罗爱娇
浙江正信车辆检测有限公司 浙江台州 317200
摘要：本文对空调散热器连接铝管在空调制冷过程中的作用展开分析，围绕空调散热器连接铝管失效后的检测过程、基于检测结果对造成空调散热器连接铝管失效的原因分析、基于检测结果对空调散热器连接铝管的性能分析三个方面，对空调散热器连接铝管的失效研究过程进行了详细介绍，希望为有关人员提供参考。
关键词：空调散热器；连接铝管；失效研究；铝管性能
引言：空调的主体分为两个部分：其一，送风机，是指输送风量的设备；其二，散热器，又叫冷凝器，是换热器的一种，属于空调制冷系统的核心构件。其主要作用是将气体或蒸汽转变成液体，将连接管道中的热量在极短时间内传送到管道附近的空气中。故散热器连接铝管如果出现问题，空调的制冷效果也将大打折扣。
一、空调散热器连接铝管在空调制冷过程中的作用分析
空调，顾名思义，是对空气温度进行调节。空调散热器又叫冷凝器，是制冷过程中不可或缺的重要构件。根据能量守恒定律，物质中的能量是固定的，制造冷气的过程中必然会伴随与之对应的热量，有关人员进行过测算，如果对此部分热量进行回收，实际产生的价值远远低于回收成本的投入，故没有回收的必要，使其消散于空气中是最好的选择。为了达到这一目的，空调散热器必须连接铜管或者铝管，其目的在于：能够将制冷过程中产生的液体（气态空气或是蒸汽转化为液体，含有叫高热量）排放到自然界，从而完成放热的过程。连接管道常常由铜管或是铝管制作而成，基于金属的导热性，能够加快热量散发的速度。空调的制冷过程为：制冷剂在蒸发器中发挥作用，吸收密闭环境中的热量，之后通过连接管道进入散热器（冷凝器）中释放热量。因此，散热器连接管道的质量直接决定了制冷剂能否正常发挥作用，也从根本上决定了空调的制冷效果。故探索造成空调散热器连接铝管失效的具体原因，本质上是对造成空调制冷效果下降的原因进行研究。
二、空调散热器连接铝管失效研究过程简述
（一）空调散热器连接铝管失效后的检测过程
本研究选用的空调型号为二手的TCL大2匹空调冷暖立式KFRd-52LW/EF33客厅柜机。此型号空调的原装散热器连接管道为全铜连接管，制冷剂型号为R410a，进行二次售卖时，商家根据消费者的要求，将全铜连接管改为牌号3003的变形铝合金制连接管，用户使用两年后，出现散热器铝管失效（渗漏）问题。通过查阅资料可知，该材质的铝管能够在零下10℃～45℃的环境下正常作业。为了对造成铝管失效问题的具体原因进行精确分析，故采线切割机截取失效铝管的裂纹区，进行研究分析。具体过程如下：
第一，对样本进行直接观察可知，外壁出现了横向且较为明显的裂缝，裂缝深度和范围较大，但并无明显的纵向裂缝。切割之后观察内壁，发现横向的裂缝纹路与外壁纹路一一对应，且在纵向也发现了一些龟裂纹路，如图1所示。
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图 1 失效铝管内壁外壁裂纹示意图
第二，运用超声波对铝管进行清洗作业后，为了进一步探究裂纹的特点，使用扫描电子显微镜进行断口分析，发现裂纹处存在类似“丝线”般的物质，而多裂纹的断口处都出现了比较模糊的“韧窝”形貌，说明铝管不是骤然裂开，而是在外部拉应力长时间的作用下逐渐形成。如图2所示为失效铝管裂纹外表形貌以及端口表面形貌图。再采用能谱仪对“丝线”般的物质进行成分分析，元素均为铝合金涵盖物质，并未发现腐蚀元素，能谱成分结果见表1。其目的在于确定裂纹表面是否存在除了铝及其合金之外的其他元素。
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并使用维氏显微硬度计对金相试样机体的硬度进行观察，施加的荷载为100g，持续时间为15～20s[1]。而维氏硬度测定结果显示，失效铝管5个测试点硬度分比为40.1、36.0、39.5、40.6、41.8，平均值为40.0，说明失效铝管所用的铝合金材料经过了规范性的固溶处理，其本身质量达到有关标准。
