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熱水器內膽涂搪技術及設備

熱水器承壓內膽涂搪技術及設備

      搪瓷常用于提供一個良好防腐性能來抵抗暖水器和電加熱/太陽能加熱的熱水器內膽的開水。選擇搪瓷原因主要是相比于其它涂料噴涂基底有更長的使用壽命和良好的性價比;搪瓷內膽是目前市場上相對先進的一種內膽,在承壓抗酸堿、耐腐蝕方面具備相應的優勢。
      搪瓷是一種將無機玻璃質材料的瓷釉通過熔融凝于基本金屬上并與金屬緊密結合在一起的一種復合材料。因為需要將一種材質熔凝于另一種材質之上,選用的板材為特種搪瓷鋼板,其含碳量低、組織金相、表面狀況及力學性能都滿足搪瓷的特殊要求,其屈服度達340MPa,膨脹系數和搪瓷層相近甚至相同,這樣,水箱在不斷的冷熱交替變化過程中,內膽搪瓷表面依然不會出現裂紋和脫瓷現象。搪瓷粉主要由三部分組成:礦物原料、化工原料和色素原料。三部分原料需經工藝師精密地配比后方進行磨球、涂搪,然后經860度左右的高溫熔融并經過急驟的冷卻成硼硅酸鹽玻璃質。
在搪瓷階段,采用一次性整體涂搪技術,可選用上海良時領先的噴搪與滾搪設備,在搪瓷工段搪瓷漿料的配制、涂搪以及烘干燒結這三道工序中,每道工序中對于參數的把握都要非常嚴格。

 

承壓內膽自動粉末噴搪生產線 承壓內膽自動粉末搪瓷噴涂系統
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海爾熱水器承壓內膽噴搪自動生產線 海爾熱水器承壓內膽滾搪系統設備
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熱水器承壓內膽噴砂涂搪系統設備成功合作伙伴:
海爾Haier集團 浙江帥康集團 江蘇邁能高科Gomon(光芒)
南京O.A史密斯熱水器 江蘇華揚太陽能熱水器
海外成功項目工程:
出口格魯及亞熱水器內膽噴砂涂搪生產線
出口越南熱水器內膽噴砂涂搪生產線
出口印度熱水器內膽噴砂涂搪生產線
出口新加坡熱水器內膽噴砂涂搪生產線

 

 

 

 

搪瓷熱水器

 

一、簡介
搪瓷熱水器內膽在50年前起源于美國。在歐洲, 尤其是德國,搪瓷內膽熱水器的生產始于60年代。但只有當搪瓷內膽與犧牲陽板結合之后,才確立了它在應用領域中的地位。熱水器的容量可以小到15立升,大至4000立升,大致分為美式和歐式二種,其主要區別在于內膽的設計。
我國近幾年來,在熱水器生產中,采用搪瓷內膽的日益增多。搪瓷內膽由于其在防腐方面的優越性能,正在取代其它內膽而成為熱水器內膽的主力。

二、熱水器搪瓷工藝
表1簡要地說明了熱水器搪瓷內膽的生產工藝。下面將分別介紹在整個流程中各個步驟的主要特點。


三、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)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,以上三類鋼板的主要化學成分和機械性能部分數據如下:
種類
鋼號 化學成分% 機械性能(N/mm2) 備注
C Mn 屈服強度 抗拉強度 
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區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,涂搪瓷面焊縫區經搪瓷燒成后,組織基本正常。隨著科學技術的飛速發展,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。

五、預處理
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。

六、涂搪
常規的熱水器的涂搪通常有兩種:濕法和干法。
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,有許多的優點。它降低了成本,節約了能量,材料利用率可達到97%。此外,它還減少了對環境的污染。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。

七、搪燒
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。

八、熱水器內膽常見的缺陷
搪瓷并不是沒有缺陷的,要不然就沒有必要進行陰極腐蝕保護。圖四 表示了一些搪瓷缺陷,如魚鱗爆、剝瓷、內部夾雜以及針孔等。要注意搪瓷“缺陷”和“隱性缺陷”是有區別的。根據有關標準,這兩種缺陷的定義如下:
缺陷: 深達金屬基材的搪瓷缺陷(如針孔、裂口、裂紋和剝瓷)。 缺陷通常都是導電的,消耗保護電流。
隱性缺陷: 隱性缺陷是搪瓷內部富含金屬氧化物的斑點。其外觀是一些深棕色和黑色的圓點。隱性缺陷有可能導電,有可能消耗保護電流。



九、熱水器檢測標準及要求
項目 要求 標準
鋼板質量 一側無魚鱗爆 DIN1623/3 冷軋鋼板
DIN17100,EN10209其它鋼板
瓷層厚度 0.15mm—0.50mm,如用兩層瓷釉,底釉<0.2mm, 面釉<0.15mm DIN4735/3,ISO2178
缺陷,如焦邊,點,孔,裂紋等 根據DIN4753/3或根據協議 DIN4753/3,
DEZ-MB7.19,或根據協議
密著性 鋼板<2mm,2級
鋼板>2mm,好 DEZ-MB7.10.3,EN10209, DEZ-MB7.10.4
抗沖擊
24小時后,無>1.5mm直徑損傷 DIN51155
抗熱急變性 200C°,5 周期 DEZ-MB7.12.1
化學穩定性
自來水 根據協議 DEZ-MB7.3.3
沸水失重 <3.5g/m2 ISO2744,DIN4753/3
水蒸汽 根據協議 ISO2744
冷檸檬酸 A級 ISO2722
沸騰檸檬酸 根據協議 ISO2742
冷鹽酸 A級(10%HCl,1 Hour) ISO2722,DIN4753/3
焦磷酸納 <20g/m2 DEZ-MB7.4.4
生理要求 極限DIN51032 DIN51031

