關(guān)于空調(diào)翅片式蒸發(fā)器銅管失效原因分析

黃少慶

摘 要：空調(diào)機(jī)中的翅片式蒸發(fā)器銅管一旦發(fā)生泄漏勢必會使其失效，檢測和分析翅片式蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)與使用環(huán)境，發(fā)現(xiàn)翅片式蒸發(fā)器的銅管與對蒸發(fā)器起固定作用的管板脹接時存在縫隙，管板孔邊緣銳利，且存在毛刺，空調(diào)機(jī)在工作過程中管板孔的邊緣和銅管反復(fù)磨擦、碰撞。出現(xiàn)了以下幾種情形：其一，銅管變形、塌陷；其二，銅管穿孔開裂；其三，銅管再加工硬化；其四，銅管硬度高形變性能下降。同時空氣中的氯化物和氨氣等會溶解在冷凝水中，形成腐蝕性離子。蒸發(fā)器存在顯著的孔洞狀間隙，使得冷凝水長期積存之后會引起銅管表面的腐蝕破壞作用，是導(dǎo)致翅片式蒸發(fā)器的銅管失效的原因?；诖耍ㄗh優(yōu)化蒸發(fā)器銅管與管板連接形式和脹接工藝，改進(jìn)管板加工工藝和材質(zhì)，提高銅管表面防腐性能，避開腐蝕源等相關(guān)措施。

關(guān)鍵詞：空調(diào)；蒸發(fā)器；銅管失效原因

某公司空調(diào)機(jī)使用三個多月后發(fā)生故障，進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，翅片式蒸發(fā)器發(fā)生泄漏。為了尋找到空調(diào)蒸發(fā)器的主要泄漏原因，需要對失效原因進(jìn)行清楚分析[1]。對失效件斷口的裂紋材料成分和金相組織等檢測和分析，能夠找出空調(diào)蒸發(fā)器銅管失效的主要原因。

一、蒸發(fā)器銅管腐蝕泄漏失效的主要原因

1.泄漏位置分析

空調(diào)機(jī)的冷凝器無顯著異常，蒸發(fā)器發(fā)生制冷劑泄漏情況，將蒸發(fā)器拆缷發(fā)現(xiàn)之后，發(fā)現(xiàn)泄漏之處有綠色物質(zhì)存在，與此同時銅管表面還均勻分布著圓環(huán)狀綠色物質(zhì)。泄漏銅管位置位于對蒸發(fā)器銅管起固定作用的管板與銅管連接處，存在多處漏點(diǎn)。將銅管剝離之后，發(fā)現(xiàn)有局部銅管腐蝕存在狀況。出現(xiàn)上述原因主要是蒸發(fā)器銅管與管板互為接觸，在冷凝水存在的基礎(chǔ)條件下產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕效應(yīng)。一般情況下，上述電化學(xué)腐蝕很容易發(fā)生在銅管缺陷部分，以點(diǎn)蝕的形式存在。在銅管上找到氣壓泄漏點(diǎn)，在銅管外壁腐蝕之處均存在泄漏點(diǎn)[2]。銅管在與孔接觸的位置上存在徑向凹陷變形，在變形末端有一處擴(kuò)展裂紋。仔細(xì)觀察蒸發(fā)器管板不難發(fā)現(xiàn)，管板上銅管過孔邊緣存在銳邊和毛刺，且加工過于粗糙，剖開裂紋之后發(fā)現(xiàn)凹坑已經(jīng)穿過銅管的內(nèi)外表面[3]。

2.金相分析

首先，對銅管組織進(jìn)行相應(yīng)分析。在泄漏的銅管上截取部分樣品不難發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過打磨和拋光之后，能夠清楚觀察到銅管的金相照片圖，對沒有進(jìn)行脹管的銅管作為對比不難發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過同樣方法的拋光打磨之后能夠清楚得到金相照片，銅管經(jīng)過彎曲和脹管之后，銅管晶粒呈現(xiàn)比較小的尺寸。其次，對銅管缺陷進(jìn)行分析。對選取泄漏部位銅管進(jìn)行分析，取銅管截面進(jìn)行拋光處理，放大觀察之后，銅管材質(zhì)上呈現(xiàn)出夾雜缺陷[4]。從整體上來看，泄漏銅管的內(nèi)部缺陷比較多。從銅管的內(nèi)部材質(zhì)來看，所選取的銅管外表面附近的孔尺寸比較大。蒸發(fā)器在工作過程中冷凝水會引起銅管腐蝕作用，在銅管表面存在不同尺寸的腐蝕坑。最后，通過掃描電鏡來分析銅管。為了確認(rèn)銅管中是否有過多的雜質(zhì)元素，選取部分銅管進(jìn)行能譜分析，再測量銅管的橫截面。在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，接觸到潤滑油和冷媒，其銅管表面呈紅色，在內(nèi)表面上殘留了部分油和冷媒，通過分析銅管內(nèi)的表面能譜，檢測到其中有比較多的碳和氧。在內(nèi)表面中，不難看出有生成的銅氧化物。將銅管斷口表面進(jìn)行超聲波清洗，使用掃描電子顯微鏡來進(jìn)行觀察，宏觀觀察到凹坑處有楔形硬物，反復(fù)撞壓之后嵌入到塌陷邊沿處，硬物反復(fù)敲擊到銅管之后，會使得部分銅管材料向內(nèi)側(cè)凹陷，與此同時會使得硬物推擠掉所占據(jù)的空間。部分銅管材料沿著擠壓邊凹陷，經(jīng)過反復(fù)碾壓之后在其表面形成裂紋源，斷口裂紋源擴(kuò)展的微觀形貌形成之后會以疲勞的方式進(jìn)行相應(yīng)擴(kuò)展。

