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涂装车间前处理过滤系统的改进摘要：为配合上海某合资整车厂涂装车间“电泳无打磨（No Touch E-Coat）”项目的实施，以减少电泳漆膜颗粒缺陷为目标，对涂装前处理工艺和电泳工艺的过滤系统状况进行了调查。介绍 了电泳漆膜颗粒缺陷的类型和颗粒来源，分析了前处理槽液中铁类杂质的浓度、粒径分布情况和前 处理过滤设备的效率，在此基础上通过采取提高磁性分离器对铁类杂质的去除效率+调整各工序过 滤袋精度的措施，最终大幅度降低了影响车身电泳漆膜表面质量的颗粒杂质。关键词：涂装 前处理 过滤 改进中图分类号：TQ051.8+5文献标识码：B丰泰过滤系统（上海）有限公司 汪 宇 刘 蓉1 前言3改进前，前处理、电泳过滤设备的配置情况电泳漆膜表面的颗粒缺陷必须经打磨平整后才能进入后道喷涂工序，但打磨一方面减少了电泳漆膜的 厚度，容易造成车辆防腐蚀性能下降；另一方面，打磨 过程中产生的粉尘会导致车身的二次污染，使后道涂膜 产生颗粒缺陷。所以，已经有越来越多的整车生产厂意 识到了减少电泳打磨量或实现“电泳无打磨”对提高车 辆面漆一次报交合格率的重要性。而含有污染物的槽液 是造成车身电泳漆膜颗粒缺陷的主要原因，丰泰过 滤系统（上海）有限公司通过对前处理和电泳过滤 系统进行分析和改进，帮助整车厂接近或达到电泳 无打磨（No Touch E-Coat）目标。改进前，前处理、电泳过滤设备的配置情况见表1。4导致电泳漆膜产生颗粒缺陷的杂质种类及其来源4.1 杂质种类白车身表面附着的焊渣、密封胶和纤维等都会对涂 装前处理槽液和电泳槽液造成污染，此外，表调渣、磷 化渣、电泳漆结块、剥落的锈蚀和细菌、烘房风道油 污等也都会导致电泳漆膜出现颗粒缺陷，但不同种类 的杂质造成的电泳漆膜颗粒缺陷各自所占的比例和缺 陷尺寸标准却未能引起足够的重视，这给解决电泳漆 膜颗粒缺陷问题带来了不利影响。作者认为，不能被2 涂装前处理和电泳的工艺流程涂装前处理和电泳的工艺流程见图1。AT & M视界AT&MFIELDFVISION图1 涂装前处理和电泳的工艺流程4袋式过滤器×4中涂漆膜覆盖的缺陷都是需要进行处理的。目前，溶剂型中涂漆膜的厚度约为30 45 m，而水性中涂 漆膜的厚度则更低。为此选择对电泳漆膜表面直径为30 m以上的颗粒缺陷进行分析、判断杂质的种类（例如，圆形的黑色缺陷可能是焊渣或来自于喷淋工 序的密封胶）。在显微镜下用探针接触和刺破电泳干 膜上的颗粒缺陷，通过分析其磁性、硬度、分布的深 度、颜色和形态特点等来确定杂质的类型。具体步骤 如下。a.从生产线上随机选取1台当天正常电泳并烘干的车身上的发动机盖板、后行李厢盖板进行缺陷分析 。一般来说，发动机盖板和后行李厢盖板是质量要求最高的车身水平面，而且是电泳颗粒缺陷最集 中的区域。该厂采用的输送系统是摆杆运输机，在 前处理和电泳过程中车身始终正面朝上（固体杂质 颗粒在重力和喷淋力的作用下更易于附着在朝上的 水平面部件）。在现场工程师的要求下，本文以颗 粒更密集的后行李厢盖板为试验样件，对过滤系统改 进前、后的电泳涂层颗粒缺陷情况进行对比。b.标识出裸手可感知的、直径为30 m（采用 电子显微镜进行显微测量）以上的所有颗粒缺陷。c.