內燃機車散熱器銅管漏水故障簡單分析

孫迎春

摘 要：分析了內燃機車散熱器銅管漏水故障原因及預防措施。

關鍵詞：內燃機車;散熱器;銅管漏水;緩蝕劑

1? 概述

東風系列、和諧系列內燃機車柴油機冷卻水采用銅管散熱器進行冷卻。在機車運用過程中頻繁發生散熱器銅管漏水故障，在機車運用10-24個月內，故障率達到50%左右，嚴重影響到機車使用，危及列車的行車安全，給鐵路運輸的正常生產帶來嚴重隱患。本文通過分析散熱器銅管漏水故障原理，提出應對措施，保障機車運行。

2? 故障現象

對散熱器漏水的銅管進行分析，管壁內存在明顯可見的沉積物。穿孔點蝕是從管子內部開始的。點蝕發生在管道變色的區域。凹痕光滑、光亮，無染色、變色。穿孔點發生在凹痕區域。如圖1、圖2、圖3所示。

3? 故障原理分析

針對上述的故障現象，銅管壁上小孔形成的原因，可以分為表面機械損傷、電化學腐蝕。

3.1表面機械損傷

從銅管穿孔處銅管腐蝕情況判斷，在銅管穿孔處，均有銅材腐蝕現象。而在散熱器拆檢過程中，發現存在一定的垃圾、雜質，如鐵屑、焊渣等尖銳物質。這些尖銳物質會對管壁產生的破損，不足以直接產生小孔，但會對銅管內表面有一定的損傷，并破壞緩蝕劑對銅管表面形成的保護膜，導致損傷部位易形成穿孔。

3.2電化學腐蝕

散熱器銅管內的沉積物中滯留一定濃度的Fe3+離子。當濃度足夠高時，Fe3+離子與銅發生氧化還原反應，還原反應，化學式如下：

陰極：Fe3++ee=Fe2+

陽極：Cu-2e=Cu2+

腐蝕沿著局部區域向深處擴展，而其周圍區域沒有發生變化或者僅是較輕微的腐蝕。較不穩定的組織腐蝕以后，產生大量的蝕坑，冷卻液可以沿著蝕坑到達銅管更深處，導致腐蝕前沿不斷向銅管內部擴展。

散熱器銅管的成份包含少量的Zn，Fe等比較活潑的金屬，針對常見的銅管腐蝕失效形式，可能存在于散熱器銅管中的也包括脫鋅腐蝕。當銅管表面保護膜或氧化膜被破壞后，銅管與不合格冷卻液組合極易發生選擇性腐蝕，鋅元素被優先腐蝕，留下多余的殘余銅和腐蝕產物。脫鋅過程導致銅管組織不均勻，內壁沉積物分布不均勻，不同部位存在供氧差異和介質濃度差異，當銅管與溶解氧含量較高的冷卻水接觸時，在銅管內表面會形成許多腐蝕微電池。

陰極：O2+2H2O+4e=4OH-

陽極：Zn=Zn2++2e

Cu=Cu2++2e

一旦沉積物在銅管停留時間較長下，沉積區域由于氧氣不足，被腐蝕表面難以愈合。若形成亞銅腐蝕產物，亞銅物質吸取氧，該區腐蝕將進一步加快，逐漸造成腐蝕穿孔。這種沉積物引起的腐蝕一旦開始，即使后來的沉積物被水流帶走，腐蝕也會繼續下去。

4? 預防

4.1 采用符合要求的緩蝕劑

目前東風系列機車采用的3號配方緩蝕劑，和諧系列內燃機車大部分采用的為3號改進型緩蝕劑，少部分采用的Nalcool2000緩蝕劑。就目前使用情況來看，3號配方緩蝕劑、3號改進型緩蝕劑均不能保證銅材及鐵制部件的腐蝕，及沉淀物的產生。機車制造廠正小批量采用Nalcool2000緩蝕劑進行批量試驗，效果良好。

采用合格的緩蝕劑，可以在銅管表面形式保護膜，避免沉積物產生，保護銅管不被腐蝕。合格的應具備以下基本功能或成份（注：由于冷卻液種類及配方的多樣性，此處列出成份不代表冷卻液必須含有，僅做說明舉例）：

（1）碳鋼的保護，如亞硝酸鹽等，用于碳鋼的保護，促進陰極去極化，減低腐蝕速度;

（2）除氧劑，去除水中溶解的氧氣;

（3）有色金屬保護劑，如唑類，用于銅等有色金屬的保護，與銅原子螯合吸附，在銅表面形成保護膜;

（4）硅酸鹽及硝酸鹽，用于鋁金屬的保護等;

（5）聚合物分散劑，用于分散水中的細微粒子，使這些粒子不易沉積在基體表面產生危害;

（6）PH緩沖劑，使配制的溶液保持堿性;

（7）其他成份保護劑。

4.2 控制機車冷卻系統清潔度

（1）雜質及沉淀物來源

目前出現泄漏的散熱器內部清潔度均較差，從取樣雜質初步觀察，存在金屬加工物、鐵屑、膠水、泥狀物、金屬顆粒等，以及大量沉淀物，主要包含鐵、銅、鋅、二氧化硅等成份。

鐵元素主要有在機車新造過程中冷卻系統清潔度不夠，有鐵屑等雜質進入水系統，還有就是冷卻水系統部件的腐蝕，從冷卻水系統部件中析出的鐵元素。

銅元素主要來自散熱器銅管的點蝕，因為當某點保護膜被破壞，形成電位差，此時會在該點形成原電池腐蝕，腐蝕會向深度擴展，直至小孔形成。

鋅元素主要來散熱器銅管為銅鋅合金，在銅管腐蝕過程中，鋅元素會析出，存在于冷卻液中。

二氧化硅為機車新造過程中由于機體、缸頭等為鑄造件，內部存在型砂。

（2）清潔度控制措施

a 清潔度源頭控制

在機車制造、檢修及維護過程中，做到各冷卻水系統部件清潔度控制，避免鐵屑、膠水等雜質進入。

b定期檢測及更換冷卻水（緩蝕劑）

目前的機車生產、運用情況，冷卻水系統在新造和運用過程都有雜質帶入，無法避免。因此，在機車運用過程中必需使用合格的冷卻液，做到定期檢測及更換，并應保證系統的清潔度，降低清潔度對散熱器腐蝕泄漏的影響。

5? 結語

基于上述對內燃機車散熱器漏水故障的簡單分析在和諧系列機車制造時，小批量采用Nalcool2000緩蝕劑，目前已運行2年，未發生散熱器銅管漏水故障。