轿车前处理二线的工艺分析.doc

神龙公司轿车前处理二线的工艺分析神龙公司轿车前处理生产二线的工艺分析摘要：涂装前表面预处理的好坏直接影响涂层使用寿命和装饰效果。本文从工艺流程和设备布局两方面系统地介绍了神龙公司预处理二线。从脱脂剂、脱脂温度、脱脂时间和机械作用几个方面对脱脂效果进行了探讨，列举了该线脱脂段物理和化学参数。分析了磷化的成膜原理，同时就酸比、温度以及处理时间对磷化膜质量的影响作了简要的探讨。可以为预处理的管理和工艺选型提供参考。关键字：脱脂 表调 磷化 钝化前言神龙公司的轿车前处理生产二线是由法国ALSTOM公司设计制造，由东风汽车公司21厂和24厂安装并配合调试的。设计能力为7.5万辆/年，目前该生产线已投入运行两年半。从使用结果说，该生产线工艺先进，运行可靠，产品质量好，自动化程度高，具有国内先进水平。一、工艺分析1前处理的目的涂装前表面预处理是指用化学的方法或机械方法除车身内外的所有异物和油污，如各种防锈油，拉延油等，然后，涂覆一层密而薄的磷化膜和钝化膜，从而提供适合于涂装要求的良好基底，使电泳底漆有力的附着在金属表面，达到保护汽车车身的目的。它是直接影响涂层使用寿命和装饰效果的重要环节。2前处理工艺过程前处理线采用低温脱脂及磷化工艺，脱脂温度为572，磷化温度为502，输送装置采有世界先进的同步滑撬输送装置，磷化采用槽外板式循环加热、板框式压滤机。材料使用上海Hankel公司前处理产品、化学品自动补加。目前，大型汽车厂的处理大都采用喷浸喷的处理工艺，其主要工艺过程如下：预脱脂脱脂水洗1水洗2表面调整磷化水洗3水洗4钝化循环去离子水洗白车身 磷化车身 1)脱脂脱脂就是去除车身内外表面的油污，它主要是依靠清洗剂的浸润，分散、乳化及增溶作用达到去除油污的目的，一般采用先喷洗再浸洗的方法，脱脂质量的好坏主要取决于以下几个因素：(1)脱脂剂早年汽车生产中曾大量采用碱液清洗去油,主要采用氢氧化钠、碳化钠、磷化钠之类的碱性物质，这类物质价格较低，使用简便，可组成机械化生产，曾在汽车生产中大量使用，但是，它的脱脂能力较差，需要较高的脱脂温度，随着表面活性剂产量和品种的不断增加，出现了把碱性物和表面活性剂结合使用的碱液脱脂剂，它既保存了碱性脱脂剂方便价廉的优点，又能大大提高脱脂效率，降低脱脂温度，与单用表面活性剂脱脂相比，既降低了脱脂费用，又有很高的脱脂效果。一般来说，清洗液的PH值越高，其清洗效果越好，但对金属的腐蚀也相应增加。当PH10时，镀锌层在碱液中就会有腐蚀。但在实际生产中,我们选择的PH值是1012，因为车身在碱液中浸泡的时间较短，正好利用腐蚀除掉表面的腐蚀层，增强锌的活性。因此，必须将PH值理想范围是在12以下。(2)脱脂温度一般来说，温度越高，脱脂越彻底，但是，并不是所有场合都是温度越高越好，温度越高，能耗加大，在采用某些种类表面活性剂的脱脂液中，过高的温度会使表面活性剂析出聚集，如同油珠附着在表面上，造成磷化膜发花不均匀。(3)脱脂时间在脱脂操作中，必须保证有足够的脱脂时间，压力喷射。压力喷设脱脂时间一般为1.53min。浸渍脱脂一般用35min,增加脱脂时间,即延长脱脂液与油污的接触时间,从而提高脱脂效果。油污越多,脱脂时间就需越长。