热水器内胆经镀锌板内胆和不锈钢内胆的发展，第三代搪瓷内胆已在市场广泛应用，但数据表明内胆在出厂检测、用户使用过程中仍然存在缺陷。国内外学者对热水器内胆进行了大量研究。通过查阅文献，总结了热水器内胆存在的主要缺陷及其成因，综述了目前针对内胆缺陷的适用检测方法，以期对热水器内胆缺陷无损检测技术的发展提供有益的参考。

1 热水器内胆缺陷类型及形成原因

热水器的内胆在物理特性上要求抗压、抗张、有弹性、电绝缘、无污染，在化学特性上要求耐酸、耐碱、耐高温、耐水蒸气，各种离子均不能渗透其表层，以确保热水器内胆质量的稳定。而热水器内胆在加工过程中容易出现鳞爆、针孔和凹坑等缺陷，在用户使用过程中则易发生腐蚀造成内胆漏水。上述缺陷对内胆的破坏性极大，极易导致内胆寿命降低，因此针对热水器内胆缺陷形成原因的分析显得尤为重要。

1.1 鳞爆

鳞爆是热水器内胆瓷釉层出现的片状剥落，釉层表面呈现一种月牙形爆瓷缺陷(如图 1)，肉眼容易识别。孙全社^[1-2]等研究发现鳞爆缺陷出现在内胆面釉瓷层，大多数鳞爆是在放置较长时间后产生，也有的鳞爆是在底釉烧成后就呈现出来，或者是在涂搪面釉后的烘干过程中出现的。冼爱平^[3]等和冯永峰^[4]通过研究发现，氢逸出是造成鳞爆的主要原因。氢原子逸出时在钢表面受到瓷釉层阻隔，从而导致氢原子以分子状态聚集在钢板与搪瓷界面，当氢气压力增大到一定程度时，搪瓷层就会破裂，造成搪瓷内胆鳞爆。徐春^[5]等将搪瓷板样品横断面研磨、抛光，用3%~5%硝酸乙醇溶液腐蚀后，目测法观察表面形貌，同时在CS310电化学工作站采用恒电位方式测量试样的氢渗透曲线，发现氢原子的逸出导致氢气压力增大、搪瓷层破裂。袁晓敏^[6]在文章中提到：搪瓷产品中氢的扩散性会对抗鳞状腐蚀性产生影响，氢渗透率的降低会增加搪瓷产品的耐鳞爆性，当氢扩散系数高于2.0×10^-6 cm²/s时，内胆内表面容易发生鱼鳞状腐蚀扩散。

张冬艳^[7]在内胆实际生产过程中通过试验分析，发现造成搪瓷内胆鳞爆的主要因素有钢板的质量、气候、瓷釉的性能等，而搪烧的工艺只会影响鳞爆的程度。

1.2 针孔和凹坑

针孔是表现在瓷层表面的一种搪瓷缺陷。在搪烧的过程中产生大量气泡，暴露于瓷层表面，或在加工过程中瓷釉产生的气体不能及时排出，从而封闭在瓷釉层中，当气泡压力不断增大时就会形成针孔。凹坑缺陷是在搪瓷板焊缝附近出现的圆形气泡坑，是由釉料固化前形成的气泡造成的，与鳞爆出现的片状剥落不同^[8](见图 2)。孙全社^[9]等在SPHC钢板涂搪后观察针孔缺陷的形貌，并对针孔内部做EDAX能谱分析，结果发现针孔中的物质以SiO₂和FeO为主，正是由于氧化物的存在，加速了搪瓷内胆损伤。胡鹏^[10]研究气泡SEM图发现，气泡的产生可能有以下原因：1)搪瓷涂层烧成前干燥不充分，烧制过程中水蒸气与金属反应，产生气泡；2)涂层烧成前不完全致密，孔隙间空气不能完全逸出，进而形成气泡；3)搪瓷钢板表面清洗不洁净，导致烧结过程中产生大量气泡。

为分析热水器内胆出现的凹坑缺陷，张宜^[8]等在金相显微镜、扫描电镜下观察形貌，通过EDS能谱元素分析，发现凹坑破损处并未露出钢板，但却达到中间过渡层，由此对缺陷形成的原因探讨如下：1)釉料制备过程中混入的空气；2)焊缝成分与母材不同，基板元素与釉料可能在焊缝处发生化学反应、产生气体。

