育才封頭︱傳承品質(zhì)，科學(xué)創(chuàng)新，兩代人接力共樹(shù)“育才品牌”

前言

      封頭制造業(yè)屬于裝備制造業(yè)，是我國(guó)工業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)的重要產(chǎn)業(yè)之一。自上世紀(jì) 80 年代至今，“中國(guó)封頭之都”新鄉(xiāng)縣已經(jīng)匯聚起一大批封頭制造企業(yè)，封頭產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值約占到全國(guó)封頭產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值的三分之一。在改革開(kāi)放各項(xiàng)利好政策及市場(chǎng)環(huán)境的推動(dòng)之下，民營(yíng)封頭企業(yè)實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展，一大批敢于拼搏、吃苦耐勞的企業(yè)家涌現(xiàn)出來(lái)，育才封頭的創(chuàng)始人梁總正是其中之一。

     迎著改革開(kāi)放的春風(fēng)，艱苦奮斗與時(shí)代共奮進(jìn)，勤勞嚴(yán)謹(jǐn)成就一代“封頭匠人”

1988 年，改革開(kāi)放進(jìn)入快車道，育才封頭創(chuàng)始人梁總是一家國(guó)有企業(yè)鈑金工，手握“鐵飯碗”，身為一名技術(shù)人員，他熟知機(jī)械行業(yè)知識(shí)，對(duì)行業(yè)發(fā)展動(dòng)向嗅覺(jué)敏銳，在洞察到改革開(kāi)放給機(jī)械加工行業(yè)帶來(lái)的機(jī)遇以及封頭產(chǎn)品的市場(chǎng)需求后，他毅然決然選擇加入創(chuàng)業(yè)隊(duì)伍，正式建立新鄉(xiāng)育才封頭廠。

      育才封頭創(chuàng)業(yè)之初，封頭企業(yè)少之又少，沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，也沒(méi)有途徑和資金購(gòu)進(jìn)設(shè)備，梁總面臨怎樣的困難可想而知，但是“吃苦耐勞、堅(jiān)韌不拔”是梁總的性格本色，沒(méi)有設(shè)備就自己做設(shè)備！沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)就自己一點(diǎn)點(diǎn)摸索！不僅要堅(jiān)持做，還要做好！正是憑借這樣一股韌勁兒，梁總克服了一個(gè)又一個(gè)困難，很快在改革開(kāi)放的春風(fēng)中穩(wěn)住了育才封頭的前進(jìn)步伐。

“   吃過(guò)的苦、走過(guò)的彎路時(shí)刻提醒我，踏踏實(shí)實(shí)做好產(chǎn)品，只有產(chǎn)品品質(zhì)過(guò)硬，我們才能得到客戶認(rèn)可，才能穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展”，梁總經(jīng)營(yíng)公司 30 多年，始終把“品質(zhì)”當(dāng)做企業(yè)發(fā)展主線，“品質(zhì)”早已成為育才封頭的企業(yè)標(biāo)簽。在別人看來(lái)，對(duì)“品質(zhì)”的苛求是對(duì)自己奮斗成果的呵護(hù)，但在身邊人看來(lái)，這卻是一位老技術(shù)人員的“一根筋”精神使然，“因?yàn)槭羌夹g(shù)出身，所以他懂得其中門道，產(chǎn)品有一絲缺陷他一眼就能看出來(lái)，這是他的職業(yè)習(xí)慣”，梁總的女兒告訴編者，“在父親心里，公司就像一個(gè)孩子，和我們姐弟幾個(gè)同等重要，父親今年 70 多歲了，還每天穿梭在公司廠區(qū)各個(gè)角落，和技術(shù)工人交流，親自參與封頭生產(chǎn)及質(zhì)檢，總是熱情滿滿”。

