涂裝靜電噴涂中冷凝水的消除

王洪江 田雄

摘 要：汽車涂裝靜電噴涂中，霧化器表面產(chǎn)生的冷凝水會引起質(zhì)量缺陷。文章深入分析了冷凝水的產(chǎn)生過程，并從現(xiàn)場優(yōu)化和設(shè)備改進(jìn)兩方面入手，徹底消除霧化器表面冷凝水問題。改進(jìn)后，不僅徹底消除了冷凝水引起的質(zhì)量缺陷，同時也改善了機(jī)器人電器設(shè)備的工作環(huán)境。

關(guān)鍵詞：靜電噴涂;空氣馬達(dá);霧化器;冷凝水

中圖分類號：U445.58+5 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）21-163-03

Abstract： In the electrostatic spraying of automobile coating， the condensation water produced on the surface of atomizer will cause quality defects. In this paper， the generation process of condensed water is analyzed， and the problem of condensation water on the surface of atomizer is completely eliminated from two aspects of field optimization and equipment improvement.

Keywords： Electrostatic spraying; Air motor; Atomizer; Condensate

CLC NO.： U445.58+5 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）21-163-03

1 引言

在汽車涂裝作業(yè)中，靜電噴涂是自動化程度最高、工藝設(shè)備最復(fù)雜、質(zhì)量控制最嚴(yán)格的工序，本文所述的靜電站噴涂機(jī)器人使用9Bar的壓縮空氣驅(qū)動馬達(dá)高速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速可達(dá)55000轉(zhuǎn)/分鐘。壓縮空氣在使用過程中會持續(xù)膨脹吸熱，導(dǎo)致機(jī)器人手軸處產(chǎn)生冷凝水，滴落在車身上引起質(zhì)量缺陷。機(jī)器人通過一套加熱系統(tǒng)防止冷凝水的產(chǎn)生，但效果不穩(wěn)定，且加熱系統(tǒng)存在損耗，容易損壞，不僅造成10分鐘/次的停臺，而且更換加熱器備件成本可達(dá)44464元/次。

2 冷凝水的產(chǎn)生

面漆機(jī)器人使用的驅(qū)動空氣經(jīng)過增壓站加壓到9Bar后，機(jī)器人內(nèi)通過空氣加熱系統(tǒng)加熱至55℃，然后推動馬達(dá)高速旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)后的回氣壓力會在手軸法蘭套處進(jìn)行膨脹釋放。壓縮空氣的膨脹伴隨著吸熱的過程，導(dǎo)致法蘭套局部環(huán)境溫度降低。通過查表對比露點溫濕度對照表，當(dāng)噴房濕度保持在60%-70%時，法蘭套內(nèi)外溫差大于6℃時，便會產(chǎn)生冷凝水。因此，工藝溫度高、工藝濕度高、法蘭套溫度低都可能導(dǎo)致手軸法蘭套產(chǎn)生冷凝水。經(jīng)過連續(xù)監(jiān)控，噴房溫濕度均保持在正常范圍內(nèi)。而BC靜電機(jī)器人手軸法蘭套的最低溫度在18-23度之間，當(dāng)溫度為18度時，就會有冷凝水產(chǎn)生。因此，必須找到引起B(yǎng)C靜電手軸法蘭套溫度異常降低的原因。冷凝水產(chǎn)生的過程如圖1所示。

2 原因分析

2.1 人為方面

首先在人的方面，操作者未按照標(biāo)準(zhǔn)流程修改設(shè)置溫度控制參數(shù)，經(jīng)常容易漏掉保存操作步驟，導(dǎo)致參數(shù)沒有正確修改，溫度設(shè)置錯誤，引起法蘭套溫度降低。在本例中此方面不是引起冷凝水的原因。

