和军强
摘要：国内近年新建先进汽车涂装车间较多,技术水平不断革新,但对工艺、设备、材料、生产的把握方面有些还欠缺。一个新建涂装车间(以下简称本车间)调试了几个月无法投产,经过现场研究,发现影响投产的因素较多,一部分是没有掌握水性材料、紧凑工艺、自动化、智能系统的特性,另一部分是受行业普遍重设备轻工艺技术的影响,堆砌设备而不统筹规划。通过督导团队发现和解决各个问题的关键制约因素,顺利实现了项目的量产。
关键词：色漆内喷、窗口时间、珠光白、附着力、返锈、流挂(吹花)
本车间采用主流的无磷+B1B2（免中涂）工艺，以及干式纸盒漆雾捕捉、喷漆废气全净化焚烧、在线监测等环保设施，车身编组站和MES+EMOS的管理控制系统也提供了先进的智能制造基础，厂房和设备的美观度等堪称行业标杆。美中不足的是因为规划和工艺调试经验不足，本车间难以正常投产。本文探讨了一些主要问题的关键解决措施，供行业同仁参考。
1 内喷窗口瓶颈
最早的难题是色漆内喷机器人频繁报警，且缺漆严重。影响因素可能有选型匹配、信号连锁、材料品质等，经现场分析主要是内喷窗口瓶颈限制。
早期部分经济型车身内部喷漆线，有采用七轴机器人+随行式的布局，现多采用走停式的模式。本车间采用了六轴机器人+随行式的设计，因为车身内部喷涂空间的限制，这种模式单个机器人喷涂单门内表面时最大可达工作空间仅约3m（如图1所示）。在喷漆节距为7m时，机器人极限喷涂窗口时间仅为节拍的3/7。该线面漆段节拍为78s（46JPH），因此喷涂窗口时间为78s×3/7=33s，因为喷涂起止位置约束，实际有效喷涂时间仅21s左右。行业一般单门喷涂时间窗口在六七十秒，有效喷涂时间50s以上。该线因为色漆内喷窗口太小导致机器人喷涂速度达到1100~1300m/s，动作难以有效控制容易触发报警，且有很多部位难以喷到，少漆部位达到17处以上。
图1 六轴机器人+随行式布局的窗口制约示意
通过以上分析可以看出扩充色漆内喷窗口时间是首要任务，考虑本车间色漆内喷采用内加电喷涂效率较高，以及节拍过低会严重影响工厂的产出目标和单车成本，内喷时间窗口拓展的目标是机器人TCP（移动速度）≤1100m/s，最大流量≤600mL根据本车间自动变节距的功能，将目前小型车面漆线节距调整为6.6m，最大节拍定为90s（40JPH），使得喷涂时间窗口达到90s×3/6.6=41s，提升24%。在喷涂窗口增加的基础上优化喷涂仿形，喷涂速度降到900~1100m/s，使得喷涂流量下降、上漆率提高、喷涂可达性增强，另外对于遮盖力差的颜色，在内表面单独采用施工固含更高的原漆喷涂，如，素色白内喷单独投系统，施工固含量由40%提升到44%，基本解决了内喷窗口瓶颈导致的严重少漆问题。
根据之前改造内喷机器人和调试这条线的经验教训，综合行业发展状况，建议经济型汽车涂装内喷采用七轴机器人+走停一站布局模式，既提高自动喷涂设备的效率、降低产线投资，也减少调试难度、提高生产稳定性。色漆带电内喷机器人故障率在喷漆机器人中最高，采用七轴也可以实现对质量要求较高的四门内表面设计降级模式。
2 珠光白色差
调试发现珠光白车身门边有色差，无法量产。影响色差的因素很多，喷涂选型和参数、材料遮盖力、材料批次调整和循环差异等。
