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2023-03-13
摘要: 主要介紹了汽車車身涂裝過程中水性色漆針孔產(chǎn)生的原因和影響因素，對(duì)某乘用車涂裝車間發(fā)生的車身外表面針孔問題進(jìn)行分析及排查驗(yàn)證，鎖定主要影響因素，并制定解決方案，最終改善噴涂質(zhì)量。
隨著日趨嚴(yán)格的國家環(huán)保法規(guī)的頒布和實(shí)施，建設(shè)環(huán)保工廠理念的深入推廣，越來越多的汽車涂裝生產(chǎn)線采用環(huán)保型水性涂料。水性涂料雖然環(huán)境污染小，但因其具有非常強(qiáng)的觸變性，施工條件要求高，施工過程中也會(huì)發(fā)生各種漆膜缺陷，其中針孔問題是一項(xiàng)控制難點(diǎn)。
針孔缺陷是指水分、溶劑或空氣在漆膜干燥過程中，突破已表干的漆膜，逸出時(shí)留下的針狀小孔或像皮革毛孔的現(xiàn)象。
本文以某乘用車水性漆涂裝車間車身外表面噴涂發(fā)生的針孔問題為例，對(duì)針孔產(chǎn)生原因進(jìn)行分析驗(yàn)證，并對(duì)解決方案進(jìn)行探討總結(jié)。
某乘用車水性漆涂裝車間，車身外表面采用機(jī)器人自動(dòng)化噴涂，噴涂線為 B1B2（B1 為淺色水性底漆，B2 為水性色漆）噴涂工藝。
在生產(chǎn)過程中黃色漆膜表面出現(xiàn)針孔缺陷，影響噴涂質(zhì)量。問題多發(fā)生在車身外表面，每臺(tái)車身外表面出現(xiàn) 2~10 個(gè)數(shù)量不等的針孔，位置不固定分布，翼子板、前門、后門、側(cè)圍都出現(xiàn)同樣的缺陷。隨后白色、黑色漆膜也出現(xiàn)不同程度的針孔，缺陷外觀狀態(tài)和黃色一致。
問題確認(rèn)：1）在噴房濕膜檢查站分段觀察，確認(rèn)針孔狀態(tài)，清漆濕膜可見。2）通過干膜外觀確認(rèn)，同時(shí)打磨涂層表面，確認(rèn)針孔問題發(fā)生在色漆層（含）以下，與清漆層無關(guān)。3）借助顯微鏡分析，在放大 100 倍情況下觀察缺陷狀態(tài)，發(fā)現(xiàn) B1 涂層表面完整均勻，針孔從色漆層突破。
可初步確認(rèn)針孔發(fā)生在 B2（色漆）涂層中。
針孔形成的機(jī)理：漆膜內(nèi)水分、溶劑或空氣在漆膜表干前不能完全揮發(fā)出去，在烘烤時(shí)，漆膜內(nèi)水分、溶劑或空氣經(jīng)高溫后膨脹，揮發(fā)頂破已表干的漆膜形成針孔。
根據(jù)針孔形成機(jī)理，對(duì)現(xiàn)場可能的相關(guān)因素進(jìn)行逐一排查驗(yàn)證
2.1 漆膜厚度
漆膜越厚，溶劑、水分或空氣越不容易揮發(fā)，在烘烤受熱過程中越容易頂破漆膜，形成針孔?，F(xiàn)場選擇有針孔缺陷與無針孔缺陷各一臺(tái)車輛，且確保同顏色同款車輛，并對(duì)缺陷位置膜厚進(jìn)行測量對(duì)比，結(jié)果見表 1所列。
從膜厚對(duì)比上看，有針孔與無針孔車輛膜厚無明顯差異，且測量有針孔車輛的單個(gè)部件，膜厚無明顯差異。檢測部件分層膜厚，BC2 單層約 16 um符合要求。可排除局部膜厚過厚產(chǎn)生的針孔問題。
2.2 噴房的溫濕度
噴房的施工溫度過高、濕度過大，容易引發(fā)針孔問題。濕度過大，增加了漆膜中溶劑或水氣的揮發(fā)難度。一般噴房溫度控制在（25±2）℃，相對(duì)濕度控制在（65±5）%。檢測現(xiàn)場實(shí)際溫度為 24℃，相對(duì)濕度 64%，符合要求。且往前追溯一個(gè)月溫濕度控制情況，穩(wěn)定無明顯波動(dòng)，該因素排除。
