Stutzenschaden an einem BPHE nach nachträglichem Löten

Original-Projektdaten

Ausfall durch Überhitzung beim Sekundärlöten – Beschädigung der gelöteten Struktur am Düsenanschluss

Diese technische Anmerkung erklärt einen häufigen Ausfallmechanismus in Kupferlotplattenwärmetauschern (BPHE), bei dem ein unkontrolliertes Sekundärlöten am Düsenanschluss eine lokale Überhitzung einführt und die ursprünglichen Lötverbindungen schwächt, was zu Leckagen führt.

• Übersicht
• Beobachtete Fehlermerkmale
• Wurzelursachenanalyse
• Warum dies kein Herstellungsfehler ist
• Präventivempfehlungen
• Technische Schlussfolgerung

Übersicht

Videonachweis: Leckstelle und Lötfugenschadensmuster nach dem Löten der Sekundärdüse.

Bei kupfergelöteten Plattenwärmetauschern wird der innere Plattenstapel durch einen kontrollierten Vakuumlötprozess verbunden. Die Integrität der Einheit hängt von der Aufrechterhaltung der metallurgischen Stabilität dieser Lötverbindungen ab.

Allerdings können Sekundärlöt- oder Schweißvorgänge, die am Düsenanschluss durchgeführt werden, zu viel lokale Wärme einleiten. Ohne Temperaturschutz kann Überhitzung die ursprüngliche gelötete Kupferbindung in der Nähe des Düsenbereichs wieder aufschmelzen oder schwächen, was zu Leckagen führt.

Beobachtete Fehlermerkmale

Basierend auf Inspektions- und Leckagemustern waren die wichtigsten Beobachtungen:

• Leckage an der Düsenschnittstelle
• Keine Anzeichen von korrosionsinduziertem Abbau
• Keine Anzeichen einer Drucküberlastung
• Lokalisierte Fugenschwächung um den Anschlussbereich herum

Der Fehlermodus steht im Einklang mit der thermischen Degradation der gelöteten Struktur und nicht mit einem Material- oder Herstellungsfehler.

Wurzelursachenanalyse

1) Kupferlotplattenstruktur

kupfergelötete Plattenwärmetauscher werden in einem Vakuumofen unter kontrollierten Bedingungen (typischerweise um 1100°C) hergestellt. Die Kupferbindungen:

• Verbinden Sie die Platten
• Versiegeln der internen Kanäle
• Strukturelle Integrität gewährleisten

Nach dem Löten bleiben die Kupferverbindungen nur innerhalb definierter thermischer Grenzen bei Feldoperationen und Modifikationen stabil.

2. Sekundärlöten ohne Wärmeschutz

Beim Außendüsenlöten lagen folgende Risikofaktoren vor:

• Direkte Flammenheizung wurde angewendet
• Es wurde kein Kühlkörper oder Kühlschutz verwendet
• Lokale Temperatur übertraf den sicheren Grenzwert

Übermäßige lokale Wärme kann:

• Innengelötetes Kupfer erneut schmelzen oder erweichen
• Störung der Kapillarbindung
• Mikro-Voids erstellen
• Reduzieren Sie die Gelenkfestigkeit

Dies beeinträchtigt die Abdichtung zwischen Plattenpaket und Endplatte nahe dem Düsenbereich.

3) Mechanismus der Leckage

Wenn die Lötnaht in der Nähe der Düse thermisch gestört ist:

• Mikrorisse entwickeln sich
• Kapillardichtungen schwächen sich
• Interne Querleckage oder externes Sickern erscheint

Warum dies kein Herstellungsfehler ist

Die ursprüngliche gelötete Struktur ist unter vorgegebenen Betriebsbedingungen stabil. Das beobachtete Fehlermuster stimmt überein:

• Lokale Überhitzung nach der Produktion eingeführt
• Metallurgische Schwächung der Lötverbindung nahe der Düse
• Konzentrierter Fehler in der geänderten Anschlusszone

Präventivempfehlungen

Zur Vermeidung von überhitzungsbedingten Leckagen während der Düsenarbeit:

• Verwendung von temperaturgesteuerten Löttechniken
• Aufbringen von Kühlkörpern oder Kühlhüllen beim Düsenlöten
• Längere direkte Flammenexposition vermeiden
• Überwachen der Oberflächentemperatur während des Betriebs
• Wenn möglich, werkseitig montierte Anschlussoptionen bevorzugen

Technische Schlussfolgerung

Kupferlotplatten-Wärmetauscher sind empfindlich gegenüber unkontrollierter Sekundärheizung an Düsenanschlusspunkten.

Dieser Fall steht im Einklang mit der Überhitzung beim Löten ohne ausreichenden Wärmeschutz, der die ursprünglichen Lötverbindungen abbaute und Leckagen in der Nähe des Düsenbereichs verursachte.

Ein richtiges Temperaturmanagement bei Feldmodifikationen ist unerlässlich, um die Integrität der gelöteten Verbindung und die langfristige Zuverlässigkeit zu gewährleisten.