利用探针分别在50倍和225倍电子显微镜下对18汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M2012年第11期 表1 改进前，前处理、电泳过滤设备的配置情况工序过滤设备的配置工序过滤设备的配置工序1 预清洗 无喷淋：悬挂式磁棒×8，8袋式过滤器×2 工序2 喷脱脂主循环：4袋式过滤器×2，旋液分离器×2MHD磁性分离器×1工序3 浸脱脂悬挂式磁棒×8，旋液分离器×2，4袋式过滤器×4 工序4 喷脱脂悬挂式磁棒×8，旋液分离器×2工序5 水喷洗 悬挂式磁棒×8，4袋式过滤器×2 工序6 水浸洗 悬挂式磁棒×8，4袋式过滤器×2 工序7 表调 悬挂式磁棒×8，1袋式过滤器×8 工序8 磷化 板框式压滤机工序9 RO水喷洗 悬挂式磁棒×8，4袋式过滤器×3工序10 RO水浸洗悬挂式磁棒×8，工序11 钝化4袋式过滤器×2 工序12 DI水喷洗4袋式过滤器×2工序13 DI水喷洗 4袋式过滤器×2 工序14 电泳4袋式过滤器×15 工序15 UF喷洗4袋式过滤器×2 工序16 UF浸洗4袋式过滤器×2 工序17 DI水喷洗 4袋式过滤器×2 工序18 DI水喷洗 4袋式过滤器×2AT & M视O界AT&MFIELDFVISION缺陷进行逐一研究。过滤系统改进前电泳颗粒缺陷典型的统计结果见 图2。图3 白车身内底板上的焊渣图2 过滤系统改进前，电泳的后行李箱盖板的颗粒缺陷统计结果由图1可知，在总数为73个的电泳漆膜颗粒缺陷中，铁类杂质占57个（是造成电泳漆膜颗粒缺 陷的主要原因），另外焊装车间的密封胶类杂质也 占有较高的比例。这是最典型的电泳颗粒缺陷分布 状态。4.2 杂质来源在焊装车间生产现场发现，白车身上附着有大量 的焊渣（图3）和密封胶渣（图4），这些杂质在车身 进行前处理和电泳时会落入到槽液中。同时发现在前 处理和电泳的每个槽体的槽底和喷淋液出液口都堆积 有焊渣和密封胶。在电泳槽入口处的车身上发现的密 封胶和焊渣见图5和图6。结合探针分析时颗粒缺陷 多深陷于电泳漆膜下的特点，判定该厂导致电泳漆膜 颗粒缺陷的杂质多来源于前处理过程，并随槽液的循 环和喷淋散布于车身表面，电泳后在电泳漆膜表面形 成颗粒缺陷；而且焊渣和密封胶经磷化后，与板材的 结合更加牢固，磷化后的水洗工序也不能将其有效去 除。现场试验表明，即使在电泳槽入口处增加手工3 bar（1 bar=105Pa）纯水喷洗后，车身表面依然存在 焊渣和密封胶。图4 白车身底板下部滴落的密封胶图5 电泳槽入口处车身上的密封胶图6 电泳槽入口处车身上的焊渣环在槽液不同深度呈现不同的浓度分布状态，在前处理不同工序槽体内的浓度分布也不相同。为了更有效 地使用或增加过滤设备，对前处理槽液中的铁类杂质 进行了分析，采用步骤如下。a.以正常生产循环状态的槽液为研究目标，利用 含磁性过滤装置的取样设备抽取槽体不同高度的槽液，收集其中被捕获的铁类杂质。为避免槽底沉积层5槽液中铁类杂质的分析和过滤系统的改进5.1 槽液中铁类杂质的分析铁类杂质包括来自于白车身上的焊渣、焊渣聚集体和铁屑等。铁类杂质掉落于槽液中后，随着槽液循2012年第11期 汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M19AT & M视O界AT&MFIELDFVISION和槽液表面泡沫对试验结果的影响，在距离槽底和槽液表面各10 cm处取液，取样量约为94.6 L。b.用显微镜和激光粒径分布仪等检测铁类杂质的 浓度和粒径分布情况。5.1.1 槽液中铁类杂质的浓度 前处理各槽液中铁类杂质的浓度见图7。 由图7可知，前处理工序2喷脱脂槽体底部的铁类杂质浓度最高，其平均浓度是工序3浸脱脂的3倍。 可见，需要对工序2处原有的过滤设备进行优化和改 进，以避免大量的铁类杂质随脱脂液回喷至车身而造成铁类杂质向后道工序迁移。