燃料組件條帶的碳氫清洗工藝試驗*

孫效禹，李俊頎，葉遠東，盛國福，余國嚴

(中廣核鈾業發展有限公司 中廣核先進燃料工程試驗中心，廣東 陽江 529500)

0 引 言

燃料組件條帶是采用沖壓的方式生產出來的，生產過程中會沾污模具上的機油、潤滑油、防銹油等礦物油，在條帶組裝焊接前必須通過清洗達到相當清潔度才能進入下一道工序。而條帶特征復雜，在普通清洗條件下，容易產生氣阱，影響清洗效果；且清洗劑多采用強堿，直接排放會對環境造成污染。

碳氫清洗劑是由原油經精餾塔蒸餾而來，再經過加氫、脫硫及脫芳烴等工藝處理得到飽和烷烴，再復配以穩定劑等制備而成，不含氮、硫、芳香烴等，對人體無毒副作用。其溶解度參數SP值為7～8，此值因與機械加工油的SP值(7～8)一致，因此易于將加工后殘留的油污溶解，并且具有很高的清洗力。如果再配以抽真空、超聲波、震動、加溫等物理手段，將大大增強碳氫清洗能力。因此，理論上超聲波碳氫清洗工藝是比較適用于燃料組件條帶清洗的，以下介紹一種條帶碳氫清洗工藝，并通過試驗驗證其適用性。

1 碳氫清洗工藝

碳氫清洗工藝為：上料→超聲脫氣清洗槽→超聲波真空清洗槽→真空蒸汽干燥槽→出料。超聲脫氣清洗槽中溶劑經過脫氣處理，超聲空穴作用增強，清洗能力較未脫氣前大幅提高；超聲波真空清洗槽經過抽真空后，有利于盲孔、狹縫的清洗；真空蒸汽干燥槽通過負壓將蒸汽釜中的碳氫蒸汽吸入槽體內，對工件進行蒸汽洗浴加熱，通過真空干燥，能將清洗零件的密著部位及凹部位徹底進行干燥。

碳氫清洗劑為諾爾曼環保科技(江蘇)有限公司生產的CLEANEROILRQ清洗劑，是一種加氫飽和烷烴，其理化特性如下：外觀：無色透明液體；氣味：輕微溶劑味；自燃溫度>200 ℃；密度：0.74 g/cm3(15 ℃測量)；粘度：1.59 mm2/s(15 ℃測量)；沸點：194 ℃；閃點：64 ℃；溶解度為醇和醚混溶，不溶于水。

2 試驗方法

該試驗產品選擇鋯合金條帶9條，每3條一組，每組分別帶有手印、沖壓油、記號筆(同時圖油漆筆、酒精筆、油性筆)等污漬。試樣分布情況如表1所列。

表1 試樣分布

影響碳氫清洗效果的因素有很多，本試驗選擇了超聲波真空清洗槽的超聲波電流、超聲波清洗時間和真空蒸汽干燥槽的導熱油加熱溫度作為可變參數進行試驗。其余參數及環境因素保持一致。清洗可變參數為：超聲電流：2～4 A；超聲清洗時間：200～600 s；導熱油溫度：150～190 ℃。

試驗過程:

(1) 溫度試驗(固定超聲電流2A、超聲清洗時間200s)。

①在試樣1～9上分別制作指印、沖壓油、記號筆筆污漬；②調整導熱油溫控在150 ℃，并完成3個槽的清洗；③用目視法和白布擦拭法檢測指印和記號筆試樣，用38#達因筆法檢測沖壓油試樣；④在記錄表中記錄檢測結果；⑤重復上述步驟進行170 ℃和190 ℃的清洗試驗。

(2) 時間試驗(固定超聲電流2A，導熱油溫度150℃)。

①在試樣1～9上分別制作指印、沖壓油、記號筆污漬；②調整超聲時間400 s，并完成3個槽的清洗；③用目視法和白布擦拭法檢測指印和記號筆試樣，用38#達因筆法檢測沖壓油試樣；④在記錄表中記錄檢測結果；⑤重復上述步驟進行600 s的清洗試驗。

