轿车车身涂装的前处理工艺探究

BMA004 · 发表于 2008-5-13 23:05:35

张国忠，陈宝歌
(奇瑞汽车有限公司，安徽芜湖241009) 摘要：简要论述了奇瑞汽车有限公司涂装二车间前处理的有关工艺、材料、设备、管理等。
关键词：前处理；表面处理；轿车车身涂装
轿车车身涂装的主要目的是提高车身的防护性和装饰性，增强车身防腐蚀能力，改善车身外观；另外国内外对环保的要求越来越高，为了更有效地减少汽车制造过程中造成的污染，更好地保护环境，汽车制造商致力于各种新工艺、新技术、新材料、新设备的研究与应用，不断提升轿车车身涂装质量。为了增强车身底材钢板与涂层间的附着力，提高车身底材的抗腐蚀能力，在涂漆之前要对白车身进行表面处理。本文就奇瑞汽车有限公司涂装二车间漆前表面处理的有关工艺、材料、设备、工艺管理等方面进行简要论述。
在各种金属表面处理方法中，磷化处理工艺已被广泛应用。奇瑞汽车有限公司涂装二车间车身漆前表面处理（简称前处理）的工艺流程见图1。

图1 前处理工艺流程

1脱脂
轿车车身材料一般是钢板，车身在进入涂装车间之前，经过贮藏、冲压拉延、焊接、修磨甚至烘烤等处理过程。在这些处理过程中，不可避免地带人大量的防锈油、拉延油等油脂类物质，而在压延和焊装过程中又产生大量的铁粉、铁屑以及残胶等杂物，脱脂工序是清除这些油脂、杂物的重要工序。
车身进入前处理之前设置手工高压水枪冲洗，使用中性脱脂剂和工业水按一定比例混合，通过增压装置输送到两把高压水枪后进行冲洗。高压水枪的工作压力一般为50—100MPa，对车身内仓、夹缝、空腔结构等容易积聚灰粒的部位进行初步清洗。特别是车身内腔地板，影响电泳漆膜质量的灰粒有80％以上分布于车身内腔地板上。经过冲洗后的车身，灰粒大约可减少30％。有利于降低脱脂槽的污染，延长槽液的使用寿命。
脱脂工序采用浸洗和出槽喷洗相结合的处理工艺，可根据白车身质量和车间工艺水平状况设置两个或多个浸洗槽。槽液通过循环泵进行连续搅拌，增强对车身的冲刷清洗效果。除油装置有两种工作状态，生产过程中表面浮油和分散在槽液中的油污随槽液输送到油水分离器，在油水分离器内通过加热使油脂破乳分层，再经多级溢流将油污浓缩收集；停产期间通过补加少量工业水使表面静态浮油溢流到油水分离器，再经多级溢流将油污浓缩收集。使用的脱脂剂根据板材、油污的种类与性质选择，通常由硅酸盐、磷酸盐及表面活性剂等组成。但这些材料在一定程度上会对环境产生污染，环保成为新型脱脂剂的主要研究方向。奇瑞汽车有限公司涂装二车间使用的脱脂剂中表面活性剂是生物可降解材料，该种脱脂剂去油能力强，COD低，对环境的污染较传统脱脂剂小。
为有效去除槽液中的铁屑、焊渣等金属颗粒，需在脱脂槽循环管路上安装除铁屑装置。该装置由旋液分离器、磁性过滤器、刮渣槽和接渣小车等组成。旋液分离器利用离心力使固体颗粒沉积到管壁，聚集到分离器底部的收集室，并定期排放到刮渣槽内进行刮渣处理，清液从分离缸的中间回到分离器的出口，通过管道输送到磁性过滤器，在磁性过滤器中通过磁棒的吸附作用除去槽液中残留的细小铁屑。旋转分离器示意见图2；磁性过滤器示意见图3。

图2 旋转分离器

图3 磁性过滤器

2水洗
车身经过脱脂工序除去车身钢板表面油污等杂物后，需进行水洗处理。水洗的作用是：①洗掉车身残留的脱脂液，防止产生串槽污染；②降低车身温度，在车身钢板表面形成水膜，防止车身钢板在高温高湿环境下生锈；③进一步清洗车身，消除颗粒污染。采用喷洗和浸洗相结合的处理工艺，喷淋清洗借助较大的机械作用力，选用大流量的洪流喷嘴对车身进行喷洗，使车身夹缝和地板残留的颗粒随水流排出，流量大、效果好；浸洗方法可以进一步清洗车身内部复杂内腔里的颗粒，并通过连续循环搅拌方式增加车身与槽液之间的机械作用力。
3表调
为了改善磷化膜的质量，在磷化前一般都设置利用胶体磷酸钛悬浊液改善金属表面状态的表调工序。胶体磷酸钛的微粒可沉积在金属表面，形成磷化膜晶体结晶的中心，增加单位表面积内晶核的数量，减少了每个晶体的尺寸，降低了磷化膜的厚度，改善了晶粒形状，缩短了磷化时间，从而得到均匀低孔的致密磷化膜，提高了磷化膜的防腐能力。
现在普遍使用的固体表调剂存在着热稳定性差、使用周期短的问题。为了保证槽液的稳定性，通常补充新鲜水和表调剂，并定期更换槽液。奇瑞汽车有限公司涂装二车间通过使用新一代周期长的活性液体表调剂，大大延长了槽液的使用寿命，可减少溢流或倒槽的废水排放量。
4磷化
轿车前处理工艺一般采用浸渍式磷化，车身钢板进行磷化处理时，金属表面与磷化液发生一系列化学反应，在钢板表面形成一层致密的磷酸盐结晶体(磷化膜)，能够增强车身底材的抗腐蚀能力，提高电泳漆膜与底材的附着力。

