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热水器内胆涂搪技术及设备

热水器承压内胆涂搪技术及设备

      搪瓷常用于提供一个良好防腐性能来抵抗暖水器和电加热/太阳能加热的热水器内胆的开水。选择搪瓷原因主要是相比于其它涂料喷涂基底有更长的使用寿命和良好的性价比;搪瓷内胆是目前市场上相对先进的一种内胆,在承压抗酸碱、耐腐蚀方面具备相应的优势。
      搪瓷是一种将无机玻璃质材料的瓷釉通过熔融凝于基本金属上并与金属紧密结合在一起的一种复合材料。因为需要将一种材质熔凝于另一种材质之上,选用的板材为特种搪瓷钢板,其含碳量低、组织金相、表面状况及力学性能都满足搪瓷的特殊要求,其屈服度达340MPa,膨胀系数和搪瓷层相近甚至相同,这样,水箱在不断的冷热交替变化过程中,内胆搪瓷表面依然不会出现裂纹和脱瓷现象。搪瓷粉主要由三部分组成:矿物原料、化工原料和色素原料。三部分原料需经工艺师精密地配比后方进行磨球、涂搪,然后经860度左右的高温熔融并经过急骤的冷却成硼硅酸盐玻璃质。
在搪瓷阶段,采用一次性整体涂搪技术,可选用上海良时领先的喷搪与滚搪设备,在搪瓷工段搪瓷浆料的配制、涂搪以及烘干烧结这三道工序中,每道工序中对于参数的把握都要非常严格。

 

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搪瓷热水器

 

一、简介
搪瓷热水器内胆在50年前起源于美国。在欧洲, 尤其是德国,搪瓷内胆热水器的生产始于60年代。但只有当搪瓷内胆与牺牲阳板结合之后,才确立了它在应用领域中的地位。热水器的容量可以小到15立升,大至4000立升,大致分为美式和欧式二种,其主要区别在于内胆的设计。
我国近几年来,在热水器生产中,采用搪瓷内胆的日益增多。搪瓷内胆由于其在防腐方面的优越性能,正在取代其它内胆而成为热水器内胆的主力。

二、热水器搪瓷工艺
表1简要地说明了热水器搪瓷内胆的生产工艺。下面将分别介绍在整个流程中各个步骤的主要特点。


三、热水器内胆用钢板的质量要求
不是所有的钢材都适用于涂搪。选择钢板时,要注意的几个因素是: 可涂性、表面缺陷、可成形性、垂度、强度和可焊性。各要素的相对重要性,取决于对成品的要求。
根据热水器搪瓷内胆标准的要求和实际使用的条件,热水器搪瓷内胆用钢板的选择应考虑以下条件:
1、 根据搪瓷内胆的造型结构和在标准条件下的产品耐压性能要求,选择具有一 定厚度的钢板,其屈服强度能满足上述要求,并且有一定安全保险系数。
2、 选择使用的钢种应与选用的搪瓷瓷釉相匹配。选择使用的钢种的钢板应具有一定的抗鳞爆性能,通过检验和适应性涂搪瓷试验,可以确认钢板是否适合于生产搪瓷内胆。
3、 钢材表面质量良好。
目前, 国内生产热水器搪瓷内胆用的钢板,由于产品品种和造型结构的不同, 所使用钢板种类幅度较宽。 有以SPP为代表的搪瓷专用钢板;以SPCC、SPCD、SPCE(包括St12,St13,St14等)为代表的普通薄钢板;以St37-2(包括法国SOLLACG公司的Emaile245,Emaile265,Emaile310等)为代表的钢板,以上三类钢板的主要化学成分和机械性能部分数据如下:
种类
钢号 化学成分% 机械性能(N/mm2) 备注
C Mn 屈服强度 抗拉强度 
SPP <0.008 <0.50 136-205 270-303 
SPCC <0.12 <0.50 172-215 >275 St12
SPCD <0.10 <0.45 >275 St13
SPCE <0.08 <0.40 >275 St14
St37-2 <0.17 <1.4 >235 360-510 
Emaile245 ≤0.14 ≤0.7 250 360-450 
Emaile265 ≤0.17 ≤0.9 280 430-510 
Emaile310 ≤0.17 ≤1.0 310 430-550 