（二）基于检测结果对造成空调散热器连接铝管失效的原因分析
根据上文所述的铝管裂纹肉眼观察情况，结合用户使用过程：受柜机室内摆放位置、打孔位置、连接管道长度的影响，连接管道穿过墙洞后，直接形成90°向下的弯曲，且长期保持此种状态。垂直铝管的下端与空调外机散热器相连。部分处于水平形态的铝管上方长期存在一种金属重物，目的在于保证连接管道维持特定的形态，不会发生变化。与其他部位相比，裂纹处内壁在长时间的氧化作用下，已经呈现出灰黑色的形态，且经过实验室鉴定可知，该裂纹为贯穿性裂纹。换言之，裂纹自外而内生成，并非自内部产生。由此可知，处于水平方向的铝管形成裂纹的直接原因在于，长时间受到外部应力的作用，而导致铝管出现龟裂现象。
通过电子显微镜对失效铝管裂纹样本进行观察，能够清晰地看到裂纹处存在类似“丝线”般的物质，经过分析可知，所有元素均为铝合金涵盖物质，并无任何其他元素。没有任何证据表明裂纹是受到了其他元素的腐蚀而生成。而很多裂纹的断口处都出现了比较模糊的“韧窝”，说明铝管不是骤然裂开，而是在外部拉应力长时间的作用下逐渐形成。
经过金相分析和化学成分分析后可以发现，失效铝管裂纹处及附近区域的化学成分没有脱离铝合金材质的范围。比如牌号为3003的铝合金中的添加的一种主要金属元素为锰，当其含量在总量的1%左右时，合金的强度较高，此时的可塑性及工艺性能等均能够维持良好状态。此外，铁含量的正常数值在0.4%～0.7%之间。经过检测，锰、铁两种元素在裂纹出现前后的差别不大，可见并未出现腐蚀现象。
（三）基于检测结果对空调散热器连接铝管的性能分析
根据上文分析可知，空调散热器铝管出现失效问题看似因为外力，但根本原因在于铝管的性能较低。总体而言，铝管的使用寿命几乎只有铜管的一半，使用一段时间后，其制冷效果必然变差。此外，与铜管相比，铝管的弯曲性能较差，如果空调外机长时间保持固定的弯曲状态，则铝管的使用寿命还能够得到“保证”，一旦移机，若要再次弯曲铝管，其难度与初次操作相比必然大大提升。哪怕勉强地弯曲成目标形态，铝管的散热效果也会大打折扣。造成空调散热器铝管失效的根本原因在于铝制材料（包含铝合金）的根本性能存在先天性的不足之处。与铜制管道相比，铝制材料的密度较小、质地柔软，从力学性能、可弯曲度方面进行分析，铜管的性能优于铝管。尽管铜管的成本较高，但从长期使用看，铜管的性价比高于铝管。本文研究的空调散热器连接铝管失效问题为长期遭受外部拉应力之下，铝管的形变度超过自身承受范围而开裂。但该空调还存在另一个更加严重的安全隐患，即在二次售卖的过程中，商家将原厂自带的全铜连接管改成了铝合金制连接管，此举非常危险。因为铜、铝两种元素的密度不同，截面大小也存在差异，使用铝管代替铜管连接空调内外机时，两个连接端口的焊接很可能出现不牢固的情况，一旦出现制冷剂泄漏，极易造成管线腐蚀、制冷效果变差甚至是爆炸现象。综合来看，随着技术的不断进步，空调散热器连接铝管将会被逐渐淘汰[2]。
结语：总体来看，造成空调散热器铝管失效的原因虽然不是单一的，但铝管自身的性能是导致其失效的主要因素。相较之下，空调散热器如果采用铜管连接，虽然效果更佳，但成本也会有所增加。因此，消费者在选择空调散热器的连接管道时，应该结合应用目标，对性价比进行综合考量，选择合适材质制成的连接管道。
参考文献：
[1]米月花,霍国涛,刘玉辉.一种变频空调电控箱体降温模块的研究[J].制冷学报,2020,41(03):122-127.
[2]朱亮,李世刚.一种新型双冷源节能型空调技术的应用[J].电信工程技术与标准化,2019,32(07):19-23.