分享：空調(diào)四通閥焊縫泄漏原因分析
摘 要:某批空調(diào)四通閥在使用一段時間后,出現(xiàn)了大量焊縫部位泄漏的不良品.通過宏觀分 析、化學成分分析、金相檢驗、硬度測試、能譜分析、離子色譜分析、模擬試驗等方法對四通閥焊縫泄 漏原因進行了分析.結(jié)果表明:四通閥暴露在含有硫和氯的腐蝕介質(zhì)中,表面產(chǎn)生了藍綠色和黑色 的腐蝕產(chǎn)物,焊縫被腐蝕穿透以至最終發(fā)生泄漏.
關(guān)鍵詞:空調(diào);四通閥;焊縫;泄漏;腐蝕
中圖分類號:TG１１５ 文獻標志碼:B 文章編號:１００１Ｇ４０１２(２０１９)１２Ｇ０８５９Ｇ０５
某公司生產(chǎn)的空調(diào)四通閥的毛細管采用 TP２ 磷脫氧銅制造而成.毛細管經(jīng)退火折彎,采用釬焊 方式用 焊 絲 將 其 與 銅 管 連 接 起 來,加 熱 溫 度 為 ８００ ℃.某批四通閥成品經(jīng)裝機運行幾個月至幾年 不等,因其毛細管焊接部位發(fā)生泄漏,市場退回品數(shù) 量非常多.據(jù)報道在煤礦或粉塵較多環(huán)境下使用的 空調(diào)四通閥曾發(fā)生多起腐蝕造成的泄漏事故,毛細 管釬焊部位成為最容易發(fā)生泄漏的薄弱之處,因此 國內(nèi)科研人員針對大氣中 SO２,H２S,Cl－ 等對銅產(chǎn) 生腐蝕的機理和影響開展了大量的研究[１Ｇ８],然而對 銅及銅磷釬焊部位腐蝕行為的研究較少[９].為查明 四通閥毛細管焊接部位泄漏的原因,防止類似問題 再次發(fā)生,筆者對其進行了理化檢驗和分析.
１ 理化檢驗
１．１ 宏觀分析
圖１為裝機運行后因泄漏問題被退回的四通閥 不良品和四通閥正常品的宏觀形貌.圖２為不良品 和正常品釬焊焊縫部位的宏觀形貌.由圖１和圖２ 可見,不良品表面有藍綠色、黑色物質(zhì)和油污,泄漏 部位在毛細管與銅管焊接處.焊縫泄漏處無明顯的 塑性變形特征,腐蝕產(chǎn)物較疏松,與基體結(jié)合不牢 固,可以剝離.
將四通閥不良品銅管人為剪破,圖３為內(nèi)部焊 料的宏觀形貌,可見焊料滲透飽滿,焊接時流動到 位,毛細管插入深度和焊縫填充沒有明顯問題.
１．２ 化學成分分析
分別對同批次庫存毛細管、銅管、焊料取樣進行化學成分分析,結(jié)果見表１和表２.可見所用材料 符合GB/T５２３１－２０１２«加工銅及銅合金牌號和化 學成分»以及 GB/T６４１８－２００８«銅基釬料»的技術(shù) 要求.
１．３ 金相檢驗
圖４為不 良 品 毛 細 管 的 顯 微 組 織 形 貌,可 見 毛細管的顯 微 組 織 為 單 相 α銅,平 均 晶 粒 尺 寸 為 ０．１２mm,說明焊接工藝無過熱現(xiàn)象.圖５和圖６ 分別 為 不 良 品 和 正 常 品 焊 縫 浸 蝕 前 的 顯 微 組 織形 貌 ,可 見 其 由αＧCu相 ＋Cu３P化 合 物 相 ＋ 少量的含銀固溶體組成[１０Ｇ１１],不 良 品 焊 縫 表 面 明 顯 存在αＧCu黑 色 塊 狀 組 織,而 正 常 品 焊 縫 近 表 面 為αＧCu白色塊 狀 組 織,說 明 不 良 品 焊 縫 αＧCu相 已被腐 蝕[１２Ｇ１３]. 不 良 品 焊 縫 浸 蝕 后 的 顯 微 組 織 形貌 如 圖 ７ 所 示,與 其 浸 蝕 前 的 顯 微 組 織 相 吻合.
１．４ 硬度測試
使用 FMＧ８００型顯微硬度計對不良品和正常品 焊縫進行維氏硬度測試,結(jié)果分別為１７６HV０．１和 １７２HV０．１,可見兩者無明顯差異,不良品焊縫未產(chǎn) 生異常脆性相.
１．５ 能譜分析
使用掃 描 電 鏡 對 不 良 品 焊 縫 表 面 進 行 能 譜 (EDS)分析,分 析 位 置 如 圖 ８ 所 示,分 析 結(jié) 果 見 表３,可 見 不 良 品 焊 縫 表 面 均 存 在 氯 元 素 和 硫 元素.