2.2 設(shè)備方面

在設(shè)備方面，加熱系統(tǒng)的加熱器損壞、反饋溫度信號誤差都會造成加熱量不穩(wěn)定，引起手軸法蘭套溫度低。加熱系統(tǒng)的原理是由加熱變壓器提供加熱器的電源，根據(jù)不同的溫度設(shè)定和反饋，控制固態(tài)繼電器的通斷，調(diào)節(jié)加熱器的加熱時間，將驅(qū)動空氣加熱至設(shè)定溫度。加熱系統(tǒng)的檢查中，可使用萬用表交流電壓測量檔檢查加熱系統(tǒng)變壓器工作電壓，以及固態(tài)繼電器和加熱器的實際分壓。變壓器工作電壓等于固態(tài)繼電器電壓與加熱器電壓之和。使用萬用表歐姆檔可以測量加熱芯內(nèi)發(fā)熱絲阻值和熱敏電阻，在常溫下，發(fā)熱絲阻值為75Ω左右，熱敏電阻阻值為100Ω左右。使用機(jī)器人示教器可監(jiān)控溫度反饋值的連續(xù)變化。正常情況下加熱溫度瞬時值變化連續(xù)，不會出現(xiàn)跳變。在本例中，加熱系統(tǒng)運(yùn)行正常，加熱系統(tǒng)方面不是引起冷凝水的原因。另一方面，隨著空氣馬達(dá)備件的換代升級，舊馬達(dá)外表有隔熱涂層，而新馬達(dá)沒有，驅(qū)動空氣通過時有熱量損失，會造成手軸法蘭套處溫度低，如圖2所示。經(jīng)對比，使用舊式馬達(dá)的法蘭套溫度為23度，而使用新一代節(jié)能型馬達(dá)的法蘭套溫度只有18度。因此，空氣馬達(dá)型號更換是引起冷凝水的原因。

2.3 材料方面

在材料方面，驅(qū)動空氣屬于最主要的載體材料。經(jīng)過增壓站增壓后的空氣溫度太低，后期熱量供應(yīng)不足，會導(dǎo)致手軸法蘭套溫度低。經(jīng)過檢查增壓站出口溫度為30度，在合理范圍內(nèi)。因此，在本例中，氣源溫度低不是引起冷凝水的原因。

2.4 方法方面

驅(qū)動空氣帶動空氣馬達(dá)按照工藝要求的設(shè)定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，將不同粘度的漆液霧化后進(jìn)行噴涂。因此，在機(jī)器人仿形調(diào)整時，工藝參數(shù)的選擇方法影響空氣馬達(dá)的使用狀態(tài)，長期不當(dāng)使用，引起驅(qū)動空氣流量增大，導(dǎo)致法蘭套溫度低和冷凝水的產(chǎn)生。在機(jī)器人噴涂參數(shù)方面，馬達(dá)轉(zhuǎn)速越高，需要的加熱溫度越高，當(dāng)馬達(dá)轉(zhuǎn)速為50000轉(zhuǎn)/分時，理論上要求驅(qū)動空氣供熱溫度為55度，通過現(xiàn)場檢查馬達(dá)轉(zhuǎn)速與加熱溫度的對應(yīng)關(guān)系，符合溫度對照表。因此在本次問題解決過程中，馬達(dá)轉(zhuǎn)速高不是引起冷凝水的原因。

2.5 環(huán)境方面

在噴涂環(huán)境方面，由于BC靜電站和CC靜電站采用了同樣的加熱系統(tǒng)和空氣馬達(dá)，而CC靜電站基本上沒有產(chǎn)生過冷凝水，因此我們采用兩個站對比的方式進(jìn)行檢查。首先，BC靜電站采用水性漆噴涂工藝，法蘭套上經(jīng)常形成的是水性漆濕膜。由于水的比熱大，加快了法蘭套外表面的散熱，會引起法蘭套溫度低。而CC靜電站采用溶劑性清漆噴涂，且固化劑配比高，清漆在法蘭套上堆積后快速固化，反而形成一層隔熱保護(hù)膜。因此在本次問題解決過程中，BC靜電站法蘭套積漆是引起冷凝水的原因。如圖3所示。

3 方案對策

經(jīng)分析，本例中產(chǎn)生冷凝水的原因主要集中在節(jié)能型霧化馬達(dá)的結(jié)構(gòu)升級和噴涂工藝環(huán)境的影響。針對馬達(dá)升級后散熱性能變化的問題，可以通過提高加熱溫度參數(shù)的方法解決。針對濕膜積漆的問題，可以通過增加覆蓋物或者清漆固化隔離保溫來解決。

