汽车涂装工艺的发展

汽车涂装工艺的发展2008-5-1120:38:17摘要：从设备、材料等角度介绍了汽车厂涂装车间中前处理底漆、喷漆及烘干几个重要工序的工艺变化情况。涂装对于汽车制造来讲有两个重要作用，第一是对汽车防腐蚀，第二是给汽车增加美观。大量资料表明，国内外每年因锈蚀造成的损失相当惊人。据世界银行提供资料，1996年美国国民总产值为74335亿美元，因金属腐蚀损失为2000亿美元，约占国民生产总值的2.7%。汽车是以钢材为主的工业制品，如不解决腐蚀问题，将严重影响汽车的使用寿命和外观，因此汽车自问世之初，就与涂装结下了不解之缘。1886年，“汽车之父”卡尔·奔驰在德国斯图加特制造第一辆汽车时，就用油漆进行防锈和装饰。100多年过去了，现代汽车不仅是集现代工业成就之大成的工业品，更是技术与艺术的完美结合。中国汽车工业起步于20世纪50年代，近半个世纪来，伴随着中国汽车工业发展的坎坷历程，汽车涂装从载货汽车车身涂装发展至轿车车身涂装，坚持引进、消化和开发的道路，使中国汽车涂装技术逐步现代化。本文以汽车涂装几个主要工艺为例，从质量、材料、设备、工艺和环保等诸方面简明介绍涂装工艺技术在汽车工业中的应用和发展。在以下每种工艺的对比表中，把1986年以前归为以往工艺、1986年以后归为现代工艺。这是因为，1986年前后我国汽车行业在引进、消化、吸收国外先进的涂装技术方面做了大量的工作，涂装技术有了长足的发展，也大大缩短了与先进涂装技术的差距。1、漆前预处理和底漆1.1预处理1986年前，中国汽车维修涂装处于手工除锈、手工刷涂阶段；1956年，一汽从前苏联引进的工业化载货车车身涂装生产线建成投产，其工艺水平和涂装用材略高于当时前苏联的水平，在国内的涂装方面也算是最高水平。1966~1985年，随着科技进步，国内科技人员开发并采用阳极电泳涂装以及氨基面漆、“湿碰湿”喷涂面漆工艺、表面活性剂清洗、红外辐射烘干和静电涂装等汽车技术，在20世纪70年代后期建成了集国内车身涂装技术之大成的二汽车身涂装生产线，标志了中国汽车涂装已全面进入阳极电泳阶段。尽管此时的汽车涂装与过去相比已经有了很大的发展，但是预处理大多没有设置磷化工序，工序数也只有4~5道。处理方式多是喷淋，脱脂处理剂为三碱类。现代涂装线的预处理工艺100%有磷化工序，欧美都有钝化工序，日本较少有钝化工序，工序数一般为十几道。处理方式多是喷淋结合的方式，处理剂为专业化公司生产的脱脂、表调、磷化、钝化各类处理剂。表$为漆前预处理工艺的变化。从表1看出，工艺变得越来越复杂，设备变得越来越讲究，化学药剂越来越专业化。工艺参数控制得更精细、更便于自动控制。因为有了磷化工艺表调，钝化就随之而来，并且还增加了手工擦洗脱脂来对付顽固难洗的油脂。为了不污染电泳槽液，往往在预处理出口设置了去离子水喷洗且要控制滴液的电导率指标。所有这些都是为了提高预处理质量，保证工件清洗干净、有良好的附着力和防腐蚀性。1.2电泳底漆从阳极电泳过渡到阴极电泳也不过是上世纪80年代的事情，目前所有的汽车车身无一例外地采用了阴极电泳工艺。阴极电泳工艺的工作原理和阳极电泳非常相似，但质量却比阳极电泳好很多。阴极电泳漆材料的发展主要体现在提高泳透力、降低颜基比、保护边角、不含有害金属、降低烘干温度和烘干减量等方面。有报道，采用逆过程电泳工艺即先喷粉末涂料再进行内表电泳的做法以此减少VOC排放，提高内表泳透质量。近年，据很多有关双层电泳的报道，成功地拚弃中涂工序同样也是为降低VOC排放。PPG公司已有双层电泳的产品。此外，电泳工艺还有以下变化，见表2。2、喷漆工艺这里介绍的喷漆工艺包含了中涂和面漆的喷涂。2.1油漆材料随着改革开放，世界著名的油漆厂商纷纷前来中国或独资或合资建厂，为国内汽车工业提供了优质的汽车油漆材料尤其是轿车油漆材料。这大大缩小了国内与国外在油漆材料应用上的差距。近年来，由于国内外竞争日益加剧，环境保护法规越来越严厉，汽车厂和油漆制造商的注意力主要放在减少4,5排放、降低成本上。