淺談烘干室風速、風向對車身內外板溫度均勻性的影響

劉重陽 韓志偉 王劍 李洪嶺

摘 要：文章介紹了目前各主機廠烘干室的結構特點，如IMC烘干室、π型烘干室、直通烘干室以及烘干室內風速的設計，不同的風向對車身油漆、內板和外板的烘烤影響極其重要。

關鍵詞：IMC 烘干室;π型烘干室;直通烘干室;烘干室設計風速;風向;車身內外板溫度均勻性

中圖分類號：U445.58+5? 文獻標識碼：B? 文章編號：1671-7988（2020）15-196-04

Abstract： The current structural characteristics of the ovens in OEMs will be Introduced， such as IMC-type oven， π-type oven， straight through–type oven and there are particularly important effects for the different designs of air velocity and direction to curing effects of carbody paint and inner and outer sheets of carbody.

Keywords：IMC-type oven;π-type oven;Straight through-type oven;Oven air velocity;Oven air direction;Outside and inside sheets temperature uniformity of carbody

CLC NO.： U445.58+5? Document Code： B? Article ID： 1671-7988（2020）15-196-04

引言

在現代汽車涂裝行業，設備技術開發的第一要務，就是如何在不斷提高的環保要求前提下盡量保持設備的原有質量水準。特別是在智能化的汽車車身噴涂車間內，烘干室是噴涂工藝生產最重要的設備，銜接于電泳、涂膠、中涂、面漆等各大工序的生產，不僅對車身油漆表面質量的優劣起到至關重要的作用，還對焊裝的結構、發泡、減震等膠類及涂裝的底涂、焊縫、LASD等膠類的性能都有極為重要的作用，尤其是烘干室內風速、風向等關鍵參數的設計。

下面就目前汽車涂裝車間常用的烘干設備及其風速、風向設計對車身內外板溫度均勻性及漆膜外觀的影響做一下簡單的介紹。

1 烘干室用途分類

目前汽車涂裝車間的主要工藝主要包括3C2B和B1B2兩種工藝，在3C2B工藝中烘干室主要包括如下：

（1）電泳烘干室;

（2）中涂烘干室;

（3）清漆烘干室。

在B1B2工藝中烘干室包含如下：

（1）電泳烘干室;

（2）涂膠烘干室;

（3）清漆烘干室。

其中電泳烘干室的主要目的是固化焊裝結構膠、減震膠、發泡膠等膠類以及電泳底漆等材料;中涂烘干室的作用在于固化中涂油漆以及焊縫膠、底涂膠、LASD等膠類;涂膠烘干室主要用于固化各類涂裝膠類（同中涂，中涂油漆除外）;清漆烘干室主要用于固化色漆、清漆及各種涂裝膠類;

2 烘干室布局、結構分類

目前國內大多數主機廠所使用的烘干室根據整體布局分類主要分為三種：

（1）直通烘干室（見圖1）;

（2）反向單軌烘干室（見圖2）;

（3）π型烘干室（見圖3）。

其中直通烘干室優勢在于結構簡單，設備前期投資少，缺點是如果出入口氣封設計不合理，會有較多的熱量從出入口溢出;反向單軌烘干室優勢在于布局柔性化，對于出口和入口在同一側此種布局較為適宜，缺點是由于輸送節距較另外兩種烘干室長約500～700mm，烘干室總體設計長度較另外兩種要長，設備前期投資要增多，π型烘干室優勢在于烘干室在上部，節能效果好。

烘干室按加熱方式可分為以下五種：

（1）直接加熱：適用于外觀要求低的油漆固化，如烤漆家具、自行車等涂裝;

（2）間接加熱：適用于汽車車身、前后保險桿等外觀要求高的電泳漆、清漆固化;

（3）輻射加熱（紅外線）：適用于汽車車身等外觀要求高的清漆固化;

（4）特殊加熱（紫外線）：僅適用于紫外線固化涂料;

（5）（照射）等離子、電子束：僅適用于電子束固化涂料。

烘干室按結構不同主要由以下三部分組成：

2.1 氣封（入口氣封+出口氣封）

由于烘干室溫度遠高于外界環境溫度，為防止熱量因對流方式外溢及由負壓引起的微小顆粒進入，其出入口必須設置氣封裝置，其方式有以下三種;

（1）根據走停式生產設置爐門;

（2）根據圖2和圖3設置進出口氣封，依據熱空氣密度小會上升的原理達到有效阻隔熱量外溢的效果;

（3）利用高風速建立空氣風幕阻隔熱量外溢，具體結構見圖4。

2.2 升溫段+保溫段

熱風式烘干室是靠循環空氣的對流傳遞熱量，汽車車身一個有較多復雜結構的物體，其升溫均勻性直接由循環系統決定，因此熱風循環是烘干室設計的關鍵。它由離心風機、循環風管、送風口和排風口、燃燒系統等組成。

升溫段和保溫段一般裝備有循環風機和廢氣風機。循環風機是從烘干室內抽氣，經加熱裝置加熱到設定溫度（設定時間內）再送回到烘干室內;廢氣風機是從烘干室內抽出電泳工序中經烘干后產生的VOCs然后集中裂解處理以滿足環保要求。

車身在烘干室內應處于同一溫度下，這點十分重要，需要保持烘干室的風速均勻，應設計采用調節風門來調整吹風口的風速，因為車身個別區域烘干不均勻、過烘干等缺陷多為吹風口調整不良造成的，車身升溫段、保溫段供風方式一般為側吹風，根據車身結構需求，個別烘干室也會采取側吹風+底吹風相結合形式。

