干燥過濾器焊后泄露原因

劉曉芳， 張冠星， 常云峰， 王蒙， 鐘素娟

(鄭州機械研究所有限公司，新型釬焊材料與技術(shù)國家重點實驗室,鄭州 450001)

0 前言

空調(diào)和冰箱是具有調(diào)節(jié)溫度功能的設(shè)備，廣泛應(yīng)用于日常生產(chǎn)、生活的方方面面，能夠為人們提供更加舒適的工作和生活環(huán)境。干燥過濾器作為空調(diào)、冰箱內(nèi)部的不可或缺的重要零件之一，安裝于空調(diào)和冰箱的冷卻管道中，用來過濾、干燥空氣中的雜質(zhì)和水分，其結(jié)構(gòu)主要由其結(jié)構(gòu)主要由筒體、干燥劑、過濾網(wǎng)、彈簧和左右筒蓋組成。現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝主要包括左右筒熱壓成形和圓周焊接成形[1-3]。

現(xiàn)有的干燥過濾器基本可以滿足人們的使用需求，但在干燥過濾器服役過程中，容易出現(xiàn)銅蓋被腐蝕泄露的重要問題，一旦出現(xiàn)泄露，干燥過濾器便失去了使用效果，這也使得干燥過濾器的使用壽命非常有限[4-5]，需要經(jīng)常更換。但目前國內(nèi)外對干燥過濾器泄露的研究分析還很缺乏?；谏鲜鲈?，文中通過對焊接前、后干燥過濾器微觀組織和成分分析，為干燥過濾器服役過程泄露原因研究提供了基礎(chǔ)。

1 試驗方法

該次選用的試驗樣品為服役過程中泄露的干燥過濾器和未使用的干燥過濾器，如圖1所示。將試驗樣品分為1號、2號、3號和4號試樣，采用200 mL酒精和250 mL燒杯在 QXJ-22超聲清洗機中超聲處理10 min，將表面進(jìn)行處理，為進(jìn)一步觀察泄漏點泄露原因，將1號試樣進(jìn)行鋸切，將試樣編號后用碳化硅砂紙進(jìn)行粗磨，然后選擇0.5 μm的金剛石拋光膏進(jìn)行拋光，拋光過程中不斷加入清水，最后使用體積分?jǐn)?shù)為鹽酸+氯化鐵水溶液腐蝕至變色。采用ZEISS光學(xué)顯微鏡、體式顯微鏡和Phenom XL臺式掃描電鏡分析試樣的微觀組織及成分。

圖1 泄露的干燥過濾器和未使用干燥過濾器

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 干燥過濾器表面泄漏點微觀組織分析

圖2為圖1中1號、2號、3號過濾干燥器泄漏點Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ位置的微觀組織，圖2中各點的能譜分析見表1、表2、表3和表4。從圖1a、圖1b和圖1c宏觀照片可以看出，1號、2號、3號樣品泄漏位置表面殘留藍(lán)綠色、黑色腐蝕產(chǎn)物，且出現(xiàn)在焊點附近。從圖2中可以看出，不同泄漏點表面出現(xiàn)大量塊狀結(jié)構(gòu)和云朵狀白色結(jié)構(gòu)的腐蝕殘留物。

圖2 不同泄漏點表面微觀組織

表1 圖2a中泄露位置Ⅰ各點能譜分析(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

表2 圖2b中泄露位置Ⅱ各點能譜分析(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

表3 圖2c中泄露位置Ⅲ各點能譜分析(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

結(jié)合表1、表2、表3和表4中各點的能譜成分分析，可以看出表層腐蝕產(chǎn)物主要含有Cu，O，K，F(xiàn)，S，B，N，Al，C，Na，Ca等元素，其中F，B，K，Si，Na，Ca為釬劑的主要成分，空氣中含有O，N，S等物質(zhì)，在濕熱的環(huán)境下，由于各種組分的交互作用，促使形成了較為復(fù)雜的Cu2CO3(OH)2，Cu2SO4(OH)6、氧化亞銅、氧化銅、硫化銅及釬劑與氧化物反應(yīng)生成的低熔點復(fù)合鹽；同時在檢測的成分中探測到了少量Al，F(xiàn)e等元素，主要原因是銅管中存在的雜質(zhì)元素或是內(nèi)置分子篩參與反應(yīng)，局部位置發(fā)生了電化學(xué)腐蝕。

