目前内燃机车散热器单节主要有两种结构形式，一种是扁管串片式，另一种是扁管管带式，冷却扁管为T30.3.不论是扁管串片式结构还是扁管管带式结构，扁管两端与管板连接均采用了钎焊工艺。散热器工作条件恶劣，受到因振动、温度变化引起的交变载荷的作用，钎焊工艺很难保证管板连接处的可靠性。散热单节裂漏成为惯性故障，通常散热单节可靠性不足10万km，经济损失比较严重。中冷器及散热单节裂漏绝大部分情况下是在进风侧第一排扁铜管与管板连接处10mm范围内发生。造成裂纹的原因主要有：1）由于冷却管壁薄，在钎接过程中易过热而导致金相组织发生变化，晶粒变大，降低了焊接处扁管的强度。
2）冷却扁管与扁管在高温钎焊后，由于热膨胀产生热应力施加在两端固定处，当受到外界振动（专用振动时效仪的性能简介）时，该处出现往复惯性力并产生往复挠曲变形。扁管内的水以高速高压对扁管产生冲击，在冲击应力的作用下，造成焊接面疲劳损坏。
3）散热单节的热应力主要是由装散热单节的钢结构件与铜管的温度不相同而引起的。可以近似认为钢结构件没有应变，散热单节安装在钢结构件上时，由于连接箱与管板为焊接件，故管子受压应力。在环境温度变化比较大的地区，该热应力较大。
但是最近一段时期，环境温度变化不大的华东地区也出现散热单节裂漏现象，这充分说明散热单节的制做工艺需要改进，以满足机车运行过程中对该产品的可靠性要求。为提高散热单节运用的可靠性，管板连接方式改为胀接机械连接。胀接连接强度通过拉脱试验和疲劳试验来考核。
1试验原理
拉脱试验用于考核管板与管子的静连接强度，试验时在试件两端缓慢施加拉力，直至管与管板被拉脱失效或管子被拉断，记录拉脱（拉断）时的最大拉力，以此来考核散热单节的机械连接强度。
机车运行过程中散热单节裂漏的主要原因是热疲劳破坏，试验时通过机械疲劳实验来模拟热疲劳过程。
1.1冷却水管中的热应力
冷却水管受热膨胀后的变形量为：LT=T（tT-tM）L（1）式中：T为水管的热膨胀系数，1/；L为水管长度，m；tT为水管工作时的温度，；tM为管板与水管装配时的温度，.
应变为：
T=LTL=T（tT-tM）（2）管壁温度：tT=
空t空 水t水
空 水（3）式中：空为空气换热系数，W/m2；水为水侧换热系数，W/m2；t空为空气平均温度，；t水为水的平均温度，.
管子相对应变量为：=-T（4）由于钢构件应变很小可以忽略，LK=0，K=0，从而由热膨胀所产生的力为：F=ETfT（5）式中：fT为管子截面面积，m2；ET为管子材料的弹性模量，N/m2。
管子所受热应力为：
T=FfTET（6）
1.2机车散热单节热应力频谱
机车柴油机散热单节在工作过程中，由于柴油机的热负荷在发生变化，从散热单节中带走的热量也在发生变化，但由于水温受温控阀的控制变化范围不大。热应力主要产生在机车由冷机到热机这一变化过程中。虽然运行工况中这一过程的情况很复杂，但可以根据如下假设来获得机车散热单节热应力频谱。
假设：1）机车启机后经0.5h达到满负荷状态；2）运行8h后机车停止运行，柴油机停机1h后达到冷机状态，那么散热单节的热应力频所示。
根据机车柴油机散热单节的运行情况，并假设在装配温度下没有热应力，这时机车散热单节最大热应力为从25（装配温度）升到98（水管工作温度）时所产生的应力：
T=T（tT-tM）=20.2 10-6（98-25）=1.4746 10-3=K-T=-T=-1.4746 10-3
T=ET=-153.18MPa此时每根扁管受力为：Ft=Tft=153.18 11.7=-1.792kN机车散热单节最小热应力为从25降到5时所产生的应力：
T=T（tT-tM）=20.2 10-6（5-25）=-4.04 10-4=K-T=-T=4.04 10-4
T=ET=42.82MPa此时每根扁管受力为：Ft=0.5kN疲劳破坏的判断以热应频谱图为准，设机车每天启机一次，每次运行12h，每小时按20km计算，则每次起机可行走240km.
疲劳寿命（公里数）=240 次数在散热单节疲劳寿命的计算中，机车每天起机一次折算6个应力循环。
2试验结果与分析
拉脱试验和疲劳试验试件各一式三件，试件管子为T30.3，管板为Q235钢，试件编号：拉脱试验1
2.1拉脱试验结果
散热单节试件拉脱力试验结果
试件安装在MTS材料试验系统上，对试件缓慢施加轴向拉力直到试件被拉脱或被拉断为止，最大拉力便为该试件的拉脱力。试件的破坏形所示。
试件编号拉脱力/kN拉脱剪应力/MPa破坏方式1
2.884.81拉脱2
3.105.18管根部断3
3.025.05管根部断
2.2疲劳试验结果
试件编号
2.3疲劳试件破坏形式分析
散热单节疲劳试件的破坏形式，实验中3个试件在扁管与管板连接的根部均出现了裂纹环。
在实验中所加的应力接近扁管材料的1/3b，加之扁管连接根部附近有明显的应力集中，管子在此位置疲劳破坏是正常的。
从扁管变圆管后胀接的疲劳实验结果可以看出：采用国产铜管可以使散热单节的使用寿命从目前的10万km提高到30万km以上（目前扁管与管板钎焊连接散热单节的使用寿命一般在10万km左右）。为了避免产生过大的应力集中，采用这种工艺时要有严格的质量保证体系，首先，管子不能有明显的伤痕，其次，扁管向圆管过渡时不能有明显的痕迹，否则在这些伤痕及扁管向圆管的过渡处将产生很大的应力集中而导致试件使用寿命下降。
实验结果表明，散热器采用国产扁管和胀管工艺后，可以使机车安全运行30万km，这样彻底消除了在焊接过程中对扁管的损伤。
3结论
扁管扩圆胀接散热单节试件拉脱及疲劳试验结果表明，机车用散热单节采用扁管扩圆胀接是一种比较好的工艺，这不仅可以提高散热单节的运行可靠性，同时可节约能源的消耗，降低劳动强度及生产成本，切实可行。
新闻中心