图1  RoDip与摆杆链设备长度对比

轿车涂装车间是汽车厂投资最大、能耗最高的车间，也是三废的主要来源。本文介绍了几种涂装新技术，能够显著减少车间能源消耗，减少三废的排放，减少投资和运营成本，在涂装车间规划中应重点考虑。

涂装是汽车制造过程中能耗最高且产生三废最多的环节之一，减少涂装公害、降低涂装成本和提高涂装质量一直是涂装技术发展的主题。近年来，涂装工艺及设备的进步主要体现在环保型涂装材料的应用、机械化输送技术和喷涂技术改进以及优化汽车生产过程等方面，目的是提高质量，减少投资，降低能源消耗，减少废气、废水和废渣的排放，降低生产成本。在汽车工艺开发过程中，生产工艺规划具有举足轻重的地位，在项目确定之前，科学的规划为项目决策提供科学的依据；在项目确定之后，对项目的技术先进性、经济合理性起着决定作用。规划决定了车间的布局和工艺水平，对车间日后使用产生深远的影响，科学的规划能够节约投资、减少环境污染、保证产品质量并提高经济效益。近年来，涂装技术发展迅速，新技术不断涌现，在新工厂规划中考虑新技术是减少投资、降低能耗和减少VOC排放最有效的途径，本文介绍了几种对车间规划影响较大的新技术。

图2  传统工艺流程

RoDip输送技术

1. 三种输送技术比较

目前，国内大规模汽车涂装线预处理电泳工艺段采用的输送机有4种：空中积放链（摩擦链）、摆杆链、RoDip和多功能穿梭机，由于多功能穿梭机投资太大、技术复杂，在国内很少应用，本文不作介绍。

空中积放链是最早应用的输送机，其轨道由上下两层组成，上层为牵引轨，传递牵引动力，下层为承载轨，工件通过特制的吊具悬吊在小车下。所谓“积放”是指承载小车在轨道上可以受控停止或运行。由于空中积放链输送机的轨道链条位于槽体正上方，容易受酸雾、水蒸气的侵蚀，且易对车身和槽液造成污染。工件入槽角度30°，槽体体积大，生产线占地面积大，且对消除车顶内气泡和出槽时的倒水都十分不利。为了改善上述问题，我们近几年做了很多改进（如使用大C型吊具、宽接油盘等），但都不能从根本上解决问题。

摆杆链在20世纪80年代末开始在国外广泛应用，2006年，由机械工业第四设计院开发的国产摆杆链输送机开始投入应用。摆杆链在槽体的正上方没有输送机构，轨道改到了室体上部的两侧，解决了吊架和输送链滴水污染车身的问题。出入槽的角度可以达到45°，对消除车顶气泡和出槽倒水比较有利。由于摆杆可自由摆动，设备长度比传统的空中积放链要短很多，摆杆链可以有效利用车间的高度，在1m高度内完成空摆杆的返回，节省了积放链中空吊具储存区的占用面积。

图3  “免中涂”工艺流程

RoDip输送机由德国杜尔公司开发，第一代是步进式运行的，工件可以旋转180°；第二代的工件可以旋转210°；目前全球应用最多的是第三代RoDip，它连续运转，工件可以进行360°旋转。RoDip-3输送机系统包括带有驱动装置的两条平行的标准链条，车身承载装置为单一圆轴，它与滑橇锁紧后位于槽体的正上方。RoDip输送系统是先将车身锁紧在滑撬上，再将滑撬锁紧在一根可以360°旋转的轴上，这根轴的一边有一连续杠杆导辊系统，其导向轮所处的位置决定了车身旋转的角度。当车身移动到浸槽口时，导向轮让轴旋转90°，车身头部迅速垂直向下，当主轴向前移动车身时再逐步旋转90°变成底向上，尾向前反向继续前进，在达到工艺要求的时间后开始出槽，这时车身在杠杆导辊系统的作用下连续旋转180°变为正常方向前进。由于输送机不在工艺槽上方，因此改善了清洁状况。3种输送技术比较如表1所示。

输送链和导向设备位于工艺槽外面的两侧，不会因输送机的润滑和磨损等原因造成槽液和车身的污染，输送系统受酸雾、水蒸气的侵蚀也较少。工件的顶面和侧面均无输送设备，可以减少槽体宽度和输送机吊具引起的喷淋反溅。因为实现了工件的90°垂直出入槽，槽体体积变小，大大减小了化学药品的首次用量、运行能源消耗及日后的清洁维护工作量。

