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摘要：随着热水器产品技术的逐渐成熟、成本显著下降，人们低碳环保、便捷经济的意识逐渐提升，太阳能热水器、电加热热水器的保有量逐年增加。其中不锈钢内胆是热水器承压承热的核心部件，是热水器产品的主要零部件，具有使用周期长、保温效果良好等特点，但工作环境一般较为恶劣。因此在产品制造过程中，应该采用好的原材料、优良的制造工艺来提升内胆的使用周期、保温效果及安全性。在传统的焊接工艺中，不锈钢内胆在使用过程中的主要的问题在于焊接处的腐蚀，严重影响了内胆的保温效果、使用周期及安全性，是制约整个水箱寿命的短板，严重影响了热水器内胆的使用和发展。因此本文着重从热水器内胆的构造及焊接工艺出发，对热水器内胆的焊接工艺作了相关的比较，使得热水器内胆的使用寿命、保温效果得到了大幅度的提高，取得了良好的效果。
关键字：内胆结构，焊接，腐蚀，防护
1、热水器内胆现状
国内各种类型的热水器如太阳能热水器、电热水器、空气能热水器等相继从70年代开始出现，上述热水器的原理都是利用（逆）卡诺循环原理[1，2]，均遵循能量守恒原则，将太阳能、电能或者环境中的能量从环境中转移到水中从而达到加热水的目的。上述各类型的热水器能量获取途径不一，各有优缺点，因此在采用加热方式时应该结合实际环境及需求，但上述共同的保温装置—内胆是贮水、加热的关键配件，一般由不锈钢材料制成。内胆的制造要考虑制造技术条件的限制、外形设计的需求，一般情况下存在两段式或三段式内胆设计，在制造工艺中难免需要焊接等工艺，外加原材料的控制环境不够严谨，内胆存在一定的泄漏风险[3]。
其一，考虑到保温水箱内胆的加工工艺、保温承压、成本等需求，在选材上往往以传统304奥氏体不锈钢为主。304不锈钢本身虽然以具备良好的耐腐蚀特性，但是我国不锈钢生产商的生产能力、技术水平、企业管理参差不齐，板材在大量生产过程中存在质量不合格的情况。
其二，由于受到壁厚和焊接设备等操作条件的影响，在薄板筒状的环缝焊接工艺中会存在两个普遍性的技术难点：（1）板材太薄外加容易变形，避免在高温焊接时对内胆板材的破坏，在实际生产过程中一般采用搭接接头形式实现环缝焊接。搭接接头的处理方式往往存在接头焊接缝隙，后期使用过程中，水会穿过缝隙，造成钢材腐蚀，会显著降低热水器内胆的使用寿命。（2）薄壁内胆板材的环缝焊接，特别是密闭容器的端盖和桶身段的焊接，在操作过程中很难快速实现焊缝背面冷却，使得背面的氧化现象明显。因此，环缝焊接接头是导致整个内胆容器寿命缩短的致命原因。
2、内胆腐蚀情况分析
不锈钢表面上自身存在钝化膜，本身具备一定的防腐特性，因此钝化膜性能及完好程度不锈钢耐腐蚀性能的重要保障。不锈钢材质的不同缺陷所呈现的主要腐蚀形态也各不相同，材质固溶状态不良时，晶间有碳化物析出，易造成晶间腐蚀；因夹杂及夹渣而产生的焊缝渣岛易诱发焊接点腐蚀；而不锈钢表面氧化薄膜的缺陷（如加工过程导致的氧化层刮伤）将使表面钝化膜破损，使腐蚀现象加剧。
漏点分布统计数据更确切的印证了上述结论。从市场调研的数据来看，某批次失效的内胆水箱漏点分布数据表明，发生泄漏的不锈钢内胆当中，一方面漏点分布在各焊缝和焊缝热影响区的总泄漏数目占比達到了98%，内胆其他部位的占比仅1%，焊接点及周边区域成为主要的漏点位；另一方面，背面保护和冷却措施没有或者处理不当的环缝焊接位置占泄漏总数的80%以上，直焊上的漏点约占20%；此外，从漏点分布在水箱的区域来看，热水器内胆上半部位的高温区漏点总数比重最大，达到了50%，中部占比将近30%，下部占比较少，约为20%。内胆腐蚀的原因复杂多样，但与焊接环节有着显著联系，因此设计、制造合理的内胆结构，较少使用焊接处理技术，减少因存在的焊接点而导致腐蚀现象，有利于热水器内胆后期的防护处理及使用寿命的延长。
3、热水器内胆结构、焊接工艺对腐蚀的影响
现行的热水器内胆结构主要有两段式（直接冲压成型，中间焊接）热水器内胆和三段式（中间卷接，两段弧形部分焊接）两种结构设计。三段式结构设计中存在两个端点的焊接处理及中间卷接操作，容易形成焊接点腐蚀及接触点腐蚀；两段式设计的内胆焊接面积小、加工工艺简单快捷。除去成本降低外，内胆不易腐蚀、不易漏水，在防腐能力、使用安全性及寿命上有不小优势。
