空调连接管路的革新之作—hylife合金管

空调连接管路的革新之作Hylife 合金管空调连接管主要包括连接室内机与室外机的管道以及 VRV 空调系统中连接各个房间蒸发器的各个分支管路，如图 1 所示，左侧为室外机（内含压缩机、膨胀阀和冷凝器等） ，右侧罗列了若干个蒸发器分布在不同的房间，室内外换热器就是通过连接管道来连接的。管道本身的质量特性（包括强度、质地及抗腐蚀性能等）和可操作性（如折弯、焊接及耐压等）直接影响着空调整体使用性能。试想，若连接管抗腐蚀性能较差，客户使用一两年后因连接管腐蚀穿孔导致冷媒泄漏，即使最好的四大件(压缩机、蒸发器、冷凝器和膨胀阀)也会因此而难以正常工作。因此，空调连接管路材料本身以及操作安装必须引起足够的重视。从材料角度来看，作为空调连接管使用的传统材料是铜管。铜管具有较好的强度和延伸特性，且安装操作方法已经深入人心，但受困于这些年暴涨后并维持高位的铜价，空调企业的利润空间也随之蒸发。在成本重压替代材料的研发及尝试成为许多学者或企业改变现状的重要课题。在此背景下，本文提出一种新的管材Hylife 合金管代替铜管作为空调连接管路，在不影响连接管使用性能的基础上来达到降低成本的目的。Hylife 合金管，顾名思义，是由钛、锰、硅、铝、镁等多种合金构成的管材(Hylife ，即 HighLife，长寿命之意)，是种很特别的金属，外形很像钢材，但质地却非常轻盈，密度只有铜管的三分之一，而且比铜管更经济，成为常规空调连接管铜管的革新之作。Hylife合金管在欧洲、美洲等地区已经得以大批量使用，澳大利亚也在积极的推进，尤其是南美的巴西市场，Hylife 合金管替代铜管取得了较大的成功，每年都有几百吨的铜管被 Hylife合金管替代。如此成功，相比铜管，除了如上提到的重量轻和价格低外，Hylife 合金管的其他的优良特性也起关键作用。第一，Hylife 合金管是由稳定性极强的航空用钛金属和本身质量较轻的金属元素（如镁和铝等）构成，其成分配比经过了多次的挤压和腐蚀试验验证得以确认。相比成分较为单一的紫铜管，Hylife 合金管质地更加轻（铜管密度的三分之一）稳定性更强。第二，Hylife 合金管表面有一层氧化膜，紧紧地贴在金属表层抵抗着外部环境的侵蚀，当局部区域有机械损伤发生后，仍能立即自我修复，有效地保护着主体基材，长时间使用仍能保持其原有的银白光亮色。铜管在这方面表现的就稍逊色些，长时间存放在空气中，铜管表面因缺乏足够的保护而容易发生化学反应生成翠绿色的碱式碳酸铜物质（俗称铜锈）影响铜管美观和管材耐压安全。第三，Hylife 合金管作为连接管在管路热保持方面具有更优良的特性。众所周知，空调连接管中流动是制冷剂，管外层都要包裹厚厚的保温棉，目的是减少管内制冷剂与外界环境的换热以提高系统能效。Hylife 合金管的热传导率只有普通铜管的一半，即 Hylif 合金管相对更难以散热，可以保持制冷剂的过冷度，减少其散发，降低蒸发器内部制冷剂热干度，提高机组的制冷量或制热量。第四，针对抗腐蚀方面，许多人对铜管代替工作持有担心，但是 Hylife 合金管的出现，消除了大部分人的疑虑，只因 Hylife 合金管表现出的卓越的抵抗腐蚀的能力。金属腐蚀据其原理可分为晶间腐蚀、点腐蚀、电化学腐蚀和均匀腐蚀等。首先，晶间腐蚀是沿着晶粒边界发生的选择性腐蚀。晶界是金属晶粒间的错接区，是高能区，具有更强的化学活性，因而在大多数情况下晶界比晶粒本身腐蚀得快而发生晶间腐蚀。常见的硅（Si）和铁（Fe）元素形成相容易发生在晶界上，是引发晶间腐蚀的关键元素。Hylife 合金管成分配比中刻意减少了 Si 和 Fe 的含量，减少了晶间腐蚀的发生概率。其次，点腐蚀又称孔腐蚀，是在金属上产生针尖状、点状或孔状的一种极为局部的腐蚀形态。点腐蚀是一种非常常见的腐蚀形态，当管材表面有些擦伤或基材内部存有未通针孔时很容易发生。该局部缺陷处当存在水分以及盐离子时，氯离子或氢离子不断与金属基材发生化学反应最终导致穿孔失效。Hylife 合金管通过增加锰（Mn）元素含量细化晶粒以及采用优良的生产工艺，减少了点腐蚀的发生。