2.3 預(yù)烘烤溫度和時(shí)間
水性色漆在噴涂清漆之前需進(jìn)行預(yù)烘烤，一般而言，烘烤要求：（70±10）℃保溫 5~10 min，脫水率達(dá)90%以上。同時(shí)要求升溫曲率不能過快，否則不利于溶劑或水氣正常揮發(fā)。
測量實(shí)際爐溫曲線，符合控制標(biāo)準(zhǔn)：檢測黃色、白色脫水率，結(jié)果符合要求。檢查近半年檢測數(shù)據(jù)無明顯變化，該因素排除。
2.4 涂料相關(guān)性能
施工黏度過大、溶劑揮發(fā)速率過快的涂料，更容易產(chǎn)生針孔問題。依此，對(duì)比近兩個(gè)月的黏度，除更換批次外，無明顯波動(dòng)。為進(jìn)一步驗(yàn)證，添加慢干助劑，問題無改進(jìn)趨勢。
從針孔形態(tài)分析，懷疑油漆夾裹空氣，空氣泡破裂時(shí)油漆不能流動(dòng)填補(bǔ)空缺從而產(chǎn)生針孔。以黃色為例添加消泡劑驗(yàn)證，針孔數(shù)量從 7 個(gè)/臺(tái)降至 4 個(gè)/臺(tái)左右，問題呈緩解趨勢。由以上驗(yàn)證推斷此次針孔問題與油漆夾裹空氣有關(guān)。
2.5 噴涂參數(shù)
檢查各車型、各顏色噴涂參數(shù)無明顯變化，然而較低的轉(zhuǎn)速或過高的空氣壓力更容易產(chǎn)生針孔缺陷。為驗(yàn)證改進(jìn)針孔問題，以黃色為例提高轉(zhuǎn)速至 60 000 r/min，提高油漆霧化與打破氣泡的能力。結(jié)合補(bǔ)加消泡劑，針孔數(shù)量從 4 個(gè)/臺(tái)降低至 2個(gè)/臺(tái)，問題是進(jìn)一步緩解趨勢。
2.6 噴涂相關(guān)設(shè)備
篩查材料輸送系統(tǒng)到機(jī)器人噴涂過程，分析可能產(chǎn)生針孔問題的幾類因素。
1）輸調(diào)漆系統(tǒng)氣泡：調(diào)漆間加料缸加料、循環(huán)缸攪拌或回流異常，可能產(chǎn)生氣泡，隨噴涂過程引發(fā)針孔。
2）壓縮空氣含有水分。
3）噴涂機(jī)器人端泄露空氣至漆液管路通道內(nèi)與油漆混合、夾裹。按照機(jī)器人結(jié)構(gòu)，對(duì)可能混入空氣的區(qū)域分為兩段排查：①機(jī)器人換色器至霧化器接口之間；②霧化器本體內(nèi)部。
因素 1排查：通過觀察各個(gè)循環(huán)系統(tǒng)油漆、循環(huán)缸/加料缸油漆狀態(tài)，確認(rèn)正常，因素排除。
因素 2排查：通過壓縮空氣承接板試驗(yàn)，吹掃確認(rèn)空氣正常。
因素 3 排查：①更換/對(duì)調(diào)霧化器，問題未消失，也未隨之轉(zhuǎn)移，可排除霧化器本體內(nèi)部異常。②觀察噴涂過程，發(fā)現(xiàn)機(jī)器人噴涂扇幅有出現(xiàn)閃斷情況。停線進(jìn)行流量標(biāo)定，發(fā)現(xiàn)有夾雜空氣的出漆不連續(xù)狀態(tài)。拆解換色器出口管路，發(fā)現(xiàn)管路有空氣泄漏情況，隨后分析、確認(rèn)了換色器上的脈沖空氣閥泄漏，空氣混入。拆下空氣閥確認(rèn)，發(fā)現(xiàn)閥體閥針前端密封位置出現(xiàn)積漆情況，影響密封，導(dǎo)致泄漏空氣。當(dāng)空氣閥關(guān)閉狀態(tài)下無法密封時(shí)，壓縮空氣將進(jìn)入到換色器中央通道。機(jī)器人在準(zhǔn)備噴涂或噴涂狀態(tài)下，換色器中央通道填充油漆，此時(shí)空氣混入油漆，極易引發(fā)針孔問題。
