内燃机车散热器铜管漏水故障简单分析

孙迎春

摘 要：分析了内燃机车散热器铜管漏水故障原因及预防措施。

关键词：内燃机车;散热器;铜管漏水;缓蚀剂

1  概述

东风系列、和谐系列内燃机车柴油机冷却水采用铜管散热器进行冷却。在机车运用过程中频繁发生散热器铜管漏水故障，在机车运用10-24个月内，故障率达到50%左右，严重影响到机车使用，危及列车的行车安全，给铁路运输的正常生产带来严重隐患。本文通过分析散热器铜管漏水故障原理，提出应对措施，保障机车运行。

2  故障现象

对散热器漏水的铜管进行分析，管壁内存在明显可见的沉积物。穿孔点蚀是从管子内部开始的。点蚀发生在管道变色的区域。凹痕光滑、光亮，无染色、变色。穿孔点发生在凹痕区域。如图1、图2、图3所示。

3  故障原理分析

针对上述的故障现象，铜管壁上小孔形成的原因，可以分为表面机械损伤、电化学腐蚀。

3.1表面机械损伤

从铜管穿孔处铜管腐蚀情况判断，在铜管穿孔处，均有铜材腐蚀现象。而在散热器拆检过程中，发现存在一定的垃圾、杂质，如铁屑、焊渣等尖锐物质。这些尖锐物质会对管壁产生的破损，不足以直接产生小孔，但会對铜管内表面有一定的损伤，并破坏缓蚀剂对铜管表面形成的保护膜，导致损伤部位易形成穿孔。

3.2电化学腐蚀

散热器铜管内的沉积物中滞留一定浓度的Fe3+离子。当浓度足够高时，Fe3+离子与铜发生氧化还原反应，还原反应，化学式如下：

阴极：Fe3++ee=Fe2+

阳极：Cu-2e=Cu2+

腐蚀沿着局部区域向深处扩展，而其周围区域没有发生变化或者仅是较轻微的腐蚀。较不稳定的组织腐蚀以后，产生大量的蚀坑，冷却液可以沿着蚀坑到达铜管更深处，导致腐蚀前沿不断向铜管内部扩展。

散热器铜管的成份包含少量的Zn，Fe等比较活泼的金属，针对常见的铜管腐蚀失效形式，可能存在于散热器铜管中的也包括脱锌腐蚀。当铜管表面保护膜或氧化膜被破坏后，铜管与不合格冷却液组合极易发生选择性腐蚀，锌元素被优先腐蚀，留下多余的残余铜和腐蚀产物。脱锌过程导致铜管组织不均匀，内壁沉积物分布不均匀，不同部位存在供氧差异和介质浓度差异，当铜管与溶解氧含量较高的冷却水接触时，在铜管内表面会形成许多腐蚀微电池。

阴极：O2+2H2O+4e=4OH-

阳极：Zn=Zn2++2e

Cu=Cu2++2e

一旦沉积物在铜管停留时间较长下，沉积区域由于氧气不足，被腐蚀表面难以愈合。若形成亚铜腐蚀产物，亚铜物质吸取氧，该区腐蚀将进一步加快，逐渐造成腐蚀穿孔。这种沉积物引起的腐蚀一旦开始，即使后来的沉积物被水流带走，腐蚀也会继续下去。

4  预防

4.1 采用符合要求的缓蚀剂

目前东风系列机车采用的3号配方缓蚀剂，和谐系列内燃机车大部分采用的为3号改进型缓蚀剂，少部分采用的Nalcool2000缓蚀剂。就目前使用情况来看，3号配方缓蚀剂、3号改进型缓蚀剂均不能保证铜材及铁制部件的腐蚀，及沉淀物的产生。机车制造厂正小批量采用Nalcool2000缓蚀剂进行批量试验，效果良好。

采用合格的缓蚀剂，可以在铜管表面形式保护膜，避免沉积物产生，保护铜管不被腐蚀。合格的应具备以下基本功能或成份（注：由于冷却液种类及配方的多样性，此处列出成份不代表冷却液必须含有，仅做说明举例）：

（1）碳钢的保护，如亚硝酸盐等，用于碳钢的保护，促进阴极去极化，减低腐蚀速度;

（2）除氧剂，去除水中溶解的氧气;

（3）有色金属保护剂，如唑类，用于铜等有色金属的保护，与铜原子螯合吸附，在铜表面形成保护膜;

（4）硅酸盐及硝酸盐，用于铝金属的保护等;

（5）聚合物分散剂，用于分散水中的细微粒子，使这些粒子不易沉积在基体表面产生危害;

（6）PH缓冲剂，使配制的溶液保持碱性;

（7）其他成份保护剂。

4.2 控制机车冷却系统清洁度

（1）杂质及沉淀物来源

目前出现泄漏的散热器内部清洁度均较差，从取样杂质初步观察，存在金属加工物、铁屑、胶水、泥状物、金属颗粒等，以及大量沉淀物，主要包含铁、铜、锌、二氧化硅等成份。

铁元素主要有在机车新造过程中冷却系统清洁度不够，有铁屑等杂质进入水系统，还有就是冷却水系统部件的腐蚀，从冷却水系统部件中析出的铁元素。

铜元素主要来自散热器铜管的点蚀，因为当某点保护膜被破坏，形成电位差，此时会在该点形成原电池腐蚀，腐蚀会向深度扩展，直至小孔形成。

锌元素主要来散热器铜管为铜锌合金，在铜管腐蚀过程中，锌元素会析出，存在于冷却液中。

二氧化硅为机车新造过程中由于机体、缸头等为铸造件，内部存在型砂。

（2）清洁度控制措施

a 清洁度源头控制

在机车制造、检修及维护过程中，做到各冷却水系统部件清洁度控制，避免铁屑、胶水等杂质进入。

b定期检测及更换冷却水（缓蚀剂）

目前的机车生产、运用情况，冷却水系统在新造和运用过程都有杂质带入，无法避免。因此，在机车运用过程中必需使用合格的冷却液，做到定期检测及更换，并应保证系统的清洁度，降低清洁度对散热器腐蚀泄漏的影响。

5  结语

基于上述对内燃机车散热器漏水故障的简单分析在和谐系列机车制造时，小批量采用Nalcool2000缓蚀剂，目前已运行2年，未发生散热器铜管漏水故障。