     “一份堅(jiān)持、一份熱愛(ài)”，這是梁總帶領(lǐng)育才封頭穩(wěn)步發(fā)展 30 余年的關(guān)鍵所在。堅(jiān)持和熱愛(ài)背后經(jīng)歷過(guò)怎樣的辛酸和難處，外人無(wú)從知曉，所以梁總講述來(lái)路時(shí)的云淡風(fēng)輕，才更加讓人動(dòng)容。讓人感動(dòng)和敬佩的從不是“艱難歲月”本身，而是梁總這輩人身上所展現(xiàn)出的苦干實(shí)干、不屈服不服輸?shù)木窈妥藨B(tài)，致敬每一位了不起的父輩！邁入現(xiàn)代工業(yè)新航道，大膽創(chuàng)新與時(shí)代并肩跑，激流勇進(jìn)再創(chuàng)“育才輝煌”。

      育才封頭如今，梁總已經(jīng)把企業(yè)交予兒子全權(quán)管理，接手企業(yè)后的小梁總將帶領(lǐng)育才封頭駛向哪條航道呢？小梁總明確表示，他非常欽佩父輩的吃苦精神和鉆研精神，也非常認(rèn)可父親“一心只想做好品質(zhì)”的理念，自己會(huì)把父親的諄諄教導(dǎo)銘記于心，把育才封頭的“品質(zhì)招牌”牢牢守住！

      小梁總是一位新時(shí)代下成長(zhǎng)起來(lái)的高材生，除了傳承父輩的優(yōu)良作風(fēng)，他還有自己的夢(mèng)想和追求，“我想讓父親打下的基業(yè)再上一層樓，無(wú)創(chuàng)新不傳承，想往上走就創(chuàng)新，現(xiàn)在及未來(lái)，我們會(huì)在原有合作行業(yè)的基礎(chǔ)上，更多地探索化工裝備、低溫深冷等高精領(lǐng)域，并在細(xì)分領(lǐng)域做出特色，為育才封頭再塑新

優(yōu)勢(shì)新動(dòng)能”。在小梁總帶領(lǐng)下，育才封頭的產(chǎn)品和市場(chǎng)布局正在向高精領(lǐng)域邁進(jìn)，并和湖北宜化、中杰特裝、誠(chéng)德能源等企業(yè)建立了穩(wěn)定合作關(guān)系。

小梁總的創(chuàng)新魄力，不僅體現(xiàn)在他具備洞察清潔能源、制造等大趨勢(shì)的前瞻性眼光，還體現(xiàn)企業(yè)管理上，自接手企業(yè)，他一直在推進(jìn)企業(yè)文化落地，志在打造一家有靈魂有思想有底蘊(yùn)的現(xiàn)代化企業(yè)，在傳承育才封頭優(yōu)良基因的同時(shí)，通過(guò)現(xiàn)代化管理手段，將企業(yè)精神深入落實(shí)到企業(yè)各項(xiàng)發(fā)展中去；他還重新梳理企業(yè)組織架構(gòu)，更注重技術(shù)人才培養(yǎng)，全力打造一支新時(shí)代下的高質(zhì)量人才隊(duì)伍，為育才封頭進(jìn)軍領(lǐng)域、向高精度封頭制造商轉(zhuǎn)型升級(jí)，做好技術(shù)儲(chǔ)備。

后記

      不同的時(shí)代背景，造就不同的成長(zhǎng)經(jīng)歷和人物性格，梁總父子思維模式也許稍有不同，但卻有共同追求：“把育才封頭的品質(zhì)做到極致”。從他們眼中，編者感受到的是，對(duì)封頭事業(yè)的熱忱和對(duì)未來(lái)的篤定。有嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的做事準(zhǔn)則，有與時(shí)俱進(jìn)的開(kāi)放心態(tài)，我們完全有理由相信，育才封頭必將擁有更精彩的未來(lái)！

