关于空调翅片式蒸发器铜管失效原因分析

黄少庆

摘 要：空调机中的翅片式蒸发器铜管一旦发生泄漏势必会使其失效，检测和分析翅片式蒸发器结构与使用环境，发现翅片式蒸发器的铜管与对蒸发器起固定作用的管板胀接时存在缝隙，管板孔边缘锐利，且存在毛刺，空调机在工作过程中管板孔的边缘和铜管反复磨擦、碰撞。出现了以下几种情形：其一，铜管变形、塌陷；其二，铜管穿孔开裂；其三，铜管再加工硬化；其四，铜管硬度高形变性能下降。同时空气中的氯化物和氨气等会溶解在冷凝水中，形成腐蚀性离子。蒸发器存在显著的孔洞状间隙，使得冷凝水长期积存之后会引起铜管表面的腐蚀破坏作用，是导致翅片式蒸发器的铜管失效的原因。基于此，建议优化蒸发器铜管与管板连接形式和胀接工艺，改进管板加工工艺和材质，提高铜管表面防腐性能，避开腐蚀源等相关措施。

关键词：空调；蒸发器；铜管失效原因

某公司空调机使用三个多月后发生故障，进一步检查发现，翅片式蒸发器发生泄漏。为了寻找到空调蒸发器的主要泄漏原因，需要对失效原因进行清楚分析[1]。对失效件断口的裂纹材料成分和金相组织等检测和分析，能够找出空调蒸发器铜管失效的主要原因。

一、蒸发器铜管腐蚀泄漏失效的主要原因

1.泄漏位置分析

空調机的冷凝器无显著异常，蒸发器发生制冷剂泄漏情况，将蒸发器拆缷发现之后，发现泄漏之处有绿色物质存在，与此同时铜管表面还均匀分布着圆环状绿色物质。泄漏铜管位置位于对蒸发器铜管起固定作用的管板与铜管连接处，存在多处漏点。将铜管剥离之后，发现有局部铜管腐蚀存在状况。出现上述原因主要是蒸发器铜管与管板互为接触，在冷凝水存在的基础条件下产生电化学腐蚀效应。一般情况下，上述电化学腐蚀很容易发生在铜管缺陷部分，以点蚀的形式存在。在铜管上找到气压泄漏点，在铜管外壁腐蚀之处均存在泄漏点[2]。铜管在与孔接触的位置上存在径向凹陷变形，在变形末端有一处扩展裂纹。仔细观察蒸发器管板不难发现，管板上铜管过孔边缘存在锐边和毛刺，且加工过于粗糙，剖开裂纹之后发现凹坑已经穿过铜管的内外表面[3]。

2.金相分析

首先，对铜管组织进行相应分析。在泄漏的铜管上截取部分样品不难发现，经过打磨和抛光之后，能够清楚观察到铜管的金相照片图，对没有进行胀管的铜管作为对比不难发现，经过同样方法的抛光打磨之后能够清楚得到金相照片，铜管经过弯曲和胀管之后，铜管晶粒呈现比较小的尺寸。其次，对铜管缺陷进行分析。对选取泄漏部位铜管进行分析，取铜管截面进行抛光处理，放大观察之后，铜管材质上呈现出夹杂缺陷[4]。从整体上来看，泄漏铜管的内部缺陷比较多。从铜管的内部材质来看，所选取的铜管外表面附近的孔尺寸比较大。蒸发器在工作过程中冷凝水会引起铜管腐蚀作用，在铜管表面存在不同尺寸的腐蚀坑。最后，通过扫描电镜来分析铜管。为了确认铜管中是否有过多的杂质元素，选取部分铜管进行能谱分析，再测量铜管的横截面。在运转过程中，接触到润滑油和冷媒，其铜管表面呈红色，在内表面上残留了部分油和冷媒，通过分析铜管内的表面能谱，检测到其中有比较多的碳和氧。在内表面中，不难看出有生成的铜氧化物。将铜管断口表面进行超声波清洗，使用扫描电子显微镜来进行观察，宏观观察到凹坑处有楔形硬物，反复撞压之后嵌入到塌陷边沿处，硬物反复敲击到铜管之后，会使得部分铜管材料向内侧凹陷，与此同时会使得硬物推挤掉所占据的空间。部分铜管材料沿着挤压边凹陷，经过反复碾压之后在其表面形成裂纹源，断口裂纹源扩展的微观形貌形成之后会以疲劳的方式进行相应扩展。