1.3 腐蚀

现有市场中的搪瓷内胆虽然较之前的镀锌板内胆和不锈钢内胆耐腐蚀性有所提高，但在近几年的用户使用过程中发现，其防腐蚀性能的不可靠性渐渐暴露出来^[11]。热水器内胆的腐蚀性问题受两种缺陷的影响：第一种是金属基体缺陷，例如针孔、凹坑、裂缝、鳞爆剥落；另一种是皮下缺陷，当搪瓷内部充满铁氧化物的缺陷时，其缺陷在光学显微镜下呈暗淡红棕色到黑色，在热水器使用过程中有可能因孔蚀或缝隙腐蚀而造成内胆漏水^[12](见图 3)。王立杰^[13]发现：由于搪瓷涂搪的工艺不可能做到完全防腐，搪瓷层微小缺陷处的金属与水接触后，就会与内胆中完好涂覆搪瓷层的钢板形成腐蚀电池，加速钢板的腐蚀。胡昌文^[11]通过研究发现，内胆漏水的原因是焊缝处存在的结构缺陷、焊接缺陷使搪瓷内胆受到腐蚀，细微的撞击会使裂纹扩大，裂纹蔓延至钢板面，水分子与金属发生氧化还原反应，从而造成电化学腐蚀。Westin E^[14]指出：热水器发生腐蚀的原因可能是使用了耐腐蚀性较差的材料，或形成了较差的焊接微观结构，但更可能是缝隙的残余焊接氧化物或腐蚀产物使之变为薄弱区域，导致材料在相当低的温度和氯化物浓度下遭受局部腐蚀。

王冬梅^[15]等研究企业生产数据发现：1)瓷釉在成形过程中，如果降温处理不当，釉层会产生细小裂纹；2)搪瓷涂搪过程中一旦存在未涂覆的区域，会产生肉眼不可见的微孔；3)运输过程中，极易产生磕碰。这些因素都有可能导致内胆出现腐蚀性缺陷。

2 热水器内胆缺陷无损检测

无损检测，即对被测产品进行无伤害、无损伤检测，其最大特点是在探测时保证被测产品材质与结构的完整性，测定和评价物质内部和外表的相关性能，是一种检测各类缺陷的综合性应用技术^[16]。目前无损检测包括目视检测技术、渗透检测技术、射线检测技术、超声波检测技术、涡流检测技术、声发射检测技术、电化学技术和CCD机器视觉技术等^[17-18]。

在无损检测方法中，渗透检测技术是利用刷涂或喷涂工件表面，通过液体的物理性质观察缺陷，只能检测工件表面开口状的缺陷，无法识别近表面和内部的缺陷，而热水器内胆的缺陷大多发生在内胆的内表面，所以渗透检测技术不适用于内胆缺陷的检测；射线检测技术适用于工件内部缺陷检测，但需射线入射方向与内胆内部缺陷平面方向相一致，而内胆两端为半球体，只有一端开口且直径较小，无法满足射线检测的要求，另外射线对人体有害，成本较高；超声波检测技术适合检测几何形状较简单的工件，对于热水器内胆内表面缺陷，如果缺陷不够密集，就难以获得足够的回波，很容易导致漏检，而且在检测过程中探头容易磨损，记录性差，技术难度较大；涡流检测技术适用于探测电导材料中表面或近表面伤痕的检测，由于材料内部的探测深度受到频率、耦合因子等因素的限制，针对热水器内胆内表面缺陷，涡流检测时会产生不确定的结果，检测效果不佳；声发射检测技术需要强噪声干扰，且需要在外力或内力作用下才可以检测，不能检测内胆内部静止缺陷^[17]；上述无损检测方法由于各种不足均不适用于热水器内胆内部缺陷的检测。在现有的检测技术中，较适合内胆缺陷无损检测的技术有目视检测技术、电化学技术、CCD机器视觉技术。

2.1 目视检验

目视检验包括宏观检查和外观检查，主要检查内胆的结构、几何尺寸、腐蚀情况、焊缝状况等。目视检验可以发现一些明显的缺陷，适用于内胆表面缺陷的检验，如鳞爆缺陷、腐蚀缺陷等。