1.什么叫馬氏體不銹鋼？
常溫下顯微組織為馬氏體組織，通過(guò)熱處理可以調(diào)整其力學(xué)性能的不銹鋼。通俗地說(shuō)，是一類可硬化的不銹鋼。屬于馬氏體不銹鋼的鋼號(hào)有1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、3Cr13Mo、1Cr17Ni2、2Cr13Ni2、9Cr18、9Cr18MoV等。2.常用焊接方法
焊接馬氏體不銹鋼可以采用各種電弧焊方法進(jìn)行焊接。目前仍以焊條電弧焊為主，而采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊或氬、二氧化碳混合氣體保護(hù)焊，可以大大降低焊縫中含氫量，從而降低焊縫冷裂的敏感性。
3.常用焊接材料
（1）Cr13 型馬氏體不銹鋼焊條和焊絲通常在焊縫有較高的強(qiáng)度要求時(shí)，采用Cr13 型馬氏體不銹鋼焊條和焊絲，可使焊縫金屬的化學(xué)成分與母材相近，但焊縫的冷裂傾向大。
注意事項(xiàng)：a.要求焊前預(yù)熱，預(yù)熱溫度不能超過(guò)450℃，以防止475℃脆化。焊后進(jìn)行熱處理，焊后熱處理是在冷至150-200℃時(shí)，保溫2h，使奧氏體各部分轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，然后立即進(jìn)行高溫回火，加熱到730-790℃，保溫時(shí)間每1mm 板厚為10min，但不小于2h，最后空冷。
b.為了防止裂紋，焊條和焊絲中 S、P 的含量應(yīng)小于0.015%，Si 的含量應(yīng)不大于0.3%。Si 含量增加，促使生成粗大的一次鐵素體，導(dǎo)致接頭的塑性降低。碳的含量一般應(yīng)低于母材的含碳量，可以降低淬透性。
（2）Cr-Ni 奧氏體型不銹鋼焊條與焊絲Cr-Ni 奧氏體鋼型焊縫金屬具有良好的塑性，可以緩和熱影響區(qū)馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力。此外，Cr-Ni 奧氏體不銹鋼型焊縫對(duì)氫的溶解度大，可以減少氫從焊縫金屬向熱影響區(qū)的擴(kuò)散，有效地防止冷裂紋，因此不需預(yù)熱。但焊縫的強(qiáng)度較低，也不能通過(guò)焊后熱處理來(lái)提高。
4.常見(jiàn)的焊接問(wèn)題
（1）焊接冷裂紋馬氏體不銹鋼由于含鉻量高，地提高其淬硬性，不論焊前的原始狀態(tài)如何，焊接總會(huì)使其近縫區(qū)產(chǎn)生馬氏體組織。隨著淬硬傾向的增大，接頭對(duì)冷裂也更加敏感，尤其在有氫存在時(shí)，馬氏體不銹鋼還會(huì)產(chǎn)生更危險(xiǎn)的氫致延遲裂紋。
措施：1）采用大線能量 較大的焊接電流，可以減緩冷卻速度；2）對(duì)于不同的鋼種層間溫度不同，一般不低于預(yù)熱溫度；3）焊后緩冷到150～200℃，并進(jìn)行焊后熱處理以消除焊接殘余應(yīng)力，去除接頭中擴(kuò)散氫，同時(shí)也可以改善接頭的組織和性能。
（2）熱影響區(qū)脆化馬氏體不銹鋼尤其是鐵素體形成元素較高的馬氏體不銹鋼，具有較大的晶粒長(zhǎng)大傾向。冷卻速度較小時(shí)，焊接熱影響區(qū)易產(chǎn)生粗大的鐵素體和碳化物；冷卻速度較大時(shí)，熱影響區(qū)會(huì)產(chǎn)生硬化現(xiàn)象，形成粗大的馬氏體。這些粗大的組織都使馬氏體不銹鋼焊接熱影響區(qū)塑性和韌性降低而脆化。
措施：1)控制合理的冷卻速度；2)合理選擇預(yù)熱溫度，預(yù)熱溫度不應(yīng)超過(guò)450℃，否則接頭長(zhǎng)時(shí)間處于高溫下，可能產(chǎn)生475℃脆化;3)合理選擇焊接材料調(diào)整焊縫的成分，盡可能避免焊縫中粗大鐵素體的產(chǎn)生。
5.焊接工藝
1）焊前預(yù)熱焊前預(yù)熱是防止產(chǎn)生冷裂紋的主要工藝措施。當(dāng)C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%～0.2%時(shí)，預(yù)熱溫度為200～260℃，對(duì)高剛性焊件可預(yù)熱至400～450℃。
2）焊后冷卻焊件焊后不應(yīng)從焊接溫度直接升溫進(jìn)行回火處理，因?yàn)楹附舆^(guò)程中奧氏體可能未完全轉(zhuǎn)變，如焊后立即升溫回火，會(huì)出現(xiàn)碳化物沿奧氏體晶界沉淀和奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生晶粒粗大的組織，嚴(yán)重降低韌性。因此回火前應(yīng)使焊件冷卻，讓焊縫和熱影響區(qū)的奧氏體基本分解完了。對(duì)于剛性小的焊件，可以冷至室溫再回火；對(duì)于大厚度的焊件，需采用較復(fù)雜的工藝；焊后冷至100～150℃，保溫0.5～1h,然后加熱至回火溫度。
3）焊后熱處理目的是降低焊縫和熱影響區(qū)的硬度，改善塑性和韌性，同時(shí)減少焊接殘余應(yīng)力。焊后熱處理分回火和完全退火兩種。回火溫度為650～750℃，保溫1h，空冷；若焊件焊后需機(jī)加工的，為了得到硬度，可采用完全退火，退火溫度為830～880℃，保溫2h爐冷至595℃，然后空冷。
4）焊條的選用焊接馬氏體不銹鋼用焊條分為鉻不銹鋼焊條和鉻鎳奧氏體不銹鋼焊條兩大類。常用鉻不銹鋼焊條有E1-13-16（G202）、E1-13-15（G207）；常用鉻鎳奧氏體不銹鋼焊條有E0-19-10-16（A102）、E0-19-10-15（A107）、E0-18-12Mo2-16（A202）、E0-18-12Mo2-15（A207）等

