水箱內膽加工工藝知多少

1、水箱內膽加工工藝知多少發(fā)布日期：2012-7-19 14:57:05 摘 要：水箱“內膽”是熱水器的心臟，其特性影響著產品整體壽命。儲水式電熱水器、太陽能熱水器、空氣能熱水器都需要配備一個水箱。那么水箱內膽是影響熱水器使用的重要零部件。目前水箱內膽材質一般有不銹鋼內膽、水晶內膽和搪瓷內膽。由于不銹鋼內膽技術容易實現，生產設備、研發(fā)成本較低，市場上90%以上產品采用的是不銹鋼內膽。一部分廠家產品采用 的是水晶內膽，少數廠家采用搪瓷內膽。目前部分地區(qū)出現不銹鋼內膽漏水的現象，引發(fā)行業(yè)人士對不銹鋼內膽水箱的討論。究竟不銹鋼為什么會出現漏水現象，是產品問題還是水質問題，如果是產品問題，廠家該如何保證水

2、箱的產品質量，如果是水質問題，廠家又有什么辦法減少水質對水箱的影響呢?而部分廠家開始嘗試性地推出搪瓷內膽水箱，提高水箱內膽的耐腐蝕性，以延長空氣能熱水器的使用壽命。但是搪瓷內膽繁瑣的生產工藝是否能適應空氣能市場，而過高的生產成本是否成為造價過高的空氣能的攔路虎?本文重點介紹空氣能市場上不銹鋼內膽和搪瓷箱內膽的加工工藝和特性，拋磚引玉，以望引起行業(yè)人士對不同材質的水箱內膽進行有益的技術探討。關鍵詞：水箱、內膽、工藝、不銹鋼、搪瓷、空氣能 不銹鋼內膽的工藝 不銹鋼內膽的優(yōu)點是內膽材質好、強度高;耐高溫、抗腐蝕;性能穩(wěn)定，不易生銹，但很難焊接，最大隱患是焊縫。在工藝流程中易產生虛

3、焊現象，且不易被發(fā)現，時間稍長焊縫間就易生銹漏水，且虛焊部分出廠前無法檢驗。有些廠家為了降低生產成本，使用的不銹鋼也很薄，使內膽承受壓力下降，影響了使用壽命。晶硅內膽是在不銹鋼內膽的基礎上加以改進，在鋼板基礎上采用最新工藝，將硅化物經900高溫烘烤使之附著在內膽內外壁上，可以使水與內膽隔離，避免水和鋼板直接接觸，具有不生銹、強度高的優(yōu)點。不銹鋼品種很多，對不銹鋼牌號的選擇要綜合考慮強度、塑性、焊接性、經濟性特別是在含氯離子水中的抗腐蝕性。廣泛用于化工、食品工業(yè)、廚房設備的304不銹鋼屬奧氏體不銹鋼，強度、塑性優(yōu)良，焊接性好。目前在空氣能水箱內膽大多用304不銹鋼制作。廠家批量采購不銹鋼材質后根

4、據不同容量進行裁剪，然后將鋼板沖壓成型后再焊接，由于圓桶頂部和底部都是鏤空，所以，必須在圓桶的頂部和底部焊接圓形蓋頂。那么不銹鋼內膽共有兩條弧形焊縫和一條直線焊縫。 焊接區(qū)易腐蝕 304不銹鋼在氧化性酸介質中耐腐蝕能力強，但在含氯離子水中容易產生點腐蝕及應力腐蝕。鋼中含鉻量12%時，由于氧化性活潑的鉻在鋼的表面迅速與氧形成致密、堅固的富氧鈍化膜(Cr2O3)，有效地隔離了氧的進一步侵入。因而在空氣中或氧化性酸(如硝酸)中，這一類鋼抗均勻腐蝕性能好，不生銹，故稱之為不銹鋼。但在水中，尤其在含Cl-濃度較高的的水中，由于Cl-離子可在某些局部部位對Cr2O3鈍化膜起破壞作用，導