針對(duì)以上排查情況，現(xiàn)場更換了新的空氣閥，機(jī)器人模擬噴涂確認(rèn)正常。跟蹤隨后的噴涂車況，確認(rèn)針孔問題未再發(fā)。
更換空氣閥后，停止補(bǔ)加消泡助劑，同時(shí)恢復(fù)之前調(diào)整的噴涂參數(shù)，持續(xù)跟蹤至循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)油漆更新率達(dá) 100%以上，確認(rèn)針孔問題未再發(fā)生。
根據(jù)以上正向、反向驗(yàn)證跟蹤結(jié)果，確認(rèn)機(jī)器人脈沖空氣閥積漆、泄漏空氣為此次引發(fā)針孔問題的主要變量因素。
為了進(jìn)一步研究空氣閥泄漏空氣的根本原因，對(duì)可能導(dǎo)致空氣閥積漆的因素進(jìn)行分析，并制定相應(yīng)的改進(jìn)方案，以提升噴涂質(zhì)量穩(wěn)定性。
空氣閥是控制壓縮空氣進(jìn)入換色器的開關(guān)。進(jìn)入的壓縮空氣主要參與機(jī)器人內(nèi)部管路的清洗過程。因此，從機(jī)器人清洗相關(guān)機(jī)理出發(fā)，進(jìn)行以下3個(gè)因素分析與改進(jìn)驗(yàn)證。
懷疑因素 1：清洗過程中廢溶劑回收閥未提前打開泄壓，管路憋壓，油漆滲入空氣閥。
驗(yàn)證方案：優(yōu)化清洗程序，調(diào)整 RF 閥（廢溶劑回收閥）開關(guān)邏輯，提前泄壓。跟蹤確認(rèn)無效，確認(rèn)非要因。
懷疑因素 2：溶劑壓力過大，在清洗時(shí)出現(xiàn)憋壓或過壓產(chǎn)生的沖擊，使管路殘留油漆滲入空氣閥。
驗(yàn)證方案：調(diào)整溶劑壓力，從0.75~0.80 MPa降低至0.6 MPa。跟蹤確認(rèn)無效，非要因。
懷疑因素 3：分析換色器結(jié)構(gòu)邏輯，發(fā)現(xiàn)空氣閥（PL1）位于換色器底端（如圖 1所示）廢溶劑收閥（RF2）在頂端。當(dāng)清洗時(shí)，PL1 打開，讓油漆從 RF2 及后端的 RF1 閥排出，而此時(shí)換色器中央通道殘留的油漆存在滲入PL1閥的情況，從而產(chǎn)生積漆。
驗(yàn)證方案：對(duì) PL1 閥門位置結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，將 PL1閥置于換色器最頂端（如圖 2所示）同時(shí)將 RF2 閥置于底端（同時(shí)調(diào)整控制管路）。持續(xù)跟蹤，確認(rèn)有效，為主要因素。
按照因素 3 的驗(yàn)證方案，對(duì)其他機(jī)器人進(jìn)行同步改造，此因素改進(jìn)有效。
汽車涂裝過程中色漆針孔問題，產(chǎn)生因素眾多。通過系統(tǒng)性分析針孔產(chǎn)生的影響因素，對(duì)每個(gè)因素一一進(jìn)行分析、排查、驗(yàn)證，最終鎖定主要影響因子，并制定改進(jìn)方案，解決了生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的針孔缺陷。
本文結(jié)合現(xiàn)場工作經(jīng)驗(yàn)，給設(shè)備方面的問題分析、排查提供了思路，同時(shí)對(duì)設(shè)備內(nèi)部因素的研究，有助于對(duì)機(jī)器人設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與應(yīng)用的評(píng)估，并建議設(shè)備保養(yǎng)方面增加檢修內(nèi)容，做好預(yù)防性維護(hù)。
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