Материал бака и покрытия водонагревателя: что выбрать?
Сделать выбор того или иного материала и технологии изготовления бака бойлера невозможно, если не разобраться в причинно-следственных связях физических явлений, геометрии изделия и принципе его работы. Следует понимать, что бак водонагревателя работает в сложных условиях, и каждый из множества факторов оказывает негативное влияние.
В результате температурного расширения стенки емкости находятся в постоянном движении. Несмотря на то, что ее геометрические размеры изменяются на десятые доли миллиметра, этого достаточно для снижения долговечности изделия, так как этот процесс происходит на протяжении всего жизненного цикла устройства. При проектировании конструкции обязательно учитывают это обстоятельство и закладывают определенный запас прочности.
Цилиндрическая форма бака выбрана не случайно, а на основании закона Паскаля. За счет такой конфигурации влияние колебаний давления внутри емкости минимальное, так как оно равномерно распределяется по всей поверхности.
Цикличные температурные расширения и сжатия требуют от проектировщиков оптимального выбора материала. Важно, чтобы он обладал достаточной пластичностью для работы в таких условиях. При этом следует учитывать, что изделие должно отвечать определенным санитарно-гигиеническим требованиям.
Помимо всех указанных условий, нужно добиться баланса стоимости и эксплуатационных показателей. Использование дорогостоящих материалов может отпугнуть массового потребителя — тогда продукция останется невостребованной.
Наиболее полно отвечают указанным требованиям нержавеющая и более доступная углеродистая сталь. Существуют водонагреватели из экзотических и более дорогостоящих материалов, но они не могут рассматриваться как сырье для массового производства.
Основная угроза металлу – это коррозия. Безусловно, баки из нержавеющей стали в этом отношении предпочтительнее, но этот сплав требует применения особых технологий сварки, так как шов является уязвимым местом изделия. Конструкционные марки стали использоваться не могут, так как материал не отвечает требованиям гигиены. Углеродистая сталь – подходящий материал для бака, если его поверхность будет иметь защитное покрытие.
Для изготовления емкостей бойлеров используют аустенитную сталь с добавлением легирующих элементов: хрома, никеля и молибдена. Такой химический состав обеспечивает высокую коррозионную стойкость, которая очень важна для изделия, постоянно контактирующего с водной средой.
Нержавеющая сталь – практически идеальный материал бака водонагревателя, если не считать сварного шва. Проблема заключается в том, что при высокотемпературном воздействии сварочным электродом происходит выгорание углерода. В результате этого локально меняется структура и свойства металла.
Для избегания негативных последствий воздействия высокой температуры разработаны особые методики сварки стали нержавеющих марок:
- используются специальные электроды;
- производят сварку в защитной газовой среде;
- применяют импульсную сварку, которая позволяет полностью контролировать все процессы в месте соединения.
Кроме проблемы со сварочным швом, у баков из нержавеющей стали может развиваться межкристаллитная коррозия, то есть происходят внутренние изменения на границах кристаллов. Использование такого металла недопустимо, но возможно по причине ошибочного выбора материала с высоким содержанием хрома, который приводит к развитию электрохимической коррозии.
Ответственные производители водонагревателей уделяют большое внимание исходным материалам. Некоторые из них используют нержавеющую сталь с повышенным содержанием титана, благодаря которому исключается развитие коррозионных процессов, но при этом изделие ощутимо удорожается.
Углеродистая сталь, в отличие от нержавеющей, не требует применения сложных сварочных технологий и имеет меньшую стоимость. К изделиям из такого металла предъявляются не очень высокие требования по химическому составу и способу производства. Более предпочтительной считается листовая холоднокатаная сталь, обладающая высокой пластичностью – необходимым качеством для изделия, размеры которого в процессе эксплуатации постоянно меняются.
Основной недостаток углеродистых сталей – склонность к коррозии. Для его устранения на внутреннюю поверхность бака наносятся специальные эмалевые составы с использованием различных технологий.
