燃料组件条带的碳氢清洗工艺试验*

孙效禹，李俊颀，叶远东，盛国福，余国严

(中广核铀业发展有限公司 中广核先进燃料工程试验中心，广东 阳江 529500)

0 引 言

燃料组件条带是采用冲压的方式生产出来的，生产过程中会沾污模具上的机油、润滑油、防锈油等矿物油，在条带组装焊接前必须通过清洗达到相当清洁度才能进入下一道工序。而条带特征复杂，在普通清洗条件下，容易产生气阱，影响清洗效果；且清洗剂多采用强碱，直接排放会对环境造成污染。

碳氢清洗剂是由原油经精馏塔蒸馏而来，再经过加氢、脱硫及脱芳烃等工艺处理得到饱和烷烃，再复配以稳定剂等制备而成，不含氮、硫、芳香烃等，对人体无毒副作用。其溶解度参数SP值为7～8，此值因与机械加工油的SP值(7～8)一致，因此易于将加工后残留的油污溶解，并且具有很高的清洗力。如果再配以抽真空、超声波、震动、加温等物理手段，将大大增强碳氢清洗能力。因此，理论上超声波碳氢清洗工艺是比较适用于燃料组件条带清洗的，以下介绍一种条带碳氢清洗工艺，并通过试验验证其适用性。

1 碳氢清洗工艺

碳氢清洗工艺为：上料→超声脱气清洗槽→超声波真空清洗槽→真空蒸汽干燥槽→出料。超声脱气清洗槽中溶剂经过脱气处理，超声空穴作用增强，清洗能力较未脱气前大幅提高；超声波真空清洗槽经过抽真空后，有利于盲孔、狭缝的清洗；真空蒸汽干燥槽通过负压将蒸汽釜中的碳氢蒸汽吸入槽体内，对工件进行蒸汽洗浴加热，通过真空干燥，能将清洗零件的密着部位及凹部位彻底进行干燥。

碳氢清洗剂为诺尔曼环保科技(江苏)有限公司生产的CLEANEROILRQ清洗剂，是一种加氢饱和烷烃，其理化特性如下：外观：无色透明液体；气味：轻微溶剂味；自燃温度>200 ℃；密度：0.74 g/cm3(15 ℃测量)；粘度：1.59 mm2/s(15 ℃测量)；沸点：194 ℃；闪点：64 ℃；溶解度为醇和醚混溶，不溶于水。

2 试验方法

该试验产品选择锆合金条带9条，每3条一组，每组分别带有手印、冲压油、记号笔(同时图油漆笔、酒精笔、油性笔)等污渍。试样分布情况如表1所列。

表1 试样分布

影响碳氢清洗效果的因素有很多，本试验选择了超声波真空清洗槽的超声波电流、超声波清洗时间和真空蒸汽干燥槽的导热油加热温度作为可变参数进行试验。其余参数及环境因素保持一致。清洗可变参数为：超声电流：2～4 A；超声清洗时间：200～600 s；导热油温度：150～190 ℃。

试验过程:

(1) 温度试验(固定超声电流2A、超声清洗时间200s)。

①在试样1～9上分别制作指印、冲压油、记号笔笔污渍；②调整导热油温控在150 ℃，并完成3个槽的清洗；③用目视法和白布擦拭法检测指印和记号笔试样，用38#达因笔法检测冲压油试样；④在记录表中记录检测结果；⑤重复上述步骤进行170 ℃和190 ℃的清洗试验。

(2) 时间试验(固定超声电流2A，导热油温度150℃)。

①在试样1～9上分别制作指印、冲压油、记号笔污渍；②调整超声时间400 s，并完成3个槽的清洗；③用目视法和白布擦拭法检测指印和记号笔试样，用38#达因笔法检测冲压油试样；④在记录表中记录检测结果；⑤重复上述步骤进行600 s的清洗试验。

(3) 电流试验(固定超声时间200 s，导热油温度170 ℃)。

①在试样1～9上分别制作指印、冲压油、记号笔污渍；②调整超声电流3 A，并完成3个槽的清洗；③用目视法和白布擦拭法检测指印和记号笔试样，用38#达因笔法检测冲压油试样；④在记录表中记录检测结果；⑤重复上述步骤进行4A的清洗试验。

(4) 腐蚀试验

用(2A、200s、170 ℃)的参数清洗2片腐蚀样片，送到激光焊接岗位进行激光焊接，随后按照ASTM G2进行蒸汽腐蚀试验(18.7 MPa，360 ℃，24 h)，以验证清洁度。

3 试验结果及分析

(1) 清洗试验结果

清洗试验结果记录如表2所列。

表2 试验结果记录

通过试验可见，无论增强真空超声清洗槽的超声电流或者清洗时间，还是提高真空蒸汽干燥槽的温度，都无法去除条带上的指印，可判断该碳氢清洗剂无法清洗指印等动物油脂。如图1所示是因碳氢清洗机SP值与动物油脂SP值相差太多，无法相溶。因此，在后续条带冲制过程中需配套手套，防止指印沾污。

图1 指纹残留

如图2所示，三片试样从上至下依次为导热油在150 ℃、170 ℃、190 ℃清洗后试样图，其中图2(a)、(b)分别为清洗前、后试样照片。对于冲压油试样，在导热油150 ℃条件下，试样清洗后存在随机的不洁净、碳氢残留现象，而在170 ℃和190 ℃均未出现该现象。可见在真空蒸汽干燥槽中，由于工件温度偏低，无法在出槽前蒸发掉冷凝后的碳氢。该问题可以通过提高导热油温度(提升蒸汽发生器的蒸汽温度)或者增加工件蒸气浴时间来解决，但考虑到提高导热油温度有增加导热油积碳的风险，不建议导热油温度超过170 ℃。

图2 冲压油清洗前后对比

图3为不同笔记清洗试验图，如图3(a)所示从左至右分别为油漆、油性、酒精笔迹。对于几种笔迹，由于该碳氢清洗剂与醇是混溶的，所以对于酒精性笔迹可以轻松清洗掉，这可以从试验结果看出。而对于油漆笔或者不明内含物的油性笔，无论增强电流、增加清洗时间、提高加热温度，清洗效果均一般。因此，在后续条带生产过程中，在对条带进行标记时应使用酒精性记号笔。

图3 笔迹清洗前后对比

(2) 腐蚀试验

图4为清洗后试样经焊接、腐蚀后照片。经过高温腐蚀试验，两个试样上均未见褐色或者白色腐蚀痕迹，说明腐蚀样片清洁度良好。

图4 焊接试样腐蚀前后对比

4 结 论

本实验针对一种燃料组件系带，摸索了合理的清洗工艺参数，并测试了该工艺对不同污染的适应性，结果表明：

(1) 该清洗工艺对指纹基本无去污能力，这一点从碳氢清洗剂固有特性可推测。

(2) 该清洗工艺对冲压油去污能力极佳；清洗效果对超声波电流、超声波时间不敏感，蒸气浴温度对工件最终清洁度有一定关系，但不明显，但能够关系到工件出槽时携带碳氢清洗机量。因此可能根据设备自身能力选择合适的清洗工艺参数。建议导热油温度设置在170 ℃左右。

(3) 该清洗工艺对酒精性记号笔清洗效果佳；对油漆笔无去污能力；对于油性记号笔，由于油性成分未知，清洗效果存在不确定性，建议生产过程中不采用油性记号笔做标记。