5、致發(fā)生局部腐蝕。與均勻腐蝕(化學腐蝕)相比，局部腐蝕(電化學腐蝕)速度要快的多，危險性也大的多，往往導致泄漏失效。 而在含Cl-的水介質之中，不銹鋼最易發(fā)生腐蝕的薄弱環(huán)節(jié)是焊接區(qū)，由于該區(qū)經受過高溫加熱，組織及性能有劣化，抗腐蝕性能也降低。因而水箱的使用壽命主要取決于水箱薄弱環(huán)節(jié)處(焊接區(qū))是否發(fā)生晶界腐蝕、應力腐蝕及點(縫隙)腐蝕一類局部腐蝕。試驗研究表明，當水中含Cl-離子的濃度較高時，縫隙(點)腐蝕是水箱中最常發(fā)生的腐蝕形式。304不銹鋼對鹵族元素陰離子特別是對Cl-離子敏感，水中Cl-濃度越大，點蝕臨界電位越低，越易于發(fā)生點腐蝕。而縫隙腐蝕的臨界電位比點蝕更低，當有窄縫存在時

6、縫隙腐蝕更易于發(fā)生，腐蝕速度更快。不銹鋼內膽生產過程中的天然生產缺陷是造成不銹鋼內膽漏水的重要原因。 因而有效地防止點(縫隙)腐蝕是提高水箱使用壽命的關鍵。 生產加工環(huán)節(jié)減少腐蝕基因 雖然說不銹鋼內膽有天然的缺陷，但我們廠家在生產過程中在焊接加工、試壓檢漏、發(fā)泡組裝等工序多加注意，盡量減少因為生產而形成的錯漏。  1.下料、沖壓翻邊環(huán)節(jié) 通常情況下，采購的SUS304不銹鋼材料為卷料，需要開屏裁切，然后轉序沖孔、翻邊、卷圓等環(huán)節(jié)。作為內膽材料加工轉序，一般生產廠家不太關注SUS304不銹鋼表面防護，容易生產不良劃傷、刮傷、皺褶等表觀缺

7、陷，導致不銹鋼表面Cr2O3鈍化膜損傷或局部較弱，最終造成容易發(fā)生局部腐蝕。因此，在內膽不銹鋼材料開屏裁切、沖孔、翻邊、卷圓過程中應文明生產，如同外殼生產一樣，加強表面防護措施。 不銹鋼內膽材料在沖孔、翻邊及內封頭成型過程中，通常要使用沖壓機油。一般情況下，沖壓油中都含有一定量的氯離子，而氯離子對不銹鋼具有較強的腐蝕作用。因此，應選擇正規(guī)的供貨廠家提供的沖壓機油(要求氯離子、硫離子含量盡可能低的沖壓機油)，并對沖壓機油的成份進行必要檢測控制。同時應對加工過程中殘留在不銹鋼表面的油污進行必要清洗、干燥，避免殘留物對內膽造成局部腐蝕。 2.焊接、試壓檢漏環(huán)節(jié) 內膽焊接是生產中的

8、一個特殊重要工序，焊接質量好壞對內膽耐腐蝕起決定性作用。焊接質量因設備差異與焊接工藝方法、焊接人員操作技能水平等存在較大差異。焊接常見缺陷為：焊縫氧化腐蝕、焊跡不連續(xù)、過燒、熱影響區(qū)晶粒長大等。 TIG焊縫氧化主要是焊接時氣體保護不良造成，氧化后表面的Cr2O3鈍化膜被破壞，使用過程中與水接觸后造成氧化區(qū)的加速腐蝕。為此，必須優(yōu)化生產工藝，采焊接時用雙面惰性氣體保護，同時采用的惰性保護氣體必須是高純度的氬氣等，規(guī)避焊接區(qū)的氧化。 不論是電阻壓力焊還是TIG焊，必須熟練操作設備，確保焊跡連續(xù)，無斷點發(fā)生，無發(fā)黑、發(fā)藍、無過燒現象。否則容易造成縫隙腐蝕和焊縫滲漏。 焊

9、縫熱影響區(qū)晶粒增大或晶間碳化物析出，是由于焊接時加熱時間過長或熱處理不當則在某些環(huán)境中易產生晶間腐蝕。焊縫在425-815之間加熱時，或者緩慢冷卻通過這個溫度區(qū)間時，都會產生晶間腐蝕。這樣的熱處理造成碳化物在晶間沉淀(敏化作用)，并且造成最鄰近的區(qū)域鉻貧化使得這些區(qū)域對腐蝕敏感。敏化作用也可出現在焊接時，在焊接熱影響區(qū)造成其后的局部腐蝕。為此，焊接電流、速度必須適宜控制，盡可能使用較快的焊接速度，目的是減少熱影響區(qū)寬度，同時冷卻可靠控制。 水箱箱內膽必須無滲漏且具有一定耐壓性能，一般在焊接完成后需一一浸入水中進行內膽試壓檢漏。試壓檢漏過程中，內膽筒體上所有插接孔必須封閉，為了方便插入

