汽车水性漆喷涂质量控制_陈桂林.pdf

涂装工艺 COATING PROCESS汽车水性漆喷涂质量控制陈桂林，郑晓旭，尹强（一汽-大众汽车有限公司，广东佛山 528000）Quality Control of Automobile Waterborne PaintApplication摘要：目前涂装工艺基本已由溶剂型转向水基型，但水性漆喷涂条件相对溶剂型更严苛。本文依据多年涂装施工应用经验，从涂料、输漆循环系统、喷房工艺参数、机器人、烘房管控5个维度，总结喷涂质量控制关键点。关键词：汽车涂装；水性漆；喷涂；质量控制中图分类号：TQ639文献标识码：A文章编号：2096-8639(2023)02-0025-04Chen Guilin,Zheng Xiaoxu,Yin Qiang(FAW-Volkswagen Automobile Co.,Ltd.,Foshan,Guangdong 528200,China)0 引言汽车涂装作为整车生产四大环节之一，是汽车品质的重要控制环节1。随着环保意识的提升，涂装工艺基本已由溶剂型转向水基型，从而降低工艺过程有机化合物VOC的排放量2-3。相对溶剂型涂料，水性漆喷涂条件更为严苛。为稳定地获得高质量的漆面，需要建立起完善的质量控制体系，从而发挥水性环保涂料的最大效能。本文根据作者多年现场涂装施工应用经验，总结汽车涂装水性漆喷涂质量控制关键点。1 质量控制因素1.1涂料入口检测涂料稳定性直接决定喷涂质量，且一旦涂料出现质量问题，将导致批量的喷涂事故，因此涂料的入口控制非常关键。在生产实践过程中，以下几个性能对现场施工影响大，需重点关注。1.1.1黏度水性漆是假塑性流体，黏度是其最基础的性能指标。黏度稳定性可以侧面反映涂料批次稳定性，同时直接影响喷幅稳定性。不同剪切速率下测量的涂料黏度可反映不同条件下的施工性能，如贮存稳定性、涂料的流平性能。实践过程中，通常在1 0001 500 s-1区间选取某一转速监测黏度，批次黏度控制在5%为宜。如发现车身流挂较严重，建议增加低剪切下黏度监控，如 0.1 s-1转速下的黏度。Abstract:The automobile painting process has changed from solvent-based paint to waterbornepaint.The application conditions of waterborne paint were more stringent than that of solvent-basedpaint.Based on years of application experience,the key points of quality control were summarized.The study was carried out from five dimensions including materials,paint circulation system,theparameters of spraying booth,robots and the oven.Keywords：automobile painting;waterborne paint;application;quality control涂层与防护第44卷第2期2023年2月Vol.44 No.2Feb.2023COATING AND PROTECTION25涂装工艺 COATING PROCESS1.1.2色差涂料色差监控通常由供应商提供批次板，并附上自检报告。入口监测时对数据进行复核。当然在有条件的情况下，色差板最好现场喷涂。素色漆选取45角监控，金属和珠光漆尽量多角度监控，通常选取15、25、45、75、115这 5 个角度。需要注意的是，对于金属和珠光漆，涂料色差除数值合格外，务必保证不同角度的色相（L/a/b 值）曲线趋势与匹配时走向一致。某珠光漆色差 L 相曲线如图 1 所示。