换热设备在石油、化工、电力、航空航天以及海洋工程等众多领域有着非常广泛应用，管壳式换热器的换热管穿管是换热设备制造的重难点和关键工序。针对穿管导向过程中存在具体问题进行技术攻关，设计、制造了内胀、自锁式导向头，并通过实践进行优化，实现了导向头使用的规范化和自动化，大大提升了穿管的作业质量和工作效率。
1现状
前期在换热设备穿管导向时常使用的导向头结构如图1，头部为圆锥状；过渡段为台阶，用于插入换热管内孔（间隙配合）；台阶尾部焊接长条状薄钢板，在导向头安装进入换热管内空前将钢板折弯，通过钢板变形与换热管内壁进行固定。该方式工装设计原理简单、加工制造成本低，但实际使用过程中存在问题：导向头安装精度低，其外壁与换热管外壁易出现错边，导致穿管过程卡顿；导向头通过尾部变形的薄钢板进行固定，锁紧效果差，无法量化，操作过程中导向头脱落的风险大；导向头尾部薄钢板易对换热管内壁表面造成伤害，导致换热管内表产生明显的划伤。
2内胀自锁式导向头结构设计
为解决换热管穿管过程中存在问题，研制了内胀自锁式穿管导向头，该导向头的结构见图2所示。内胀自锁式导向头由导头、挡圈、芯轴、挡环和膨胀圈等部分组成，各部分的结构和功能：①导头，选择不锈钢材质，顶部为球状，中心开内六角沉孔，靠近端部有横向通孔，大端为台阶孔和内螺纹结构；整体外形呈锥状平滑过渡。②挡圈，选择不锈钢材质，一端通过台阶与导头配合，另一端通过台阶与换热管内孔连接。③膨胀圈，材质为橡胶，具有较好的弹性。橡胶圈之间使用挡环进行隔离。膨胀圈与芯轴和换热管内孔采用过盈配合，橡胶圈通过轴向压缩膨胀进行导向头与换热管的相对固定。④挡环，为材质为金属铜，放置于膨胀圈两端，起到隔离作用。⑤芯轴，是用于将挡圈、膨胀圈、挡环与导头进行串联固定的模块，为金属材质，芯轴与导头采用螺纹连接方式进行固定。
3内胀自锁式导向头使用
3.1导向头组装
首先将膨胀圈、挡环和挡圈按照图示顺序进行组装，然后将芯轴与导头通过螺纹连接方式进行连接。在导向头安装进入换热管前不需要拧紧使膨胀圈发生膨胀。
针对于批量化穿管作业，可制备多组导向头同时进行组装和使用。
3.2导向头与换热管安装
将导向头按照图纸要求安装进入换热管内孔，由于导向头的橡胶圈与芯轴和换热管内孔均为过盈配合，使用内六角扳手或动力工具旋转导头。芯轴和膨胀圈、挡圈及挡环由于摩擦力将与换热管保持相对静止，导头通过螺纹连接将芯轴拉紧，进而挤压膨胀圈，使整个导向头与换热管胀接锁紧固定。
3.3导向头安装检查
检查导向头与换热管同轴度、端部间隙，通过拉脱测试确定导向头安装牢固。批量化作业时可通过拧紧力矩参数固化进行控制。
3.4穿管导向
按照工艺要求进行穿管，穿管过程应调整好推进方向，平稳进行操作，避免方向偏转和不利冲击。
3.5导向头拆除
当导向头和换热管顺利从管板穿出后，使用内六角扳手或动力工具将导向头松脱，此时橡胶圈处于松弛状态，将导向头从换热管孔拉出即可。
3.6导向头检验和重复使用
对取出的导向头金属表面状态、橡胶材质情况、锁紧连接情况进行检查，确认合格后按照上述方式反复、循环使用和检查。
4内胀自锁式导向头优点
内胀自锁式穿管导向头根据换热管穿管技术研究进行设计、制造和优化、固化，其优点是：导向头安装精度高，通过内胀式结构，很好地保证了导向头与换热管的同心度，避免了由于错边产生的穿管卡顿；导向头采用橡胶圈胀接方式进行固定，使用螺纹结构进行胀接，可通过实验确定的拧紧力和膨胀后拉脱力之间的关系，并确定合理的参数范围，避免导向头意外脱落。
5结语
通过对换热管穿管技术进行深入的分析和研究，结合长期制造技术经验积累，设计、制造了内胀自锁式换热管穿管导向头，并在产品制造过程中进行应用和优化改进，最终对导向头工装结构和制造工艺进行固化。内胀自锁式换热管穿管导向头很好地解决了传统导向头在装配精度、定位锁紧效果、产品表面防护和标准化操作等多方面存在的问题，为换热管穿管导向技术改进提供支持和保障。
