热水器水箱焊接现状的研究.doc

热水器水箱焊接现状的研究石南辉（哈尔滨华德学院 焊接教研室 黑龙江 哈尔滨 150025）摘 要：对各种热水器水箱（俗称内胆）的材质及所采用的焊接工艺方法进行介绍，对燃气热水器水箱、太阳能热水器水箱、电热水器水箱及热泵热水器水箱的材质及焊接方法进行介绍,其中重点对太阳能热水器水箱和电热水器水箱的焊接工艺加以论述，希望能为大家了解热水器水箱的制造提供借鉴。关键词： 燃气热水器；电热水器；太阳能热水器；空气能热泵热水器；水箱；内胆；焊接 The present situation of the water heater tank welding researchShi Nan-hui(Harbin institute of huade The welding conditions Heilongjiang Harbin 150025)Abstract: For a variety of the water heater tank (commonly known as the tank) material and welding technology adopted by the method are introduced, For gas water heater tank/ The solar water heater tank/Electric water heater tank and Heat pump water heater tank The material and welding method are introduced, Which focus on the solar water heater tank and electric water heater tank welding process, I hope for you to understand the water heater tank manufacturing for reference.Keywords: Water heater burning gas; Electric water heater; The solar water heater; Air can heat pump water heater; The water tank; The tank; welding0 前言热水器，顾名思义就是一种提供热水的装置。从加热方式上热水器大致可以分成两种即热式热水器、储热式热水器。现在市面上的热水器主要有燃气热水器、太阳能热水器、电热水器及空气能热泵热水器等。其中，太阳能热水器、电热水器以及空气能热泵热水器均为储热式的热水器；燃气热水器是典型的即热式热水器，快热式电热水器也属于即热式热水器。燃气热水器的水箱(即热交换器部分)材质有铝合金和纯铜两种。太阳能热水器的水箱（俗称内胆）也有两种情况，一般非承压式太阳能热水器水箱材质为奥氏体不锈钢；承压式太阳能热水器水箱材质为低碳钢焊后搪瓷，此外也有一部分为奥氏体不锈钢材质，近年来还出现了纳米高分子材料（纳米聚丙烯改性树脂）内胆。电热水器水箱材质多为低碳钢（冷轧钢板）焊后搪瓷（青岛海尔电热水器内胆用热轧酸洗钢RST330）、奥氏体不锈钢和热浸锌水箱，此外还出现了电热水器专用水晶内胆（水晶内胆是将内胆的承压层、防漏层分离设计又有机结合而成的内胆其承压层采用1.2mm 2.0mm厚冷轧钢板制作防漏层采用4.0mm 特殊合成高分子材料经过钢晶一体化工艺将整个内胆表面及开口处浑然一体无任何焊缝从而真正形成没有焊缝的内胆。由于其形成后的颜色一般为白玉色类似于水晶所以称为水晶“内胆”。