表4 圖2d中泄露位置Ⅳ各點能譜分析(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

2.2 干燥過濾器橫斷面微觀組織分析

為了進(jìn)一步分析干燥過濾器泄露原因，將試樣1號、2號、3號、4號鋸切開，觀察不同試樣的橫斷面微觀組織。圖3為1號、2號、3號、4號剖面金相組織。從圖中可以看出，在圖3a和圖3c位置均發(fā)現(xiàn)有軸向裂紋，裂紋處分布著大量黑色組織，且軸向裂紋已貫穿整個截面。圖3a中在裂紋兩側(cè)的晶粒形態(tài)發(fā)生變化，呈現(xiàn)一定的方向性，存在有較大的應(yīng)力。從圖3d中可以看出，未使用的干燥過濾器中存在有明顯黑色夾渣物和凹坑，說明未使用過的干燥過濾器本身存在有大量缺陷，缺陷會降低焊后干燥過濾器的塑性和韌性[6-8]，試樣在服役過程中，受應(yīng)力作用下，焊點四周更容易出現(xiàn)裂紋并延展[9-12]。圖3f中清晰可見臺階狀裂紋的存在，這也進(jìn)一步說明未使用的干燥器中本身存在裂紋，這也是焊后干燥器在此泄露的重要原因之一。

圖3 焊接后不同試樣剖面金相組織

為進(jìn)一步分析裂紋處成分，對1號和3號試件斷面進(jìn)行高倍電鏡觀察和能譜分析，分別如圖4和圖5所示。從圖4上可以看出，整個裂紋延伸較長，裂紋起始段在管的外壁，對裂紋不同位置進(jìn)行了能譜分析和元素面掃描，發(fā)現(xiàn)在裂紋內(nèi)部有殘留釬劑存在，釬劑隨著裂紋不斷向內(nèi)部擴散，進(jìn)一步加速了裂紋的擴展[13-14]。從圖5的各元素分布，明顯看到裂紋處存在的大塊黑色組織成分為鋁和鐵的氧化物，進(jìn)一步說明3號試樣裂紋的產(chǎn)生來源于裂紋處的大量夾渣物，干燥器使用過程中，由于大量缺陷的存在，應(yīng)力更容易在此集中，產(chǎn)生裂紋，造成泄露。結(jié)合圖4和圖5中各點成分也可以看出，焊后干燥器泄露的原因是缺陷和釬劑共同作用的結(jié)果，缺陷的存在為裂縫的源頭，釬劑的存在加速了裂縫的擴展。

圖4 1號試件裂紋及元素面掃描

圖5 3號試件裂紋及元素面掃描

3 結(jié)論

(1)通過微觀組織和能譜分析，焊后干燥過濾器裂紋處成分為釬劑和大塊鋁、鐵的氧化物，說明焊后過濾器泄露的原因為大量缺陷的存在和釬劑的腐蝕作用。

(2)由于未經(jīng)使用的干燥過濾器中存在明顯的裂紋和大量的黑色夾渣物，進(jìn)一步說明焊后干燥器泄露的主要原因，來源于干燥過濾器本身存在大量的缺陷，服役過程中，應(yīng)力集中，導(dǎo)致裂紋的出現(xiàn)。

(3)缺陷和釬劑共同作用導(dǎo)致焊后干燥過濾器服役過程出現(xiàn)泄露，原始缺陷的存在為裂縫的源頭，釬劑的存在加速了裂縫的擴展。