结合常见的2.0mm不锈钢焊接作业指导规范，优化部分工艺参数，对峰值、基值、占空比、频率、焊速、钨针角度的调整，得到在最小热输入的条件下最佳的有效焊缝熔深最佳的工艺组合，使得焊接面积最小、对内胆外层的氧化层损失最小，最大限度的降低焊接工藝对内胆材料的影响。
考虑到板材的厚度及易加工成型的特点，在生产常采用搭接接头的形式实现环缝焊接。但搭接接头会不可避免的产生结构缝隙，这样水中的氯离子、硫酸根、硝酸根等具有酸性离子容易在缝隙中富集，造成钢材接触缝隙腐蚀。环缝搭接接头的搭接形式和角度进行优化调整，增加接触部位材料间的夹角，消除水体呆滞富集的空间，尽量避免因为环缝搭接不合理而创造了缝隙腐蚀的条件。另外，在条件许可的情况下，需加快对接焊接头工艺和设备的研究，最终消除接头缝隙存在的风险。
4、改进优化及建议
耐腐蚀性作为热水器不锈钢内胆的重要性能指标，在不锈钢生产厂家及内胆生产厂家都采用了合理的生产工艺并对质量严格控制的前提下才能得以保证，从而确保广大用户在使用热水器时的安全性及可靠性，这需要各大生产厂商的不懈努力才能保证热水器内胆的质量可靠性。
首先在热水器内胆机构设计上尽可能的选用两段式结构，采用冲压成型技术，减少焊接面积，提升内胆的耐腐蚀性能，有效解决漏水等问题，显著延长使用寿命；其次在材料选用上尽量选用耐腐蚀性能好、材料结构均匀、碳含量低的不锈钢材料，如孔隙腐蚀电位在304钢种以上的材质；再次在焊接处理时，焊丝的应选择纯度高，避免夹杂的成分对环形焊接接口结构的影响，较少电化学腐蚀的影响；最后对焊接工艺中的关键参数应该严格把控，如焊接温度、表面平整度等，焊接时温度控制要得当，避免固溶体在冷却的过程中生成的晶粒过粗，出现焊接焊点凸起，合适的温度也是的焊后冷却迅速，避免碳化物受热析出，避免晶间腐蚀现象的发生。在整个加工过程中避免内胆材料表面损伤，保护材料自身的钝化膜以促进内胆的耐腐蚀能力。
参考文献
1、路琳英， 侯林岐. 空气源热泵系统在地暖中的应用[J]. 制冷与空调， 2013， 27（4）： 352-356.
2、刘志胜， 李凤凤. 热泵空调器制热量衰减以及改善措施的研究[J]. 制冷与空调， 2012， 26（1）： 24-27.
3、姜评章， 刘宝. A335P91焊接工艺优化[J]. 电力建设， 2000， （4）： 46-49.
关键字：内胆结构，焊接，腐蚀，防护
1、热水器内胆现状
国内各种类型的热水器如太阳能热水器、电热水器、空气能热水器等相继从70年代开始出现，上述热水器的原理都是利用（逆）卡诺循环原理[1，2]，均遵循能量守恒原则，将太阳能、电能或者环境中的能量从环境中转移到水中从而达到加热水的目的。上述各类型的热水器能量获取途径不一，各有优缺点，因此在采用加热方式时应该结合实际环境及需求，但上述共同的保温装置—内胆是贮水、加热的关键配件，一般由不锈钢材料制成。内胆的制造要考虑制造技术条件的限制、外形设计的需求，一般情况下存在两段式或三段式内胆设计，在制造工艺中难免需要焊接等工艺，外加原材料的控制环境不够严谨，内胆存在一定的泄漏风险[3]。
其一，考虑到保温水箱内胆的加工工艺、保温承压、成本等需求，在选材上往往以传统304奥氏体不锈钢为主。304不锈钢本身虽然以具备良好的耐腐蚀特性，但是我国不锈钢生产商的生产能力、技术水平、企业管理参差不齐，板材在大量生产过程中存在质量不合格的情况。
其二，由于受到壁厚和焊接设备等操作条件的影响，在薄板筒状的环缝焊接工艺中会存在两个普遍性的技术难点：（1）板材太薄外加容易变形，避免在高温焊接时对内胆板材的破坏，在实际生产过程中一般采用搭接接头形式实现环缝焊接。搭接接头的处理方式往往存在接头焊接缝隙，后期使用过程中，水会穿过缝隙，造成钢材腐蚀，会显著降低热水器内胆的使用寿命。（2）薄壁内胆板材的环缝焊接，特别是密闭容器的端盖和桶身段的焊接，在操作过程中很难快速实现焊缝背面冷却，使得背面的氧化现象明显。因此，环缝焊接接头是导致整个内胆容器寿命缩短的致命原因。