(4)机械作用在脱脂中，借助于压力喷射或搅拌等机械作用是非常有效的，因为，喷射时迫使新鲜的脱脂液与零件表面有良好的接触，而且整个脱脂溶液含量均匀，有利于提高脱脂效果，喷射时依靠机械作用力促使脱脂剂渗透和破坏油膜，从而有效地迫使油污脱离零件表面，喷射时促使脱离零件的油污乳化和分散于脱脂溶液中，防止油污再吸附到洗净的零件表面上。在中低温脱脂中，机械作用尤其重要，一般地说，压力喷射脱脂比浸渍脱脂速度快一倍以上。喷射压力通常为0.10.2Mpa.目前，神龙公司前处理采用的是中温脱脂工艺，脱脂温度为572，预脱脂时间为1min,槽液PHL Me3(PO4)2时，就产生不溶性磷酸盐的沉积，覆盖在金属表面，构成磷化膜。Fe2+除部分参与成膜形成Zn2Fe(PO4)2.4H20外，剩余部分被氧化成Fe3+.目前市场上磷化液种类繁多，按其组成成份不同，可分为锌钙系、锰系等磷化液化形成的磷化膜粗糙，磷化温度高，能耗大，沉渣多；铁盐磷化膜膜薄，涂膜的耐蚀性差，以上两种都不是理想的汽车车身磷化液。电泳涂装要求磷化膜薄而致密，磷化膜重量以1.02.5g/m2为宜，而且磷化膜在电泳槽中的溶解度要小，应有良好的导电性。磷化膜过厚（超过2.5g），不仅导电性差，机械性能和防腐性能也不好，试验和生产应用证明，锌系磷化液是较为理想的磷化液。八十年代发展了一种新的磷化工艺即低锌磷化，低锌磷化工艺有利于磷酸二锌磷化膜的生成，但低锌体系的磷化膜生面速度低，槽液控制比较复杂，尽管如此，为了获得优良的磷化膜质量，低锌磷化工艺仍被广泛应用于汽车车身。磷化膜质量取决于以下几个工艺参数的影响： (1)酸比酸比即总酸度与游离酸的比值。它应根据不同的目的和要求，不同的处理条件及不同的配方维持在一个适应的数值。酸比比较小的配方，游离酸高，成膜速度慢，磷化时间长，所需温度高；酸比比较大的配方，成膜速度快，磷化时间短，所需温度低。 (2)温度磷化温度是能否成膜的一个非常重要因素，磷化配方一旦选定，就要严格遵照工艺范围控制好温度，温度过高要产生大量沉渣，磷化液失去原有平衡；温度过低，成膜离子浓度总达不到溶度积，不能生成完整的磷化膜。(3)时间根据不同目的，在不同的配方中都有规定的工艺时间，时间过短，成膜量不足，不能形成致密的磷化膜层；时间过长，由于结晶在已形成的膜上继续生长，可能产生有疏松表面的粗厚膜。底漆2线磷化采用的是中温锌系磷化，磷化槽液温度控制为502，磷化时间为180秒。根据资料介绍和实践证明，对阴极电泳前磷化膜应具备以下质量标准：（1） 外观 目测应均匀、致密、无锈；（2） 磷化膜质量 应在23g/m2范围；（3） 结晶细度 小于10；（4） P比：85%以上（即膜中Zn2Fe（PO4）2H2O含量高,耐碱性好）；（5）Ni含量20 mg/m2以上。5)钝化 磷化后的钝化处理是指对磷化膜采用含铬的酸性水溶液补充处理，它有以下两个方面的作用：一是使磷化膜孔隙中暴露的金属进一步氧化或生成铬化层，填补磷化膜孔隙，使其稳定于大气中，以便提高磷化膜单层的防锈能力，故也称之为封闭处理；二是通过含铬的酸性溶液处理，可以去掉磷化膜表层疏松结构及包含在其中的各种水溶性残留物，降低磷化膜在电泳时的溶解量，以提高涂膜的耐蚀性。欧美以及我国大都采用钝化处理，日本因铬的污染问题而较少使用。目前流行的主要是铬盐钝化，三价铬工艺比六价铬工艺效果更好，且废水处理也比较容易，所以，正在被广泛采用。