10、堵塞，一般有的采用專門潤滑劑(如洗潔凈等)、有的直接采用清水。對于采用潤滑劑潤滑(洗潔凈)，必須嚴格控制并保證潤滑劑為中性且不含氯離子等成分。 我們知道，一般洗潔凈分酸性、中性、堿性，如為了增大洗潔凈濃度，可能加入氯化鈉;為了增加去污性，可能加入鹽酸等。一旦使用含有氯離子之類的洗潔凈作為潤滑劑，其殘留物在內膽中，導致內膽內極容易發(fā)生點腐蝕而產生由內向外穿透。為此，作為內膽試壓檢漏，一是水槽內的水本身必須清潔，無油污，勤更換;二是對于堵塞潤滑采用正規(guī)的潤滑劑，最好直接采用清水潤滑。 注：圖為某空氣能熱水器的不銹鋼內膽來源：2012年5月份在浙江舟山廢品收購站的某空氣能熱水器水

11、箱內膽，并去除外板圖。A：有2處，焊接中速度不均勻或斷絲，容易產生裂縫，在敞開式容器中使用并無大礙，但在承壓容器中使用會出現滲漏問題，減少使用壽命B：2處，焊接過程中未將焊絲熔圓潤或搬運中刮傷D：3處，焊接速度過快，焊絲未及時跟上，后期需要追焊補救通過驗收 從電熱水器看搪瓷內膽發(fā)展 電熱水器產業(yè)已經有近百年的歷史，從鍍鋅板內膽，到不銹鋼內膽，到搪瓷內膽。目前，國外市場上，電熱水器已經全部淘汰了不銹鋼內膽，而采用了搪瓷內膽。而太陽能熱水器也面臨著從不銹鋼內膽向搪瓷內膽的升級。這是否意味著空氣能熱水器日后也朝搪瓷內膽的方向發(fā)展? 搪瓷內膽表面的瓷釉為非金屬材料，既不生

12、銹，也無水垢，有較強的耐壓能力。 普通的搪瓷內膽有三點不足之處：首先，魚鱗爆是普通搪瓷內膽的致命缺陷;其次，搪瓷屬于硅酸鹽，在高溫水中會緩慢溶解、變薄，即沸水失重;另外，酸性水質對搪瓷內膽有極大的破壞性。普通熱水器的內膽采用低檔的碳素鋼板，燒結工藝不好，只有簡單的兩層膽，易發(fā)生魚鱗爆、酸蝕、溶解快等問題，使用壽命縮短3-5年。鈦金內膽和金圭內膽是改進后的一種搪瓷內膽，不但防腐蝕性好，內膽強度高、耐高溫、抗腐蝕，性能穩(wěn)定。 搪瓷內膽的特性 搪瓷涂在經過適當處理后的鋼板上，通過900以上的溫度燒成。這個過程，使搪瓷與鋼板之間產生很強的結合力，使它們成為一體，最終成為搪

13、瓷鋼。它具備鋼材的穩(wěn)定性(抗壓、強度高)及玻璃搪瓷的抗腐蝕性、電絕緣性。這種完善的防銹蝕性及電絕緣性恰恰是熱水器內膽所必需的。 此外，搪瓷鋼材料可以承受-60+450的溫度變化范圍，并且能夠承受甚至高達200的溫度驟變。它防水、抗蒸氣、防酸堿，不釋放任何有害健康或污染環(huán)境的物質，任何物質包括水、離子、電解溶液等均不可能滲透其表層。 搪瓷的抗腐蝕性為99.9%，一些微小的薄弱點使得腐蝕不可避免的發(fā)生。但是由于使用了陽極鎂棒，腐蝕反應會集中在陽極鎂棒上，以阻止那些未被良好搪瓷覆蓋的微點受到侵蝕，從而保護內膽。 搪瓷內膽的生產流程： 搪瓷承壓水箱的生產實驗需要