曲线 1 为匹配时数据；曲线 2 为批次监控数据，整体趋势较好；需特别注意，务必避免出现曲线 3“山峰”型走势，此种走势在现场很难调整色差。图 1 某珠光漆 L 相曲线1.1.3抗流挂极限流挂是现场最常发生的喷涂缺陷之一，除设备、环境外，涂料抗流挂性能是关键影响因素。抗流挂极限测量采用手工梯度喷涂的方式。在以一定阵列冲击圆孔的电泳板上，梯度喷涂，直至出现流挂时停止喷涂。电泳板烘干后测量出现流挂时的漆膜厚度，作为抗流挂极限。注意喷涂时应连续，不能等表干后再继续喷涂。某颜色的抗流挂极限测量板如图 2所示。图 2 抗流挂极限测量板1.1.4耐针孔/漆泡极限针孔/漆泡极限测量方式与抗流挂极限测量方式基本一致，唯一区别是测量板材无需冲击圆孔。因针孔或漆泡在烘干后才会出现，梯度喷涂的厚度需要经验积累。为保证实验成功率，梯度喷涂厚度范围可以尽量宽些。当然，固体分、pH值、抗石击、遮盖力、附着力等都是涂料的重要指标，实践中通常相对稳定，在此不再赘述。1.2输漆循环系统管理检测合格的涂料到达现场后，通过输漆系统供应到喷涂机器人，因此输漆循环系统的管理非常重要。关键点主要是 3方面：温度、压力、停产特殊控制。1.2.1温度涂料温度不同，黏度差异较大。管路温控条件要保证与施工温度一致且稳定，从而保证涂料正常的施工温度。另外，管路温度设置最好与环境温度产生一定的温差，利于缸壁内形成冷凝水，从而避免缸壁上涂料的干结，以减少车身颗粒产生的可能性。1.2.2压力搅拌循环过程中，涂料受到剪切力作用，会对树脂、铝粉、云母片产生破坏，从而影响黏度、色差等性能。因此，搅拌桨要求选用低剪切力的结构设计，在涂料填充速率满足机器人要求的情况下，管路出口压力尽量低，循环泵尽量保持低频次运行，以降低剪切影响。可根据颜色特性，制定压力控制标准，因为不同涂料的填充速率不同。1.2.3停产特殊控制长时间停产导致涂料长时间得不到更新，剪切力作用和助剂挥发的影响会逐步显现。某涂料黏度随放置时间变化曲线如图 3 所示。为降低影响，通常在长时间停产时，可用间接性启动循环泵的方式，如停泵 10 h、启动循环 2 h，以此平衡漆沉积和剪切破坏的影响。再次启动生产时，特别是停产 5 d 以上时，建议强制更新部分涂料，并加入助剂调整黏度至假期前水平；同时，对管路末端涂料无法循环的部分，采用挤漆或模拟方式，消耗掉此部分涂料。1.3 喷房工艺参数控制水性漆含水率通常60%，喷房参数直接影响涂层水分的初步挥发和涂料的流平性。同时喷房的洁净度直接影响车身的脏点颗粒数。因此喷房工艺参数控制是车身涂装质量控制的重要环节。陈桂林，等：汽车水性漆喷涂质量控制26涂装工艺 COATING PROCESS1.3.1温湿度水性涂料含水量高，喷房环境温湿度控制尤为关键。以外观为例，温度恒定时，湿度高对涂膜外观有利；同理，相对湿度一定时，温度越低越有利。因为温度低、相对湿度高，水分挥发慢，涂料会充分流平，当然必须建立在涂料不产生流挂的前提下。喷房的相对湿度受外界温湿度影响较大。以华南地区工厂为例，雨季和旱季，相同设备、相同参数设置，喷房实际相对湿度会存在差异，雨季偏高，旱季偏低。为降低外界天气影响，依据实践经验，一方面温湿度设定在施工窗口中间值；同时可根据季节变换喷房新鲜风的取风口位置，如雨季从车间厂房内吸取空气。车身表面温度也很关键。特别是冬季，车身温度会明显低于喷房设定温度，此时极易产生流挂缺陷，典型的铰链流挂如图 4 所示。车身温度在线监测是有效的监控手段。针对固定流挂位置，除了调整喷涂参数，在漆前打磨线用砂纸打磨或用电吹风加热是非常有效的临时措施。同时，条件允许的情况下，可适当提高打磨线空调设定温度，以提前加热车身。图 4 典型的铰链流挂缺陷1.3.2闪干时间水性涂料在进入烘房之前需要保证足够的闪干时间，以防止针孔、漆泡等漆膜弊病的产生，同时可以增加漆膜的外观平整度。但不宜保持较长时间，对于金属或珠光漆来说，长时间的湿膜闪干极易导致漆膜失光。因此，一般涂膜闪干时间控制在5 min左右。