１．６ 離子色譜分析
取不良品表面的黑色物質(zhì)、在正常環(huán)境中裝機 運行１０a(年)的正常品表面的黑色物質(zhì)以及外觀良 好的正常品表面物質(zhì)分別在蒸餾水中浸泡２４h后, 用離子色譜儀分析離子含量,結(jié)果如圖９和圖１０所 示.可見不良品含有較高含量的硫酸根和氯離子; 運行１０a和外觀良好的正常品均未檢出硫酸根和氯離子.表明正常環(huán)境中的表面黑色物質(zhì)與不良品 的區(qū)別明顯,不良品表面一直處于含離子態(tài)的硫和 氯的腐蝕性介質(zhì)中.
１．７ 模擬試驗
１．７．１ 四通閥環(huán)境試驗
取一個四通閥正常品置于密閉玻璃干燥缸中, 模擬含有 SO２,H２S,HCl的潮濕氣氛,間隔通入氧 氣,一段時間后發(fā)現(xiàn)四通閥表面發(fā)黑,如圖１１所示, 表面還生成了結(jié)合不牢固的黑色和藍綠色疏松物 質(zhì),如圖１２所示.此外,焊接熱影響區(qū)先被腐蝕,可 見在混合型腐蝕性氣體作用下,模擬品和不良品焊 縫和母材表面生成的物質(zhì)較相似.
１．７．２ 銅管滴定試驗
取四通閥生產(chǎn)過程中使用的清洗劑、助焊劑,直 接滴在銅管表面,結(jié)果發(fā)現(xiàn)滴定產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物與 銅基體結(jié)合非常牢固,可見其與不良品腐蝕產(chǎn)物區(qū) 別明顯.用離子色譜儀分析腐蝕產(chǎn)物,如圖 １３ 所示,可見其只含有極少量的氯離子,說明不良品表明 較高含量的氯離子不是來自生產(chǎn)過程中.
１．７．３ 溶液腐蝕試驗
取正 常 品 的 焊 接 接 頭 用 配 置 的 稀 H２SO４ ＋ HCl溶液進行腐蝕,焊縫與母材銅的接觸界面處出 現(xiàn)腐蝕坑,如圖１４所示.圖１５為焊縫在腐蝕后的 顯微組織形貌,可見焊縫表面區(qū)域已經(jīng)存在αＧCu黑 色塊狀組織,明顯是腐蝕液滲透腐蝕造成的,與不良 品焊縫浸蝕前的顯微組織吻合.
２ 分析與討論
２．１ 硫化氫腐蝕
銅在自然環(huán)境下的腐蝕產(chǎn)物主要成分為Cu２O, 表面形成致密 Cu２O 膜對銅具有較好的保護作用. 在含 H２S的大氣環(huán)境中,銅表面致密的 Cu２O 保護 膜將逐步轉(zhuǎn)變?yōu)?CuS,該物質(zhì)是一種疏松、黑色的腐 蝕產(chǎn)物,不但不能對銅基體起到保護作用,還會因易 于吸附水分而促進銅的腐蝕[１].
２．２ 二氧化硫腐蝕
當大氣中含有的SO２進入并溶解在金屬表面吸 附的薄 層 液 膜 或 液 滴 中 發(fā) 生 水 解 反 應,生 成 的 HSO－ ３ 通常被認為不會導致嚴重腐蝕,但由于其極 易被氧化為SO２－ ４ ,并且 SO２在水中溶解度很高,大 大增強了其酸蝕能力,使銅表面的 Cu２O 膜受到破 壞,隨后裸露出的基體銅發(fā)生腐蝕溶解,形成溶解度 較低、疏松多孔的化合物 Cu４SO４(OH)６ 附著在銅 表面[２Ｇ３],反應過程如下
２．３ 氯離子腐蝕
Cu２O 具有較低的電導率,覆蓋在銅表面會形 成鈍化膜,從而保護基體不再被腐蝕.但由于 Cl－ 的強腐蝕性和滲透性會導致銅表面鈍化膜的破壞, 暴露的新鮮金屬會作為陽極區(qū)發(fā)生進一步腐蝕,而 周圍鈍態(tài)區(qū)則作為陰極區(qū),形成“大陰極小陽極”的 腐蝕原電池,鈍化膜破壞處的腐蝕速率加快,導致點 蝕的發(fā)生,而點蝕也正是銅在含 Cl－ 溶液中的典型 腐蝕行為[４Ｇ６],反應過程如下
３ 結(jié)論及建議
裝機運行的四通閥暴露在含有硫和氯腐蝕性介質(zhì)的環(huán)境中,表面產(chǎn)生與銅基體結(jié)合不牢固的藍綠 色和黑色腐蝕產(chǎn)物,在 Cl－ 存在的情況下,焊縫被腐 蝕穿透,最終在毛細管焊接薄弱處發(fā)生泄漏.
建議對四通閥增加噴漆進行保護;四通閥裝機 后的運行環(huán)境應隔離粉塵,并盡量減少振動.
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<文章來源 > 材料與測試網(wǎng) > 期刊論文 > 理化檢驗－物理分冊 > 55卷 > 12期 (pp:859-863)>
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