焊接循環(huán)冷卻水處理初探

馮崢，宋勇先

（1.重慶長安鈴木汽車有限公司，重慶 巴南 401321；2.重慶漢斯精細(xì)化工有限公司，重慶 渝北 401147）

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焊接循環(huán)冷卻水處理初探

馮崢[1]，宋勇先[2]

（1.重慶長安鈴木汽車有限公司，重慶 巴南 401321；2.重慶漢斯精細(xì)化工有限公司，重慶 渝北 401147）

文章介紹了汽車廠伺服焊槍的循環(huán)水相關(guān)水路系統(tǒng)，分析了循環(huán)冷卻水對焊槍性能的影響；通過對現(xiàn)行焊接循環(huán)水處理的總結(jié)，提出了一些改進(jìn)思路和發(fā)展方向。

汽車廠；伺服焊槍；循環(huán)水；水質(zhì)管理

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.01.049

CLC NO.:U468.2 Document Code:B Article ID:1671-7988(2016)01-145-03

前言

汽車廠焊接車間作為整車裝配的第一個環(huán)節(jié)，對白車身進(jìn)行密集的電阻點(diǎn)焊，其重要性不言而喻。一條生產(chǎn)線，動輒數(shù)百把焊槍，長期持續(xù)作業(yè)，負(fù)荷極高。國內(nèi)汽車廠焊接工段，伺服焊槍因各種問題出現(xiàn)狀況，導(dǎo)致經(jīng)常維修、更換、報廢焊槍，甚至出現(xiàn)生產(chǎn)質(zhì)量和產(chǎn)能瓶頸問題。

因此，對伺服焊槍的保養(yǎng)維護(hù)，是焊接工段設(shè)備維護(hù)的重中之重。為了有效應(yīng)對發(fā)熱引起的連續(xù)工作障礙，在焊槍結(jié)構(gòu)中設(shè)計了冷卻水系統(tǒng)；而循環(huán)冷卻水因其自身特性，則需要有專業(yè)的水處理工藝。

本文介紹了焊接循環(huán)冷卻水處理的相關(guān)工藝。

1、焊接循環(huán)水處理的必要性

伺服焊槍最為關(guān)鍵的槍頭部分，主要由變壓器、驅(qū)動部組合、支架、上下電極及相應(yīng)的冷卻水管路組成（圖1，本文以昆山電溶伺服焊槍為例，下同）。

伺服焊槍工作過程中，會導(dǎo)致自身過熱，造成電極、二次導(dǎo)體、變壓器等部件的損害以及發(fā)生焊接不良的質(zhì)量問題。

為了控制槍頭的溫度在合理范圍內(nèi)，槍頭內(nèi)部設(shè)計通入冷卻水，對其進(jìn)行降溫處理（圖2）。

圖2

槍頭各部件較為精密，其冷卻水管管徑通常都很小，最細(xì)處達(dá)6mm。一旦出現(xiàn)堵塞、結(jié)垢或腐蝕現(xiàn)象時，整個焊槍就基本無法散熱，出現(xiàn)過熱保護(hù)，影響正常工作。由于目前各汽車廠均實行批量化生產(chǎn)，上述問題給生產(chǎn)線的產(chǎn)能、質(zhì)量、成本及管理都帶來嚴(yán)重壓力。

為了保障轎車白車身的批量連續(xù)裝配，對循環(huán)水處理進(jìn)行科學(xué)合理的處理十分必要。

2、焊接循環(huán)冷卻水處理的應(yīng)用

目前，焊接車間普遍都設(shè)計有循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。其基本流程如圖3。

圖3

具體流程為：循環(huán)泵將冷水抽到焊接車間的主循環(huán)管道（循環(huán)給水），然后通過焊槍，水溫升高；再進(jìn)入回路（循環(huán)回水），依靠回水壓力到達(dá)冷卻塔頂部，經(jīng)由布水器將熱水均勻分布到填料中；通過冷卻塔中空氣對流，熱水充分和空氣接觸，部分熱水蒸發(fā)，水體溫度下降，被接水盤收集后落回水池。

2.1 旁濾系統(tǒng)

為了減少排水量，節(jié)約運(yùn)行成本并提高水處理效果，一般建設(shè)中會考慮增加旁濾系統(tǒng)。旁濾系統(tǒng)分為軟化器和過濾器。軟化器串聯(lián)在補(bǔ)水管道上。通過離子交換，降低補(bǔ)充水的硬度，避免循環(huán)水因濃縮而出現(xiàn)硬度過高的情況。后者通常容易引起換熱設(shè)備快速結(jié)垢。過濾器一般是獨(dú)立安裝在水池上的。它要解決的是循環(huán)水的濁度問題。通過去除較大直徑的懸浮物，過濾器能將進(jìn)入水中的塵埃、蟲子、鳥糞、植物種子等去除，以免引起管道堵塞。

