涂装生产工艺改进方案的研究及应用

 赵 强，杜 勇，肖 辉，彭 勇，赵 伟，唐 飞，岳丽霞

（中国汽车工业工程有限公司，天津 300113）

0  引言

近几年来，随着我国汽车工业高速发展，涂装工艺设备的制造技术和研发能力也得到了质的提升。国内多条新建或已建的涂装生产线，为了改善汽车车身外观质量，不断地进行生产线工艺改造及涂装设备的更新换代^[1-2]。自主研发的国产涂装设备具有制造成本低廉、操作简单方便、配件更换周期短、售后服务良好等优势，逐渐被应用到国内各新建及改造生产线上。

本文以国内某条新建涂装生产线部分新工艺设计和应用为例，将使用的新设备、新工艺做一简要分析，为后续涂装工艺设备研究和设计提供参考。

1 前处理电泳的工艺改进

传统前处理磷化工艺具有磷化反应稳定、成膜质密的优点，但也存在磷化渣不易处理的缺点。为了解决此问题，越来越多的新建涂装生产线开始采用常温硅烷工艺，摈弃了磷化工艺，既避免了环境污染风险，也降低了磷化处理成本。硅烷药剂配比试验需要现场多次过车测试，没有固定的配比参数可选。当配比试验周期与投产时间冲突时，反而会增加相当多的投资成本，因此，保守起见，新建涂装生产线一次投资大都满足磷化替代硅烷的要求。

某条新建涂装生产线就采用了硅烷工艺，但具备随时更换磷化工艺的条件。具体工艺流程：洪流→预脱脂→脱脂→一水洗→二水洗→表调→硅烷（磷化）→三水洗→四水洗→五水洗（钝化）→一纯水洗→二纯水洗。

电泳则采用成熟的槽液逆流循环技术，具体工艺流程：电泳→UF1→UF2→UF3→三纯水洗→四纯水洗。

前处理电泳进口设备造价高昂，而且使用效果并不理想，存在一些问题，比如备件、易损件的更换周期很长，设备操作复杂等。

为此，该条生产线采用国内自主研发设备代替国外进口设备，大大降低了投资成本^[3]。比如前处理使用了国产自主研发的油水分离器、组合磁辊过滤器以及磁性过滤器。这些除油除渣过滤单元与前处理设备系统连锁运行，不仅稳定可靠，而且备件更换周期短、易于操作维护。电泳设备使用了IGBT整理电源技术，能够精准控制单根或多根阳极电压，既避免了电场干涉问题，也降低了耗电量。

2 纯水供应系统的工艺改进

纯水站将市政自来水通过砂滤、碳滤、超滤、反渗透等物理方法提纯后，供给前处理、电泳、喷漆相关设备使用。前处理硅烷工艺需要消耗大量纯水，以保证对车身具有良好的喷淋、浸润、雾化加湿等效果。

为了减少投资成本，现在涂装车间工艺设备布局大多采用紧凑型。纯水站的储水箱外形尺寸不可能很大，这样储水箱的容积有限。而且单位时间内纯水生产量很低。纯水是由多个净化设备串联、逐级提纯得到。任何一个设备出现故障，纯水站就无法提供合格纯水。硅烷系前处理电泳常因纯水供应不足面临临时停机风险。

因此，怎样提高纯水备用储量，同时不过度增加建设成本，成为涂装工艺设备设计人员需要思考的课题之一。

为解决上述问题，该条涂装生产线采用了一套纯水供应的子系统，与纯水站纯水供应母系统配合使用，保证了前处理电泳生产期间纯水稳定供给，避免了不必要的停产风险，而且增加的投资成本微乎其微。

该项目设计的纯水供应流程如下：

切换电磁阀开闭状态后，纯水站根据备用纯水储槽（脱脂转移槽）的液位反馈信号，将一定量的纯水注入到备用纯水储槽。

切换电磁阀开闭状态后，纯水供应泵启动，将合格纯水经累积流量计阀组、紫外线杀菌阀组、滤芯过滤阀组供至前处理电泳纯水管网并自循环；纯水供应泵根据电导率反馈信号自动开启关闭。

备用纯水储槽转移或清洗时，切换电磁阀开闭状态后，纯水机组将合格纯水经累积流量计阀组、紫外线杀菌阀组、滤芯过滤阀组供至前处理电泳纯水管网。

此纯水供应的子系统可与纯水站供应的母系统自动切换，除了设置相对应的阀门、管路外，并没有增加更多的建设成本。

3 废水处理工艺改进

根据生产和工艺要求，涂装车间前处理电泳水洗槽内溶液必须定期更换，这就会排放大量废水废液至地沟及集水坑。按照环保规定，这些废水需要集中输送至废水处理站进行处理^[3]。