四、焊接的质量要求
要制造符合标准的热水器内胆,搪瓷内胆的设计是关键。选定钢板后,具有良好的适合于涂搪的焊接质量是确保产品质量的重要因素。
搪瓷内胆的焊缝设计和坯体的深加工精度是确保焊接质量的前提,有焊缝的产品要涂好搪瓷一直是搪瓷工艺中必须适应的重要因素。从某种意义上讲,焊接的质量,决定着产品涂搪瓷后的质量。因为焊接时造成的焊缝缺陷如内胆内壁焊缝区过烧,有较多较大的气孔、气泡、大型夹杂、裂缝、未焊合等严重缺陷,以及在焊缝和热影响区出现严重的魏氏组织,都会在搪瓷烧成后留下各种搪瓷缺陷,它不仅影响产品的防腐蚀性能,严重的焊接缺陷会直接影响产品的安全性能。
对产品的焊缝的要求是:焊缝结构精确、内壁各部位造型合理,适合涂搪瓷的工艺要求,涂搪瓷面焊缝区经搪瓷烧成后,组织基本正常。随着科学技术的飞速发展,很多先进的焊接技术和加工工艺把传统的以毫米计的焊缝宽度大为缩小,使焊缝区的热影响程度明显减轻,使产品坯体焊缝质量更适合目前各种涂搪瓷工艺的要求。

五、预处理
为了实现搪瓷防腐的目的,瓷层必须紧密,没有空洞,并与其底层的钢材有着很强的密着性。为此,必须对钢材进行清洁和预处理。
预处理方法有二种:化学法和物理法。
选择物理法的厂商大多采用喷砂工艺。 喷砂不仅可以清理表面,而且还可使表面变粗糙,有利于增加瓷层和钢材表面的密着性,选择喷砂法所需要考虑的因素有表面污斑,表面粗糙度,以及经济性。
化学清洗通常采用酸性法,对于钢材通常用硫酸清洗,对于铝这样的双性金属,通常采用碱性溶液(如NaOH)清洗,清洗后,钢材必须要用水清除残留的酸洗液。
这二种方法,究竞哪一种更佳,完全取决于操作的经济性以及其它一些工艺因素,但是二种方法均能制造出适合于涂搪的表面。

六、涂搪
常规的热水器的涂搪通常有两种:湿法和干法。
湿法工艺主要有喷涂、浸涂和滚动涂搪等方法。通过使内胆在三维空间内转动, 使其内部所有表面都涂上釉浆。多余的残渣和液体都必须清除掉,以保证钢材表面只覆盖着一层薄薄的、均匀的和连续的釉浆。影响搪瓷质量的因素很多,如釉浆的粘度,钢材的预处理,金属表面的密着性,焊接的质量以及内胆的构造等。湿法涂搪在美国较为流行。
干法则以静电喷涂为主。静电喷涂与湿法系统相比,有许多的优点。它降低了成本,节约了能量,材料利用率可达到97%。此外,它还减少了对环境的污染。目前,欧洲一些大型热水器制造商基本上全部采用静电喷涂法。
大部分热水器制造商只喷一层瓷釉。只有对一些温度和压力条件较为苛刻的用途,如水槽,才采用两层喷涂。有的则采用在一种特殊的预涂层上覆盖瓷釉。

七、搪烧
搪瓷在700℃ 时, 开始融化并形成瓷层。搪烧温度一般保持在830-860℃之间,时间为7-15分不等。烧红的内胆从炉中被取出,并逐渐冷却至室温。通常搪烧过程是连续的,并且可以再重复一次,以形成第二层搪瓷。甚至重复多次,以获得苛刻的应用条件下所需的多层搪瓷。

八、热水器内胆常见的缺陷
搪瓷并不是没有缺陷的,要不然就没有必要进行阴极腐蚀保护。图四 表示了一些搪瓷缺陷,如鱼鳞爆、剥瓷、内部夹杂以及针孔等。要注意搪瓷“缺陷”和“隐性缺陷”是有区别的。根据有关标准,这两种缺陷的定义如下:
缺陷: 深达金属基材的搪瓷缺陷(如针孔、裂口、裂纹和剥瓷)。 缺陷通常都是导电的,消耗保护电流。
隐性缺陷: 隐性缺陷是搪瓷内部富含金属氧化物的斑点。其外观是一些深棕色和黑色的圆点。隐性缺陷有可能导电,有可能消耗保护电流。



九、热水器检测标准及要求
项目 要求 标准
钢板质量 一侧无鱼鳞爆 DIN1623/3 冷轧钢板
DIN17100,EN10209其它钢板
瓷层厚度 0.15mm—0.50mm,如用两层瓷釉,底釉<0.2mm, 面釉<0.15mm DIN4735/3,ISO2178
缺陷,如焦边,点,孔,裂纹等 根据DIN4753/3或根据协议 DIN4753/3,
DEZ-MB7.19,或根据协议
密着性 钢板<2mm,2级
钢板>2mm,好 DEZ-MB7.10.3,EN10209, DEZ-MB7.10.4
抗冲击
24小时后,无>1.5mm直径损伤 DIN51155
抗热急变性 200C°,5 周期 DEZ-MB7.12.1
化学稳定性
自来水 根据协议 DEZ-MB7.3.3
沸水失重 <3.5g/m2 ISO2744,DIN4753/3
水蒸汽 根据协议 ISO2744
冷柠檬酸 A级 ISO2722
沸腾柠檬酸 根据协议 ISO2742
冷盐酸 A级(10%HCl,1 Hour) ISO2722,DIN4753/3
焦磷酸纳 <20g/m2 DEZ-MB7.4.4
生理要求 极限DIN51032 DIN51031