雙相不銹鋼的焊接
1.雙相不銹鋼的焊接性
雙相不銹鋼的焊接性兼有奧氏體鋼和鐵素體鋼各自的優(yōu)點(diǎn)，并減少了其各自的不足之處。（1）熱裂紋的敏感性比奧氏體鋼小得多；（2）冷裂紋的敏感性比一般低合金高強(qiáng)鋼也小得多；（3）熱影響區(qū)冷卻后，總是保留更多的鐵素體，從而增大了腐蝕傾向和氫致裂紋（脆化）的敏感性；（4）雙相不銹鋼焊接接頭有析出δ相脆化的可能，δ相是Cr和Fe的金屬間化合物，它的形成溫度范圍600～1000℃，不同鋼種形成δ相的溫度不同；

（5）雙相不銹鋼含有50%的鐵素體，同樣也存在475℃脆性，但不如鐵素體不銹鋼那樣敏感；
2.焊接方法的選用
雙相鋼焊接方法TIG焊，然后是焊條電弧焊，采用埋弧焊時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制熱輸入和層間溫度，且應(yīng)避免大的稀釋率。
注意：采用TIG焊時(shí)，宜在保護(hù)氣體中加入1-2%的氮?dú)猓ㄈ鬘超過(guò)2%就會(huì)增加氣孔傾向，且電弧不穩(wěn)定），以使焊縫金屬吸氮（防止焊縫表面區(qū)域因擴(kuò)散而損失氮），有利于穩(wěn)定焊接接頭中的奧氏體相。
3.焊材的選用
選用奧氏體形成元素（Ni、N等）較高的焊材，以促進(jìn)焊縫中的鐵素體向奧氏體轉(zhuǎn)變。2205鋼多選用22.8.3L的焊條或焊絲，2507鋼多選用25.10.4L的焊絲或25.10.4R的焊條。