这才不断推出高固体分中涂/清漆、水性中涂、粉末中涂、水性底色漆、粉末罩光清漆等新品种、新工艺。此外，也有报道中涂/底色漆/清漆三喷一烘干的材料和工艺。2.2施工工艺早期的工艺是一喷一烘干，后来油漆材料的改进可以部分做到“湿碰湿”施工。现在又有了包含中涂的三喷一烘的尝试。过去主要是手工喷涂，喷涂工具是手工喷枪。由于手工喷枪的漆雾大、油漆浪废多，喷漆设备制造商就推出了静电喷枪。但是，喷漆质量仅靠喷漆工和一把喷枪是不能稳定的。对于大量流水作业汽车厂来说，每年几十万辆汽车完全靠人工来完成喷漆任务是很难想象的事情。在汽车制造厂家的要求下，设备供应商推出了往复式喷涂机、圆盘喷涂机代替工人完成部分喷涂任务。现在，国内各大汽车厂使用最多的是高速旋杯自动喷涂机。2.3施工设备施工设备包含喷漆室、喷涂装置、输调漆设备和清理设备，由于油漆材料从液态漆变为粉末漆，所以又出现了喷粉室和粉末喷涂机、粉末回收系统（见图5、图6。它们的变化见表3。3、烘干工艺烘干对于涂装来讲是非常重要的一道工序。目前，工业涂装中从液体油漆变成固体漆膜离不开烘干设备，它对漆膜的质量、生产成本、生产效率有着直接的影响。轿车等高装饰性涂装的烘干炉设计时，应根据烘干的零件和当地能源、资源，合理选择能源和烘干炉结构形式。投产的炉子应具备：测定的烘干曲线稳定，零件温度均匀；内壁平滑易于清理，能源利用率高，保温性好，凝结物少；废气处理合理，热能回收利用。目前，国内漆膜固化设备的热源主要为电和燃气及油，以热风对流循环的加热方式为主。大多数燃气烘干炉的焚烧炉具有废气处理及热能综合利用功能。国内有的汽车厂家如一汽大众汽车有限公司，使用桥式烘干炉或冂字型烘干炉减少了热量损失，并利用烘干炉下部作为车身贮存区，节约了厂房面积（见图13、图14）。近年来，高红外快速固化技术在电泳涂装和粉未涂装中的成功应用，引起了人们的重视。所谓高红外即快速提供高能量、高密度、全波段强力红外辐射，能瞬间提供大能量的热源。锦州红外技术应用研究所等单位应用高红外技术开发了涂膜固化设备，成功地改造了一汽吉林轻型车厂的电泳烘干炉，使烘干时间缩短了一半，运输链速度提高了1倍，产量翻了一番，充分显示出高红外技术的高效、节能、节省投资的特点。此外，除利用各种能源的加热烘干类型外，相继出现紫外光固化、电子束固化等新的技术，并成功运用到工业生产中。对于烘干来讲，技术的进步更多的是指环保节能、保证烘干的内在质量和外观质量、降低生产成本。例如，加厚保温层，采用好的阻热和保温材料，废气返回焚烧利用，采用冂字形、桥式烘干炉减少热量外泄。炉体设计制造时分段密封到现场安装，炉内壁缝全焊接光滑。生产时配备清理人员。设计要考虑凝结物气雾和滴落破坏漆膜外观，保证烘干质量及生产效率。采用高红外加对流技术保证升温段湿漆膜快速表干，炉内循环气流与加热气流用高温交换器隔离，采用多级精密过滤。炉内输送链精密自动润滑防止磨屑污染漆膜。烘干工艺的变化如表4。汽车喷漆常识2008-5-1118:30:21一、喷漆的时机1.当汽车美学需要时现代汽车在追求外形线条流畅的同时，对外观的装饰要求越来越高。随着科技的发展，色彩艳丽、保色性能优良的高档汽车彩色涂料陆续应用，金属漆的普及，珠光涂料、超细二氧化钛的引入，为汽车追求新的色彩提供了前提。2.当汽车保养需要时车辆在运行中难免出现漆面老化、破损、划伤等现象，如不及时处理，会加剧钣金件的腐蚀，影响车辆的使用寿命。当汽车漆面出现以下情况时，必须进行喷漆处理：（1）漆面严重老化，无法采用抛光还原工艺解决；（2）漆面因透镜效应严重失光；（3）漆面氧化层较厚，出现局部腐蚀，已无法抛光还原；（4）漆面出现深度划伤，无法用抛光方法清除；（5）漆面出现局部或大部分破损。二、喷漆施工常用工具及选用1.涂装作业常用工具汽车涂装作业中常用的工具分为3大类，即清除工具、刮涂工具和打磨抛光工具。（1）清除工具涂装施工中使用的清除工具有两类，一类是清除旧漆工具，另一类是除锈工具。