2. RoDip输送技术的优势

（1）减少了槽体长度及相关槽液的消耗，减小了槽体容积，减少了首次投槽量，同时降低了能耗、设备运行成本和废水处理负担。若RoDip的容积为1，摆杆输送方式的槽液容积比：脱脂槽为1.315、磷化槽为1.315、浸洗槽为1.660及电泳槽为1.217。RoDip与摆杆链设备长度对比如图1所示。

（2）电泳涂层质量优，能克服“L”效应，确保车身水平上表面的积渣和颗粒少，使电泳底漆的打磨工作量大大减少。车身内腔无气泡（摆杆输送有），电泳后表面粗糙度达到0.2～0.3mm，摆杆输送只能达到0.35mm。

（3）由于车身是180°翻转出槽，车身内腔的槽液可以流得比较干净，带液量约为摆杆输送方式的10%，冲洗水量减少了25%，废水排放和处理也相应减少了25%。节省污水处理费用，对环保有利。

（4）在车身与阳极间无吊架干扰，极距可缩短0.15～0.20m，有利于电泳涂膜均匀和泳透力的提高。

RoDip具有处理槽液容量小、运转成本低、电泳涂层质量优、材料利用率高、节省清洗水用量和有利于环保等优点。而且随着技术发展和用户的增加，设备投资成本逐渐下降，接近摆杆式输送方式，因此该技术在涂装车间规划时应重点考虑。

图4   传统工艺和“免中涂”工艺生产线对比

“免中涂”工艺

汽车涂层一般包括电泳涂层、中涂层和面漆层（底色漆和清漆），各层承担不同的作用。电泳层具有良好的耐盐雾性能，主要是防腐蚀；中涂层起着承上启下的作用，具有良好的机械性能，能增加涂层抗石击性，并具有填平作用，提高整个漆膜的鲜映性和丰满度；色漆的主要功能是着色、遮盖、抗紫外线和装饰作用，金属闪光底漆的涂膜在阳光照耀下具有鲜艳的金属光泽和闪光感；清漆的主要作用是装饰和保护，能决定涂层的耐候性能和外观，具有足够的硬度、抗石击性、耐化学品性、耐污性和防腐性等性能，使汽车外观在各种条件下保持不变。

喷涂工艺按照涂层进行设计，工艺流程为：中涂－烘干－底色漆（两道）－闪干－清漆－烘干，详细流程如图2所示。

喷漆和烘干环节是涂装车间VOC的主要来源，近年来，汽车厂大量采用水性漆和高固体分漆来减少VOC的排放。杜邦、PPG等涂料公司又推出紧筹型工艺，即大家说的“免中涂”工艺。紧筹型工艺流程为：底色漆Ⅰ/底色Ⅱ－闪干－清漆－烘干，详细流程如图3所示。其中底色Ⅰ具有中涂的作用，涂层的整体性能并没有降低。该技术省去了中涂喷涂线、中涂烤箱和中涂打磨线，传统工艺与“免中涂”工艺对比如图４、表２所示。

采用“免中涂”工艺节约投资、降低能耗、减少材料消耗、减少VOC排放并且增加生产效率，每辆车的制造成本可以节省20美元。“免中涂”工艺技术是节能环保低成本工艺，也是汽车涂装技术的发展趋势之一，在涂装车间规划中应加以考虑。

干式喷漆室技术

目前，国内大规模汽车涂装线主要采用文丘里式喷漆室和水旋式喷漆室。

文丘里式喷漆室是目前技术比较成熟的喷漆室，该喷漆室上部送风、底部抽风，格栅板下面设有喷水管将循环水均匀喷出，喷涂的漆雾被层流状的气流压到喇叭形的抽风罩中，漆雾随空气一起流向抽风罩的间隙形成高速气流，高速气流经过槽下水面与折流板间狭窄间隙时，形成文丘里式现象，将水面的水分吸入空气雾化成水粒。水粒与漆粒通过碰撞、吸附和聚凝变成含漆雾的水滴，当水滴经过折流板后，含漆雾的水滴及其他水被分离掉入水槽中，99%的漆雾颗粒和苯类有毒物质被清除至水中，净化的空气排入室外大气。

