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整车涂装生产线中电泳加电问题的分析及探讨

作者 :刘聪更新时间:2015-1-28

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(机械工业第四设计研究院    河南    洛阳  471039)

【摘  要】在电泳涂装加电原理和结构的基础上,对实际生产过程中出现的带电入槽问题进行了详尽的分析,并通过多次实验和研究,总结出一套解决方案,为相关问题的处理提供了理论和实践依据

【关键词】整车涂装、电泳、冷入、热入、可控硅、铜排、摆杆链


电泳涂装是利用外加电场使悬浮于电泳液中的颜料和树脂等微粒定向迁移并沉积于电极之一的基底表面的涂装方法,因其水溶性、无毒、易于自动化控制等特点,在汽车行业得到广泛应用,成为提高汽车车身使用寿命(耐腐蚀性)的主要手段之一。

电泳涂装的加电方式按照入槽状态可分为热入和冷入两种,热入即工件带电进入电泳槽,冷入即工件进入电泳槽全浸后再通电。热入的车身膜厚比较均匀,但容易产生斜条纹及斑印等缺陷;冷入的车身前后部膜厚虽有所差别,但整体外观质量比较高,可不用打磨直接喷中涂或面漆。

为了满足涂装生产中工件加电方式选择的灵活性,我院总承包的某大型整车涂装生产线的电泳加电方式采用了共阴极阳极分区,同时满足工件热入和冷入的柔性(如图1所示)。在该项目投产中,为了保证车身表面质量,选择了冷入方式,投产后发现仍有部分车身有热入的现象,导致斜条纹及斑印缺陷。后在我院专家的指点下,笔者经过认真分析和多次实验,使问题得到解决,现简绍如下,以资参考:


一、 整车电泳涂装的加电方式和结构

图1所示的加电方式中,由直流电源、阳极、导电铜排、可控硅构成,其中阳极均布在槽体两侧,分为低压区Z1和高压区Z2两个区,导电铜排分为入槽铜排A1和阴极铜排A2二段。工件采用摆杆链输送,电泳时有冷入和热入两种方式,工作原理分别如下:

1. 冷入:当工件到达SQ1位置时,高压整流电源输出工作电压V2;当工件到达SQ2位置时,低压整流电源逐步输出至工作电压,可控硅SCR导通,铜排A1导通,工件开始电泳,低压整流电源电压在规定时间内由0V升至工作电压V1,当工件到达SQ3位置时,可控硅SCR断开,工件继续电泳,当工件到达SQ4位置时,低压整流电源降至0V,为下一个工件电泳做好准备,而工件则继续在Z2区进行高压电泳,直至工件完全出槽,此时电刷脱离高压段铜排,电泳结束。

2. 热入:当工件到达SQ1位置时,低压整流电源输出工作电压V1,高压整流电源输出工作电压V2,可控硅SCR导通,实现工件带电入槽。


二、 热入问题的描述

从设备以冷入方式投产开始,一直存在有个别工件热入现象,如图2上显示的一区直流电流(黄色曲线所示),第五根斜线与其他曲线方向不一致,车身从刚进入电泳槽就开始有电流,并随着进入的深度增加,电流不断增大,说明该车带电入槽;其上方的二区直流电流(黑色曲线所示)也没有出现陡升的现象,说明该车在可控硅导通时已经电泳了一段时间,也证明该车是带电入槽的。后检查区发现该车身尾门下端面有斜条纹及斑印缺陷。










后来电泳漆供应商用电压跟踪测量仪跟踪测量车身表面的电压也证实了这一点,见下图3,10-75秒时的曲线为带电入槽产生的。

三、 热入问题的分析

初步分析可能有以下几个方面的原因:

1. 摆杆输送链(摆杆输送链是通过一对链条上的两个摆杆托起承载有车身的橇体连续通过生产线的一种输送设备)的绝缘问题:可能是滑橇的问题,因为滑橇在输送过程中会因碰脱其表面的电泳漆而导致绝缘不够,但在现场观察,同一橇体带电入槽的现象时有时无,而且摆杆和链条的连接处有一个特富龙材质的套筒进行了绝缘隔离,即使滑橇的绝缘出现问题,也会被继续电泳而重新绝缘,因此判断不是滑橇的绝缘问题。通过对每个摆杆绝缘测试,发现绝缘电阻都在2兆欧以上,可基本排除这个原因。