6)去离子水洗汽车车身在进入电泳槽之前必须进行去离子水洗，以免杂质离子带入电泳槽，对阴极电泳漆来说，残留在车身内外表面的残液电导率最好不要大于20s/cm。3 前处理各工序主要工艺参数及其控制范围 前处理工艺参数多（包括物理参数和化学参数），这些参数必须严格控制，定期检测。现将其主要工艺参数汇总如表一：表一: 前处理线各工序主要工艺参数工 序主 要 工 艺 参 数预脱脂温度572 时间1min PH12 喷淋压力0.10.2MPa 游离碱410pt 碱比2.25脱脂温度572 时间3min PH12 喷淋压力0.10.2Mpa 游离碱911pt 碱比2.25水洗1PH值9.5水洗2总碱度6水洗4总酸度0.5钝化PH3.54.5 Cr6+:1012pt去离子水洗电导率50s/cm注：前处理材料采用上海汉高（Hankel）公司的产品二、工艺设备的布局预处理二线设备庞大、布局合理，结构紧凑，自动化程度高，该线全长154米，工艺基础宽6.5米。在空间上分为四层布置，0层为设备辅助层，1层为工艺设备层，高度为3.15米。2层为工艺通道层，高度为7.6米。3层为设备顶部，高度为12.5米。下面按工艺流程及空间布置分别说明。1、 助设备层该层设备分为三种类型：存储槽类、化学品补加装置类、污水回收的地沟线路1、 存储槽类分为转移槽和废水槽转移槽是在需要维修清理工艺槽和管线时将工艺槽内可使用的化学液体暂时移到转移槽内放置，待设备修复后再投入使用。其中脱脂液转移槽120平方米，脱脂液废水槽150立方米，清洗液废水槽240立方米，磷化液转移槽150立方米，钝化废水槽40立方米。废水存储槽是将废水处理站之前的存放槽，由于主要的水洗有四段工艺，用水量大，清洗液及表调液送入废水站之前存放在清洗槽内。2、 化学品补加装置类化学品的补加与工艺要求密切相关，有六类补加装置：脱脂液补加、表面活性剂补加、表调剂补加、磷化液补加、磷化促进剂补加以及钝化剂补加。目前，在7.5万辆计划时，脱脂1每周排放一次，由脱脂2补加一半，另一半补加新液，脱脂2四周排放一次。水洗1每周排放一次，运行时接受水洗2溢流6立方米/小时，水洗2每四周排槽一次，溢流每小时6立方米。表调液排槽每周一次，循环时溢流量1.6立方米/小时。磷化槽及管网四月清理一次，循环时根据酸度、PH值及锌锰镍的含量要求进行补加。水洗3每月排放一次，循环时每小时接受水洗4的溢流量6立方米。水洗4四个月排槽一次，钝化液每三个月排槽一次，处理子水每小时补充1.5立方米。3、 污水回收的地沟线路由于前处理工艺使用大量的酸、碱性物质，具有极强的腐蚀性和毒性，所有废液都必须回收后送入废水处理站进行处理，构成一个封闭的液体循环系统，避免对环境构成破坏。地沟线路的设置是根据不同区域的酸、碱性质分别回收。它们是：脱脂区、水洗区、磷化区、促进剂补加区、处理子水再生区和钝化区。2、工艺设备层工艺设备层与工艺通道层实际上是一体化的结构，只是在通道的下部。主要是各工艺段的槽体，管网和泵体，按工艺顺序有十个槽体，分别是： 预脱脂 脱脂 水洗1 水洗2 表调 钝化 水洗4 水洗3 磷化 图一. 前处理生产线工艺流程预脱脂槽（20立方米）脱脂槽（115立方米）水洗1槽（12立方米）水洗2槽（67立方米）表调槽（67立方米）磷化槽（125立方米）水洗3槽（12立方米）水洗4槽（67立方米）钝化液槽（12立方米）处理子水洗槽（12立方米）其中12立方米和20立方米的槽是喷淋段，即上部只装有喷淋管。