2.3 強冷

強冷由吹冷風的冷卻箱體、送排風機組、循環風管及車身所通過的室體等組成。其所需的冷空氣一般室外供風，經過濾器然、表冷器、加熱器（表冷器和加熱器視工況而定）后由送風風機送到強冷室兩側的風道，再通過風嘴吹向車身。冷卻車身后的空氣從強冷室上部排向室外，或者在冬季通過連鎖三通閥室外新鮮空氣與循環空氣混合使用，可提高強冷空氣溫度，避免空氣溫度過低吹至車身導致冷凝產生。強冷室風嘴設計應和升溫段風嘴布置一致（見圖8），使車身由內而外冷卻，效果較好，在閃干強冷中效果尤為明顯，避免車身由于內腔溫度降不下來導致再次熱傳導至外部門檻，從而清漆噴涂工序門檻位置出現漆膜鼓包、橘皮等弊病，同時風量及風速也需合理設計。

現以電泳烘干室為例介紹一下風速及風向的重要性，前文中筆者已提出，電泳烘干室的作用不僅在于烘烤電泳漆，還要兼顧各種焊裝膠類的烘烤。

目前很多主機廠關于電泳漆面臨的現狀是車身外板如四門兩蓋等位置電泳漆烘烤達標，而內腔及底盤電泳漆烘烤不達標，電泳漆交聯反應不能正常進行，甚至車身出烘干室后個別部位電泳漆還處于濕膜狀態，各項性能指標如鉛筆硬度、附著力、耐鹽霧性、耐酸堿性、杯凸、耐沖擊性等不達標，致使防腐能力嚴重不能滿足標準。

關于焊裝膠，由于焊裝結構膠、減震膠同樣需要在電泳烘干室內烘烤，其烘烤狀態面臨同樣的問題，底盤及地板位置處膠無法進行交聯反應，導致電泳拆解車膠類覆蓋率不滿足要求，另外關于發泡膠，其主要作用是隔音降噪作用，如烘烤溫度不足，發泡膠狀態不良，隔音降噪效果會變差，從而導致客戶滿意度降低。

圖5為某電泳漆廠家的烘烤窗口，油漆最低固化溫度為160°C*15min，圖6為某焊裝結構膠的烘烤窗口，最低固化溫度為160°C*20min，因此，電泳烘干室需要保證車身上所有位置最低溫度至少達到160°C*20min以上（圖6藍色區域為膠類可接受烘烤范圍）。

2018年中期，筆者在某基地進行烘干室調試過程中發現，在烘干室風嘴風速10～13m/s情況下，車身外表達到165°C*28min時B柱內板下端只有165°C*8min，根本無法滿足電泳漆及焊裝膠的固化要求，后經仔細分析烘干室結構發現，烘干室內部風嘴布置不合理，不能將熱風有效地送入車身內部，導致車身內部前地板、B柱內板下端等位置電泳漆、焊裝膠等無法達到固化要求，從而使車身防腐達不到預期效果，車身內板結構強度、隔音降噪達不到預期效果（車身截面圖B柱內板下端1、車身前地板2）。

分析了根本原因后，筆者組織對烘干室進行了改造，改造主要體現以下兩方面：

（1）噴嘴布置：在烘干室內部加開風嘴，改變風嘴形式，增加一些角度較大的風嘴（65°斜噴嘴，整體布局見圖8），將熱風送入車身內部，增大車身內部供能，減小內板與外板的溫差;

（2）風速：提高烘干室內部風嘴風速，通過封堵部分原有風嘴將其余風嘴風速增加到16m/s以上，在增加風速后，由圖8可以看到，風嘴將熱風通過車窗有效地將熱風送入車身內部，增大車身內部的熱量。

圖10為烘干室改造前后的爐溫曲線對比，由圖可見，改造前內外板爐溫差值在50°C左右，而改造后內外板溫差在20°C左右，所有測量點均滿足電泳漆和焊裝膠類的固化要求，經驗證后發現整車防腐耐久性提升，車身結構強度、隔音降噪功能提升，改造效果顯著。

3 結論

上述案例只是筆者針對電泳烘干室所采取的改造案例，效果較好，電泳漆外觀在改造前后也沒有變化，但對于清漆烘干室筆者建議需要謹慎對待，因為烘干室對電泳漆和清漆的固化還是有較大的區別，尤其是風速;眾所周知，在B1B2工藝中，膠烘干室的一般設計升溫時間10min，保溫時間10min，而大多數的涂裝膠要滿足140°C累加20min以上的時間，這就意味著膠類固化至少有10min的時間需要放在清漆烘干室內完成固化，而對于車身內部的焊縫膠、LASD等同樣需要如電泳烘干室改造后的風嘴布置及較大的風速才能滿足車身內部膠類的固化要求，但是增大風速對清漆的外觀有較大影響，尤其是橘皮，所以這里烘干室改造要進行綜合考量， 謹慎對待，既要滿足涂裝膠的固化要求、又要保證清漆的外觀不會有較大下降。

綜上，關于烘干室的研究還有較長的路要走，需要同時綜合布局、結構、風量、風速以及能耗等多方面因素去研究，在節能減排的大環境下，在做出好的產品的同時又降低了能耗是當前的研究的重點工作。