5.1.2槽液中铁类杂质的平均尺寸前处理各槽液中铁类杂质的平均尺寸见图8。由图8可知，铁类杂质的平均尺寸为14 m，比 多数车厂平均尺寸约30 m的状态要好，说明原来 配置的过滤设备对大粒径的铁类杂质有较好的捕获能 力。由于这些大量的小尺寸铁类杂质持续漂浮在槽液 中且很难过滤，在电泳槽内和电泳漆聚集在一起形成 较大的颗粒，从而影响电泳漆膜质量，因此应提升过 滤系统对小尺寸铁类杂质的捕捉能力。5.1.3 槽液中铁类杂质的最大尺寸前处理各槽液中铁类杂质的最大尺寸见图9。图7 前处理各槽液中铁类杂质的浓度图8 前处理各槽液中铁类杂质的平均尺寸20汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M2012年第11期 AT & M视O界AT&MFIELDFVISION图9 前处理各槽液中铁类杂质的最大尺寸由图9可知，各槽体顶部的铁类杂质最大粒径都比底部的小，说明大粒径的铁类杂质因自重在槽内下 沉迅速；同时发现各槽液中铁类杂质的最大尺寸为120 m、最大尺寸的平均值达到93 m。由于槽液 循环都会经过袋式过滤器，而这样大尺寸的杂质是难 以通过正在使用的过滤袋的，这就说明它们多数是未经过循环而是从经过的白车身上直接掉落入槽的车身所携带的杂质不会在一个工序被完全冲洗出来，而是逐渐被冲洗、掉落的过程。改进前，各个工序配 备的足量滤器就是为了捕捉这些直接掉落的颗粒。5.1.4 槽液中30 m的铁类杂质占铁类杂质总量的 比例前处理各槽液中30 m的铁类杂质的比例见图10。图10 前处理各槽液中30 m的铁类杂质的比例由图10可知，各槽液中30 m的铁类杂质的平均比例约为91%。由于旋液分离器对70 m甚至 更大的颗粒才有较高的分离效率，而改进前采用的液 体过滤袋精度都在50 m以上。因此，这些小尺寸 的铁类杂质持续漂浮在槽液中且不能被旋液分离器和过滤袋捕捉，聚集后形成更大的颗粒。在显微镜下，发现电泳漆膜上部分30 m缺陷就是由细小焊渣 和电泳漆微粒聚集变大形成较大的颗粒而导致的。改 进前，在工序10钝化前、后分别使用悬挂式磁棒和10 m过滤袋虽然对减少该类缺陷很有帮助，但仍2012年第11期 汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M21AT & M视O界AT&MFIELDFVISION需加强对30 m杂质的捕捉能力。5.2 针对铁类杂质的改进方案和改进效果5.2.1 改进方案 如上所述，原有过滤系统对较小尺寸铁类杂质的捕捉能力不足，导致这些铁类杂质通过喷淋 散布到车身各个角落。为此，在工序2喷脱脂处 增加了1台FerrX5000磁性分离器（图11）。改进前，工序2的主喷淋循环系统配置了两 台旋液分离器、1台MHD磁性分离器和两台4袋 式过滤器，在辅槽中部引出的工件进、出口喷淋 系统配置了两台8袋式过滤器，进、出口喷淋系 统取液口所在的辅槽内配置有8根悬挂式磁棒。 MHD磁性分离器安装在主循环线路上，由于通过的 液体流量过大导致铁类杂质的一次拦截率低，部分铁 类杂质被磁化后返回槽中对钢板的吸附力增强从而造 成更严重的颗粒缺陷；悬挂式磁棒成本较低，但人工 清洗频率低影响了对铁类杂质的处理效果。增加的FerrX5000磁性分离器配备有独立的循 环路线，不影响整体工艺。为了提升对较小粒径铁 类杂质的捕捉效率，FerrX5000磁性分离器从工序2喷脱脂的槽中取液，清液返回至进、出口喷淋管 图11 工序2处新增的FerrX5000磁性分离器路。其最突出的特点是能够24 h连续自动运行，分离3 m以上的铁类杂质，处理液质量稳定，一次 拦截率高，杜绝磁化铁粉回槽，并能够根据产能精 确设置排渣时间。