動車組電熱開水器水箱銹蝕漏水故障影響因素分析

邵懷飛

摘? 要：近年來鐵路動車組運(yùn)營過程中發(fā)生多起電熱開水器水箱箱體及水箱焊縫嚴(yán)重銹蝕及銹穿漏水故障，給運(yùn)用路局和乘客使用帶來不便，本文對故障影響因素進(jìn)行系統(tǒng)查找并采取對應(yīng)措施解決故障。

關(guān)鍵詞：動車組、電熱開水器、銹蝕、滲水

1引言

隨著鐵路事業(yè)的蓬勃發(fā)展，中國鐵路系統(tǒng)發(fā)生了翻天覆地的變化。目前已成為世界上鐵路發(fā)展最快、系統(tǒng)技術(shù)最全、集成能力最強(qiáng)在建規(guī)模最大的國家。動車組電熱開水器是為了適應(yīng)動車組供水需要而研制的新一代供水設(shè)備，采用水電隔離高頻逆變感應(yīng)加熱技術(shù)，具有安全節(jié)能、維護(hù)周期長的特點(diǎn)，為乘客提供了清潔、衛(wèi)生的飲用開水服務(wù)。近年來動車組電熱開水器發(fā)生數(shù)十起水箱箱體及水箱焊縫嚴(yán)重銹蝕及銹穿漏水故障，影響故障車廂飲水設(shè)施正常使用，本文對故障影響因素進(jìn)行分析并采取對應(yīng)措施。

2電熱開水器結(jié)構(gòu)組成

電熱開水器水箱主要為不銹鋼板材焊接結(jié)構(gòu)，母材為不銹鋼板材022Cr19Ni10，執(zhí)行GB/T3280-2015不銹鋼冷軋鋼板和鋼帶標(biāo)準(zhǔn)，焊接方法采用鎢極惰性氣體保護(hù)焊，執(zhí)行EN15085鐵路上的應(yīng)用-鐵路車輛及其部件的焊接標(biāo)準(zhǔn)。水箱零組件包括儲水箱蓋板、儲水箱密封圈及水箱焊接件外部包裹的保溫棉等。

3水箱保溫棉影響

為滿足電熱開水器水箱保溫隔熱設(shè)計(jì)要求，水箱外部包裹一定厚度的隔熱保溫棉。通過對裝用電熱開水器的不同車型動車組的電熱開水器水箱材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、焊接工藝等對比，其中水箱材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、焊接工藝均相同，使用保溫棉的類型有所不同，具體見表1所示。

經(jīng)過對比不同車型動車組的結(jié)構(gòu)差異，梳理出了不同車型動車組電熱開水器水箱使用的保溫棉材質(zhì)有所不同，共分為PE保溫棉、福樂斯CR型保溫棉和福樂斯NH型保溫棉三種類型，對近年鐵路局運(yùn)營過程中發(fā)生的故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)使用福樂斯NH型保溫棉的電熱開水器滲水故障發(fā)生率明顯高于其他類型保溫棉。對三種類型的保溫棉主要成分進(jìn)行分析，PE保溫板由聚乙烯和三氧化二銻（阻燃劑）混合發(fā)泡而成，熱穩(wěn)定性好;福樂斯CR型保溫棉是以丁晴橡膠（NBR）為基材和聚氯乙烯（PVC）共混發(fā)泡而成產(chǎn)品。福樂斯NH型保溫棉由合成橡膠發(fā)泡彈性體材料組成，不含鹵素和PVC，具有良好絕熱性能、防火性能。

按照EN14582-2016鹵素含量的測定標(biāo)準(zhǔn)采用離子色譜法分別檢測三種保溫材樣品中氟、氯、溴、碘等鹵素含量，合上表測試結(jié)果分析，結(jié)合運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，采用兩種保溫材的電熱開水器水箱表面未發(fā)生嚴(yán)重銹蝕，PE保溫材氯元素含量相對較少，不足以造成水箱表面銹蝕，PE保溫材溴元素含量高沒有造成水箱表面批量銹蝕。

結(jié)合運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，采用福樂斯CR型保溫棉的電熱開水器水箱表面發(fā)生嚴(yán)重銹蝕概率較高，出現(xiàn)數(shù)十起漏水故障。對其物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分析，PVC對光和熱的穩(wěn)定性較差，在100℃左右高溫或經(jīng)長時間陽光暴曬條件下，易分解釋放出氯化氫氣體。電熱開水器工作時，水箱表面溫度近100℃，水箱表面包覆的保溫棉中的PVC受熱易分解釋放HCl氣體，在水蒸氣高濕環(huán)境中產(chǎn)生氯離子。不銹鋼是具備自鈍化特性的金屬，表面有一層鈍化膜。正常情況下鈍化膜的溶解和修復(fù)（再鈍化）維持動平衡狀態(tài)。當(dāng)介質(zhì)中含有氯離子時，平衡便受到破壞，溶解占優(yōu)勢。其原因是氯離子能優(yōu)先地有選擇地吸附在鈍化膜上，把氧原子排擠掉，然后和鈍化膜中的陽離子結(jié)合成可溶性氯化物，結(jié)果在新露出的基底金屬的特定點(diǎn)上生成小蝕坑，這些小蝕坑稱為孔蝕核。氯離子對不銹鋼的鈍態(tài)起到直接的破環(huán)作用，加速了不銹鋼焊縫及鋼材表面的銹蝕。