通常的废水处理系统包括集水坑、设置于集水坑内的潜污泵、用于将集水坑废水废液抽走的出水管路。这种传统的废水处理系统结构简单，但存在以下方面的问题：1）集水坑内废水往往含有絮状物、铁丝、螺栓等杂物，这些杂物进入潜污泵内腔，容易打坏叶轮或者烧坏机封，导致潜污泵运行故障；2）潜污泵设置于集水坑内，需要葫芦小车加链条的方式吊离集水坑才能更换备件，维修非常不方便。

本条新建涂装生产线采用了一种带有液位控制和自吸罐的废水处理系统，不仅具有液位控制功能，而且便于污水泵的维护保养。具体工艺流程如下：

用于集水坑液位检测的液位控制系统根据浮球位置的触点信号控制污水泵的开闭；当接收到低位信号时，污水泵自动停止运行；当接收到中位信号时，系统指示灯提醒废水处理，人工开启污水泵排放废水；当接收到高位信号时，系统峰鸣报警。

接收到中位信号时，所述的排气阀与注水阀打开，自吸罐体缓慢注水并排挤罐体内空气；当自吸罐注水至罐体容积的95%时，罐体所述的排气阀与注水阀关闭，完成灌泵操作，这时可以开启污水泵进行排污操作。

其中，自吸罐的检修口包括带目镜的检修盖，既可以目视检查吸口堵塞状态，也可以拆卸检修盖后清除杂物，维护保养非常方便。

4 格栅清洗工艺改进

涂装车间喷漆室格栅因车身喷涂时漆雾飘落，表面黏附有一定量的残漆。这部分残漆具有一定挥发性和毒性，易对保全人员的健康造成伤害^[4-5]。为了达到环保安全的目的，喷漆室内格栅必须定期清洗除漆。

目前，对于喷漆室内格栅残漆的处理通常采用在线或离线高压射流冲洗，但由于水性漆的黏附力较强，常常不能完全被清洗干净。这不仅造成一定量的能源浪费，没有充分发挥高压清洗设备功效，而且不利于喷漆室内的安全作业。

该条新建涂装生产线采用了一种完整的格栅清洗系统，不仅设置了化学脱漆功能，而且流水式作业，操作非常方便。具体工艺流程如下：

用于曳引格栅自动运行的电动葫芦小车及吊篮，沿着设定的轨道依次进入脱漆槽、热水洗槽、沥水区、高压清洗区、吹扫区，以流水作业方式清洗格栅。其中，每个工位设有限位开关，用于精确控制吊篮停止位置，同时吊篮可自动升降及行走；吊篮根据清洗需求，存放一定数量的格栅块。

药剂厂家提供的脱漆剂通过脱漆储槽的隔膜泵泵入脱漆槽1、脱漆槽2，脱漆剂成分配比由厂家确认。

用于脱漆反应的脱漆槽根据温度传感器反馈的温度信号，PLC程序调节电加热器功率，控制脱漆槽溶液温度在60~80 ℃之间。格栅在脱漆槽浸泡反应时间由药剂厂家确定。

预处理水洗槽通过浸泡漂洗方式进一步清洗格栅表面的浮漆，以及去除表面残留的脱漆剂；沥水区将格栅残留的水分沥净，沥掉的水分直接排放到地沟；高压清洗区通过调整高压清洗机吹扫压力，将格栅表面的残漆喷射冲掉。残漆经过排放管路进入地沟，然后由排污泵输送至污水站处理。吹扫区使用压缩空气吹扫格栅表面水分及杂质，然后将清洗干净的格栅转运至喷漆室更换。

5 结语

本文以某条新建涂装生产线工艺设计和应用为例，简要介绍了前处理电泳系统、纯水供应系统、废水处理系统以及格栅清洗系统方面的工艺改进方案。涂装生产线的设计和建设，除了必须遵循国家法律法规外，还应综合考虑投资成本、工艺需求、操作便利性、工业美观性等因素，才能取得经济实用、稳定美观的建设成果。随着涂装技术的发展，非标设备结构和工艺不断改进和完善，不仅降低了涂装线建设成本和车身喷涂的生产成本，而且大大提升汽车外观喷涂品质和使用寿命。

参考文献：

[1] 刘金美，徐忠国，张岱华, 等.油漆车间设备设计[M].北京:机械工业出版社，1985.

[2] 李啸，邹刚.东风乘用车公司新能源工厂涂装车间设计实施 [J].现代装饰（理论），2013（8）：20.

[3] 陈兴宇.高浓度汽车涂装废水处理药剂的选择及经济性评价[D].大连：大连海事大学,2015.

[4] 臧昶.天津一汽夏利涂装前处理及电泳工艺管理[D].长春：吉林大学，2009.

[5] 潘钊，刘浩.自行葫芦在新能源汽车项目涂装车间的应用[J].汽车实用技术，2018（6）：53-56.

（详情见《现代涂料与涂装》2020-4）