

其中，圆柱形金属堵头的材质为线性膨胀系数较高的金属，如7号锌合金、5号锌合金、za—8号锌合金等，

圆柱形金属堵头内部具有一定尺寸的空腔，可避免在圆柱形金属堵头膨胀时对孔洞内壁形成过大的挤压应力，

进一步地，空腔与圆柱形金属堵头的外端面相连通，可便于在将圆柱形金属堵头装配插入孔洞中时对圆柱形金属堵头进行夹持，

(3)将步骤(2)中的圆柱形金属堵头冷却至径向尺寸略小于步骤(1)中孔洞孔径的状态下，将圆柱形金属堵头插入孔洞，

使用非冲击载荷将冷却收缩的圆柱形金属堵头插入孔洞，

将圆柱形金属堵头插入孔洞时，在圆柱形金属堵头外圆柱面上和/或孔洞内孔壁上涂抹上降低摩擦力的润滑材料，如石墨、润滑油等，

(4)待圆柱形金属堵头恢复至常温后，堵头外端部与孔洞边缘焊接密封。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

从封堵的密封面积上对比，现有工艺使用圆锥形堵头，并利用冲击载荷实现封堵，有效密封面积小；而本发明利用金属的自然膨胀使堵头与孔洞内壁实现侧面全接触，接触密封面积大，可实现良好的封堵效果；

现有工艺采用冲击载荷实现堵头植入的方式，植入过程中施加的冲击载荷会导致孔洞内壁金属发生塑性变形，同时还会对周围孔洞造成应力突变的影响，密集孔洞之间的孔桥也会受到外部冲击力的影响；本发明利用金属冷却收缩后的尺寸减小，使用均匀的推力将金属堵头植入孔洞，当恢复室温时堵头金属自然膨胀对孔洞内壁金属引起的是弹性变形，其应力平缓，同时对周围孔洞不会造成应力突变；

从长期使用效果上对比，现有工艺使用冲击载荷造成孔洞内壁塑性变形，由于发生塑性变形的金属缺乏弹性，因此在长期使用过程中堵头与孔洞接触面部位还存在松脱的风险；采用本发明进行的孔洞封堵，在金属堵头与孔洞内壁形成过盈配合，金属堵头与孔洞内壁产生可恢复的弹性变形，在长期使用过程中堵头与孔洞内壁不会发生松脱。

附图说明

图1为分布有密集孔洞的热交换器金属管板示意图，

图2为现有技术中所使用的圆锥形堵头的示意图，

图3为本发明中所使用的圆柱形金属堵头的结构剖视图，

图4为将图2中的圆锥形堵头在冲击载荷作用下植入孔洞时的示意图，

图5为将图3中本发明的圆柱形金属堵头冷却后刚被插入孔洞时的示意图，

图6为图5中的圆柱形金属堵头恢复至常温后于孔洞内膨胀最终安装完成的示意图，

图7为通过夹具9夹住圆柱形金属堵头，并将其插设到孔洞口时的结构示意图，

其中：0—热交换器金属管板，1—孔洞，2—孔洞之间的孔桥，3—现有技术中所使用的圆锥形堵头，6—本方案中受冷却而处于收缩状态下的圆柱形金属堵头(已插入孔洞中)，7—本方案中于孔洞内恢复至常温而发生膨胀并与孔洞内壁实现侧面全接触的圆柱形金属堵头，8—圆柱形金属堵头外端部与孔洞边缘密封焊缝的位置，9—夹具，

l1—圆柱形金属堵头的长度，l2—圆柱形金属堵头的内腔长度；l3—焊接应力释放槽的轴向长度，ф1—圆柱形金属堵头的径向圆柱面直径，ф2—焊接应力释放槽的径向直径，ф3—圆柱形金属堵头上用于配合夹持杆伸入的容纳腔的直径。

具体实施方式

需要说明的是，本发明的描述中使用的词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件(如“孔洞”等)几何中心的方向，这些仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

一种利用膨胀方式进行孔洞封堵的方法：

热交换器金属管板0上密集分布的孔洞1均为圆柱套筒状，单个孔洞1的孔径为65mm，

(1)加工出材质为7号锌合金的、常温下径向外径(直径)为65.5mm的圆柱形金属堵头，圆柱形金属堵头内部开设有与圆柱形金属堵头的外端面相连通的空腔，空腔长度方向与圆柱形金属堵头为同轴设置，空腔的圆柱形内侧壁上周向存在一圈台阶，即焊接应力释放槽，(圆柱形金属堵头于孔洞1内装配完成后)空腔的圆柱形内侧壁靠外一端周向通过倾斜的坡口连接于圆柱形金属堵头外端面，坡口的坡面相对于空腔的圆柱形内侧壁的夹角为α(如附图3或附图6所示)，坡面(坡口)的设置是为了便于焊接，

(2)将步骤(1)中的圆柱形金属堵头于低温下冷却至径向外径(直径)为64.5～64.7mm的状态，于孔洞1的内孔壁上均匀涂抹少量的润滑油，再通过工具夹持住该低温圆柱形金属堵头插设到该孔洞1中(如附图7所示，因为此时的圆柱形金属堵头温度较低，直接用手去拿握的话，有可能会冻伤皮肤，所以借助夹具9)，然后卸下夹具9，并通过尽量均匀的推力将圆柱形金属堵头向内恰好完全推入该孔洞1中完成装配(圆柱形金属堵头与孔洞1基本保持同轴设置)，

(3)待圆柱形金属堵头恢复至常温后发生膨胀将孔洞1堵住，并将圆柱形金属堵头外端部与孔洞边缘焊接密封。