十、质量检测
11.1 搪瓷的厚度
搪瓷的厚度与采用的工艺有关。无论采用单层还是双层搪瓷工艺,搪瓷的厚度应在0.15-0.5mm 之间。 瓷层应均匀、连续。通常采用小型手提仪器测量搪瓷的厚度。厚度的测量应取十个以上的数据的平均值,测量数据应包括内胆和胆盖。 如不符合规定, 则评为不合格。
11.2 密着性
这是衡量搪瓷质量的一个很重要的指标。在进行破坏性试验的情况下,要求不能有金属表面暴露出来,既必须仍有搪瓷覆盖在金属表面上。好的搪瓷工艺的密着性强度可达100N/mm2, 常用的检验方法是锤击法(EN10209)。
11.3 抗冲击性
对搪瓷试件施加10N冲击力,试件表面搪瓷损坏的面积不超过f1.5mm(DIN51155)。
11.4 抗热急变
抗热急变的试验方法是将搪瓷重复5次,从200℃ 降止15℃,然后观察其表面是否有肉眼可见的损坏。试验必需用3块面积在100cm2以上的试件。
11.5 压力试验
热水器中冲满热水后,加压,压力至少为1.3xP 的压力(P为操作压力)。从0 到 P增压,不应少于15秒,从P 到测试压力,不超过5秒,测试压力至少维持15分种。整个过程重复两次。如果热水器能承受12巴压力,评为合格。
11.6 可接受的搪瓷缺陷总面积
隐性缺陷:只允许在边缘和焊缝处存在,而且隐性缺陷的部位与边缘和焊缝的距离不得大于2mm, 每平方米搪瓷表面隐性缺陷的总面积不得大于20平方厘米。
缺陷:每平方米搪瓷表面缺陷的总面积不得大于7平方厘米。
11.7化学性能
11.7.1 耐沸水
根椐DIN-ISO2744,试验方法如下:
去离子水: 导电率1ms/m
水温:微沸
试样:3片,瓷层厚度>0.25mm, 钢片厚度<2mm
试验时间:6周
步骤:
星期1-5: 每天换水一次
星期6-7: 不换水
三周后: 取出试样,清洁,干燥,称重。
重复以上三周过程一次。
试验结束后,搪瓷的质量损失不能大于3.5g/m2
11.7.2 耐冷酸
用柠檬酸水溶液(ISO2722)或盐酸(DIN4753)水溶液,滴在搪瓷试样上,室温1小时后,检查表面腐蚀情况, 根据分级标准给与评级。通常FERRO搪瓷能达到A 级(良好)--AA级(优)。
11.7.3 生理无害性 
由于水可以饮用, 因此,搪瓷不能含对人体有害的物质。各国的饮用水有不同的标准,对从搪瓷析出到水中的有害物质如铅、镉、砷、锑等都有一定的要求。

十二.质量控制---标准保护电流
虽然搪瓷可以防护腐蚀,但是不可避免的是搪瓷总还是存在某些不连续处,或者缺陷。为了提高热水器的寿命,50年代在美国已采用用镁阳极来保护热水器。 这项技术今已成熟, 因此热水器制造商常用标准保护电流来评价自己产品的质量。
12.1试验方法及评价
试验镁阳极棒直径为20-33mm。镁阳极棒采用绝缘安装。试验时,外接1.5V电源。将正电压加到镁阳极棒上,内胆带负电。2分钟后,测量线路中的电流和压降, 并用下列
公式计算保护电流(mA/m2)的数值:

IM U0 ms
iN= . 
AK UM.f(G).f(K) mR

式中: IM所测电流
f(G) 、f(K)校正系数
U0基准电压,1.5V
UM所测电压
ms标准阳极重量,(200g/m2)
mR测试阳极重量
在有关标准中,已对标保准保护电流的最大数值作了规定:
单层搪瓷 双层搪瓷 
最大保护电流 22.5mA/m2 15.5mA/m2 

12.2 注意事项:
由于试验外加了一个电压源,因此测量是在阴极被充分保护的范围内进行的。此试验所得到的保护电流只是一个相对值,不是反映了实际的搪瓷缺陷和隐性缺陷的大小。因此,不能用计算的保护电流来代替实际的保护电流, 当然,也不能否认,标准保护电流与实际搪瓷缺陷和隐性缺陷的相关性。目前, 许多热水器制造商已用此法来检测搪瓷工艺的质量和稳定性。通常采用抽检的方法,如一班抽查一个,一百只内胆抽查一个。

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