摘要：某换热器长期使用后出现渗水腐蚀现象，对其泄漏部位进行宏观检查、扫描电镜扫描和能谱分析。 结果表明，在焊接过程中，部分区域的铜焊料与不锈钢基板没有完全熔合； 换热器在使用过程中，多次热循环和水流的周期性冲击将未熔合区的铜焊料与不锈钢基板分离，最终导致局部渗漏。
关键词：真空钎焊； 不锈钢; 热交换器; 未融合
CLC 编号：TG115.2 文档代码：B 文章编号：1001-4012(2022)02-0066-04
换热器广泛应用于化工、食品、制药、机械等领域，在生产中发挥着重要作用[1-3]。 真空钎焊不锈钢板式换热器宏观外观如图1所示，它由不锈钢薄片、垫片、夹紧装置等组成，在制造过程中，不锈钢薄片和铜钎焊箔交替组合不锈钢螺纹换热管，送至钎焊炉。 ，铜箔进入炉内后，在一定温度下熔化成液体，这些液体通过毛细管作用吸附在不锈钢薄板的支撑点和边界上，从而起到密封和强化的作用[3]。 真空钎焊不锈钢板式换热器的失效形式有：不锈钢板点蚀、穿孔导致泄漏； 不锈钢板和换热器密封垫片缝隙腐蚀导致失效； 铜焊料渗入不锈钢晶界，晶界成为裂纹开口点而发生失效； 换热器钎焊过程温度过高引起过烧，造成损坏和失效[3-4]。
板式换热器中的多层不锈钢导热片（见图2）呈“S”形，这种曲面结构可以提高换热片的传热效率。 板式换热器内部不锈钢板表面结构复杂，液体循环通道直径小。 液体在流动过程中，其流向和流速不断变化，流体受到极大的扰动。 当液体通过换热器通道时，它仍可以在低流速下处于湍流状态。 在换热器工作过程中，液体的流动会对换热器产生间歇性脉冲冲击。 不锈钢板与换热器壳板连接处的壳环焊缝是受影响最严重的区域[4-7]。 从图2可以看出，换热器的内表面和侧面存在严重的腐蚀缺陷。 笔者对故障现场进行了宏观检查、扫描电镜和能谱分析。
1 理化试验
1.1 宏观分析
用体视显微镜观察发现换热器两侧均有腐蚀。 沿侧面腐蚀严重的区域取样，在体视显微镜下观察打磨抛光后的样品。 如图3所示，可以看出部分部位的铜焊料与上下两侧的不锈钢基板分离。
的
将铜焊料与不锈钢基板分离的部分切开，发现有部分不锈钢片脱落。 漏水处焊缝表面宏观形貌如图4所示，从图4可以看出铜焊锡面没有明显的不锈钢残留物，脱落的不锈钢面表面为平整，表面无明显铜焊渣。 结合剥离面的两侧，可以看出不锈钢和铜焊料之间发生了分离。
1.2 扫描电镜与能谱分析
在扫描电子显微镜下观察不锈钢侧面和铜焊料表面的显微形貌（见图5）。 从图5可以看出，不锈钢侧面平坦，晶粒未完全熔化，仅在晶界处发生轻微熔化； 焊锡面有网状突起。 这些突出的钎料渗入不锈钢晶界，从而形成焊缝的嵌套结构。 对剥离表面进行能谱 (EDS) 分析。 图6显示了不锈钢侧面的能谱分析结果。 可以看出，其表面主要由铁、铬、碳等元素组成，还有少量的铜元素。 图 7 显示了铜焊料侧面的能谱分析结果。 表面主要由铜和碳元素组成不锈钢螺纹换热管，几乎不含铁和铬元素。 图 8 显示了正常钎焊接头的微观形态。 可以看出，与铜焊料接触的不锈钢表面晶粒的晶界出现轻微熔化，铜焊料渗入晶界。 图 9 显示了普通钎焊接头不锈钢晶界处的线扫描能谱分析结果。 可以看出，在正常的钎焊接头处，铜焊料渗入了不锈钢表面晶粒的晶界。
2 综合分析
从分析结果来看，换热器的失效模式是不锈钢基板与铜焊料分离。 从宏观分析可以发现，虽然失效样品局部区域的焊锡完全填满了焊缝，但与不锈钢母材结合不良。 从扫描电镜结果可以看出，失效接头和正常接头处的铜焊料与不锈钢母材形成了焊接嵌套结构； 失效接头处的铜焊料与不锈钢基材结合不紧密。 不锈钢片表面的油和铜焊料在高温下分解形成碳。 真空钎焊前，如果不锈钢片和铜钎料未经表面处理或处理不达标，真空钎焊时不锈钢表面局部Cr2O3氧化膜无法去除，局部不锈钢基体区域与铜焊料结合不紧密，导致现象[7-11]。
3 结论与建议
换热器投入使用后，水流不断对换热器施加周期性冲击，局部结合力小、熔合不完全的不锈钢基板与铜焊料逐渐分离，产生缝隙和局部进水换热器渗漏。
建议在真空钎焊前加强焊件表面预处理，清理各不锈钢片和铜焊料表面的油污和残留物，促进铜焊料和不锈钢基体相互融合，增强结合力在焊料和不锈钢之间。
参考：
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常见问题解答（FAQ）
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换热管执行什么标准？
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不锈钢换热管和铜管哪个更适合做换热器？
制冷剂和一般水质下铜管导热略优；但水质差、含氯或要求长寿命时，不锈钢换热管更耐腐蚀、不易堵塞，综合成本更低。
不锈钢换热管常见规格有哪些？
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不锈钢换热管为什么会结垢？
水中钙镁离子在高温下析出，附着在管内壁形成水垢，降低换热效率。控制水质、提高流速、定期清洗可以缓解。
换热管怎么做 U 型管？
U 型管需先按弯曲半径弯制再做固溶处理，弯管段壁厚减薄率要控制，弯曲后需做气密性和探伤检测。
不锈钢换热管怎么提高换热效率？
可选用薄壁管降低热阻，采用内螺纹管或翅片管增加换热面积，同时保持管内流速在设计范围内。