14、極其精密的技術設備來完成，普通的設備滿足不了搪瓷承壓水箱這種新型環(huán)保產品的需求。 搪瓷承壓水箱所使用的主要設備都是全新進口的高科技產品，全過程PLC程序控制、數控卷圓對角誤差不超過 0.5mm技術確保了凈藍搪瓷內膽的承壓能力;同時，在圓周焊、直封焊上采用自動跟蹤系統、美國林肯和日本OTC焊接系統、管座采用定位焊接技術，這些諸多先進的技術促使了凈藍內膽焊接縫達到16萬次的國標和25萬次的澳洲標準;國內公司大多引進的德國自動噴搪和滾搪技術提供并滿足了200L以上藍金鋼大容量內膽的生產條件;此外，在搪瓷燒接溫度上采用西門子技術，始終將溫度控制在-5+5之間;整體發(fā)泡程序也采用了環(huán)保無氟意大

15、利的領先技術。 一系列國際先進的技術和設備造就了國產搪瓷內膽水箱一流的生產工藝水平，國產凈藍搪瓷承壓水箱的搪瓷技術在這種工藝水平和先進理念的指導下順利達到了歐洲標準，成為了名副其實的行業(yè)精品。  要制造符合標準的熱水器內膽，搪瓷內膽的設計是關鍵。選定鋼板后，具有良好的適合于涂搪的焊接質量是確保產品質量的重要因素。 搪瓷內膽的焊縫設計和坯體的深加工精度是確保焊接質量的前提，有焊縫的產品要涂好搪瓷一直是搪瓷工藝中必須適應的重要因素。從某種意義上講，焊接的質量，決定著產品涂搪瓷后的質量。 因為焊接時造成的焊縫缺陷如內膽內壁焊縫區(qū)過燒，有較多較大的氣孔

16、、氣泡、大型夾雜、裂縫、未焊合等嚴重缺陷，以及在焊縫和熱影響區(qū)出現嚴重的魏氏組織，都會在搪瓷燒成后留下各種搪瓷缺陷，它不僅影響產品的防腐蝕性能，嚴重的焊接缺陷會直接影響產品的安全性能。 對產品的焊縫的要求是：焊縫結構精確、內壁各部位造型合理，適合涂搪瓷的工藝要求，涂搪瓷面焊縫區(qū)經搪瓷燒成后，組織基本正常。隨著科學技術的飛速發(fā)展，很多先進的焊接技術和加工工藝把傳統的以毫米計的焊縫寬度大為縮小，使焊縫區(qū)的熱影響程度明顯減輕，使產品坯體焊縫質量更適合目前各種涂搪瓷工藝的要求。  為了實現搪瓷防腐的目的，瓷層必須緊密，沒有空洞，并與其底層的鋼材有著很強的密著性。為此，必須

17、對鋼材進行清潔和預處理。 預處理方法有二種：化學法和物理法。 選擇物理法的廠商大多采用噴砂工藝。 噴砂不僅可以清理表面，而且還可使表面變粗糙，有利于增加瓷層和鋼材表面的密著性，選擇噴砂法所需要考慮的因素有表面污斑，表面粗糙度，以及經濟性。  化學清洗通常采用酸性法，對于鋼材通常用硫酸清洗，對于鋁這樣的雙性金屬，通常采用堿性溶液(如NaOH)清洗，清洗后，鋼材必須要用水清除殘留的酸洗液。 這二種方法，究競哪一種更佳，完全取決于操作的經濟性以及其它一些工藝因素，但是二種方法均能制造出適合于涂搪的表面。 常規(guī)的熱水器的涂搪通常有兩種：濕法和

18、干法。 濕法工藝主要有噴涂、浸涂和滾動涂搪等方法。通過使內膽在三維空間內轉動， 使其內部所有表面都涂上釉漿。多余的殘渣和液體都必須清除掉，以保證鋼材表面只覆蓋著一層薄薄的、均勻的和連續(xù)的釉漿。 影響搪瓷質量的因素很多，如釉漿的粘度，鋼材的預處理，金屬表面的密著性，焊接的質量以及內膽的構造等。濕法涂搪在美國較為流行。 干法則以靜電噴涂為主。靜電噴涂與濕法系統相比，有許多的優(yōu)點。它降低了成本，節(jié)約了能量，材料利用率可達到97%。此外，它還減少了對環(huán)境的污染。目前，歐洲一些大型熱水器制造商基本上全部采用靜電噴涂法。 大部分熱水器制造商只噴一層瓷釉。只有對一些溫

