摘要：某換熱器長期使用后出現(xiàn)滲水腐蝕現(xiàn)象，對其泄漏部位進(jìn)行宏觀檢查、掃描電鏡掃描和能譜分析。 結(jié)果表明，在焊接過程中，部分區(qū)域的銅焊料與不銹鋼基板沒有完全熔合； 換熱器在使用過程中，多次熱循環(huán)和水流的周期性沖擊將未熔合區(qū)的銅焊料與不銹鋼基板分離，最終導(dǎo)致局部滲漏。

關(guān)鍵詞：真空釬焊； 不銹鋼; 熱交換器; 未融合

CLC 編號：TG115.2 文檔代碼：B 文章編號：1001-4012(2022)02-0066-04

換熱器廣泛應(yīng)用于化工、食品、制藥、機(jī)械等領(lǐng)域，在生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用[1-3]。 真空釬焊不銹鋼板式換熱器宏觀外觀如圖1所示，它由不銹鋼薄片、墊片、夾緊裝置等組成，在制造過程中，不銹鋼薄片和銅釬焊箔交替組合不銹鋼螺紋換熱管，送至釬焊爐。 ，銅箔進(jìn)入爐內(nèi)后，在一定溫度下熔化成液體，這些液體通過毛細(xì)管作用吸附在不銹鋼薄板的支撐點(diǎn)和邊界上，從而起到密封和強(qiáng)化的作用[3]。 真空釬焊不銹鋼板式換熱器的失效形式有：不銹鋼板點(diǎn)蝕、穿孔導(dǎo)致泄漏； 不銹鋼板和換熱器密封墊片縫隙腐蝕導(dǎo)致失效； 銅焊料滲入不銹鋼晶界，晶界成為裂紋開口點(diǎn)而發(fā)生失效； 換熱器釬焊過程溫度過高引起過燒，造成損壞和失效[3-4]。

板式換熱器中的多層不銹鋼導(dǎo)熱片（見圖2）呈“S”形，這種曲面結(jié)構(gòu)可以提高換熱片的傳熱效率。 板式換熱器內(nèi)部不銹鋼板表面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，液體循環(huán)通道直徑小。 液體在流動過程中，其流向和流速不斷變化，流體受到極大的擾動。 當(dāng)液體通過換熱器通道時，它仍可以在低流速下處于湍流狀態(tài)。 在換熱器工作過程中，液體的流動會對換熱器產(chǎn)生間歇性脈沖沖擊。 不銹鋼板與換熱器殼板連接處的殼環(huán)焊縫是受影響最嚴(yán)重的區(qū)域[4-7]。 從圖2可以看出，換熱器的內(nèi)表面和側(cè)面存在嚴(yán)重的腐蝕缺陷。 筆者對故障現(xiàn)場進(jìn)行了宏觀檢查、掃描電鏡和能譜分析。

1 理化試驗(yàn)

1.1 宏觀分析

用體視顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)換熱器兩側(cè)均有腐蝕。 沿側(cè)面腐蝕嚴(yán)重的區(qū)域取樣，在體視顯微鏡下觀察打磨拋光后的樣品。 如圖3所示，可以看出部分部位的銅焊料與上下兩側(cè)的不銹鋼基板分離。

的

將銅焊料與不銹鋼基板分離的部分切開，發(fā)現(xiàn)有部分不銹鋼片脫落。 漏水處焊縫表面宏觀形貌如圖4所示，從圖4可以看出銅焊錫面沒有明顯的不銹鋼殘留物，脫落的不銹鋼面表面為平整，表面無明顯銅焊渣。 結(jié)合剝離面的兩側(cè)，可以看出不銹鋼和銅焊料之間發(fā)生了分離。

1.2 掃描電鏡與能譜分析

在掃描電子顯微鏡下觀察不銹鋼側(cè)面和銅焊料表面的顯微形貌（見圖5）。 從圖5可以看出，不銹鋼側(cè)面平坦，晶粒未完全熔化，僅在晶界處發(fā)生輕微熔化； 焊錫面有網(wǎng)狀突起。 這些突出的釬料滲入不銹鋼晶界，從而形成焊縫的嵌套結(jié)構(gòu)。 對剝離表面進(jìn)行能譜 (EDS) 分析。 圖6顯示了不銹鋼側(cè)面的能譜分析結(jié)果。 可以看出，其表面主要由鐵、鉻、碳等元素組成，還有少量的銅元素。 圖 7 顯示了銅焊料側(cè)面的能譜分析結(jié)果。 表面主要由銅和碳元素組成不銹鋼螺紋換熱管，幾乎不含鐵和鉻元素。 圖 8 顯示了正常釬焊接頭的微觀形態(tài)。 可以看出，與銅焊料接觸的不銹鋼表面晶粒的晶界出現(xiàn)輕微熔化，銅焊料滲入晶界。 圖 9 顯示了普通釬焊接頭不銹鋼晶界處的線掃描能譜分析結(jié)果。 可以看出，在正常的釬焊接頭處，銅焊料滲入了不銹鋼表面晶粒的晶界。

2 綜合分析

從分析結(jié)果來看，換熱器的失效模式是不銹鋼基板與銅焊料分離。 從宏觀分析可以發(fā)現(xiàn)，雖然失效樣品局部區(qū)域的焊錫完全填滿了焊縫，但與不銹鋼母材結(jié)合不良。 從掃描電鏡結(jié)果可以看出，失效接頭和正常接頭處的銅焊料與不銹鋼母材形成了焊接嵌套結(jié)構(gòu)； 失效接頭處的銅焊料與不銹鋼基材結(jié)合不緊密。 不銹鋼片表面的油和銅焊料在高溫下分解形成碳。 真空釬焊前，如果不銹鋼片和銅釬料未經(jīng)表面處理或處理不達(dá)標(biāo)，真空釬焊時不銹鋼表面局部Cr2O3氧化膜無法去除，局部不銹鋼基體區(qū)域與銅焊料結(jié)合不緊密，導(dǎo)致現(xiàn)象[7-11]。

3 結(jié)論與建議

換熱器投入使用后，水流不斷對換熱器施加周期性沖擊，局部結(jié)合力小、熔合不完全的不銹鋼基板與銅焊料逐漸分離，產(chǎn)生縫隙和局部進(jìn)水換熱器滲漏。

建議在真空釬焊前加強(qiáng)焊件表面預(yù)處理，清理各不銹鋼片和銅焊料表面的油污和殘留物，促進(jìn)銅焊料和不銹鋼基體相互融合，增強(qiáng)結(jié)合力在焊料和不銹鋼之間。

參考：

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