水性涂料水分含量高，流平性较溶剂型差，在喷涂工艺选择上应尽量选择一站式喷涂，以增加单层厚度来保证良好的流平。通常，素色漆或色差易控的颜色建议选用。1.3.3洁净度喷房的洁净度直接影响车身脏点颗粒数。作为高洁净区，标准上，5 m 颗粒数应为 0，湿板落尘纤维数应为 0。在有效管控喷房洁净度上，以下几个措施在实践中有效：(1)风速风向控制。依靠循环风过滤系统维持喷房洁净度。风速一般控制在 0.20.5 m/s，建议各站和门上粘接磁带条，每天点检风向是否符合图纸设置要求。按周期或压差更换过滤棉。(2)开门次数管控。污染物大部分都是人员带入，因此尽量避免喷涂时进入喷房，管控人员进出喷房次数很关键。可在门上安装光电传感器，自动记录开关门次数，形成报表管控。(3)自动降尘。人员进出喷房是无法完全避免的，即使做好穿戴防护，依然难免带入污染物。建议制作机器人专用喷涂程序，在人员进入后、喷车前执行喷涂，利用漆的黏附作用快速除去污染物。1.4 机器人管控目前主流汽车喷涂线基本采用机器人喷涂的方式。喷涂质量的好坏是硬件与软件参数共同作用的结果。因此需同时关注硬件维护和喷涂参数设定。1.4.1 设备硬件维护根据实践经验，影响喷涂质量的最核心部件为：旋杯、成型空气环、空气控制单元（空气流量）、齿轮泵（涂料流量）。旋杯影响涂料分散的好坏，重点关注：旋杯表面有无明显划痕，旋杯边缘杯齿是否完好无损。旋杯的损伤通常来源于拆卸维护过程中磕碰和涂料导致的磨损。人为损伤是可以通过管理避免的，如旋杯拆卸后单个存放，做好防磕碰措施，严格按维护操作步骤执行。为确保旋杯状态合格，建议开班前安排目视检查，如发现异常，及时更换。成型空气环是必须周期性维护的关键器件，因为长时间喷涂，漆雾会将部分空气孔堵塞。在线判断成型空气环是否堵塞的最便捷途径是喷幅测试，如图 5所示。合格的喷幅为规则圆形，且大小在规定范围内。若某些空气孔严重堵塞，圆形上会产生缺口；若图 3 某涂料黏度随放置时间变化曲线陈桂林，等：汽车水性漆喷涂质量控制27涂装工艺 COATING PROCESS部分堵塞，喷幅大小可能会超出规定数值。成型空气环维护后，建议安装到机器人上，先用手去触摸确认每个空气孔均有空气吹出，然后做喷幅测试，确保在合格范围内。为保障生产，建议空气环能一备一用，且备用空气环是经过测试合格的。图 5 喷幅图片，合格(左)，不合格（右）空气控制单元和齿轮泵分别保证空气流量和涂料流量的精确性，而空气和涂料是喷涂最重要的物料流。为保证精确控制，定期校准测量设备是必须的。1.4.2 喷涂参数设定喷涂硬件往往存在某些天生短板，或者喷涂硬件带来的波动往往很难完全避免。此时，行之有效的方法之一是通过喷涂参数的优化设定来弥补。连续的喷涂刷子间，喷涂参数应避免大幅度变化，包括空气流量、涂料流量、电压等。以后门窄边漆泡弊病为例，缺陷图片如图 6 所示。从缺陷形态分析是色漆膜厚过厚导致的。缺陷率约为 20%，缺陷位置总膜厚在 120145 m 之间，缺陷车膜厚普遍在 135145 m，偏厚。更换硬件，缺陷状态无变化；降级模式后，喷涂缺陷消失。最终通过排查仿形，基本锁定原因为：设置喷涂参数时，空气流量变化过大，可能导致空气控制单元（ACU）不能反应过来，膜厚随机偏厚。当调整空气流量设置避免大幅度变化后，缺陷消除，所以设置参数时尽量避免频繁变换。通过预先模拟的方式，提前发现缺陷。如漆量，可以通过设定参数比例为 80%和 120%，即模拟流量偏低或偏大的情况下实际验证喷涂状态，以此提前评估风险。对于可优化参数的缺陷，提前优化参数；对于很难继续优化的缺陷，制作高风险缺陷点清单，用检查的方式来维持喷涂稳定性。1.5烘房管控涂料在烘房内实现脱水、交联固化的过程，烘房管控直接影响涂层性能。烘干过程也是缩孔极易形成的过程。因此，烘房管控不可忽视。1.5.1工艺参数控制水性涂料水分挥发速率较慢，需要进行低温预烘烤，最终才能进行高温烘烤，因为对其直接高温烘烤会导致针孔、漆泡等弊病。预烘烤炉的