19、度和壓力條件較為苛刻的用途，如水槽，才采用兩層噴涂。有的則采用在一種特殊的預涂層上覆蓋瓷釉。 搪瓷在700 時，開始融化并形成瓷層。搪燒溫度一般保持在830-860之間，時間為7-15分不等。燒紅的內膽從爐中被取出，并逐漸冷卻至室溫。通常搪燒過程是連續(xù)的，并且可以再重復一次，以形成第二層搪瓷，甚至重復多次，以獲得苛刻的應用條件下所需的多層搪瓷。 熱水器內膽用鋼板的質量要求 不是所有的鋼材都適用于涂搪。選擇鋼板時，要注意的幾個因素是：可涂性、表面缺陷、可成形性、垂度、強度和可焊性。各要素的相對重要性，取決于對成品的要求。 根據熱水器搪瓷內膽標準的要求和實際

20、使用的條件，熱水器搪瓷內膽用鋼板的選擇應考慮以下條件： 1、 根據搪瓷內膽的造型結構和在標準條件下的產品耐壓性能要求，選擇具有一定厚度的鋼板，其屈服強度能滿足上述要求，并且有一定安全保險系數。 2、 選擇使用的鋼種應與選用的搪瓷瓷釉相匹配。選擇使用的鋼種的鋼板應具有一定的抗鱗爆性能，通過檢驗和適應性涂搪瓷試驗，可以確認鋼板是否適合于生產搪瓷內膽。 3、 鋼材表面質量良好。目前， 國內生產熱水器搪瓷內膽用的鋼板，由于產品品種和造型結構的不同， 所使用鋼板種類幅度較寬。有以SPP為代表的搪瓷專用鋼板;以SPCC、SPCD、SPCE(包括St12，St13，St14等)

21、為代表的普通薄鋼板;以St37-2(包括法國SOLLACG公司的Emaile245，Emaile265，Emaile310等)為代表的鋼板。 焊接的質量要求 要制造符合標準的熱水器內膽，搪瓷內膽的設計是關鍵。選定鋼板后，具有良好的適合于涂搪的焊接質量是確保產品質量的重要因素。 搪瓷內膽的焊縫設計和坯體的深加工精度是確保焊接質量的前提，有焊縫的產品要涂好搪瓷一直是搪瓷工藝中必須適應的重要因素。從某種意義上講,焊接的質量，決定著產品涂搪瓷后的質量。因為焊接時造成的焊縫缺陷如內膽內壁焊縫區(qū)過燒，有較多較大的氣孔、氣泡、大型夾雜、裂縫、未焊合等嚴重缺陷，以及在焊縫和熱影響

22、區(qū)出現嚴重的魏氏組織，都會在搪瓷燒成后留下各種搪瓷缺陷，它不僅影響產品的防腐蝕性能，嚴重的焊接缺陷會直接影響產品的安全性能。 對產品的焊縫的要求是：焊縫結構精確、內壁各部位造型合理，適合涂搪瓷的工藝要求，涂搪瓷面焊縫區(qū)經搪瓷燒成后，組織基本正常。隨著科學技術的飛速發(fā)展，很多先進的焊接技術和加工工藝把傳統的以毫米計的焊縫寬度大為縮小，使焊縫區(qū)的熱影響程度明顯減輕，使產品坯體焊縫質量更適合目前各種涂搪瓷工藝的要求。 搪瓷水箱實際使用暴露出的缺陷 目前，國內外搪瓷都存在漏搪、微孔、氣泡等制造缺陷。搪瓷并不能將金屬內壁完全遮蔽，因為即使是非常好的搪瓷技術廠家，也承認搪瓷的涂覆率不可能達到100%，不僅搪瓷表面存在肉眼不可見的微孔，而且存在著搪瓷缺陷，即：內膽鋼板焊縫錯位處，普通搪瓷很難處理好，吸附性極差，并且在生產線周轉以及運輸工程中，難免因磕碰導致新的缺陷出現。歐洲標準PREN12897中規(guī)定：單個缺陷的最大尺寸不得超過：在平面搪瓷面上2mm;在邊緣或支撐上10mm;在焊縫上4mm。 皮下缺陷(指在搪瓷內部充滿鐵氧化物的缺陷，在光學顯微鏡下呈暗紅色到黑色)僅允許在邊緣和焊縫存在，缺陷位置應該在邊緣或焊縫2mm距離內;所有皮下缺陷的總面積不得超過20c/搪瓷表面。 這些缺陷處的金屬是暴露在水中的，與內膽其他完好