十、質量檢測
11.1 搪瓷的厚度
搪瓷的厚度與采用的工藝有關。無論采用單層還是雙層搪瓷工藝,搪瓷的厚度應在0.15-0.5mm 之間。 瓷層應均勻、連續。通常采用小型手提儀器測量搪瓷的厚度。厚度的測量應取十個以上的數據的平均值,測量數據應包括內膽和膽蓋。 如不符合規定, 則評為不合格。
11.2 密著性
這是衡量搪瓷質量的一個很重要的指標。在進行破壞性試驗的情況下,要求不能有金屬表面暴露出來,既必須仍有搪瓷覆蓋在金屬表面上。好的搪瓷工藝的密著性強度可達100N/mm2, 常用的檢驗方法是錘擊法(EN10209)。
11.3 抗沖擊性
對搪瓷試件施加10N沖擊力,試件表面搪瓷損壞的面積不超過f1.5mm(DIN51155)。
11.4 抗熱急變
抗熱急變的試驗方法是將搪瓷重復5次,從200℃ 降止15℃,然后觀察其表面是否有肉眼可見的損壞。試驗必需用3塊面積在100cm2以上的試件。
11.5 壓力試驗
熱水器中沖滿熱水后,加壓,壓力至少為1.3xP 的壓力(P為操作壓力)。從0 到 P增壓,不應少于15秒,從P 到測試壓力,不超過5秒,測試壓力至少維持15分種。整個過程重復兩次。如果熱水器能承受12巴壓力,評為合格。
11.6 可接受的搪瓷缺陷總面積
隱性缺陷:只允許在邊緣和焊縫處存在,而且隱性缺陷的部位與邊緣和焊縫的距離不得大于2mm, 每平方米搪瓷表面隱性缺陷的總面積不得大于20平方厘米。
缺陷:每平方米搪瓷表面缺陷的總面積不得大于7平方厘米。
11.7化學性能
11.7.1 耐沸水
根椐DIN-ISO2744,試驗方法如下:
去離子水: 導電率1ms/m
水溫:微沸
試樣:3片,瓷層厚度>0.25mm, 鋼片厚度<2mm
試驗時間:6周
步驟:
星期1-5: 每天換水一次
星期6-7: 不換水
三周后: 取出試樣,清潔,干燥,稱重。
重復以上三周過程一次。
試驗結束后,搪瓷的質量損失不能大于3.5g/m2
11.7.2 耐冷酸
用檸檬酸水溶液(ISO2722)或鹽酸(DIN4753)水溶液,滴在搪瓷試樣上,室溫1小時后,檢查表面腐蝕情況, 根據分級標準給與評級。通常FERRO搪瓷能達到A 級(良好)--AA級(優)。
11.7.3 生理無害性 
由于水可以飲用, 因此,搪瓷不能含對人體有害的物質。各國的飲用水有不同的標準,對從搪瓷析出到水中的有害物質如鉛、鎘、砷、銻等都有一定的要求。

十二.質量控制---標準保護電流
雖然搪瓷可以防護腐蝕,但是不可避免的是搪瓷總還是存在某些不連續處,或者缺陷。為了提高熱水器的壽命,50年代在美國已采用用鎂陽極來保護熱水器。 這項技術今已成熟, 因此熱水器制造商常用標準保護電流來評價自己產品的質量。
12.1試驗方法及評價
試驗鎂陽極棒直徑為20-33mm。鎂陽極棒采用絕緣安裝。試驗時,外接1.5V電源。將正電壓加到鎂陽極棒上,內膽帶負電。2分鐘后,測量線路中的電流和壓降, 并用下列
公式計算保護電流(mA/m2)的數值:

IM U0 ms
iN= . 
AK UM.f(G).f(K) mR

式中: IM所測電流
f(G) 、f(K)校正系數
U0基準電壓,1.5V
UM所測電壓
ms標準陽極重量,(200g/m2)
mR測試陽極重量
在有關標準中,已對標保準保護電流的最大數值作了規定:
單層搪瓷 雙層搪瓷 
最大保護電流 22.5mA/m2 15.5mA/m2 

12.2 注意事項:
由于試驗外加了一個電壓源,因此測量是在陰極被充分保護的范圍內進行的。此試驗所得到的保護電流只是一個相對值,不是反映了實際的搪瓷缺陷和隱性缺陷的大小。因此,不能用計算的保護電流來代替實際的保護電流, 當然,也不能否認,標準保護電流與實際搪瓷缺陷和隱性缺陷的相關性。目前, 許多熱水器制造商已用此法來檢測搪瓷工藝的質量和穩定性。通常采用抽檢的方法,如一班抽查一個,一百只內膽抽查一個。

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滬公網安備 31012002002175號