3.1 實施對策

針對馬達(dá)升級的問題，我們采取提高加熱溫度的方法，將加熱器加熱溫度由55度提高至65度，來補(bǔ)充馬達(dá)處的熱量損失。針對法蘭套積漆的問題，采取在BC靜電站機(jī)器人法蘭套外表面噴涂清漆層，并實現(xiàn)快速固化保溫的方法，隔絕水性漆濕膜對法蘭套的影響。措施如圖4所示。

3.2 對策改進(jìn)

通過提升加熱器設(shè)定溫度后，冷凝水可以緩解，但不能徹底消除，但調(diào)整參數(shù)后的加熱器損壞頻次也直線上升。在措施實施之后，BC靜電站手軸法蘭套最低溫度由18度升至22度，冷凝水已經(jīng)消除。通過對加熱器的監(jiān)控，工作電壓由原來的平均83V提高到103V，負(fù)載增大，能耗增高，對加熱器使用壽命產(chǎn)生了影響。另一方面，保潔人員每天要清潔法蘭套4次，清漆保溫層存在一定的損耗，需要定期進(jìn)行修補(bǔ)，額外增加了工作量。法蘭套溫度低是由于氣體在固定位置膨脹吸熱導(dǎo)致的，那么改變氣體膨脹在法蘭套的固定位置，不僅能徹底消除法蘭套溫度低問題，而且還能解決上述措施中帶引發(fā)的其他問題。由于BC靜電站機(jī)器人機(jī)臂內(nèi)電器元件的工作環(huán)境長期以來都溫度偏高，通過制作連接氣管，將膨脹后溫度低的壓縮空氣引入溫度高的區(qū)域，不僅能解決法蘭套溫度低的問題，還能改善電器元件的工作環(huán)境，同時減少加熱量，延長加熱器使用壽命，如圖5所示。

3.3 方案推廣

本例是基于DURR噴涂機(jī)器人實施的優(yōu)化改進(jìn)。在眾多靜電噴涂設(shè)備中，冷凝水問題都存在，例如FANUC噴涂機(jī)器人P-250iB，采用的是外置加熱設(shè)備消除冷凝水。因此，通過匹配不同的連接接頭，將空氣馬達(dá)驅(qū)動空氣的膨脹吸熱點轉(zhuǎn)移至其他位置，可實施相同的優(yōu)化改造，降低腔體內(nèi)電氣部件的溫度。

4 結(jié)語

將手軸處溫度低的壓縮空氣轉(zhuǎn)移至溫度高的防爆機(jī)臂內(nèi)，在保證噴涂質(zhì)量的同時，可終身停用加熱系統(tǒng)，節(jié)約了大量維護(hù)備件成本和能源消耗。改進(jìn)后，在質(zhì)量方面，徹底消除了冷凝水的產(chǎn)生;在設(shè)備方面，改善機(jī)器人內(nèi)部電器元件工作環(huán)境，并完全停用加熱系統(tǒng);在成本方面，可一次性節(jié)約加熱設(shè)備安裝成本115.6萬元，節(jié)約電能10886KWh/年，節(jié)約能耗成本7.8萬元/年。

參考文獻(xiàn)

[1] 許馨尹，于軍琪，李紅蓮，等.露點溫度計算方法對比研究[J].氣象與環(huán)境學(xué)報，2016， 32（3）：107-111.

[2] Air Heater Airtherm 3.3 Operating Instructions， VISECO，05/2008.

[3] EcoBell2 SL 2K 外部電荷操作手冊， L405ZH22， Durr Systems GmbH，2013.02.

[4] 法蘭套件安裝說明，MA022ZH01，Durr Systems GmbH，2015.12.

[5] 噴漆設(shè)備的清潔， AH021ZH02，Durr Systems GmbH，2012.9.

[6] 丁柏群，王曉娟.汽車制造工藝及裝備[M].中國林業(yè)出版社，2014.