本车间色漆内表面采用静电喷涂，在门边会出现内外表面静电喷涂环抱的叠加肥边。本车间珠光白采用浅灰B1（中涂功能层）外表面+素色白B2（色漆功能层）内外表面+珠光粉外表面的喷涂工艺。因为外观B值（黄蓝色）定义只有2.0左右（一般在数值10%之内目视不明显），导致B2素色白需要的工程遮盖膜厚达25μm，而色漆较低的膜厚又是保证外观效果的关键因素之一，本案例中定义只有18μm，所以外观实际呈现出非完全工程遮盖的颜色。非工程遮盖的颜色在门边缘漆膜相对较厚的情况下就会呈现出一条色差带。
经过和供应商沟通，开发了和B2颜色基本一致的B1涂层，B1和B2叠加达到30μm以上，完成工程遮盖，很好地避免了门边色差的问题。
3 电泳附着力失效
本车间采用无磷前处理技术，日常投料和参数监管业务承包给了前处理药剂供应商，投产前半年十分稳定，但2020年6月份在预脱脂槽换新批次药剂后，生产检验发现有的镀锌板上电泳附着力失效，立即停产整顿。影响电泳附着力的因素一般首先怀疑电泳材料和施工烘干工序，涉及前处理、板材、管理等，此次事故通过对比很快锁定问题。
该线预脱脂为喷淋，脱脂为浸洗，现场对比镀锌板材，发现即使同样部件在不同状态下，也呈现出预脱脂喷淋到的部位附着力失效（前盖内表面在备件框上的状态）预脱脂喷淋不到的部位附着力有效（前盖内表面在车身上的状态）的现象，基本确定为该批次脱脂剂出现镀锌板适用性问题。
无磷配方的脱脂剂一般由碱性物质、缓蚀剂和的螯合剂组成A剂，表面活性剂为B剂。碱性物质现在多用氢氧化钾和碳酸钾;缓蚀剂的作用是通过钝化洁净金属表面防止碱液侵蚀，一般用硼酸盐或硅酸盐，常用的亚硝酸钠防锈剂也具有缓蚀作用;螯合剂的作用是中和槽液使用中产生有害离子。
无磷化技术中因为薄膜处理层不能像磷化会形成一个相对较强的致密结合层来弥补细小缺陷，所以出现材料表面层被蒸蚀疏松等情况后很容易出现电泳附着力不良。
对剥落的电泳层样本进行显微镜观察和化验，发现其与车身结合面含无磷薄膜层和锌元素。另外，事故药剂在实验室验证附着力合格，但生产线使用附着力很差。导致这一问题出现的原因是脱脂段现场工况和现在常规的实验条件不同，现场湿热碱性的蒸汽工况氛围，在缓蚀作用不足的情况下，会使镀锌层表面快速生成氧化锌和氢氧化锌的疏松层（混合物体积增大超过极限而崩塌），导致其后电泳涂层附着力失效。主要的实验室和现场交叉对比和解决过程如表1所示。
表1 电泳附着力交叉排查过程
磷化时代不太重视脱脂成分和现场工况差异，无磷药剂的混合板材配方开发，则要特别关注脱脂剂现场使用条件下，各种板材的碱洗和缓蚀平衡。铝离子会和一些缓蚀剂反应，电镀锌、热镀锌、锌铁合金、冷轧板等碱蚀情况不同。大客车前处理线容易使车身干燥返锈，轿车前处理则为湿热封闭的通道。轿车无磷化药剂的脱脂材料开发，需要建立和使用现场较为接近的湿热模型，或开发配套常温的脱脂材料，无磷轿车线脱脂段的设计，也可以研究如何减少湿热空气氛围。
4 电泳“返锈”
生产中发现电泳后车门靠近铰链部位出现红褐色“返锈”现象（如图2所示），缺陷部位成膜不连续，严重位置露底无电泳漆，因此立即对已生产的车身进行换门处理并停线进行整改。
图2 车门铰链附件电泳“返锈”症状