5.2.2 改进效果 经过3个月的在线使用，FerrX5000磁性分离 器对铁类杂质捕捉效率的测试结果见表2，相同车 型电泳的后行李厢盖板表面铁类杂质数量的变化见图12。流量/加仑·min-1压力/ PSI（1 PSI=6 895 Pa）单次循环时间/min每个循环周期排放阀 开启的时间 /s单次循环的捕捉量/克每周捕捉量/kg由表2可知，安装在工序2喷脱脂的FerrX5000磁性分离器的最佳控制参数为：单次循环时间为45 min、杂 质排放时间为3.5 s。在此条件下，每周可捕获40.8 kg的 铁类杂质。由图12可知，增加1台FerrX5000磁性分离器 后，相同车型电泳的后行李厢盖板上的铁类杂质数 量由57个减少到34个，即减少了40.4%。由图13可知，在FerrX5000磁性分离器运行期图12 电泳的后行李厢盖板铁类杂质数量的对比间，车身表面密封胶类缺陷的数量有上升趋势。说明增加磁性分离器对减少车身密封胶类缺陷没有作 用，必须进一步改进过滤系统。22汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M2012年第11期 27030453.5182.3340.827230605.0228.9038.527230457.0181.0640.6表2 FerrX5000磁性分离器对铁类杂质的捕捉效率AT & M视界AT&MFIELDOFVISION外滤袋的环口是否被压紧、密封（即过滤袋与过滤器的匹配密合）也是影响过滤效率的重要因素。在增加 FerrX5 000磁性分离器以前，对前处理各工序使用的 袋式过滤器的过滤效率进行了分析，步骤如下。a . 对经过每台过滤器前、后的槽液分别取样 400 mL。b.使用显微镜和激光粒径分布仪等对样品中的杂 质种类、浓度和颗粒分布情况进行分析。6.1.1 槽液过滤前、后的总悬浮固体含量（TSS）及 滤袋精度前处理各槽液过滤前、后的总悬浮固体含量 （TSS）及滤袋精度见图14。图13 安装FerrX5000磁性分离器后，电泳的后行李厢盖板颗粒分布6过滤设备效率的分析和过滤系统的改进6.1 过滤设备效率的分析该合资整车生产厂采用的主要过滤设备是袋式过 滤器，其过滤效率主要由所使用的滤袋精度决定，另图14 槽液过滤器前、后总悬浮固体含量的下降比例及滤袋精度由图14可知，前处理各槽液中总悬浮固体浓度最高的依然是工序2喷脱脂，因为该处槽液焊渣量最 高；工序7表调所含固体较工序6水洗的多，初步分析 可能是由于表调剂方面的因素造成的；因为含有磷化 渣的原因，磷化后第1道水洗工序9的总悬浮固体浓度 也升高。工序13 去离子水喷洗的过滤最为高效，这 个工位上的固体杂质降低比率为81%；而工序3的过 滤最为无效，固体杂质降低比率仅为7%，说明有些 工序的过滤袋精度不当，必须进行优化和改进。6.1.2 槽液过滤前、后的杂质平均粒径前处理各槽液过滤前、后的杂质平均粒径见图15。由图15可知，过滤前的固体杂质平均粒径比过滤后的要大，表明每个过滤器的配备都是有效果的。过 滤前、后的固体杂质平均粒径是34 m，则说明原来 使用50 m以上的滤袋不能有效捕捉这些铁类和密封 胶类杂质。平均粒径的最高数值（52 m）出现在工 序2喷脱脂的2号过滤器之前，而2号过滤器安装在旋液 分离器之后，这再次证明旋液分离器无法捕捉小尺寸 的铁类和非铁类颗粒杂质。6.1.3 槽液过滤前、后铁类和非铁类颗粒杂质的比例 槽液过滤前、后铁类和非铁类颗粒杂质的比例见图16。