太阳能管路怕冷怕热？紫铜异径三通这样扛住热冲击

在太阳能热发电系统里，高温集热循环管路肩负着输送高温导热介质（像熔盐）此一核心任务。于管路系统之中，异径三通属达成介质分流或者合流的关键管件。紫铜因自身具备的优异导热性、延展性以及耐腐蚀性，常常被挑选作为制造这类管件的材料。不过，于实际运行的时候，由于集热器受到日照态势变化、云层遮挡状况或者启停操作的作用，管路会历经剧烈的温度周期性波动，那便是“热冲击”。面临这种工况，紫铜异径三通长期服役性能受到严酷挑战，且特别是其自身的形变行为，还有更为脆弱的钎焊接口可靠性，也被提出了严峻挑战 。

热冲击的本质在于温度出现快速且不均匀的变化，对于紫铜异径三通来讲，鉴于管件自身结构不对称，也就是主管与支管尺寸不一样，在冷热介质交替或者温度突发骤变之际，其各部位的热膨胀以及收缩并非同步，主管道的壁厚比较厚，热容量大，温度变更相对缓慢，然而支管的口径小，壁薄，对温度变化更加敏感，这种差异会致使三通内部生成复杂的热应力分布 。材料在周期性热冲击的状况下，会由于交变应力从而产生疲劳，起初呈现为微观尺度的晶格滑移以及位错积累，从宏观方面来看则有可能渐渐显现为三通整体的椭圆化变形，以及支管根部出现鼓胀或者扭曲。一旦这种塑性形变超出设计冗余，不但会改变流场，进而影响系统效率，而且还可能成为应力集中点，从而诱发裂纹。

比对于母材（也就是紫铜管件自身）而言，钎焊接口属于系统里的“薄弱环节”。太阳能管路当中的三通一般运用硬钎焊（像银基钎料、磷铜钎料）来跟管道相连。钎焊进程里所形成的焊缝，其化学成分、金相组织以及力学性能都和两侧的紫铜母材不一样。在热冲击状况下，接口处要面临多重检验：其一，鉴于紫铜、钎料、有可能存在的焊环金属这三者热膨胀系数存有差别，温度发生变化时界面会产生剪切应力。其次，剧烈的温度循环，会使得钎缝金属组织的粗化速度加快，还会让脆性金属间化合物的生长加速，进而降低其韧性，也会降低其强度。最为危险的是，热应力容易在钎角，也就是焊缝边缘处高度集中，这可能会引发疲劳裂纹的萌生。这些微裂纹会在持续的冷热交替当中逐步扩展，最终致使接口发生泄漏，造成导热介质流失，导致系统停摆 ，句号必须正确写。

所以，要评定紫铜异径三通于周期性热冲击状况下的可靠性，就得开展系统性的剖析与测验。在工程设计时期，一般借助有限元分析软件，去模拟它在典型热冲击工况时的温度场与应力场，预估高应力区域，进而优化三通的结构设计（像是增添过渡圆角、局部加厚）以及布置方式。在实验验证层面，那就需要搭建热疲劳试验台，针对实物焊件开展加速寿命测试，模拟比实际工况更为严苛的温度变化幅度与频率。凭借监测三通关键部位的应变状况，以此来观察形变的发展态势，并且在定期停机之后开展无损检测（像是渗透检测、超声检测这类），目的是探查纤缝内部存在的微裂纹，进而综合起来评估其形变极限以及接口的疲劳寿命 。

但却不论在安装完成后的长期稳定性还是短期的热稳定性上都难以一劳永逸的满足太阳能高温集热这种苛刻的应用的需要。其长期的可靠性就很大程度上取决于对其抗对抗的周期性热冲击的能力的前期的科学的预先的评估和把握。只有通过对合理的结构设计的配套、对钎焊工艺的不断的优化（如对热的输入的精细的控制、对钎料的采用等），以及对钎焊接口的严格的服役前疲劳的测试等才能在最大程度上延缓其形变的速度，保障了钎焊接口的完整性，从而对太阳能热发电系统的数十年的寿命周期的安全稳定的运行起到了重要的保证作用。