水旋式喷漆室：新鲜空气通过空调送风装置送入水旋式喷漆室顶部的均压室，经均流调节器和过滤层后，以0.45m/s的端面风速均匀地送入室体内，自上而下，将工件置入具有一定风速的均流层中，使飞溅的废漆雾压入水旋式喷漆室水旋器；水在高速气流的冲击下被雾化后和废漆雾充分混合，从而使漆雾被吸引到水中而带走，含水分的空气再经气水分离后，洁净的空气经排风系统送入大气中，漆雾的净化率≥98%；含漆雾的水流入循环水池，通过凝聚净化（水中定期添加专用凝聚剂）后由循环泵送入到喷漆室循环使用，漂浮的漆渣定期捞出后进行深埋或焚烧处理。

图5  干式喷漆室结构

如今喷漆室用的湿式漆雾捕集装置的捕集漆雾率虽比较高，可是其致命的缺点是耗水（文丘里式喷漆室处理1.0kg漆雾消耗3.0～3.3kg水，水悬式喷漆室处理1kg漆雾消耗1.5～2.0kg水）。消耗多种药剂和能源，废弃物大幅增加，且成为危险废弃物。德国杜尔公司最近推出了喷漆室用的干式漆雾捕集装置Eco DryScrubber（见图5）。Eco DryScrubber使用的干式分离技术与湿式（水洗）分离技术相比，喷漆房面积节省35%，高度降低16%，不再产生特殊的垃圾，无水，减少90%颗粒排放，它们与机器人及喷涂参数匹配，使喷漆室排风不需追加过滤，可直接再循环使用，仅需补充5%～20%的新鲜空气，可节省能源30%。采用这种新的漆雾捕集方法后，涂装单车成本可减少10%，而且不需要考虑风管的腐蚀，没有细菌。石灰粉的采购及处理方便，把含有油漆渣的旧石灰送到水泥厂用于烧制水泥，其费用比湿式喷漆室含水漆渣处理费用可降低45%～60%。它是环保性最好的捕集漆雾的工艺方法，在一年多时间内全球已有18个应用案例，其中国内4个，分别是：一汽大众成都工厂、上海大众南京二工厂、上海通用烟台工厂和奇瑞大连工厂。

总之，干式喷漆室有节水、环保和降低成本的优点，尤其是中国北方普遍缺水，在新工厂规划建设时应重点考虑。

图6  磷化工艺与锆盐处理工艺对比

锆盐前处理技术

磷化处理是汽车涂装应用最广泛的前处理技术，汽车钢板经过磷化处理后表面形成的磷化膜作为油漆涂层的基底，能显著提高涂层的耐腐蚀性，增强漆膜的附着力。所谓磷化就是在锰、锌和镍的磷酸盐溶液中，钢铁等金属制品的表面上发生化学反应，生成一种不溶性磷酸盐保护膜的过程。汽车涂装磷化一般采用中温磷化，温度30～50℃，磷化过程中产生大量沉渣，清洗不净将影响漆膜的外观质量，生产过程消耗大量水。

目前磷化技术发展遇到了瓶颈，各化学品公司在磷化剂产品上无更大技术突破，为适应节能环保的要求，目前出现了一种替代磷化处理的前处理技术——氧化锆转化膜技术。氧化锆转化膜技术的反应机理是：在氟锆酸溶液里，金属表面凝聚沉积转化成一种纳米氧化锆陶瓷膜涂层，形成一种“ZrO2-M-ZrO2”的氧化锆陶瓷结构的骨架。ZrO2是无定型态结构，具有很强的凝聚功能。随着反应的进行，该骨架交联密度增大，继续凝聚沉积。直至产生ZrO2纳米陶瓷转化膜，该膜层具有良好的耐腐蚀性能并适应电泳涂装。采用磷化技术和锆盐前处理技术的生产线对比如图6所示。

采用新一代环保氧化锆盐前处理工艺替代现用的磷化工艺，能彻底不用Zn、Mn和Ni等有害物质，少渣或无渣，资源利用率高，可在室温下处理，且处理快速，工艺简化（不需表调和钝化），设备投入小，是前处理技术的发展方向，在新车间规划时应考虑。

结语

车间工艺规划是汽车工艺开发过程中最重要的环节，在新车间规划中考虑新技术是减少投资、降低能耗和减少VOC排放最有效的途径。本文介绍了几种对车间规划影响较大的新技术，这些新技术是涂装技术的发展方向，会对汽车生产产生深远的影响，因此汽车涂装工艺技术人员应该消化吸收这些技术，在车间规划时进行充分论证，并根据具体情况采用这些新技术。