Hylife 合金管原材料都经过了特殊的均质化处理，使偏析和富集在晶界和枝晶网络上的可溶解金属间化合物发生溶解，使固溶体浓度沿晶粒或整个枝晶均匀一致，特殊均质化处理从微观角度上减少了点蚀的发生。另外，Hylife 合金管是通过棒材挤压然后拉拔实现的，在生产过程中增加了 ILA（In Line Annealing,在线退火）工艺，相比常规的炉膛退火，Hylife 合金管晶粒更加细小（如图 3 所示） ，减少了点状腐蚀的发生概率。另外，Hylife 合金管在出厂前都经过涡流探伤仪的检测，微小的基材缺陷或表面擦伤均能识别并进行喷墨标识，在后道工序中进行剔除，确保了客户拿到的是合格且优秀的Hylife 合金管材。再次，电化学腐蚀也是一种常见的腐蚀形态，它发生在不同腐蚀电位的金属接触且周边存在水等电解质环境下，形成局部原电池，腐蚀电位低的金属因活性更强而被作为阳极，腐蚀电位高的金属则作为阴极，阳极金属首先被腐蚀消耗。Hylife 合金管本身具有较强的抗腐蚀特性，但为减少或避免电化学腐蚀的发生，其在化学成分上做了些优化，如减少了铜（Cu ）含量，因铜腐蚀电位相对较高，铜量增加容易使得 Hylife 合金管腐蚀电位整体降低而被优先腐蚀；但是铜本身是一种重要的合金元素，具有一定的固溶强化效果。因此，如何平衡并严格控制铜的含量是 Hylife 合金管原材料生产中重要的一环。除此之外，在Hylife 合金管安装过程中也需要注意：使用 Hylife 合金管专用的去毛刺、扩口等工具，跟铜隔离开来。最后，就是均匀腐蚀。是接触腐蚀介质的金属全表面或大部分表面均匀进行的腐蚀，是最常见的腐蚀形态。金属的腐蚀难以避免，而均匀腐蚀也是设计或使用过程中更倾向的一种。Hylife 合金管与铜管一样，在使用过程中也会发生，图 4 和图 5 是某建筑材料检测中心对 Hylife 合金管与铜管进行的一组酸性盐雾试验对比（试验对象：Hylife 合金管9.52x1.0mm（外径 x 壁厚，以下均是） ，铜管 9.52x0.7mm；试验标准：GB/T10125-1997 人造气氛腐蚀试验盐雾试验；试验条件：浓度为 505g/L 的 NaCl 溶液，PH 值 3.1-3.3；试验时间：480 小时） 。结果显示，经过 480 小时酸性盐雾试验后发现，铜管表层生成一层厚厚的铜锈（碱式碳酸铜） ，Hylife 合金管表面仅一层喷上的盐溶液粉末和氧化层物质；清洗后测量发现，Hylife 合金管和铜管均发生了均匀腐蚀，均未发生穿孔现象，都表现出了较强的抗腐蚀特性。第五，Hylife 合金管在实际安装过程中的弯曲方面也表现出良好的性能。按照铜管的实际安装需求，Hylife 合金管在某第三方检测中心进行了弯曲试验（试验对象：6.35x0.8mm，9.52x1.0mm 和 12.7x1.0mm；试验标准：GB/T244-2008 金属管 弯曲试验方法；试验要求：与铜管操作要求相同的弯管角度为 90，弯管半径为 5D（D 为管外径） ，变形度要求不能大于管径的 1/3） 。结果显示：弯曲后变形度分别为 0.2mm，0.5mm 和2.1mm，且无可见裂纹，满足空调连接管的安装要求。另外，图 6.演示了 Hylife 合金管在巴西某安装现场合金管优良的弯曲性能。第六，Hylife 合金管扩口性能表现也很优秀。用同样规格的专用偏心式工具对铜管和Hylife 合金管进行扩口发现（图 7） ，铜管内壁容易出现 O 型槽，这给后续制冷剂密封带来了隐患；Hylife 合金管扩口后内壁均匀且有光泽，利于密制冷剂喇叭口密封。第七，Hylife 合金管在耐压水平方面也能满足空调安装的要求。根据标准制冷和供热用机械制冷系统安全要求 （GB9237-2001 ）要求，连接管耐压强度应该能承受 3 倍最大工作压力（最大工作压力是制冷剂在 63C 的饱和压力） 。Hylife 合金管 样品同样送样品到 SGS 检测机构做了极限耐压试验（实验对象：Hylife 合金管6.35x0.8mm，9.52x1.0mm，12.7x1.0mm；试验标准：GB/T 241-2007 金属管 液压试验方法，如图 8） 。极限耐压试验结果分别为 20,20 和 15Mpa，均满足标准和使用要求。综合以上分析，Hylife 合金管表现出了诸多卓越性能：金属组分更加优化、热保持性能好、抗腐蚀