4.焊接要點(diǎn)（1）焊接熱過(guò)程的控制焊接線能量、層間溫度、預(yù)熱及材料厚度等都會(huì)影響焊接時(shí)的冷卻速度，從而影響到焊縫和熱影響區(qū)的組織和性能。為獲得佳的焊縫金屬性能，建議最高層間溫度控制在100℃，當(dāng)焊后要求熱處理時(shí)可以不限制層間溫度。
（2）焊后熱處理雙相不銹鋼焊后zui好不進(jìn)行熱處理。焊后要求熱處理時(shí),所用的熱處理方法是水淬。熱處理時(shí)加熱應(yīng)盡可能快，在熱處理溫度下的保溫時(shí)間為5～30min，應(yīng)該足以恢復(fù)相的平衡。在熱處理時(shí)金屬的氧化非常嚴(yán)重，應(yīng)考慮采用惰性氣體保護(hù)。

當(dāng)管道輸送介質(zhì)或管道所處環(huán)境有溫度變化時(shí)，管道由溫度引起的熱脹冷縮是不可避免的，如果不采取一定的方式補(bǔ)償該尺寸變化，將會(huì)在管壁內(nèi)產(chǎn)生很高的應(yīng)力，通過(guò)管道傳至固定管架或設(shè)備，當(dāng)溫差過(guò)某一范圍時(shí)，溫差應(yīng)力大于管子可承受的應(yīng)力范圍，這時(shí)就必須考慮補(bǔ)償問(wèn)題。

在管系補(bǔ)償設(shè)計(jì)中，最為經(jīng)濟(jì)的是自然補(bǔ)償，自然補(bǔ)償是利用管道的自然彎曲形狀所具有的柔性來(lái)補(bǔ)償熱位移，顯然自然補(bǔ)償?shù)哪芰κ怯邢薜模?dāng)自然補(bǔ)償不能要求時(shí)，通常應(yīng)考慮設(shè)置膨脹節(jié)。管系所受載荷主要是外力載荷(管道及流動(dòng)介質(zhì)自重，內(nèi)壓，風(fēng)載，地震荷載等)和位移載荷，設(shè)置管架的目的在于消除外載作用在設(shè)備或管道上的作用力，且可把復(fù)雜管系分隔成形狀比較簡(jiǎn)單，獨(dú)立膨脹的管段，保證膨脹節(jié)的最佳使用效果。

設(shè)置膨脹節(jié)的目的，在于吸收管道自身無(wú)法吸收的熱變形，最大限度地減小位移載荷。本文根據(jù)不同類型膨脹節(jié)的使用特點(diǎn)，給出了幾種典型管系的補(bǔ)償設(shè)計(jì)方案，結(jié)合實(shí)際，對(duì)三鉸鏈型膨脹節(jié)(括萬(wàn)向鉸鏈型)所組成的系統(tǒng)，復(fù)式拉桿型膨脹節(jié)，彎管壓力平衡型膨脹節(jié)在工作中對(duì)管架或設(shè)備的作用力和力矩進(jìn)行了分析計(jì)算，討論了膨脹節(jié)中波紋管的腐蝕問(wèn)題。

1 膨脹節(jié)的類型及典型管段的補(bǔ)償設(shè)計(jì)主要分為以下幾種類型：

1.1 單式軸向型膨脹節(jié)

由一個(gè)波紋管和兩個(gè)可與相鄰管道、設(shè)備相接的端管（或法蘭）等組成的撓性裝置，主要用于補(bǔ)償直管段軸向位移，另外也可以吸收少量的橫向位移，圖1 是采用軸向型膨脹節(jié)設(shè)置實(shí)例。

在存在橫向位移或存在軸向與橫向組合位移的場(chǎng)合，使用單式膨脹節(jié)所受到的限制主要是膨脹節(jié)吸收橫向位移的能力有限。另外在工作壓力，溫度較高，直徑較大或無(wú)法在結(jié)構(gòu)物上安設(shè)主固定支架或多個(gè)導(dǎo)向支架的場(chǎng)合，使用軸向型膨脹節(jié)可能行不通。

1.2 復(fù)式拉桿型膨脹節(jié)