在热水器内胆缺陷中，鳞爆和腐蚀缺陷肉眼容易识别，目视检验可以直观判断热水器内胆是否发生鳞爆和腐蚀缺陷。除此之外，针对热水器内胆的鳞爆检测，可以在检验上采取“一看、二敲、三触摸”的方法，在辅助光源照明下从不同的角度观察瓷釉面是否有瓷釉脱落，用手敲击产品，通过震动观察是否出现掉瓷现象，同时用手在瓷釉面上触摸，通过手上是否沾有瓷屑来判断内胆发生鳞爆的可能性^[19]。但目视检验热水器内胆内部缺陷也存在着局限性：热水器内胆为大容量内胆，筒身较长，在辅助光源深入内胆内部照明时，肉眼观测缺陷存在盲区；同时由于筒身较长的限制，无法用手触摸内胆底部判断缺陷。

2.2 电化学技术

电化学技术是一种基于电化学基本原理解决实际问题的技术，其具有响应迅速、重复性高、试验周期短、实验用样少等特点，适用于热水器内胆鳞爆和腐蚀缺陷的检测。

搪瓷内胆部分鳞爆缺陷具有隐蔽性，无法通过目视检验识别。孙全社^[20-21]等利用电化学技术，通过氢的双电解池系统进行冷轧搪瓷钢板的抗鳞爆性能研究，采用氢穿透时间来衡量氢在金属中的扩散快慢，以此来检测搪瓷钢板发生鳞爆的可能性。赵雪森^[22]等设计了一种检测系统：调整温度传感器的检测电路参数，电流一旦增多，温度传感器就会发热；通过温度传感器所处的介质不同(在水中或者空气中)，则热量的耗散速度不同，来判断热水器的内胆是否因腐蚀缺陷造成漏水。

在用户使用过程中，电化学技术可以有效检测内胆是否因腐蚀等缺陷而出现漏水，也可以在内胆加工初期检验内胆原料搪瓷钢板是否存在缺陷，但电化学技术无法检测内胆成型后的针孔和凹坑等缺陷，且需要不断补充电解液，检测设备寿命也受到了限制。

2.3 CCD机器视觉技术

CCD机器视觉技术是将线阵CCD摄像机作为图像采集装置，利用电控位移装置控制CCD摄像机获取被测物件内部信息，将被摄取目标的图像信号转换成数字化信号，传输至图像处理系统；图像系统根据像素分布、亮度、颜色等信息，对信号进行各种运算抽取目标的特征，最终得到检测结果。CCD视觉技术适用于热水器内胆内部肉眼不易发现、直径非常小的缺陷检测，如针孔和凹坑的缺陷检测。其检测装置能够满足内胆开口端的尺寸要求，同时可以获取整个内胆内表面缺陷的相关信息。

朱海啸^[23]等发明了一种热水器内胆内腔表面缺陷在线自动检测系统，利用CCD机器视觉技术，实现对搪瓷内胆针孔、凹坑等缺陷的检测。施保华^[24]等发明了一种自动检测内胆表面缺陷的装置，采用旋转云台，摄像头配合点阵式红外灯板，采集内胆信息，实现内胆缺陷的检测。此发明能实现摄像头在内胆内部360度成像，检测的影像能够实时输出，检测机构能够定位到内胆缺陷位置，检测效果较好。

由于常规的热水器内胆开口端直径较小，筒身较长，移动控制装置中机械结构设计相对复杂，在整个检测过程中检测速度会受到影响，而且结构复杂会导致设备成本增加。另外，检测精度越高的CCD工业相机价格越昂贵。但相较于目视检验，CCD机器视觉技术操作方便，出现漏检的机率大大降低；相较于电化学技术，CCD机器视觉技术能够检测肉眼不易发现的针孔和凹坑等缺陷，且设备寿命长、检测效果好。

3 总结与展望

众多的实验和研究表明，热水器内胆的鳞爆、针孔、凹坑以及腐蚀等缺陷，受原材料的质量、加工工艺、用户使用环境等多种因素的影响，而内胆缺陷的检测在整个热水器加工环节中占有举足轻重的地位，通过加强质量检测的手段可以有效避免不合格产品的出现，将损失降至最低。但是现有的内胆无损检测技术依旧存在以下不足之处，需要进一步的研究：

1) 目视检验检测过程中容易出现视觉疲劳，检测速度大大下降；受内胆筒身较长的影响，观察困难，极易造成不合格产品漏检。

2) 电化学技术检测范围有局限性，因检测条件和环境影响导致检测设备寿命较短。

3) CCD机器视觉技术机械传动部分较复杂，导致检测效率降低；CCD工业相机价格昂贵，导致成本增加。