磷化液一般采用三元(锌、镍、锰)磷化液，近年来已有低温、低渣、无亚硝酸盐、无镍磷化液产品投入使用。奇瑞汽车有限公司涂装二车间使用三元中温磷化液，对磷化膜的质量要求是P比大于90％；膜重控制在2～3g／cm2；磷化膜结晶尺寸控制在3～6m；槽液含渣量控制在2．0×10-4以下。
磷化工序设置专门的磷化除渣系统，由斜板沉降塔、浓缩塔、活塞泵、板框压滤机、接渣小车等设备组成。磷化液经泵打入斜板沉降浓缩塔，上层澄清溶液溢流回磷化槽，下层磷化渣滑入底部，并定时排入浓缩塔，经浓缩的富渣溶液经活塞泵再打入板框压滤机，压滤出的清液返回磷化槽，渣饼由板框压滤机定期打开排入接渣小车，送出车间集中处理。
5水洗
车身磷化膜生成后，需通过水洗工序清洗掉车身残留的磷化液，防止磷化液串槽污染；另一方面车身磷化膜上附着的磷化渣需通过水洗清除。采用喷洗和浸洗相结合的处理工艺，喷淋清洗借助较大的机械作用力，选用大流量的洪流喷嘴对车身进行喷洗，使车身夹缝和平面残留的磷化渣颗粒随水流排出；浸渍清洗方法可以进一步清洗车身内部复杂结构内的磷化渣颗粒，并通过连续循环搅拌方式增加车身与槽液之间的机械作用力，增强清洗效果。
6钝化
磷化后的钝化工序可以封闭磷化)膜的孔穴，除去磷化膜表面的疏松层及残余物，提高电泳漆膜的附着力。目前普遍使用的是含铬钝化材料，但Cr6是剧毒物质，并且有致癌作用，工业废水中允许的最高排放浓度为0．5mg／L。使用含铬的钝化材料，无疑会增加废水的处理成本。奇瑞汽车有限公司涂装二车间通过使用无铬钝化材料，除实现含铬钝化材料的钝化效果外，也降低了有害物质的排放量，降低了废水处理的成本。
7前处理线的工艺管理及控制
轿车涂装前处理质量不仅与设备水平、原材料质量等有关，还与科学高效的工艺管理有关。奇瑞汽车有限公司前处理线实行CPU结算方式，由供应商和车间技术人员组成工艺技术管理团队，负责工艺设备维护、槽液参数调整、配合生产，由供应商负责槽液日常化验和检测、加料调整、过程质量控制等。在生产过程中，化验人员按检测频次取样分析槽液参数，根据工艺参数要求及时进行调整，使槽液始终处于最佳工作状态，并定期进行系统的工艺维护。按频次巡检车身磷化膜质量，发现问题及时通知工艺管理人员协调解决，整个生产过程始终处于受控状态。
前处理的废水排放量很大，占整个涂装车间废水排放量的75％以上，其中主要是水洗槽排放的废水。在各个水洗槽中，前处理钝化后水洗对水质的要求最高(电导率≤30μS／cm)，但如果超过工艺要求就采取直接排放的方式必然会造成水资源的极大浪费和废水处理成本的增加。为了节约用水、减少废水的排放量，奇瑞汽车有限公司涂装二车间在前处理最后一道水洗系统中设置了PT—RO反渗透系统。钝化后水洗槽内的冲洗水经过PT—RO反渗透装置后，再生纯水可循环使用，用于水洗槽液位补加及车身前处理最后一道喷淋水洗。这样通过局部的再生循环，大大减少了用水量，并降低了对环境的污染。
8结语

前处理工序是轿车涂装过程中最关键的工序之一，随着轿车市场竞争日益加剧，质量和成本成为两大备受关注的主题，但国家对环保也越来越重视，促进了表面处理技术的快速发展，也促使了节能型、环保型新工艺、新材料、新设备不断投入应用。