“水晶”是一种特殊合成高分子材料这种与一般人所知的工程塑料如ABC、聚碳酸有天壤之别它具有超长的综合能力而且在100以下几乎不溶于任何溶剂(如酒精、汽油、甲醇、强酸、强碱), 所以其防垢效果尤为出众。但其形成工艺要求较高，对制作工艺的每一个过程均要求加以严格控制）。空气能热泵热水器水箱主要分为承压式和非承压式。其中承压水箱主要有不锈钢承压水箱和搪瓷承压水箱两种，目前空气能热泵热水器市场上绝大部分产品采用的是不锈钢水箱。各种热水器水箱（内胆）一般均需要进行焊接（除纳米高分子材料），只是所采用的焊接工艺方法不同而已。1 燃气热水器水箱制焊接工艺燃气热水器由壳体、热交换器系统、燃气系统、水路系统、排烟系统和安全自动控制系统组成。其中热交换器（俗称水箱）主要由燃烧室、换热器两部分组成。主要作用是提供热水器燃气燃烧所需要的空间是热水器的核心部件，主要作用是将热水器燃气燃烧释放的热量通过热交换过程，将热交换器内流动的冷水，加热到用户所需要的温度。热交换器（水箱）的材质一般为铝合金或纯铜，材质为铝合金的热交换器（水箱）一般采用连续钎焊技术进行焊接；材质为纯铜的热交换器（水箱）一般采用铜浸锡铅技术进行焊接。2 太阳能热水器水箱焊接工艺2.1 太阳能热水器水箱简介一个典型的太阳能热水器由太阳能集热器和储水箱组成。太阳能热水器储水箱主要有两种形式：一种是非承压式的水箱，另一种是承压形式的水箱。非承压式水箱主要材质为奥氏体不锈钢，牌号主要为SUS304，采用的焊接工艺主要是氩弧焊和电阻焊。承压式水箱的材质主要有低碳钢和不锈钢两种；其中低碳钢（牌号为Q235A）材质，采用的焊接工艺主要是CO2气体保护焊，焊后对水箱内部进行搪瓷处理；不锈钢材质主要是奥氏体不锈钢（主要牌号SUS304、SUS316、SUS304L和SUS316L等）和铁素体不锈钢（主要牌号SUS444），不锈钢材质水箱主要采用氩弧焊焊接方法，低碳钢材质水箱多采用CO2气保焊进行焊接。其中电阻焊采用搭接接头和卷边接头形式；氩弧焊和CO2气保焊采用I型坡口或V型坡口。此外还有纳米高分子材料水箱是一次整体成形技术。2.2 太阳能热水器水箱焊接工艺太阳能热水器水箱的焊接主要涉及电阻焊和钨极氩弧焊两种焊接方法。无极氩弧焊又有自动和手工两种，其中自动钨极氩弧焊只是用于内胆筒体纵缝的焊接，坡口形式为I形对接，此时要求对口间隙非常严格且坡口处的焊前清理要求也非常严格，而且焊缝坡口边不能有飞边毛刺等缺陷（即要求上道工序剪板下料要有足够高的精度，普通剪板机很难达到要求），否则焊接过程中会烧穿，造成焊接质量缺陷，返修量大，且造成了质量隐患。在实际生产过程中没有很好推广使用。逐渐被后来的质量好、成本低、效率高电阻焊所替代；手工钨极氩弧焊主要是用在内胆筒体与端盖及水箱水嘴的焊接，因其设备投资少，操作灵活等特点，在最初太阳能热水器储水箱内胆焊接过程中得到了很好的推广，但其生产效率低，成本高、焊接质量受人为因素影响较大等缺点，以及电阻缝焊的突出优点，内胆筒体与端盖环焊缝焊接也逐渐由电阻缝焊所替代。最后形成了现在完全由电阻焊焊接热水器内胆的制造工艺。2.2.1电阻焊工艺电阻焊在热水器水箱制造中应用主要是点焊和缝焊。点焊主要是用在热水器水箱附件的点焊和内胆内盖的点焊定位等。缝焊主要是热水器水箱内胆的纵焊缝焊接和内胆与端盖的焊环缝焊接，水箱环缝焊接设备如图1所示，水箱纵缝焊接设备如图2所示，水箱纵缝定位点焊如图3所示，水箱纵缝焊接如图4，水箱环缝焊接如图5所示，太阳能热水器集成化自动化焊接专用机械如图6所示。