2012年第11期 汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M23AT & M视O界AT&MFIELDFVISION图15 槽液过滤前、后杂质的平均粒径图16 槽液过滤前、后铁类和非铁类杂质的比例由图16可知，在槽液过滤前、后的固体悬浮颗粒中，非铁类杂质占86%。说明除增加FerrX5 000 磁性分离器以提高铁类杂质的过滤效果外，还需要 同时提高袋式过滤器的精度，以捕捉更多的密封胶 类杂质，才能得到质量更好的电泳漆膜。6.2 针对密封胶类杂质的改进方案和改进效果6.2.1 改进方案在对过滤效率进行分析的基础上，分别以 25 m、50 m、10 m的过滤袋替换前处理工序3浸脱脂2号过滤器、工序7表调和工序9的 RO水喷洗 原来50 m、100 m、25 m的过滤袋；并将工序2的2号过滤器和工序7的尼龙过滤袋更换为聚丙烯过滤袋，以提高对密封胶等柔性杂质的捕捉效率；在 电泳工序使用容污量是普通聚丙烯过滤袋的4.5倍、 有超强吸油性能的“茧”式过滤袋MAXPONG；并检 查了过滤袋的环口压紧情况，对悬挂磁棒的清洗频次 和槽体清洁频率也都进行了跟踪，确保改进前、后的 状态一致，以避免其它因素造成的影响。6.2.2 改进效果 采取上述改进措施并持续运行两周后，电泳的后行李厢盖板上密封胶缺陷数量的对比情况见图17。由（下转第27页）24汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M2012年第11期 生产S现O场SHOPLUTION的质量评价指数PASC指数，如表2。这种指数取值1 5，值越低说明生产系统的稳定性和精度越好。 根据生产实践，PASC值低于3，则生产是稳定可控 的，且具有足够的精度。CII2.5 2.53.5 3.54.5 4.55.5 5.53 PASC指数分析采用某车型异地搬迁的86台白车身测量数据 （2008年8月21日 12月22日），得到合格率周平 均值（图1）以及CII（图2）。这个阶段的PASC值 如表3。由表3看出，虽然在搬迁阶段（2008年11月第一周）合格率较低，然而PASC指数稍高于3，仍然处于可控状态，经过短时间的调试，PASC指数很快降低到3以下。 通过该指数，可以综合评判产品生产状态的精度和稳定性，进而为自主品牌的质量工作提供了坚实的基础。图1 某车型合格率周平均值图2 某车型 CII时间2008年8月2008年9月2008年10月2008年11月2008年12月&M（上接第24页）图中可见，密封胶缺陷数量由37个下降为5个，降幅 达86.5%。密封胶类杂质以及涂装前处理、电泳液体过滤系统进行分析的前提下，在工序2喷脱脂处增加了1台 FerrX5 000磁性分离器，同时优化了前处理各工 序过滤袋类型和精度。通过采取上述改进措施，车身 电泳漆膜颗粒缺陷数量显著下降，使电泳打磨工序由 “面”打磨顺利调整为“点打磨”。实践证明，对前 处理过滤系统的改进是逐步实现“电泳无打磨”的图17 改进前、后电泳的后行李厢盖板密封胶杂质数量的对比重要手段。&M7 结论在对能够引起电泳漆膜颗粒缺陷的铁类杂质、2012年第11期 汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M27AT AT PASC3.63.72.93.22.8表3 某车型PASC值98%11.522.5395%98%1.522.533.590%95%22.533.5485%90%2.533.544.585%33.544.55表2 PASC指数矩阵