關于空調翅片式蒸發(fā)器銅管失效原因分析

黃少慶

摘 要：空調機中的翅片式蒸發(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)器結構與使用環(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，空調機在工作過程中管板孔的邊緣和銅管反復磨擦、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，是導致翅片式蒸發(fā)器的銅管失效的原因。基于此，建議優(yōu)化蒸發(fā)器銅管與管板連接形式和脹接工藝，改進管板加工工藝和材質，提高銅管表面防腐性能，避開腐蝕源等相關措施。

關鍵詞：空調；蒸發(fā)器；銅管失效原因

某公司空調機使用三個多月后發(fā)生故障，進一步檢查發(fā)現(xiàn)，翅片式蒸發(fā)器發(fā)生泄漏。為了尋找到空調蒸發(fā)器的主要泄漏原因，需要對失效原因進行清楚分析[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

空調機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存在，與此同時銅管表面還均勻分布著圓環(huán)狀綠色物質。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。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條件下產(chǎn)生電化學腐蝕效應。一般情況下，上述電化學腐蝕很容易發(fā)生在銅管缺陷部分，以點蝕的形式存在。在銅管上找到氣壓泄漏點，在銅管外壁腐蝕之處均存在泄漏點[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展裂紋。仔細觀察蒸發(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)穿過銅管的內外表面[3]。

2.金相分析

首先，對銅管組織進行相應分析。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，對銅管缺陷進行分析。對選取泄漏部位銅管進行分析，取銅管截面進行拋光處理，放大觀察之后，銅管材質上呈現(xiàn)出夾雜缺陷[4]。從整體上來看，泄漏銅管的內部缺陷比較多。從銅管的內部材質來看，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。為了確認銅管中是否有過多的雜質元素，選取部分銅管進行能譜分析，再測量銅管的橫截面。在運轉過程中，接觸到潤滑油和冷媒，其銅管表面呈紅色，在內表面上殘留了部分油和冷媒，通過分析銅管內的表面能譜，檢測到其中有比較多的碳和氧。在內表面中，不難看出有生成的銅氧化物。將銅管斷口表面進行超聲波清洗，使用掃描電子顯微鏡來進行觀察，宏觀觀察到凹坑處有楔形硬物，反復撞壓之后嵌入到塌陷邊沿處，硬物反復敲擊到銅管之后，會使得部分銅管材料向內側凹陷，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)過反復碾壓之后在其表面形成裂紋源，斷口裂紋源擴展的微觀形貌形成之后會以疲勞的方式進行相應擴展。

3.點蝕機制分析

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，點腐蝕；其三，電化學腐蝕；其四，沖擊腐蝕；其五，脫鋅腐蝕；其六，晶間腐蝕；其七，應力腐蝕。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)點蝕情況。氯離子對銅管點蝕所產(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，點蝕過程會被加速，最終導致銅管管壁出現(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

空調機用蒸發(fā)器經(jīng)過烘干和焊接等工序之后，不會遺漏水分，需要從空調機的多個使用環(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。在空調機以制冷模式來運行時，蒸發(fā)器是室內的主要裝置，在銅管內部液態(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實現(xiàn)制冷功能。基于此，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)中所含有的雜質是不同的，靠近海岸地區(qū)的空氣污染物質主要為海鹽離子。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)生點蝕效果，導致銅管泄漏。

三、空調蒸發(fā)器銅管失效原因預防措施分析

通過掃描電鏡和維氏顯微硬度計設備對使用三個多月后發(fā)生泄漏的空調蒸發(fā)器銅管進行分析，檢測結果顯示空調翅片式蒸發(fā)器在工作過程中，管板孔的邊緣和銅管反復磨擦、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。基于此，分析清楚空調翅片式蒸發(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，改進管板加工工藝和材質，提高銅管表面防腐性能，避開腐蝕源等措施。在空調使用時要避開服腐蝕源，在一般情況下，點蝕會導致蒸發(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：

[1]況敏，肖曉玲，康忠明等.空調蒸發(fā)器銅管失效原因分析[J].材料研究與應用，2013，7（4）：280-283.

[2]薛興，翁宗祥，葛敏等.空氣調節(jié)器用換熱器高效傳熱內螺紋銅管研究[J].裝備制造技術，2014，12（10）：66-68.

[3]顏小林，鄧智，陳瑞武等.空調器用翅片管式蒸發(fā)器銅管點蝕分析及預防措施[J].制冷與空調，2014，14（2）：74-77.

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

[5]吳極，王瑾，王哲旻等.管徑變化對蒸發(fā)器性能影響的仿真與實驗研究[J].制冷學報，2015，36（6）：104-110.