由中間接管連接的兩個(gè)波紋管及拉桿、端板等組成的撓性裝置，以橫向位移方式補(bǔ)償平面或立體彎曲管段的熱位移，拉桿裝置應(yīng)能承受壓力推力及其附加外力的作用。復(fù)式拉桿型膨脹節(jié)特別適合吸收橫向位移，此外，這種設(shè)計(jì)形式也可用于吸收軸向位移，角位移以及任意由這三種形式合成的位移，一般用法是將這種帶連桿的膨脹節(jié)設(shè)置在呈90°的“Z”形管系的中間管臂內(nèi)，調(diào)整連桿以阻止外部的軸向位移，圖2、3 是兩個(gè)應(yīng)用實(shí)例。

圖2 表示，復(fù)式連桿型膨脹節(jié)吸收單平面“Z”形彎管的橫向位移，中間管臂連桿以內(nèi)的熱位移用膨脹節(jié)的軸向位移來(lái)吸收，水平管線的熱位移由膨脹節(jié)的橫向位移來(lái)吸收。由于壓力推力是由連桿來(lái)承受的，所以兩端均使用中間固定支架，由于作用于管線上的軸向力，是膨脹節(jié)產(chǎn)生的變形反力，因此只需使用導(dǎo)向支架。中間管臂上位于連桿以外的部分，如兩端彎管的熱膨脹必須由水平管道的彎曲來(lái)吸收。

圖3 是在空間“Z” 彎管中使用帶連桿的萬(wàn)能式膨脹節(jié)的典型實(shí)例。由于萬(wàn)能式膨脹節(jié)可以吸收任何方向的橫向位移，所以兩個(gè)水平管臂可以在水平面上處于任意方位。

1.3 彎管壓力平衡型膨脹節(jié)

由兩個(gè)或一個(gè)工作波紋管和一個(gè)平衡波紋管以及端管，端板、彎頭、封頭、拉桿等組成的撓性裝置，用于補(bǔ)償管段的軸向位移，橫向位移或二者的合成位移，且不使固定管架或相連設(shè)備承受壓力推動(dòng)的作用，拉桿裝置承受壓力推力和其它附加外力的作用。彎管壓力平衡式膨脹節(jié)的主要優(yōu)點(diǎn)，是它在吸收來(lái)自外部的軸向位移時(shí)，不會(huì)使系統(tǒng)受到內(nèi)壓推力的作用。由波紋管整體剛度造成的力并未消除，實(shí)際上這個(gè)力一般要超過(guò)單式膨脹節(jié)位移引起的彈力。因?yàn)楣ぷ鞑y管和平衡波紋管都要受到壓縮或拉伸，作用在管道或設(shè)備上的力是兩者的軸向合力。

1.3.1 圖4 是存在軸向與橫向組合位移的時(shí)使用彎管壓力平衡式膨脹節(jié)的典型實(shí)例，在管道的端部和汽輪機(jī)上的支架均為中間固定支架，并且只需要使用導(dǎo)向支架，采用合理的設(shè)計(jì)可以使汽輪機(jī)上方的導(dǎo)向支架承受使膨脹節(jié)產(chǎn)生軸向位移的作用力，避免該力作用到汽輪機(jī)上，作用在汽輪機(jī)上的只有使膨脹節(jié)產(chǎn)生橫向位移的作用力。

1.3.2 圖5 所示為一種常見(jiàn)的非常適于使用彎管壓力平衡型膨脹節(jié)的場(chǎng)合。在工藝操作中，容器和豎向管道的膨脹量可能不同，按圖示安裝一壓力平衡式膨脹節(jié)，豎直方向的位移差可以由膨脹節(jié)的軸向位移吸收，容器中心線到管線之間的熱膨脹可由膨脹節(jié)的橫向位移吸收。

1.4 鉸鏈型膨脹節(jié)