3.点蚀机制分析

在含有二氧化硫的空气和含氧化性酸形成的液体中，铜管容易被腐蚀。根据不同的腐蚀形式，有以下几种腐蚀形式：其一，生物腐蚀；其二，点腐蚀；其三，电化学腐蚀；其四，冲击腐蚀；其五，脱锌腐蚀；其六，晶间腐蚀；其七，应力腐蚀。铜管作为一种容易钝化的金属，其主要失效形式是点蚀。在一般情况下，氨气和氯离子对铜管表面产生破坏作用，最终出现点蚀情况。氯离子对铜管点蚀所产生的影响会加速铜的腐蚀，在孔上面形成绿色的小块垢。在酸性条件之下，点蚀过程会被加速，最终导致铜管管壁出现泄漏情况。除此之外，铜管在潮湿环境下的耐腐蚀性能比较差。

二、铜管腐蚀产物的主要来源

1.水分来源

空调机用蒸发器经过烘干和焊接等工序之后，不会遗漏水分，需要从空调机的多个使用环节方面来考虑水分来源。翅片式蒸发器由多个U形铜管来插入铝翅片孔中，胀管后铜管与管板、翅片产生互为配合效果[5]。为了能够确定好蒸发器铜管与实际管板和翅片的接触情况，采用金相分析不难看出，翅片与铜管贴合紧密，管板与铜管贴合存在间隙，在相邻翅片的叠加、管板与翅片贴合位置中存在明显的间隙。在空调机以制冷模式来运行时，蒸发器是室内的主要装置，在铜管内部液态制冷剂蒸发成气态之后，需要从中吸收热量，最终使得翅片的空气温度能够实现制冷功能。基于此，空气中的水分会影响到蒸发器翅表面的冷凝度，在受到毛细作用的影响下，蒸发器的孔洞状间隙存在水积压状况，在铜管表面间隙位置之中不断与水进行接触。

2.使用环境腐蚀性离子分析

在不同地区中所含有的杂质是不同的，靠近海岸地区的空气污染物质主要为海盐离子。在工业地区中的二氧化硫气体和各种悬浮颗粒，上述气体杂志会随着空气的流动沉降再铜管表面，溶解在铜管表面积存的水分重，铜管表面被破坏而产生点蚀效果，导致铜管泄漏。

三、空调蒸发器铜管失效原因预防措施分析

通过扫描电镜和维氏显微硬度计设备对使用三个多月后发生泄漏的空调蒸发器铜管进行分析，检测结果显示空调翅片式蒸发器在工作过程中，管板孔的边缘和铜管反复磨擦、碰撞。出现了以下几种情形：其一，铜管变形、塌陷；其二，铜管穿孔开裂；其三，铜管再加工硬化；其四，铜管硬度高形变性能下降。基于此，分析清楚空调翅片式蒸发器铜管的失效原因，优化蒸发器铜管与管板连接形式和胀接工艺，改进管板加工工艺和材质，提高铜管表面防腐性能，避开腐蚀源等措施。在空调使用时要避开服腐蚀源，在一般情况下，点蚀会导致蒸发器铜管泄漏情况出现在一定场合，在没有腐蚀的环境之下，铜管能够充分满足长期使用需求。针对特殊空气环境使用下的蒸发器铜管，在铜管中加入锡和镍等金属元素，能够提高铜管的抗腐蚀性，使得离子迁移不会过于困难，从而显著降低腐蚀速率。

参考文献：

[1]况敏，肖晓玲，康忠明等.空调蒸发器铜管失效原因分析[J].材料研究与应用，2013，7（4）：280-283.

[2]薛兴，翁宗祥，葛敏等.空气调节器用换热器高效传热内螺纹铜管研究[J].装备制造技术，2014，12（10）：66-68.

[3]颜小林，邓智，陈瑞武等.空调器用翅片管式蒸发器铜管点蚀分析及预防措施[J].制冷与空调，2014，14（2）：74-77.

[4]金听祥，曹玉龙.铜铝复合管在空调蒸发器中应用的试验研究[J].低温与超导，2012，40（3）：36-39，44.

[5]吴极，王瑾，王哲旻等.管径变化对蒸发器性能影响的仿真与实验研究[J].制冷学报，2015，36（6）：104-110.