动车组电热开水器水箱锈蚀漏水故障影响因素分析

邵怀飞

摘  要：近年来铁路动车组运营过程中发生多起电热开水器水箱箱体及水箱焊缝严重锈蚀及锈穿漏水故障，给运用路局和乘客使用带来不便，本文对故障影响因素进行系统查找并采取对应措施解决故障。

关键词：动车组、电热开水器、锈蚀、渗水

1引言

随着铁路事业的蓬勃发展，中国鐵路系统发生了翻天覆地的变化。目前已成为世界上铁路发展最快、系统技术最全、集成能力最强在建规模最大的国家。动车组电热开水器是为了适应动车组供水需要而研制的新一代供水设备，采用水电隔离高频逆变感应加热技术，具有安全节能、维护周期长的特点，为乘客提供了清洁、卫生的饮用开水服务。近年来动车组电热开水器发生数十起水箱箱体及水箱焊缝严重锈蚀及锈穿漏水故障，影响故障车厢饮水设施正常使用，本文对故障影响因素进行分析并采取对应措施。

2电热开水器结构组成

电热开水器水箱主要为不锈钢板材焊接结构，母材为不锈钢板材022Cr19Ni10，执行GB/T3280-2015不锈钢冷轧钢板和钢带标准，焊接方法采用钨极惰性气体保护焊，执行EN15085铁路上的应用-铁路车辆及其部件的焊接标准。水箱零组件包括储水箱盖板、储水箱密封圈及水箱焊接件外部包裹的保温棉等。

3水箱保温棉影响

为满足电热开水器水箱保温隔热设计要求，水箱外部包裹一定厚度的隔热保温棉。通过对装用电热开水器的不同车型动车组的电热开水器水箱材质、结构、焊接工艺等对比，其中水箱材质、结构、焊接工艺均相同，使用保温棉的类型有所不同，具体见表1所示。

经过对比不同车型动车组的结构差异，梳理出了不同车型动车组电热开水器水箱使用的保温棉材质有所不同，共分为PE保温棉、福乐斯CR型保温棉和福乐斯NH型保温棉三种类型，对近年铁路局运营过程中发生的故障进行统计发现使用福乐斯NH型保温棉的电热开水器渗水故障发生率明显高于其他类型保温棉。对三种类型的保温棉主要成分进行分析，PE保温板由聚乙烯和三氧化二锑（阻燃剂）混合发泡而成，热稳定性好;福乐斯CR型保温棉是以丁晴橡胶（NBR）为基材和聚氯乙烯（PVC）共混发泡而成产品。福乐斯NH型保温棉由合成橡胶发泡弹性体材料组成，不含卤素和PVC，具有良好绝热性能、防火性能。

按照EN14582-2016卤素含量的测定标准采用离子色谱法分别检测三种保温材样品中氟、氯、溴、碘等卤素含量，合上表测试结果分析，结合运行经验，采用两种保温材的电热开水器水箱表面未发生严重锈蚀，PE保温材氯元素含量相对较少，不足以造成水箱表面锈蚀，PE保温材溴元素含量高没有造成水箱表面批量锈蚀。

结合运行经验，采用福乐斯CR型保温棉的电热开水器水箱表面发生严重锈蚀概率较高，出现数十起漏水故障。对其物理化学性质进行分析，PVC对光和热的稳定性较差，在100℃左右高温或经长时间阳光暴晒条件下，易分解释放出氯化氢气体。电热开水器工作时，水箱表面温度近100℃，水箱表面包覆的保温棉中的PVC受热易分解释放HCl气体，在水蒸气高湿环境中产生氯离子。不锈钢是具备自钝化特性的金属，表面有一层钝化膜。正常情况下钝化膜的溶解和修复（再钝化）维持动平衡状态。当介质中含有氯离子时，平衡便受到破坏，溶解占优势。其原因是氯离子能优先地有选择地吸附在钝化膜上，把氧原子排挤掉，然后和钝化膜中的阳离子结合成可溶性氯化物，结果在新露出的基底金属的特定点上生成小蚀坑，这些小蚀坑称为孔蚀核。氯离子对不锈钢的钝态起到直接的破环作用，加速了不锈钢焊缝及钢材表面的锈蚀。

4水箱焊件酸洗钝化工艺影响

按照EN15085焊接体系通用管理要求，电热开水器水箱焊接时采用单面成型双面成形工艺，通过封闭水箱开口位置，使满焊时水箱能够形成一个封闭的空间，然后向内部通氩气，排空水箱内部的空气，延长焊缝的使用寿命。关于焊后酸洗钝化工艺按照不同车型分为三种类型，第一种是不对焊缝进行打磨或酸洗钝化处理，第二种是使用焊道处理机对焊缝涂刷酸洗钝化膏，第三种是酸洗钝化液整体浸泡。根据故障统计来看，三种处理方式的水箱锈蚀故障率依次呈降低趋势。选取未经酸洗钝化的焊缝锈蚀水箱，沿焊缝横截面（包含焊缝、热影响区和母材）取样，按照GB/T13298金相显微组织检验方法对故障水箱焊缝进行显微组织试验，宏观金相发现焊缝区存在应力裂纹，热影响区及母材存在腐蚀坑。

为进一步验证酸性钝化处理效果，对水箱焊缝酸洗钝化的三种状态制作焊接试验，按照GB/T10125盐雾试验标准进行48h盐雾试验。第一种水箱（不作任何处理），24h盐雾试验表面就会产生浮锈;第二种水箱（酸洗钝化膏）48h盐雾试验表面才会生锈;第三种水箱（酸洗钝化液）48h盐雾试验后表面状态正常、无锈蚀现象，延长酸洗钝化处理的水箱盐雾试验到96h，表面状态也是正常、无锈蚀现象。

5.清洗剂影响

电热开水器在日常检修时应定期去除水箱内壁的水垢，在实施操作时存在使用酸性清洗剂进行清洗的情况，经化学成分检测含有甲基磺酸、硫酸等成分（PH值=2），其中甲基磺酸有强烈腐蚀作用。一般022Cr19Ni10不锈钢能耐受PH值=4～10范围内的酸性腐蚀，而清洗剂的PH值超出这个范围。如果采用强酸进行处理，水垢的主要化学成分是碳酸钙，很容易被酸性清洗剂溶解，同时不锈钢板及焊缝在强酸的环境中也容易锈蚀。因此在清理水箱内壁水垢时，不要选择强酸清洗剂，以避免造成不锈钢焊缝的深度腐蚀，应该选择弱酸如醋酸、柠檬酸等进行处理，在使用醋酸要用适量的水稀释，也可以使用食用醋清洗，碳酸钙跟弱酸就很容易发生化学反应，并且不会对不锈钢焊缝造成腐蚀。

6.结论

本文对通过故障统计和试验验证等方式对影响电热开水器水箱锈蚀漏水的要素进行调查，从水箱保温棉选型、水箱焊件酸洗钝化工艺和清洗剂使用三个方面提出优化建议，宜选用不含PVC等卤元素的保温棉避免氯离子对不锈钢的腐蚀，通过焊件酸洗钝化液整体浸泡的工艺处理方法提高抗腐蚀性能，同时使用不含强腐蚀作用的弱酸清洗剂定期去除水垢。

参考文献：

[1]张健.奥氏体不锈钢酸洗钝化施工工艺论述[J].石油化工建，2019