1） 电阻缝焊工艺参数，见表1表1 电阻缝焊工艺参数搭接量（mm）电极端面宽度（mm）电极压力（kN）焊接时间与休止时间比值焊接电流（kA）焊接速度（mm/min）6.08.04.05.03.55.01.25:12:16.07.570100电阻缝焊主要用于水箱内胆纵焊缝、环焊缝的焊接及水箱内胆机械化生产线的应用焊接等。2）焊接工艺要点a) 电极表面要保持清洁，电极接触面宽度尺寸要保证，要经常修磨（可采用车床车削或板锉锉削）。b) 奥氏体不锈钢电焊焊接过程中要采取强制水冷措施，对焊接电极及焊接质量都是有好处的。c) 焊缝搭接位置及周围10mm范围内要清理干净，保证无油污、杂物等，最好用丙酮或酒精进行清洗。d) 每次正式焊接产品焊缝前，均应对焊接规范进行验证，即检验试板焊接质量是否满足质量要求，主要是进行手工撕裂试验。 图1水箱环缝焊接设备 图2水箱纵缝焊接设备 图3水箱纵缝定位点焊 图4水箱纵缝焊接 图5水箱环缝焊接 图6太阳能热水器集成化 自动化焊接专用机械2.2.2 钨极氩弧焊工艺1）手工钨极氩弧焊工艺参数，见表2表2 手工钨极氩弧焊工艺参数焊接设备电源极性钨极直径（mm）焊接电压（V）焊接电流（A）氩气流量（L/min）手工脉冲钨极氩弧焊直流正接2.0912V60901015手工钨极氩弧焊（TIG）主要用于补焊或水嘴的角焊缝焊接，一般不进行根部保护。2）自动钨极氩弧焊工艺参数,见表3 表3 自动钨极氩弧焊工艺参数焊接设备电源极性钨极直径（mm）焊接电压（V）焊接电流（A）焊接速度（mm/min）氩气流量（L/min）保护气体纯度脉冲焊接直缝专用设备直流正接2.0912V6090507081299.95%Ar自动钨极氩弧焊主要用于水箱纵缝焊接及承压水箱水嘴的焊接等，纵缝自动钨极氩弧焊如图7所示，水嘴自动钨极氩弧焊如图8所示。图7 纵缝自动钨极氩弧焊 图8 水嘴自动钨极氩弧焊3 电热水器水箱焊接工艺3.1 电热水器水箱简介电热水器水箱材质主要是低碳钢（冷轧钢板）、不锈钢和热轧酸洗钢RST330，与太阳能承压热水器水箱材质类似。低碳钢（冷轧钢板）和热轧酸洗钢RST330一般采用CO2气体保护焊焊接工艺，其纵缝坡口型式为I型对接坡口，环峰为带衬垫I型对接坡口，焊后对水箱内部进行搪瓷处理。不锈钢材质主要有奥氏体不锈钢（主要牌号SUS304、SUS316、SUS304L和SUS316L等）和铁素体不锈钢（主要牌号SUS444），个别奥氏体不锈钢板材厚度仅为1.5mm，焊接方法一般采用熔化极氩弧焊（MIG），小批量也有采用手工钨极氩弧焊手动填丝；铁素体不锈钢采用的焊接方法与奥氏体不锈钢相同；坡口形式一般采用V型坡口。3.2 电热水器水箱工艺电热水器储水箱内胆Q235A钢板的焊接采用的多为CO2气体保护焊，其纵焊缝坡口型式为I型对接坡口，环焊缝带衬垫I型对接坡口。1）CO2气体保护焊工艺参数，见表4表4 CO2气体保护焊工艺参数焊接设备电源极性焊接材料/规格（mm）焊接电压（V）焊接电流（A）焊接速度（mm/min）干伸出长度（mm）气体流量（L/min）保护气体纯度CO2气体保护焊机直流反接H08MnA/0.81822V80120192181381299. 5% CO2 CO2气体保护焊主要用于电热水器水箱内胆和太阳能承压水箱内胆材质为碳钢的纵缝、环缝焊接及水嘴的焊接等，CO2气体保护焊设备如图9所示，CO2气体保护焊环缝焊如图10 所示。图9 CO2气体保护焊设备 图10 CO2气体保护焊环缝焊2）钨极氩弧焊工艺电热水器储水箱内胆不锈钢板的焊接采用熔化极氩弧焊（MIG），其纵焊缝和环焊缝坡口型式均为I型对接坡口。