摘要：某換熱器長期使用后出現滲水腐蝕現象，對其泄漏部位進行宏觀檢查、掃描電鏡掃描和能譜分析。 結果表明，在焊接過程中，部分區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，多次熱循環和水流的周期性沖擊將未熔合區的銅焊料與不銹鋼基板分離，最終導致局部滲漏。

關鍵詞：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

換熱器廣泛應用于化工、食品、制藥、機械等領域，在生產中發揮著重要作用[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。 ，銅箔進入爐內后，在一定溫度下熔化成液體，這些液體通過毛細管作用吸附在不銹鋼薄板的支撐點和邊界上，從而起到密封和強化的作用[3]。 真空釬焊不銹鋼板式換熱器的失效形式有：不銹鋼板點蝕、穿孔導致泄漏； 不銹鋼板和換熱器密封墊片縫隙腐蝕導致失效； 銅焊料滲入不銹鋼晶界，晶界成為裂紋開口點而發生失效； 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熱片（見圖2）呈“S”形，這種曲面結構可以提高換熱片的傳熱效率。 板式換熱器內部不銹鋼板表面結構復雜，液體循環通道直徑小。 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。 在換熱器工作過程中，液體的流動會對換熱器產生間歇性脈沖沖擊。 不銹鋼板與換熱器殼板連接處的殼環焊縫是受影響最嚴重的區域[4-7]。 從圖2可以看出，換熱器的內表面和側面存在嚴重的腐蝕缺陷。 筆者對故障現場進行了宏觀檢查、掃描電鏡和能譜分析。

1 理化試驗

1.1 宏觀分析

用體視顯微鏡觀察發現換熱器兩側均有腐蝕。 沿側面腐蝕嚴重的區域取樣，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，發現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。 結合剝離面的兩側，可以看出不銹鋼和銅焊料之間發生了分離。

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，不銹鋼側面平坦，晶粒未完全熔化，僅在晶界處發生輕微熔化； 焊錫面有網狀突起。 這些突出的釬料滲入不銹鋼晶界，從而形成焊縫的嵌套結構。 對剝離表面進行能譜 (EDS) 分析。 圖6顯示了不銹鋼側面的能譜分析結果。 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 顯示了銅焊料側面的能譜分析結果。 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。 可以看出，與銅焊料接觸的不銹鋼表面晶粒的晶界出現輕微熔化，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。 從宏觀分析可以發現，雖然失效樣品局部區域的焊錫完全填滿了焊縫，但與不銹鋼母材結合不良。 從掃描電鏡結果可以看出，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構； 失效接頭處的銅焊料與不銹鋼基材結合不緊密。 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表面處理或處理不達標，真空釬焊時不銹鋼表面局部Cr2O3氧化膜無法去除，局部不銹鋼基體區域與銅焊料結合不緊密，導致現象[7-11]。

3 結論與建議

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

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

參考：

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[2]趙通． 斜柵板式換熱器流體流動傳熱模擬及新型板片結構開發 [D]. 北京: 北京化工大學, 2018.

[3] 陳永東，張明然，艾志斌． 釬焊板式換熱器失效分析[J]． 壓力容器，2005,22(12):39-42,35。

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