2、内胆腐蚀情况分析
不锈钢表面上自身存在钝化膜，本身具备一定的防腐特性，因此钝化膜性能及完好程度不锈钢耐腐蚀性能的重要保障。不锈钢材质的不同缺陷所呈现的主要腐蚀形态也各不相同，材质固溶状态不良时，晶间有碳化物析出，易造成晶间腐蚀；因夹杂及夹渣而产生的焊缝渣岛易诱发焊接点腐蚀；而不锈钢表面氧化薄膜的缺陷（如加工过程导致的氧化层刮伤）将使表面钝化膜破损，使腐蚀现象加剧。
漏点分布统计数据更确切的印证了上述结论。从市场调研的数据来看，某批次失效的内胆水箱漏点分布数据表明，发生泄漏的不锈钢内胆当中，一方面漏点分布在各焊缝和焊缝热影响区的总泄漏数目占比達到了98%，内胆其他部位的占比仅1%，焊接点及周边区域成为主要的漏点位；另一方面，背面保护和冷却措施没有或者处理不当的环缝焊接位置占泄漏总数的80%以上，直焊上的漏点约占20%；此外，从漏点分布在水箱的区域来看，热水器内胆上半部位的高温区漏点总数比重最大，达到了50%，中部占比将近30%，下部占比较少，约为20%。内胆腐蚀的原因复杂多样，但与焊接环节有着显著联系，因此设计、制造合理的内胆结构，较少使用焊接处理技术，减少因存在的焊接点而导致腐蚀现象，有利于热水器内胆后期的防护处理及使用寿命的延长。
3、热水器内胆结构、焊接工艺对腐蚀的影响
现行的热水器内胆结构主要有两段式（直接冲压成型，中间焊接）热水器内胆和三段式（中间卷接，两段弧形部分焊接）两种结构设计。三段式结构设计中存在两个端点的焊接处理及中间卷接操作，容易形成焊接点腐蚀及接触点腐蚀；两段式设计的内胆焊接面积小、加工工艺简单快捷。除去成本降低外，内胆不易腐蚀、不易漏水，在防腐能力、使用安全性及寿命上有不小优势。
结合常见的2.0mm不锈钢焊接作业指导规范，优化部分工艺参数，对峰值、基值、占空比、频率、焊速、钨针角度的调整，得到在最小热输入的条件下最佳的有效焊缝熔深最佳的工艺组合，使得焊接面积最小、对内胆外层的氧化层损失最小，最大限度的降低焊接工藝对内胆材料的影响。
考虑到板材的厚度及易加工成型的特点，在生产常采用搭接接头的形式实现环缝焊接。但搭接接头会不可避免的产生结构缝隙，这样水中的氯离子、硫酸根、硝酸根等具有酸性离子容易在缝隙中富集，造成钢材接触缝隙腐蚀。环缝搭接接头的搭接形式和角度进行优化调整，增加接触部位材料间的夹角，消除水体呆滞富集的空间，尽量避免因为环缝搭接不合理而创造了缝隙腐蚀的条件。另外，在条件许可的情况下，需加快对接焊接头工艺和设备的研究，最终消除接头缝隙存在的风险。
4、改进优化及建议
耐腐蚀性作为热水器不锈钢内胆的重要性能指标，在不锈钢生产厂家及内胆生产厂家都采用了合理的生产工艺并对质量严格控制的前提下才能得以保证，从而确保广大用户在使用热水器时的安全性及可靠性，这需要各大生产厂商的不懈努力才能保证热水器内胆的质量可靠性。
首先在热水器内胆机构设计上尽可能的选用两段式结构，采用冲压成型技术，减少焊接面积，提升内胆的耐腐蚀性能，有效解决漏水等问题，显著延长使用寿命；其次在材料选用上尽量选用耐腐蚀性能好、材料结构均匀、碳含量低的不锈钢材料，如孔隙腐蚀电位在304钢种以上的材质；再次在焊接处理时，焊丝的应选择纯度高，避免夹杂的成分对环形焊接接口结构的影响，较少电化学腐蚀的影响；最后对焊接工艺中的关键参数应该严格把控，如焊接温度、表面平整度等，焊接时温度控制要得当，避免固溶体在冷却的过程中生成的晶粒过粗，出现焊接焊点凸起，合适的温度也是的焊后冷却迅速，避免碳化物受热析出，避免晶间腐蚀现象的发生。在整个加工过程中避免内胆材料表面损伤，保护材料自身的钝化膜以促进内胆的耐腐蚀能力。
参考文献
1、路琳英， 侯林岐. 空气源热泵系统在地暖中的应用[J]. 制冷与空调， 2013， 27（4）： 352-356.
2、刘志胜， 李凤凤. 热泵空调器制热量衰减以及改善措施的研究[J]. 制冷与空调， 2012， 26（1）： 24-27.
3、姜评章， 刘宝. A335P91焊接工艺优化[J]. 电力建设， 2000， （4）： 46-49.