表5 熔化极氩弧焊工艺参数焊接设备电源极性焊接材料/规格（mm）焊接电压（V）焊接电流（A）焊接速度（mm/min）干伸出长度（mm）氩气流量（L/min）保护气体纯度熔化极氩弧焊机直流反接ER316/0.81822V80120192181381299.95%熔化极氩弧焊主要用于电热水器水箱内胆和太阳能承压水箱内胆材质为不锈钢的纵缝、环缝焊接等，熔化极氩弧焊焊接环缝如图11所示，自动钨极氩弧焊焊接水嘴如图12所示。 图11 熔化极氩弧焊焊接环缝 图12自动钨极氩弧焊焊接水嘴4 空气能热泵热水器水箱的焊接工艺空气能热泵热水器水箱主要分为承压式和非承压式。承压式水箱主要是面对家庭自来水供水系统，借用自来水的压力提供动力供水。其内胆为一个密闭的容器，当用户关闭用水阀门时，水箱内需要承受自来水管网的压力，在热水器加热时承受更高的压力。非承压式主要应用于需求水容积较大的场所，水箱内胆和大气有连通，内胆并非密闭的容器，供水需要另外增加动力例如水泵等。因此，承压式水箱对内胆的质量要求更高，本文主要讨论承压式水箱。其中承压水箱主要有不锈钢承压水箱和搪瓷承压水箱两种，目前热泵热水器市场上绝大部分产品采用的是不锈钢水箱。不锈钢承压水箱的材质与电热水器和承压式太阳能热水器的材质类似。不锈钢材质主要有奥氏体不锈钢（主要牌号SUS304、SUS316、SUS304L和SUS316L等）和铁素体不锈钢（主要牌号SUS444）；低碳钢牌号主要是Q235A。不锈钢材质水箱的焊接多采用氩弧焊进行焊接，低碳钢材质水箱多采用CO2气保焊进行焊接，坡口形式多为V型坡口。 5 结语热水器水箱的种类很多，制造工艺差别也较大，焊接工艺也不相同，但焊接主要工艺是钎焊技术、电阻焊、非熔化极气体保护焊（TIG焊）和熔化极气体保护焊（CO2气保焊和MIG焊）为主要形式。其中太阳能热水器水箱薄板主要采用电阻焊，厚板主要采用熔化极气体保护焊（CO2气保焊和MIG焊）；电热水器水箱、空气能热泵热水器水箱多采用熔化极气体保护焊（CO2气保焊和MIG焊），个别小批量生产采用手工钨极氩弧焊手动填丝进行焊接；而燃气热水器水箱采用钎焊技术。随着技术的发展，相信焊接新技术和新工艺也会很快应用到热水器水箱的制造中的。参考文献1. 许忠良.浅谈空气能热水器的应用J.工程与建设2012,26(2):227-228.231.2. 胡连利. 纳米高分子材料太阳能热水器内胆问世J.塑料包装， 2013，24（3）:15-16. 3. 麦子.电热水器专用水晶内胆J.现代家电， 2004，18:55.4. 秦付军,黄惟公,邓成忠.电热水器内胆总成双环缝自动焊机及其控制系统J.四川工业学院学报，1998，17（3）:54-56.5. 谭光明.快热式电热水器内胆的全自动焊接技术J.家电科技，2006，10:14.6. 宋贵亮,张玮, 刘兴国,宫涛,蔡光起.热水器内胆自动焊接线的研制J.机械工程师，2000，7:13-15.7. 张慧宝.浅谈热水器的内胆J.家用电器，2002，1:25.8. 李纲.浅谈热泵热水器冷凝水罐J.家电科技，2008，3:40-43.9. 雍文涛.热泵热水器不锈钢水箱内胆材料分析J.家电科技，2012，12:87-89.10. 林克伟,赵巧良,徐文琴.太阳能保温水箱内胆A焊缝的焊接J.热加工工艺，2012，41（13）:229-231.11. 石南辉，杨德云，吴奔，郝亮. 焊接在太阳能热水器水箱制造中的应用J.中国太阳能工程，2013，5:53-54.作者简介石南辉（1973-10-24），男 黑龙江哈尔滨双城人 工程师 国际焊接工程师，工学学士 主要从事焊接生产工艺方面的研究及教学科研工作。电话：[phone]；邮箱：shinanhui；