由一個(gè)波紋管、兩組與端管相連的鉸鏈板及一對(duì)銷軸等組成的撓性裝置，鉸鏈?zhǔn)脚蛎浌?jié)一般以兩、三個(gè)作為一組使用，用于吸收單平面管系中一個(gè)或多個(gè)方向的橫向位移。在這種系統(tǒng)中每一個(gè)膨脹節(jié)被它的鉸鏈板所制約，產(chǎn)生純角位移，然而，被管段分開(kāi)的每對(duì)鉸鏈型膨脹節(jié)互相配合可吸收橫向位移。給定單個(gè)膨脹節(jié)的角位移，每對(duì)鉸鏈?zhǔn)脚蛎浌?jié)所能吸收的橫向位移與其鉸鏈銷軸之間的距離成正比，因此，為了便膨脹節(jié)充分發(fā)揮應(yīng)用，應(yīng)盡量加大這一距離。膨脹節(jié)的鉸鏈板通常用于承受作用于膨脹節(jié)上的全部壓力推力，另外也可以用來(lái)承受管道和設(shè)備的重量、風(fēng)載等。

1.4.1 圖6 是用雙鉸鏈系統(tǒng)吸收單平面“Z”形彎管的主要熱膨脹，由于壓力推力是由膨脹節(jié)上的鉸鏈板來(lái)承受的，只需在管系的兩端設(shè)置中間固定支架，由于膨脹節(jié)受鉸鏈制約只能產(chǎn)生純角位移，不能伸縮，包含有膨脹節(jié)的中間管臂的熱膨脹必須由與它相垂直的管臂發(fā)生彎曲來(lái)吸收，兩個(gè)長(zhǎng)管臂的彎曲撓度由正確設(shè)計(jì)的導(dǎo)向支架和支架來(lái)控制。

如果單平面“Z”形管系的中間管臂較長(zhǎng)過(guò)，可采用三個(gè)鉸鏈型膨脹節(jié)的系統(tǒng)。

1.4.2 圖7 表示在單平面彎管中的三鉸鏈型膨脹節(jié)系統(tǒng)，豎直管段的熱膨脹將由B 和C 兩個(gè)膨脹節(jié)的動(dòng)作來(lái)吸收，水平管段的熱膨脹由A 和B 兩個(gè)膨脹節(jié)來(lái)吸收，很明顯，膨脹節(jié)B 的角位移是A 和C 之和。

1.4.3 圖8 是彎管角度不等于90°時(shí)，使用鉸鏈?zhǔn)脚蛎浌?jié)的示例。鉸鏈型膨脹節(jié)的主要優(yōu)點(diǎn)是它的尺寸緊湊，便于安裝，而且可以使它的鉸鏈板具有很大的剛度和強(qiáng)度，使用它們通常可以對(duì)構(gòu)形不規(guī)則的復(fù)雜管線的熱膨脹進(jìn)行補(bǔ)償，在這樣的管線上使用別種膨脹節(jié)往往行不通，由于鉸鏈結(jié)構(gòu)能夠傳遞載荷，鉸鏈型膨脹節(jié)的管系施加到固定支架的作用力很小，這種系統(tǒng)的支撐點(diǎn)可設(shè)在不妨礙系統(tǒng)活動(dòng)的任何位置上，這給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來(lái)了很大的自由。

和前面的示例一樣，在管系兩端只用中間固定支架來(lái)固定，本例中所有的熱變形全部被膨脹節(jié)所吸收，因管道的熱變形作用于固定支架的載荷非常小，如果左側(cè)的固定支架與第一個(gè)鉸鏈型膨脹節(jié)的間距較大，在靠近膨脹節(jié)處應(yīng)設(shè)置導(dǎo)向支架，該支架為以承受膨脹節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)的力，從而減少膨脹節(jié)C 至左側(cè)固定支架之間部分管道的彎曲，為了保持管系位于平面內(nèi)，并消除可能由外載所產(chǎn)生的作用于鉸鏈的彎曲力，可以增設(shè)一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)向支架，管系的支撐可以采取多種方式，對(duì)膨脹節(jié)之間的管道進(jìn)行支撐而不妨礙其自由移動(dòng)時(shí)，可采取彈簧支吊架。