4水箱焊件酸洗鈍化工藝影響

按照EN15085焊接體系通用管理要求，電熱開水器水箱焊接時采用單面成型雙面成形工藝，通過封閉水箱開口位置，使?jié)M焊時水箱能夠形成一個封閉的空間，然后向內(nèi)部通氬氣，排空水箱內(nèi)部的空氣，延長焊縫的使用壽命。關(guān)于焊后酸洗鈍化工藝按照不同車型分為三種類型，第一種是不對焊縫進(jìn)行打磨或酸洗鈍化處理，第二種是使用焊道處理機(jī)對焊縫涂刷酸洗鈍化膏，第三種是酸洗鈍化液整體浸泡。根據(jù)故障統(tǒng)計(jì)來看，三種處理方式的水箱銹蝕故障率依次呈降低趨勢。選取未經(jīng)酸洗鈍化的焊縫銹蝕水箱，沿焊縫橫截面（包含焊縫、熱影響區(qū)和母材）取樣，按照GB/T13298金相顯微組織檢驗(yàn)方法對故障水箱焊縫進(jìn)行顯微組織試驗(yàn)，宏觀金相發(fā)現(xiàn)焊縫區(qū)存在應(yīng)力裂紋，熱影響區(qū)及母材存在腐蝕坑。

為進(jìn)一步驗(yàn)證酸性鈍化處理效果，對水箱焊縫酸洗鈍化的三種狀態(tài)制作焊接試驗(yàn)，按照GB/T10125鹽霧試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行48h鹽霧試驗(yàn)。第一種水箱（不作任何處理），24h鹽霧試驗(yàn)表面就會產(chǎn)生浮銹;第二種水箱（酸洗鈍化膏）48h鹽霧試驗(yàn)表面才會生銹;第三種水箱（酸洗鈍化液）48h鹽霧試驗(yàn)后表面狀態(tài)正常、無銹蝕現(xiàn)象，延長酸洗鈍化處理的水箱鹽霧試驗(yàn)到96h，表面狀態(tài)也是正常、無銹蝕現(xiàn)象。

5.清洗劑影響

電熱開水器在日常檢修時應(yīng)定期去除水箱內(nèi)壁的水垢，在實(shí)施操作時存在使用酸性清洗劑進(jìn)行清洗的情況，經(jīng)化學(xué)成分檢測含有甲基磺酸、硫酸等成分（PH值=2），其中甲基磺酸有強(qiáng)烈腐蝕作用。一般022Cr19Ni10不銹鋼能耐受PH值=4～10范圍內(nèi)的酸性腐蝕，而清洗劑的PH值超出這個范圍。如果采用強(qiáng)酸進(jìn)行處理，水垢的主要化學(xué)成分是碳酸鈣，很容易被酸性清洗劑溶解，同時不銹鋼板及焊縫在強(qiáng)酸的環(huán)境中也容易銹蝕。因此在清理水箱內(nèi)壁水垢時，不要選擇強(qiáng)酸清洗劑，以避免造成不銹鋼焊縫的深度腐蝕，應(yīng)該選擇弱酸如醋酸、檸檬酸等進(jìn)行處理，在使用醋酸要用適量的水稀釋，也可以使用食用醋清洗，碳酸鈣跟弱酸就很容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并且不會對不銹鋼焊縫造成腐蝕。

6.結(jié)論

本文對通過故障統(tǒng)計(jì)和試驗(yàn)驗(yàn)證等方式對影響電熱開水器水箱銹蝕漏水的要素進(jìn)行調(diào)查，從水箱保溫棉選型、水箱焊件酸洗鈍化工藝和清洗劑使用三個方面提出優(yōu)化建議，宜選用不含PVC等鹵元素的保溫棉避免氯離子對不銹鋼的腐蝕，通過焊件酸洗鈍化液整體浸泡的工藝處理方法提高抗腐蝕性能，同時使用不含強(qiáng)腐蝕作用的弱酸清洗劑定期去除水垢。

參考文獻(xiàn)：

[1]張健.奧氏體不銹鋼酸洗鈍化施工工藝論述[J].石油化工建，2019