2. 导电铜排的绝缘问题:电泳槽上方安装有入槽铜排A1和阴极铜排A2,这两段铜排是否连通主要通过过渡可控硅是否导通来实现。其中入槽铜排作用是使车身在过渡阶段即从无电压过渡到有电压时,电刷和铜排间不产生火花。而阴极铜排就是电泳直流源的阴极,生产时如果铜排A1和A2没有完全断开也有可能导致带电入槽。经断开可控硅后,测量两端铜排的电阻,满足绝缘的要求,其下方的金属接渣盘也满足绝缘的要求,也可基本排除这个原因。

3.  排除了以上两个原因,可能就是可控硅SCR有问题,于是做了如下实验:

彻底断开可控硅来切断前后两段铜排,热入的情况就彻底消失了,但是在电刷经过过渡铜排时有打火现象;为避免打火现象发生,后对导通时间进行调整,待摆杆到达全部入槽接近开关SQ2时,低压整流柜延时4秒导通,但打火现象仍然存在,考虑到时间久了容易电蚀电刷和铜排,取消可控硅是不可行的。

经过上述实验可初步断定是可控硅的问题。后利用生产过车期间测量过渡时的可控硅两端之间的电压,发现只要出现电流波形异常(也可理解带电入槽时)测得的可控硅两端之间的电压几乎为0,即可控硅是导通的(可控硅特性是导通的压降很小),也就是有时可控硅没有关断。

可控硅导通后关断的方法有两种:1、使其电流小于它的保持电流,2、加上反向电压。现场使用的是第一种方法,后经我院专家分析:当第一辆车经过过渡段后,但没有到达可控硅关断接近开关SQ3时,第二辆车的橇体已经接触到电泳槽的液面,造成过渡段可控硅两端有维持电流,可控硅关不断,造成车身热入。经统计,出现此种情况的机率约为13%左右。


四、 热入问题的解决方案

经过以上的分析和实验得出结论:热入的原因是可控硅因有续流电流不能及时关断造成的。为杜绝热入现象的最好办法是截断入槽铜排A1,或在入槽铜排A1上贴绝缘板,彻底断开回路,使可控硅能够可靠关闭。由于入槽铜排A1是由几块铜排通过铜板装配连接而成,如果把其中一块铜连接板D(参看图1)换成PVC绝缘板即可实现完全隔开,并且保证了第二辆车的电刷接触D点的时间在可控硅关断之后,但是经更换后还是有热入现象,后来发现虽然铜排隔开了,但其下面的不锈钢接渣盘还连着,后用PVC的绝缘板和螺栓把接渣盘隔开后,问题得以解决。处理后的波形图(图4)和电压跟踪测量仪的检测结果(图5)也没再出现热入现象,因电泳直流源电流异常引起的电泳斜条纹等质量问题也没有再出现,大大减少了电泳打磨的工作量,提高了生产效率。








五、 结论


通过对该生产线车身电泳带电入槽问题的分析和解决,笔者认为解决类似问题的方法如下:

1. 检查机械化输送设备的吊具是否可靠绝缘:车体加电是通过吊具来传导的,所以对机械化的吊具和输送链间是要求绝缘的,它们之间电阻超过2兆欧以上,即可认定绝缘可靠,如果同一个吊具多次出现热入现象,那么这个吊具的问题就比较大,要重点检查;

2. 检查导电铜排之间是否可靠绝缘:可用摇表检测两导电铜排间的电阻,一般电阻超过2兆欧以上,即可认定绝缘可靠。

3. 检查可控硅运行是否正确可靠:可在可控硅两侧的导电铜排上设置一个直流电压表,通过观察电压表是否回零,来判定可控硅是否正常导通和关断。为了实时检测可控硅的状态,可在整流电源控制柜里增设可控硅两侧电压的监测及记录装置,通过触摸屏或中控室计算机观察可控硅的工作状况,从而确定工件过渡时可控硅的导通状况,作为故障分析的依据。

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