经过检测，发现车门铰链电阻超过3000Ω时会出现此返锈现象，电阻越大返锈甚至露底现象越严重。用铁丝将车门内板和车身连接起来在生产线上实验，则不会出现返锈现象。出现这一情况是因为如果铰链导电不良（原理如图3所示），在电泳过程中，摇动门会瞬间断电，变成正极，析出O2，导致针孔发生。这种情况以往在分段电压中处于第一段的车尾和第二段的车头之间。
图3 通电不良产生干涉原理
导电较差的铰链在不同生产线和涂料体系的使用中都会造成不同的结果，多数生产线因为车身装配运输和槽液中的运动等差异不一定会出现返锈情况，但出现这一问题后让铰链导电是最佳和最彻底的解决措施。
5 右后门内表面流挂
进入冬季以后，在金属漆施工中出现内表面和外表面交界处流挂现象，尤以右后门框顶部较多。流挂是涂装常发缺陷，通常是对机器人和涂料配方进行调整，但现场调整无法有效消除这一问题。
B1B2工艺的控制难点在于色漆内喷，多采用单涂层的色漆直接附着在复杂型面的钣金上完成遮盖。车身和喷房温差较大时表面会凝结水汽稀释涂料，尤其对施工固含量较小的金属涂料影响大，加上低温影响涂料流平挥发，在其后外喷时边缘叠加位置很容易被吹出流坠（也称为吹花，如图4所示）。这一缺陷正好出现在季节变换时，现场检测编组站储存的车身喷涂前都在18℃以下，而喷房温度在22℃左右，基本确定了问题的关键。临时将擦净段温度提升到30℃左右，使得车身进入喷房时温度和环境一致，此问题没有再出现。
图4 车身内表面边缘流挂严重时的症状
目前大部分汽车涂装车间采用擦净和检查段送新鲜风，机器人喷涂段用循环风的技术。提高新风段擦净段的温度，检查段也同样升高，这些风量通过循环风空调进入喷漆前又要较大幅度地降温及相应除湿，循环风控制温湿度的能力难以满足。从工艺控制和能耗角度，通过擦净段控制车身温度的方法只能是临时验证方案。根据验证结果，涂装车间已经在擦净前增加封闭段，并在封闭段和车身编组区增加了空调设备，彻底解决了色漆内表面的流挂问题。
6 其他难题的解决措施
通过消除主要因素来解决调试问题的案例在本车间还有很多，限于篇幅直接列出一些关键解决措施供参考:用科鲁德162高沸点溶剂+超声波解决旋杯清洗难题，消除了雾化不良导致的边缘气泡，及内表面因旋杯雾化不良导致的局部缺漆;涂胶设备增加温控设备，解决了夏季胶房早晚温差大带来的施工难题;用点接触代替面接触解决了面漆磁力工装掉脏和流挂;重新约束内喷机器人的管线走向、机器人衣服由分体改为连体、增加机器人“袖套”来解决严重掉脏;通过增加对内喷雾化器和开门器的压缩空气吹扫，解决雾化器上水性湿漆雾导电报警和开门器滴漆。通过完善智能输调漆功能，优化小颜色涂料的长期循环剪切色差问题。
另外，因地制宜利用该车间富裕设备能力也做了些改善提升:将清漆外表面8台机器人一遍喷涂改为两遍喷涂优化了外观;色漆外表面10台机器人5+5的模式改为4+4，解决漆雾干涉的同时实现同节拍降级功能，且降能降耗;利用手持式设备巡检系统开发了质量管理APP，可以实现车间质检人员通过程序点选完成对质量信息的录入、汇总和存档。
7 结语
该项目调试初期问题较多导致无法投产，通过解决制约每个问题的关键因素，而不是全面分析排查去交涉每一个可能的影响因素，快速地消除问题，是本车间最终实现高品质量产的关键。
本文来源：2021年《涂料工业》第4期
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