Самый простой способ – жидкое покрытие наносится на поверхность металла, а затем подвергается высокотемпературной обработке. Такая технология обеспечивает надежную связь состава с поверхностью стали. Простота технологии – единственное ее преимущество. Жидкая эмаль стекает под действием силы тяжести, поэтому толщина слоя в верхней части меньше, чем внизу. Защитный слой не отличается долговечностью и склонен к растрескиванию, так как коэффициент линейного расширения у эмали и металла различный. В результате нарушения целостности покрытия оголяется сталь, которая начинает ржаветь.
С неравномерной толщиной слоя эмали борются различными способами. В частности, применяют более совершенные технологии ее нанесения. Порошковое окрашивание – один из эффективных методов получения качественной защиты. Технология заключается в нанесении на заготовку из распылителя сухих частиц красящего порошка, который имеет положительный заряд. После этого она помещается в печь, в которой под воздействием высоких температур происходит спекание состава с металлом.
Проблема растрескивания эмали решается путем улучшения ее эксплуатационных характеристик, которые приближаются к показателям металла бака. Нужные свойства обеспечиваются путем введения в состав добавок, изменяющих его свойства.
У каждого производителя имеются собственные секреты, которые не разглашаются, так как являются коммерческой тайной. Многие применяют диоксид кремния, который при температуре свыше 800°С образует тонкую пленку стекла, устойчивую к воздействию химических примесей, содержащихся в воде. Стеклоэмаль или стеклофарфор пользуется большой популярностью, так как обеспечивает долговечность бака водонагревателя.
Стекло характеризуется хрупкостью, чувствительностью к ударам и повышенным температурам. Присутствие крупных механических частиц в воде также нежелательно, поэтому лучше установить на входе фильтр грубой очистки. Однако при соблюдении рекомендаций производителя водонагреватель со стеклоэмалевым покрытием прослужит долгое время.
Для повышения прочностных показателей в состав покрытия, кроме диоксида кремния, вводятся оксиды лития и алюминия. Эти соединения обеспечивают устойчивость к температурным перепадам и механическим повреждениям.
При добавлении соединений титана в эмаль достигают показателей линейного расширения, сопоставимых с аналогичными характеристиками металла. Однако в этом случае стоимость изделия может быть почти как у бака из нержавейки.
В состав защитного покрытия могут быть добавлены компоненты, которые повышают гигиеничность. Такая эмаль называется биостеклофарфором.
При рассмотрении нержавеющей стали как материала для бака электрического водонагревателя можно выделить следующие преимущества:
- высокие прочностные показатели;
- устойчивость к перепадам температур;
- нет необходимости в установке магниевого анода;
- длительный срок эксплуатации.
К недостаткам нержавейки относят требовательность к выполнению сварного шва. Использование этого материала удорожает изделие.
Эмалированная углеродистая сталь с защитным покрытием пользуется большой популярностью, так как обладает рядом достоинств, которые зависят от используемого состава. Обычное эмалевое покрытие характеризуется гигиеничностью, химической инертностью и доступной стоимостью, но имеет много недостатков: хрупкость, подверженность к деформации и растрескиванию.
Металл, покрытый стеклофарфором, по всем показателям превосходит эмалированные изделия. Такая защита устойчива к воздействию различных внешних факторов и обеспечивает высокое качество воды. При соблюдении технологии изготовления баки со стеклокерамическим слоем можно сравнивать с емкостями из нержавейки, при этом стоимость остается на доступном уровне.
При выборе водонагревателя нужно четко понимать, какие параметры в приоритете. Если позволяет бюджет, то бак из нержавейки или с титановым покрытием будет лучшим решением. Если нужен надежный, долговечный и недорогой вариант, то лучше остановить выбор на стеклокерамике. На эти рекомендации можно только ориентироваться, а выбор всегда остается за вами.