1.5 萬(wàn)向鉸鏈型膨脹節(jié)

由一個(gè)波紋管，萬(wàn)向鉸鏈環(huán)及兩對(duì)與萬(wàn)向鉸鏈環(huán)和端管相連的鉸鏈板等組成的撓性裝置。通常以兩個(gè)萬(wàn)向鉸鏈型或以兩個(gè)萬(wàn)向鉸鏈型與一個(gè)單式鉸鏈型膨脹節(jié)一起配套使用，如圖9，兩個(gè)萬(wàn)向鉸鏈型膨脹節(jié)協(xié)同動(dòng)作吸收上、下兩個(gè)水平管臂的組合位移，鉸鏈型膨脹節(jié)則與上部的萬(wàn)向鉸鏈型膨脹節(jié)互相配合吸收豎直管臂的位移。用萬(wàn)向鉸鏈型膨脹節(jié)構(gòu)成的系統(tǒng)與上節(jié)提到的用鉸鏈型膨脹節(jié)構(gòu)成的系統(tǒng)是有類似的優(yōu)點(diǎn)，但萬(wàn)向鉸鏈型膨脹節(jié)的應(yīng)用具有更大的靈活性，它不限于單平面系統(tǒng)。

2 CAESARII對(duì)膨脹節(jié)進(jìn)行模擬分析

以常見(jiàn)的復(fù)式拉桿膨脹節(jié)建模分析為例，該管道為高溫抽汽管道，設(shè)計(jì)溫度為269℃，設(shè)計(jì)壓力0.5Mpa，材質(zhì)為碳鋼。管道模型如圖10所示，

在節(jié)點(diǎn)10設(shè)備對(duì)管道有15mm垂直向下的附加位移，現(xiàn)對(duì)該管道進(jìn)行一次應(yīng)力和二次應(yīng)力校核，由應(yīng)力分析結(jié)果可得出，一次應(yīng)力計(jì)算通過(guò)，節(jié)點(diǎn)80處二次應(yīng)力是許用應(yīng)力的1.36倍，嚴(yán)重超出管道材質(zhì)許用應(yīng)力，管道系統(tǒng)存在風(fēng)險(xiǎn)。

管道相關(guān)節(jié)點(diǎn)受力情況

在該管線中，由各節(jié)點(diǎn)受力情況可以看出，節(jié)點(diǎn)10、80、140處支撐受力均過(guò)大；一次應(yīng)力在需用應(yīng)力范圍內(nèi)，由管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)條件可以得出，二次應(yīng)力主要是由溫度引起的熱脹產(chǎn)生的，熱脹引起管道變形，變形受到支架約束從而產(chǎn)生熱應(yīng)力；處因此要降低管道二次應(yīng)力必須通過(guò)可行的設(shè)計(jì)方案來(lái)吸收管道熱脹產(chǎn)生的位移，從而減小熱應(yīng)力。現(xiàn)在設(shè)備出口豎直管道上添加復(fù)式拉桿膨脹節(jié)，添加后的模型如圖13，具體建模過(guò)程在此不贅述，考慮到設(shè)備對(duì)管道有豎直向下的附加位移，整個(gè)管道系統(tǒng)只有節(jié)點(diǎn)10-50有豎直方向的管道走向，因此膨脹節(jié)加在豎直管道上。重新對(duì)管道進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算校核，由于未加膨脹節(jié)前一次應(yīng)力未超出許用應(yīng)力，在此只校核二次應(yīng)力即可。計(jì)算結(jié)果如圖13

由以上二次應(yīng)力結(jié)算結(jié)果和各節(jié)點(diǎn)作用力情況可看出，管道添加膨脹節(jié)后，二次應(yīng)力大幅度降低，最大應(yīng)力只有許用應(yīng)力的18.2，而且各節(jié)點(diǎn)作用力也大幅度降低，由此可見(jiàn)，膨脹節(jié)可以有效的吸收管道中的熱脹，從而大幅度降低管道熱應(yīng)力。