空气能热水器热交换铜管失效分析
【摘 要】 本文通过对裂纹断口宏观分析、材料成分分析、金相分析、扫描电镜及能谱分析等先进的分析技术对空气能热水器热交换器铜管裂纹进行失效分析。分析表明：铜管穿孔裂纹性质是沿晶脆性加疲劳加过载的综合性断裂，本文分析结果对有效解决空气能热水器热交换器铜管裂纹有一定的指导意义。
【关键词】 热交换器 沿晶脆性 疲劳 断裂
1 引言
热交换器是空气能热水器关键部件之一，其质量的好坏直接决定了热水器质量的优劣。在热交换器故障当中，铜管泄漏问题不容忽视，铜管泄漏直接导致热水器不能正常工作，且在售后查找故障困难、可维修性差，对产品品牌造成不良影响。本文从售后退回一台空气能热水器上拆下的热交换器分析出发，对热交换器铜管泄漏的一种失效模式进行原因分析并提出预防方案。
2 热交换器铜管泄漏失效分析
2.1 宏观分析
试样为空气能热水器热交换铜管，铜管为d型管，铜管横截面d字的直面部分紧贴不锈钢筒壁并缠绕其上。该铜管使用半年后出现泄露，拆下检查，发现d型管直面部分紧贴不锈钢筒壁部分，中部随机分布有泄露裂纹，裂纹长约8mm，沿铜管轴向分布，大部分处于d型管中部，见图1。拆开裂纹，断口表面细腻干净，见图2。
2.2 成分分析
铜管使用材料为tp2牌号的紫铜管，对铜管基体进行化学成分分析，主要成分含量见表1。测试结果表明，成分符合gb/t5231-2001关于tp2标准要求[1]。
符合gb/t5231-2001 关于tp2要求。
2.3 金相分析
截取裂纹附近铜管基体金相制样，基体为单相α铜，横截面纵截面观察均为退火态，基体晶粒细小但不均匀，铜管外侧偏大，晶粒按ys/t347-2004可评为14级，其平均晶粒直径为23.
8μm，铜管内侧晶粒较小，按ys/t347-2004可评为15级，其平均晶粒直径为20.0μm。横截面金相组织见图3，纵截面金相组织见图4。
2.4 扫描电镜分析
电镜下观察，断口表面靠近铜管外表面侧存在长约3mm机械擦痕，见图5，说明裂纹起源于d型铜管外表面，从外向内呈扇形张开发展，见图6。邻近机械擦痕处为冰糖状沿晶花纹，表面清洁，无任何腐蚀产物堆积，见图7，说明裂纹开始为沿晶脆性断裂，而且开裂时间不长，表面来不及氧化。与沿晶断口相连处存在少量疲劳条带，靠近铜管内表面侧断口表面为疲劳花纹，表面清洁，无腐蚀产物堆积，见图8，说明裂纹在发展过程经过一段时间的疲劳扩展，最终瞬断区无韧窝，为大应力过载断裂特征，说明铜管穿孔时穿孔部位所受瞬间应力较大。断口表面清洁且无腐蚀产物堆积说明断口存在时间不长，全部为新鲜断裂表面。

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