關于鉑金坩堝漏料問題及分析

耿懷亮 黃波 張林宏

一、主要問題描述

B04線坩堝總體使用86天后，華光小原現場人員發現出料管處有漏料癥狀于是就拆爐進行檢修，B04拆爐后現場照片如圖1所示。據華光小原技術人員和檢修人員介紹：我司坩堝使用情況與其在第三方制作的相同坩堝使用狀況有相似之處，使用性能對比如表1所示。

拆爐過程發現，B04線坩堝確實存在漏點，根據以往經驗，坩堝使用過程一旦出現漏點，保溫層填充物基本會被玻璃液侵蝕，侵蝕區鉑金坩堝因為無填充層支撐出現不同程度的鼓包（現場觀測確實存在鼓包區，且鼓包區鉑金件表層會有明顯玻璃沖洗痕跡），一旦鼓包出現，此處的壁厚必然出現減壁即厚度變薄。

從圖1可以清楚看出坩堝球形面有近似均勻的豎向褶皺（圖1右紅色線條所示）；另外距離焊縫約20mm處有一條沿圓周向褶皺（圖1右紫色線條所示）此周向褶皺長度較長近似一周，且漏點出現在多重褶皺交匯處。

圖1左可以看出鍋邊處明顯出現下沉現象，即鍋邊在使用過程中，會慢慢被拉入鍋腔內部，鍋體整體向下坍塌。

二、華光小原經驗闡述：

相較以往經驗：工作鍋通常使用溫度1100℃～1350℃，常使用3個月左右進行檢修一次。T1-Pt坩堝豎向褶皺屬于正常現象，橫向褶皺在第三方產品使用很少出現，從變形程度上說，英特派坩堝性能基本滿足初期要求。強化鉑坩堝因為其塑形相對較差在冷、熱溫差長期作用下（單次融料時間約12小時）極易出現漏料情況；純鉑材料相對強度不足，其使用壽命更短，綜上所述：T1-Pt坩堝是目前華光小原理想的材料選擇。

三、褶皺原因分析：

3.1 豎向褶皺產生的原因分析：

根據簡單物理學知識可知，材料因溫差引起的長度變形量可按下列公式確定：△L=△T·C·α（α為管線膨脹系數、△T、C為不同高度下圓周長）。

按照圖2所示，球形面高度位置不同，圓周長不同，在理想溫差等同的條件下，各個微區圓周向長度變形量則不同，在同一個工作場中，隨著高度變化下，微區長度變形量不同，在高溫條件下，當材料高溫強度不足以抵抗因熱變形產生的應力時，球形面即產生塑形變形釋放這種熱應力。在放料或填充物料過程必然產生一定溫差，由于工作鍋外圍有耐火層填充，內部短期內無玻璃支撐，熱應力褶皺會向鍋內進行（圖1明顯可見），因此此種褶皺是使用過程中必然存在的一種現象，在現有T1-Pt的材料上這種豎向褶皺必然存在。

圓柱面上幾乎無豎向褶皺，原因：高度方向圓周長度沒有變化。

3.2 圓周向褶皺產生的原因分析：

本次B04線坩堝首次采用球形底整體旋壓成型工藝制作，由于加工工藝的特點和材料屬性不熟悉等原因，先后旋壓兩次才成型球面。成型過程暴露出厚度不均現象，即球形頂部變形小，厚度幾乎不變，隨著旋壓拉深深入，厚度會隨著高度增高和減薄。

根據旋壓拉深特點，本次制作球形高度約190mm，理論是開口不厚度最薄，當時測量約為0.98mm，最底部厚度為1.35mm，呈現一種厚度梯度變化明顯情況。而圓周褶皺現場查看約在焊縫位置以下20～30mm處，此區域旋壓過程確實存在拉深現象明顯情況，后經過手動敲打改善表面拉深痕跡（加工及發貨需要），可以推斷此處的厚度會小于0.98mm（厚度測厚儀很難測準具體值），可以推定這一區域存在最薄處，因焊縫處存在貼層所以厚度并非最薄。在高溫條件下，鍋體重量往下壓，加之玻璃溶液粘度流動產生向下的一個下作力共同對最薄弱區進行多重作用，最終在最薄處產生褶皺釋放這股應力集中。

3.3 漏點的原因分析：

因多重褶皺產生局部應力過大，加之高溫條件下，反復融料和放料產生多次彎曲現象，根據測試數據可知，純鉑件的彎曲次數約為19左右，而客戶使用過程一個大周期約3個月，每12小時放料一次，周期將近約180次（褶皺變形可能遠小于180次），可以推定多重褶皺區反復伸縮變形，應力多次釋放、疊加是產生此處漏點直接原因。

四、擬解決上述問題措施或建議：

（1）豎向褶皺因本身工況使用環境，無法從根本上改變和解決，后期只能通過改善T1-Pt本身的材料性能，提高高溫條件下材料的強度和塑形，以達到高溫條件下綜合力學性能最佳的工藝配方。

（2）杜絕圓周向褶皺方法和建議

根本上必須滿足球形鍋底板材厚度一致性問題，具體措施：①改善旋壓工藝，盡量保證板材厚度的一致性，降低球形鍋旋壓高度，從鍋邊向下翻邊過渡補償高度不足；②改用以前多塊拼接制作工藝，可明顯保證板材厚度一致性，焊縫采用貼層加強（焊縫處未出現漏點，說明我司有足夠信心保證焊縫質量）；③旋壓和手工翻邊共同制作，旋壓拉深減薄而手工鈑金則是增厚，可嘗試底部區采用旋壓加工，靠近開口部手工收（此建議只能作為應急使用，不能作為長期制作工藝）。

（3）嘗試從堝身結構進行調整或優化

個人認為是否可以在球形鍋底外側或內側采用加強筋形式進行補強，或是熱鍛接形式進行補強，使鍋體整體滿足強度要求。

作者簡介

第一作者：耿懷亮，男，碩士研究生，工程師，研究方向：貴金屬加工。E-mail：836575908@qq.com

通訊作者：張林宏，男，本科，助理工程師，研究方向：貴金屬冶煉及加工。E-mail：517314349@qq.com

（作者單位：無錫英特派金屬制品有限公司）