3.點(diǎn)蝕機(jī)制分析

在含有二氧化硫的空氣和含氧化性酸形成的液體中，銅管容易被腐蝕。根據(jù)不同的腐蝕形式，有以下幾種腐蝕形式：其一，生物腐蝕；其二，點(diǎn)腐蝕；其三，電化學(xué)腐蝕；其四，沖擊腐蝕；其五，脫鋅腐蝕；其六，晶間腐蝕；其七，應(yīng)力腐蝕。銅管作為一種容易鈍化的金屬，其主要失效形式是點(diǎn)蝕。在一般情況下，氨氣和氯離子對銅管表面產(chǎn)生破壞作用，最終出現(xiàn)點(diǎn)蝕情況。氯離子對銅管點(diǎn)蝕所產(chǎn)生的影響會加速銅的腐蝕，在孔上面形成綠色的小塊垢。在酸性條件之下，點(diǎn)蝕過程會被加速，最終導(dǎo)致銅管管壁出現(xiàn)泄漏情況。除此之外，銅管在潮濕環(huán)境下的耐腐蝕性能比較差。

二、銅管腐蝕產(chǎn)物的主要來源

1.水分來源

空調(diào)機(jī)用蒸發(fā)器經(jīng)過烘干和焊接等工序之后，不會遺漏水分，需要從空調(diào)機(jī)的多個使用環(huán)節(jié)方面來考慮水分來源。翅片式蒸發(fā)器由多個U形銅管來插入鋁翅片孔中，脹管后銅管與管板、翅片產(chǎn)生互為配合效果[5]。為了能夠確定好蒸發(fā)器銅管與實(shí)際管板和翅片的接觸情況，采用金相分析不難看出，翅片與銅管貼合緊密，管板與銅管貼合存在間隙，在相鄰翅片的疊加、管板與翅片貼合位置中存在明顯的間隙。在空調(diào)機(jī)以制冷模式來運(yùn)行時，蒸發(fā)器是室內(nèi)的主要裝置，在銅管內(nèi)部液態(tài)制冷劑蒸發(fā)成氣態(tài)之后，需要從中吸收熱量，最終使得翅片的空氣溫度能夠?qū)崿F(xiàn)制冷功能?；诖?，空氣中的水分會影響到蒸發(fā)器翅表面的冷凝度，在受到毛細(xì)作用的影響下，蒸發(fā)器的孔洞狀間隙存在水積壓狀況，在銅管表面間隙位置之中不斷與水進(jìn)行接觸。

2.使用環(huán)境腐蝕性離子分析

在不同地區(qū)中所含有的雜質(zhì)是不同的，靠近海岸地區(qū)的空氣污染物質(zhì)主要為海鹽離子。在工業(yè)地區(qū)中的二氧化硫氣體和各種懸浮顆粒，上述氣體雜志會隨著空氣的流動沉降再銅管表面，溶解在銅管表面積存的水分重，銅管表面被破壞而產(chǎn)生點(diǎn)蝕效果，導(dǎo)致銅管泄漏。

三、空調(diào)蒸發(fā)器銅管失效原因預(yù)防措施分析

通過掃描電鏡和維氏顯微硬度計(jì)設(shè)備對使用三個多月后發(fā)生泄漏的空調(diào)蒸發(fā)器銅管進(jìn)行分析，檢測結(jié)果顯示空調(diào)翅片式蒸發(fā)器在工作過程中，管板孔的邊緣和銅管反復(fù)磨擦、碰撞。出現(xiàn)了以下幾種情形：其一，銅管變形、塌陷；其二，銅管穿孔開裂；其三，銅管再加工硬化；其四，銅管硬度高形變性能下降?；诖?，分析清楚空調(diào)翅片式蒸發(fā)器銅管的失效原因，優(yōu)化蒸發(fā)器銅管與管板連接形式和脹接工藝，改進(jìn)管板加工工藝和材質(zhì)，提高銅管表面防腐性能，避開腐蝕源等措施。在空調(diào)使用時要避開服腐蝕源，在一般情況下，點(diǎn)蝕會導(dǎo)致蒸發(fā)器銅管泄漏情況出現(xiàn)在一定場合，在沒有腐蝕的環(huán)境之下，銅管能夠充分滿足長期使用需求。針對特殊空氣環(huán)境使用下的蒸發(fā)器銅管，在銅管中加入錫和鎳等金屬元素，能夠提高銅管的抗腐蝕性，使得離子遷移不會過于困難，從而顯著降低腐蝕速率。

參考文獻(xiàn)：

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[4]金聽祥，曹玉龍.銅鋁復(fù)合管在空調(diào)蒸發(fā)器中應(yīng)用的試驗(yàn)研究[J].低溫與超導(dǎo)，2012，40（3）：36-39，44.

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