67立方米、115立方米和125立方米的槽是浸入槽，即车身要被泡在这些槽内，凡是有温度要求的工艺段，它们的槽体都要用工业丝绵做保温层，外面再用镀锌铁皮密封。包有保温层的有脱脂1和脱脂2、磷化三个槽。相应的这三个槽由单独供给热能的热交换系统，采用的是板式换热器。另外，由于表调槽温度要小于30，为了防止温度升高，也装有热交换器，但供给的是冷水。工艺设备层共有卧式离心泵17台，其作用在于喷淋和槽液循环。喷淋工艺段就只有用于喷淋的泵。浸入工艺段除了用于喷淋管的喷泵外，还有用于槽液循环搅拌的泵，在泵的进口端管路上全部安装有丝网过滤器，避免杂物损坏泵和各种阀门、传感器、仪表。其中在磷化后的水洗4、处理子水洗工艺段，还安装了三个袋式过滤器，循环泵的管路上串有板式热交换器。其中脱脂1、脱脂2、表调段个有一台，冷热水由单独的管路供给。磷化段一台，并且在板式换热器的供热管路上专门配有一台增加泵，以加强供热的可能性。此外，为消除磷化槽内的磷化渣，还有一个分系统专门完成此项任务，这个系统的核心设备是一台压滤机，经过压滤，磷化渣作为废物被排除。该层设备的管网上装有很多精密的仪表和各类阀门，是整个生产线正常运行不可缺少的一部分。3、工艺通道层工艺通道层内的设备种类相对较少，主要有壳体、骨架、喷管、同步双链及吊臂。骨架一般用型钢对焊，截面呈正方形，表面刷漆。壳体为钢板，其中从脱脂1至表调段为碳素钢板，从磷化至前处理出口全部是不锈钢板，如此相适应，前面五段是碱性环境，所以工艺层设备基本上是不锈钢类。喷淋工艺一般在通道的四壁全部布置有喷管。浸入工艺一般在进出口两端的侧面布置有喷管。运输装置采用同步悬链，同步悬链垂下吊臂，每四个吊臂运输一台小车。悬链被封闭在一个回字形的机构内，回字型的下部留出小槽让吊臂运行，在小槽内全部用一种塑料毛刷对称布置，封住小槽，该层塑料刷的安装极为重要。由于它本身耐酸碱，耐潮湿和高温环境，并且不易折断，有一定弹性和强度，可以完全将通道内的酸、碱和高温湿气隔开，不让它们腐蚀悬链和轨道，并且回字形的轨道内用风机吹入空气，形成正压，完全可以消除悬链被腐蚀的可能，吊臂用不锈钢管制成。左右两边的悬链各自构成闭环，但它们由同一台电机驱动，经过分动箱，由两个完全相同的链条带动，所以两边的吊臂可以保持相同速度，不会偏移，左右两个链轮的中心距离是3.6米。4、设备顶部层设备顶部层主要是风机层，由于整个前处理通道内全部是酸、碱液体，有的液体温度在60左右，再加上大量的喷淋雾化、搅拌，使通道内产生大量蒸汽，这些蒸汽会在设备表面冷凝，腐蚀设备，污染环境，还会沿缝隙外逸，影响工艺效果。因此，前处理线必须要将蒸汽抽出，排到高空。表调段以前是碱性环境，由两台风机排气。磷化段以后是酸性环境，也有两台风机排气，同样按抽风的分配，前后两端各有一台风机送气，以平衡气压。由于送气的温度比通道内气温低，所以送气要经过预热，预热的方式是在送风机出口端安装管式换热器，为避免脏粒进入，在进口端还有空气过滤装置，送入气体是气体沿着通道内悬链轨道防出的，起到了保护悬链免受腐蚀。三、总结神龙公司轿车前处理生产二线从投产至今已有一年半，从运行的情况看，该段生产线可靠性好，工艺先进，达到了设计要求，产品质量好。前处理的输