①清除旧漆工具：清除旧漆工具分为手工工具和机械工具两种。手工清除旧漆工具常用的有钢刮刀、钢铲刀、扁铲、钢丝鞭、敲锤等。刮刀主要用于平面旧漆的清除，如轿车前、后盖板等，刮除时应一手握刀柄，一手握刀身，沿车身纵轴线方向依次清除。铲刀主要用于边缘、夹缝部位旧漆的清除，钢丝鞭和敲锤主要用于清除凸凹不平部位的旧漆。机械清除旧漆工具常用的有小型风动铲、喷灯、电热器等。小型风动铲清除旧漆效果好，操作省力，适合于不同漆面环境。注意：上述提及的旧漆清除工具主要适合于清除腻子层等较厚的旧漆涂层，若轿车漆面破损严重，最好用脱漆剂与相应工具配合施工。②除锈工具：除锈工具也分为手工工具和机械工具两种。手工除锈工具有钢刮刀、扁铲、钢丝鞭、锉刀、砂轮片等。手工除锈操作费力，效率低，除锈效果差，需配合粗砂布使用，主要用于局部小工作量的施工。机械除锈工具有喷砂枪、气动圆盘钢丝刷、离心除锈器、风动除锈锤等。机械除锈工具的特点是除锈速度快，质量好，工作效率高，适用于大面积作业。（2）刮涂工具汽车涂装用刮涂工具主要用于刮涂腻子的施工。常用的工具有刮灰刀、牛角板、钢片刮板及橡胶刮板等四种。①刮灰刀：刮灰刀是刮涂腻子最常用的工具，其特点是规格齐全，弹性好，使用方便。加宽刮灰刀有100mm和75mm两种，适合于大面积刮涂及基层的清理；中号刮灰刀宽度多为50~65mm，主要用于小面积腻子的刮涂及清除旧漆；窄刮灰刀多用于调配腻子及清理腻子毛刺等。刮灰刀使用后要及时清洁，并涂少许黄油防锈。②牛角板：牛角板是用优质水牛角制成的，其特点是使用方便，可往复刮涂，主要用于修饰腻子的补刮作业。牛角板使用后应清理干净，并置于木夹上存放，以防止变形。③钢片刮板：钢片刮板是刮涂汽车腻子的主要工具，其特点是刃宽，刮涂效率高，刮后腻子层平整，适用范围广。钢片刮板可以根据施工需要自制或选购。④橡胶刮板：橡胶刮板弹性好，刮涂方便，可随物面形状不同进行刮涂，以获得平整的腻子层，尤其是对凸形、圆形、椭圆形物面更为适用。使用橡胶刮板应注意，不能与有机溶剂（如香蕉水、二甲笨、酮类等）接触，以防止变形。（3）打磨抛光工具①打磨工具：手工打磨主要是用砂布或水砂纸包裹木块或橡胶块进行打磨。砂布包裹木块主要用于干磨腻子层，水砂纸包裹橡胶块主要用于水磨细腻子及中间涂层漆膜。使用手工打磨工具时，通常配合刮灰刀、毛刷、棉纱等用品，如干磨腻子，可先用刮灰刀清除腻子层表面的毛刺，平整粗糙刮痕，再进行打磨。干磨粉尘较多，水磨无粉尘且效率高、质量好，故提倡采用水磨。机械打磨工具有气动磨灰机、电动磨灰机等。气动磨灰机效率高，打磨质量好，使用安全。目前，国产气动磨灰机品种有F66、F32、N3、M2等。电动磨灰机噪声小，振动轻，粉尘少，打磨质量比气动磨灰机高。②抛光工具：抛光工具主要是抛光机，通常为电动。它与机械打磨工具的工作原理相同，不同之处是抛光工具的转速较高，磨料较细，主要用于面漆抛光和上蜡抛光等作业。2.个人防护用具在任何操作中，粗心大意都易导致事故，喷漆作业也不例外。正确配戴个人防护用具，可以保证作业安全。在使用涂料稀释剂和脱漆剂以及任何酸性溶剂时，都应配戴橡胶手套。此外，当用涂料稀释剂或石油溶剂油清洗涂装设备时，也必须配戴橡胶手套。注意：应确保手套是由不会被喷漆稀料或其它强化学试剂软化的橡胶制成的。在处理酸性化学试剂、漂白剂或其它化学品时，必须配戴防护眼镜。使用喷涂设备进行任何涂装作业时，都应配戴具有雾化过滤器的有机气体防尘面罩，以免将涂料颗粒吸入肺部。最后，在进行任何涂装作业时，都应穿着舒适、宽松的服装。三、喷漆常见问题及对策1.腻子印、羽状边（坡口）开裂（1）原因分析①在底漆上喷涂过厚或过湿的漆层（溶剂被包容在底漆内，而底漆没有干燥牢固）。②材料混合不均匀（平整底漆颜料成分较高，稀释后会沉降，放置一段时间后如不再搅拌，使用起来就会使颜料松散并含有孔隙和裂缝，使涂层像泡沫材料）。③错误的稀释剂。④不当的表面清洁和准备（清洁不当，则润湿性差，粘结不牢，使平整底漆层在边缘收缩或移位）。⑤干燥