Metallographic studies on a defective plate heat exchanger

Abstract

In der vorliegenden Studie wurde ein defekter Plattenwärmetauscher untersucht. Es sollte herausgefunden werden, warum der Schaden entstand und wie er zukünftig vermieden werden kann. Die Platten bestanden aus Edelstahl (Cr17Ni12Mo2, Materialnummer: 1,4401) und waren mit reinem Kupfer verlötet. Nach dem Zersägen und beim Untersuchen des Wärmetauschers wurde keine wesentliche Korrosion der Kupferlötung festgestellt. Metallographische Untersuchungen anhand von Lichtmikroskopie ergaben, dass das Kupfer in die Stahlplatten eindiffundierte (Flüssigmetallversprödung). Über das Ätzen mit verschiedenen Ätzlösungen wurden diejenigen Stellen in den Stahlplatten sichtbar, die von der Kupferdiffusion betroffen waren. Darüber hinaus wurde eine zusätzliche Phase beobachtet. Durch eine Elektronenstrahl-Mikroanalyse (ESMA) wurde festgestellt, dass es sich dabei um chromreichen Ferrit handelte. Die beobachteten Phänomene können durch eine zu hohe Löttemperatur erklärt werden.

A defective plate heat exchanger is investigated and the main aim is to find the reason for that damage and how this can be avoided. The plates are made of stainless steel (Cr17Ni12Mo2, material No. 1.4401) and are brazed with pure copper. After cutting and examination of the heat exchanger no relevant corrosion of the copper braze is observed. Metallographic investigations by light optical microscopy (LOM) show that copper has diffused into the steel plates (liquid metal embrittlement). Using various etchings the areas of the steel plates, which are influenced by the copper diffusion, become visible, and also an additional phase is observed. Electron beam micro analysis (EBMA) show that this phase is a chromium-rich ferrite. The observed phenomena can be explained by a too high brazing temperature.