某型水冷式消聲器滲漏故障分析

于文建 王正方 王佳 李明

【摘 要】根據某柴油發電機組水冷式消聲器滲漏的故障案例，重點對水冷式消聲器滲漏的故障原因進行分析與排除，根據分析確定的原因進行了優化與改進，并提出了改進措施，解決了滲漏故障。

【關鍵詞】水冷式消聲器;故障分析;優化改進

某型機組水冷式消聲器[1]在用戶使用過程中發生機組排煙突然變為白色，冷卻液快速減少，最終導致機組因高缸溫保護停機的問題，嚴重影響了客戶的使用。事后對機組進行檢查發現，機組的水冷式消聲器出現內漏問題，導致機組的冷卻液通過滲漏處進入消音器煙道內，并受熱變為水蒸氣混入排煙中，使機組排煙變白，冷卻液快速減少。機組白色排煙現象如圖1所示。本文以此為案例，結合水冷式消聲器的實際使用，梳理出水冷式消聲器的常見滲漏原因，并針對性地進行優化與改進設計[2]。

1 原因分析

針對上述故障現象，專業人員對相關情況進行了現場了解，并對故障機組進行拆解。根據拆解的情況對水冷式消聲器內漏的根本原因進行了深入分析，認為造成水冷式消聲器滲漏的原因有以下幾點：①水冷式消聲器結構件間焊接不嚴密，存在焊接缺陷;②鈑金折彎部分折彎半徑過小，產生折彎裂紋;③殼體本身材料腐蝕;④殼體與高溫尾氣或冷卻液發生反應，產生腐蝕;⑤水冷式消聲器本身結構設計密封不完全。建立故障樹如圖2所示[3]。

通過對現場反饋數據和后期對水冷式消聲器拆裝分解情況的認真查看與檢測，對上述可能的原因進行了逐一排查。

2 機理分析

此款水冷式消聲器的工作原理如下：利用冷卻液降低柴油發電機排氣溫度，從而降低排氣壓力，達到消聲、降噪效果。結構上將消聲器部全部置于冷卻液箱內，并與其焊接成一整體進行固定。焊接后的消聲器處于冷卻液的完全包裹中，其固定板在固定消聲器位置之余還起到了加強熱傳遞的功能。整個水冷式消聲器均采用304不銹鋼板制作。

通過對水冷式消聲器的破壞性拆解發現，消聲器換熱板表面銹蝕嚴重，有大量銹跡殘留在換熱板表面（如圖3所示）。將銹跡打磨清除干凈后，經加水試驗發現，滲漏點明顯位于消聲器與冷卻液箱固定板的焊接位置。隨后仔細檢查發現，滲漏處存在氣孔。據此初步判定為焊接缺陷導致的消聲器滲漏現象。

氣孔是一種常見的焊接缺陷，為熔池中的氣體在凝固時未能逸出而殘留下來所形成的空穴。溶解在熔池中的氣體，在熔池冷卻結晶過程中，氣體溶解度急劇降低，來不及析出而殘留在固體金屬內形成。原材料受潮，未按要求烘干（或烘干溫度過高、過低）;焊絲藥皮開裂、脫落、變質;焊絲生銹，其表面存在銹、油、水分等雜質都容易產生氣孔[4]。

但此次滲漏故障發生時，機組已安全運行長達500 h，未發生滲漏現象，且拆解發現換熱板腐蝕嚴重，不能排除長期腐蝕的因素。通過對機組冷卻液的檢測發現，其中混有雜質水。判定雜質水通過與不銹鋼板的長期緩慢反應，導致發生腐蝕的問題。因此，最終判定為殼體腐蝕與焊接缺陷共同作用導致了此次故障的發生。

3 優化改進

針對此次故障的分析與歸納，對水冷式消聲器的優化從以下幾個方面進行[5]。

3.1 優化材料

水冷式消聲器的選材應從耐高溫性、耐腐蝕性、可加工性與經濟性等各方面綜合考慮。一般可選用材料有碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、鋁合金、鈦與銅合金等。對材料進行選擇時，還應注意其對環境的影響，以及其是否會與尾氣或冷卻液中的某種成分反應。若某材料存在上述情況，不可選用。316L不銹鋼作為含有鉬元素的奧氏體不銹鋼，耐腐蝕性好且表面光滑，不易結垢，高溫強度較好，可加工性良好，可在苛刻的環境條件下使用，是一種十分適合的材料[6]。

3.2 防腐處理

在水冷式消聲器表面上進行防腐處理是一種避免腐蝕十分有效的辦法。其中，涂防腐層是一種費用低、效果好、使用最為廣泛的工藝手段。通常使用的涂料是無機富鋅漆、熱固化酚醛清漆、環氧氨基清漆等，但其對涂覆工藝要求較高，應避免因涂覆工藝不良造成的失誤。電鍍、搪瓷等也是十分有效的防腐手段，但成本較高，有一定污染。

3.3 改善冷卻液品質

通過加強對冷卻液的雜質過濾，可以有效保證長時間循環使用的冷卻液的良好品質。這對水冷式消聲器長時間使用至關重要，也是從根源上解決冷卻液腐蝕的方法。可通過外加濾芯并定期對濾芯進行更換實現。

3.4 設計與制造優化

在設計與制造過程中，應注意以下問題：①設計時應盡量避免產生縫隙，在結構上為減少沉積、結垢而努力;②各部件材質的選取應保持相似性或一致性，避免因材質不同導致的電化學腐蝕;④選擇合適的折彎半徑，避免直角彎或尖角，避免折彎裂紋;⑤焊接部位采用連續焊，焊縫要做到連續平滑，根部焊透，保證無微小氣孔、雜質;⑥加工過程中避免劃傷殼體內表面，傷及鈍化膜，影響材料耐腐蝕性。

最終形成的改進方案如下：①材料全部更換為316L不銹鋼;②對消聲器進行電鍍處理;③增設外接冷卻液濾芯;④優化結構圖紙、工藝。

4 措施及驗證

通過對原因、影響因素、失效機理、產品結構、材料選擇、工藝控制等方面的分析、研究，重新設計、制造了一批新式水冷式消聲器，并對客戶原有舊消聲器進行更換，有效改善了水冷式消聲器銹蝕問題。優化后的水冷式消聲器自投入使用以來，目前暫無滲漏問題發生，問題得到解決。

5 結論

本文所提出的改進方案經過了充分論證及試驗考核，能良好地滿足使用要求。改進方案不僅適用于本款水冷式消聲器的改進，還可在其他同類產品設計過程中起到借鑒作用，也可以為油箱、散熱水箱等產品的改進提供幫助。

參 考 文 獻

[1]王濟乾，袁春，劉洋.靜音型柴油發電機組水冷化技術[J].移動電源與車輛，2012（1）：46-50.

[2]佚名.12 kW柴油發電機組使用與維修手冊[M].濟南：濟南吉美樂電源技術有限公司，2010.

[3]許榮，車建國，楊作賓，等.故障樹分析法及其在系統可靠性分析中的應用[J].指揮控制與仿真，2010，32（1）：112-115.

[4]張南南.金屬材料焊接成型中的主要缺陷及控制方法分析[J].建筑工程技術與設計，2019，27（6）：46.

[5]韓鵬飛，王正方，張川.鋼制壓力容器局部腐蝕失效分析及防護措施[J].化工裝備技術，2016，37（3）：33-37.

[6]邢海生，林峰，潘鄰.奧氏體不銹鋼表面強化技術研究及進展[J].江蘇化工，2008，36（3）：45-47.