某型水冷式消声器渗漏故障分析

于文建 王正方 王佳 李明

【摘 要】根据某柴油发电机组水冷式消声器渗漏的故障案例，重点对水冷式消声器渗漏的故障原因进行分析与排除，根据分析确定的原因进行了优化与改进，并提出了改进措施，解决了渗漏故障。

【关键词】水冷式消声器;故障分析;优化改进

某型机组水冷式消声器[1]在用户使用过程中发生机组排烟突然变为白色，冷却液快速减少，最终导致机组因高缸温保护停机的问题，严重影响了客户的使用。事后对机组进行检查发现，机组的水冷式消声器出现内漏问题，导致机组的冷却液通过渗漏处进入消音器烟道内，并受热变为水蒸气混入排烟中，使机组排烟变白，冷却液快速减少。机组白色排烟现象如图1所示。本文以此为案例，结合水冷式消声器的实际使用，梳理出水冷式消声器的常见渗漏原因，并针对性地进行优化与改进设计[2]。

1 原因分析

针对上述故障现象，专业人员对相关情况进行了现场了解，并对故障机组进行拆解。根据拆解的情况对水冷式消声器内漏的根本原因进行了深入分析，认为造成水冷式消声器渗漏的原因有以下几点：①水冷式消声器结构件间焊接不严密，存在焊接缺陷;②钣金折弯部分折弯半径过小，产生折弯裂纹;③壳体本身材料腐蚀;④壳体与高温尾气或冷却液发生反应，产生腐蚀;⑤水冷式消声器本身结构设计密封不完全。建立故障树如图2所示[3]。

通过对现场反馈数据和后期对水冷式消声器拆装分解情况的认真查看与检测，对上述可能的原因进行了逐一排查。

2 机理分析

此款水冷式消声器的工作原理如下：利用冷却液降低柴油发电机排气温度，从而降低排气压力，达到消声、降噪效果。结构上将消声器部全部置于冷却液箱内，并与其焊接成一整体进行固定。焊接后的消声器处于冷却液的完全包裹中，其固定板在固定消声器位置之余还起到了加强热传递的功能。整个水冷式消声器均采用304不锈钢板制作。

通过对水冷式消声器的破坏性拆解发现，消声器换热板表面锈蚀严重，有大量锈迹残留在换热板表面（如图3所示）。将锈迹打磨清除干净后，经加水试验发现，渗漏点明显位于消声器与冷却液箱固定板的焊接位置。随后仔细检查发现，渗漏处存在气孔。据此初步判定为焊接缺陷导致的消声器渗漏现象。

气孔是一种常见的焊接缺陷，为熔池中的气体在凝固时未能逸出而残留下来所形成的空穴。溶解在熔池中的气体，在熔池冷却结晶过程中，气体溶解度急剧降低，来不及析出而残留在固体金属内形成。原材料受潮，未按要求烘干（或烘干温度过高、过低）;焊丝药皮开裂、脱落、变质;焊丝生锈，其表面存在锈、油、水分等杂质都容易产生气孔[4]。

但此次滲漏故障发生时，机组已安全运行长达500 h，未发生渗漏现象，且拆解发现换热板腐蚀严重，不能排除长期腐蚀的因素。通过对机组冷却液的检测发现，其中混有杂质水。判定杂质水通过与不锈钢板的长期缓慢反应，导致发生腐蚀的问题。因此，最终判定为壳体腐蚀与焊接缺陷共同作用导致了此次故障的发生。

3 优化改进

针对此次故障的分析与归纳，对水冷式消声器的优化从以下几个方面进行[5]。

3.1 优化材料

水冷式消声器的选材应从耐高温性、耐腐蚀性、可加工性与经济性等各方面综合考虑。一般可选用材料有碳钢、低合金钢、不锈钢、铝合金、钛与铜合金等。对材料进行选择时，还应注意其对环境的影响，以及其是否会与尾气或冷却液中的某种成分反应。若某材料存在上述情况，不可选用。316L不锈钢作为含有钼元素的奥氏体不锈钢，耐腐蚀性好且表面光滑，不易结垢，高温强度较好，可加工性良好，可在苛刻的环境条件下使用，是一种十分适合的材料[6]。

3.2 防腐处理

在水冷式消声器表面上进行防腐处理是一种避免腐蚀十分有效的办法。其中，涂防腐层是一种费用低、效果好、使用最为广泛的工艺手段。通常使用的涂料是无机富锌漆、热固化酚醛清漆、环氧氨基清漆等，但其对涂覆工艺要求较高，应避免因涂覆工艺不良造成的失误。电镀、搪瓷等也是十分有效的防腐手段，但成本较高，有一定污染。

3.3 改善冷却液品质

通过加强对冷却液的杂质过滤，可以有效保证长时间循环使用的冷却液的良好品质。这对水冷式消声器长时间使用至关重要，也是从根源上解决冷却液腐蚀的方法。可通过外加滤芯并定期对滤芯进行更换实现。

3.4 设计与制造优化

在设计与制造过程中，应注意以下问题：①设计时应尽量避免产生缝隙，在结构上为减少沉积、结垢而努力;②各部件材质的选取应保持相似性或一致性，避免因材质不同导致的电化学腐蚀;④选择合适的折弯半径，避免直角弯或尖角，避免折弯裂纹;⑤焊接部位采用连续焊，焊缝要做到连续平滑，根部焊透，保证无微小气孔、杂质;⑥加工过程中避免划伤壳体内表面，伤及钝化膜，影响材料耐腐蚀性。

最终形成的改进方案如下：①材料全部更换为316L不锈钢;②对消声器进行电镀处理;③增设外接冷却液滤芯;④优化结构图纸、工艺。

4 措施及验证

通过对原因、影响因素、失效机理、产品结构、材料选择、工艺控制等方面的分析、研究，重新设计、制造了一批新式水冷式消声器，并对客户原有旧消声器进行更换，有效改善了水冷式消声器锈蚀问题。优化后的水冷式消声器自投入使用以来，目前暂无渗漏问题发生，问题得到解决。

5 结论

本文所提出的改进方案经过了充分论证及试验考核，能良好地满足使用要求。改进方案不仅适用于本款水冷式消声器的改进，还可在其他同类产品设计过程中起到借鉴作用，也可以为油箱、散热水箱等产品的改进提供帮助。

参 考 文 献

[1]王济乾，袁春，刘洋.静音型柴油发电机组水冷化技术[J].移动电源与车辆，2012（1）：46-50.

[2]佚名.12 kW柴油发电机组使用与维修手册[M].济南：济南吉美乐电源技术有限公司，2010.

[3]许荣，车建国，杨作宾，等.故障树分析法及其在系统可靠性分析中的应用[J].指挥控制与仿真，2010，32（1）：112-115.

[4]张南南.金属材料焊接成型中的主要缺陷及控制方法分析[J].建筑工程技术与设计，2019，27（6）：46.

[5]韩鹏飞，王正方，张川.钢制压力容器局部腐蚀失效分析及防护措施[J].化工装备技术，2016，37（3）：33-37.

[6]邢海生，林峰，潘邻.奥氏体不锈钢表面强化技术研究及进展[J].江苏化工，2008，36（3）：45-47.