(3) 電流試驗(固定超聲時間200 s，導熱油溫度170 ℃)。

①在試樣1～9上分別制作指印、沖壓油、記號筆污漬；②調整超聲電流3 A，并完成3個槽的清洗；③用目視法和白布擦拭法檢測指印和記號筆試樣，用38#達因筆法檢測沖壓油試樣；④在記錄表中記錄檢測結果；⑤重復上述步驟進行4A的清洗試驗。

(4) 腐蝕試驗

用(2A、200s、170 ℃)的參數清洗2片腐蝕樣片，送到激光焊接崗位進行激光焊接，隨后按照ASTM G2進行蒸汽腐蝕試驗(18.7 MPa，360 ℃，24 h)，以驗證清潔度。

3 試驗結果及分析

(1) 清洗試驗結果

清洗試驗結果記錄如表2所列。

表2 試驗結果記錄

通過試驗可見，無論增強真空超聲清洗槽的超聲電流或者清洗時間，還是提高真空蒸汽干燥槽的溫度，都無法去除條帶上的指印，可判斷該碳氫清洗劑無法清洗指印等動物油脂。如圖1所示是因碳氫清洗機SP值與動物油脂SP值相差太多，無法相溶。因此，在后續條帶沖制過程中需配套手套，防止指印沾污。

圖1 指紋殘留

如圖2所示，三片試樣從上至下依次為導熱油在150 ℃、170 ℃、190 ℃清洗后試樣圖，其中圖2(a)、(b)分別為清洗前、后試樣照片。對于沖壓油試樣，在導熱油150 ℃條件下，試樣清洗后存在隨機的不潔凈、碳氫殘留現象，而在170 ℃和190 ℃均未出現該現象。可見在真空蒸汽干燥槽中，由于工件溫度偏低，無法在出槽前蒸發掉冷凝后的碳氫。該問題可以通過提高導熱油溫度(提升蒸汽發生器的蒸汽溫度)或者增加工件蒸氣浴時間來解決，但考慮到提高導熱油溫度有增加導熱油積碳的風險，不建議導熱油溫度超過170 ℃。

圖2 沖壓油清洗前后對比

圖3為不同筆記清洗試驗圖，如圖3(a)所示從左至右分別為油漆、油性、酒精筆跡。對于幾種筆跡，由于該碳氫清洗劑與醇是混溶的，所以對于酒精性筆跡可以輕松清洗掉，這可以從試驗結果看出。而對于油漆筆或者不明內含物的油性筆，無論增強電流、增加清洗時間、提高加熱溫度，清洗效果均一般。因此，在后續條帶生產過程中，在對條帶進行標記時應使用酒精性記號筆。

圖3 筆跡清洗前后對比

(2) 腐蝕試驗

圖4為清洗后試樣經焊接、腐蝕后照片。經過高溫腐蝕試驗，兩個試樣上均未見褐色或者白色腐蝕痕跡，說明腐蝕樣片清潔度良好。

圖4 焊接試樣腐蝕前后對比

4 結 論

本實驗針對一種燃料組件系帶，摸索了合理的清洗工藝參數，并測試了該工藝對不同污染的適應性，結果表明：

(1) 該清洗工藝對指紋基本無去污能力，這一點從碳氫清洗劑固有特性可推測。

(2) 該清洗工藝對沖壓油去污能力極佳；清洗效果對超聲波電流、超聲波時間不敏感，蒸氣浴溫度對工件最終清潔度有一定關系，但不明顯，但能夠關系到工件出槽時攜帶碳氫清洗機量。因此可能根據設備自身能力選擇合適的清洗工藝參數。建議導熱油溫度設置在170 ℃左右。

(3) 該清洗工藝對酒精性記號筆清洗效果佳；對油漆筆無去污能力；對于油性記號筆，由于油性成分未知，清洗效果存在不確定性，建議生產過程中不采用油性記號筆做標記。