2.2 水處理藥劑方案

焊接循環(huán)冷卻水屬于敞開式系統(tǒng)，存在濃縮關(guān)系，這導(dǎo)致循環(huán)水的各種物理、化學(xué)性質(zhì)都不穩(wěn)定；同時，循環(huán)水也會將環(huán)境中的不利因素帶入系統(tǒng)中。所以，隨著運(yùn)行時間的增加，系統(tǒng)會出現(xiàn)水質(zhì)惡化的情況，表現(xiàn)在濁度、硬度、堿度、電導(dǎo)率等指標(biāo)升高，水體富營養(yǎng)化等。衍生的問題就是系統(tǒng)產(chǎn)生腐蝕和結(jié)垢，微生物大量繁殖，管道堵塞，焊槍溫度升高甚至過熱保護(hù)停機(jī)。

目前普遍采用的化學(xué)藥劑處理方案，則是從緩蝕、阻垢、抑菌三個方面對循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)。開始處理時，使用預(yù)膜劑在金屬材質(zhì)表面形成一個薄層的鈍化保護(hù)膜，讓循環(huán)水和金屬的界面隔離，從而實現(xiàn)對金屬本體的防腐保護(hù)；然后通過日常的持續(xù)投加緩蝕劑，以對鈍化膜進(jìn)行“修補(bǔ)”。對于結(jié)垢問題，則是利用阻垢劑阻止碳酸鹽小晶粒的長大，并使晶格歪曲畸變，從而使循環(huán)冷卻水中碳酸鹽不會在換熱表面形成硬垢。目前在用的復(fù)配型緩蝕阻垢劑E-2028，同時具有緩蝕和阻垢的作用，對焊接循環(huán)水水質(zhì)穩(wěn)定效果很好。焊槍槍頭各水管均為較細(xì)的銅管，在考慮藥劑方案時，需投加專門針對銅腐蝕的緩蝕劑，例如E-1300、E-1336等。循環(huán)水由于溫度較為恒定，又富集較多營養(yǎng)物，有利于各種微生物繁殖，所以還應(yīng)考慮微生物抑制。通常殺菌劑都有一定的選擇性，再加上微生物的耐藥性，故一般采用兩種不同藥劑交叉使用。目前我們使用的是氧化性殺菌劑BS 9003和非氧化性殺菌劑BS 3330B。前者能快速氧化細(xì)菌細(xì)胞及巰基酶，控制微生物蛋白的合成，對鐵細(xì)菌、芽孢菌、硫酸鹽還原菌和真菌都有明顯殺滅抑制作用；而后者則通過斷開細(xì)菌和藻類的蛋白質(zhì)鍵合，穿透微生物的細(xì)胞膜，對其細(xì)胞組織產(chǎn)生分解破壞作用，從而導(dǎo)致生物細(xì)胞死亡。同時，BS 3330B也能穿透粘泥附著在器壁上的生物膜，起到生物粘泥剝離作用，對循環(huán)水中常見的細(xì)菌、真菌、藻類等具有很好的抑制和殺滅作用。需要指出的是，氧化性殺菌劑在焊接循環(huán)水中的選擇應(yīng)特別慎重。作為焊槍冷卻水進(jìn)水管的軟管，多由聚氨酯（PUR）制成，其抗氧化性個體差異明顯。曾經(jīng)，某工廠焊接循環(huán)水出現(xiàn)PUR被氧化成膠泥，沖洗進(jìn)循環(huán)水系統(tǒng)，附著在循環(huán)泵葉輪和多處管道之中，導(dǎo)致循環(huán)水流量不足，生產(chǎn)線上的焊槍嚴(yán)重過熱。因此，在規(guī)模使用之前，須做兼容性實驗。

2.3 日常監(jiān)測與管理

所謂“三分藥劑，七分管理”，循環(huán)冷卻水處理對過程管理的要求是比較高的，尤其是焊槍內(nèi)部的水路管線十分精細(xì)，稍不注意就會發(fā)生堵塞和腐蝕。

各種藥劑在水中發(fā)生作用，都有一個前提：水質(zhì)指標(biāo)必須控制在一定范圍之內(nèi)。諸如電導(dǎo)率、硬度、堿度、濁度等指標(biāo)，在超過控制標(biāo)準(zhǔn)的時候，該排污要排污，該換水得換水。

因此，日常的管理包含了監(jiān)測、排污、補(bǔ)水、加藥、清洗等工作，具有一定的專業(yè)性，需要專人負(fù)責(zé)。此外，還要定期查看掛片情況，以了解系統(tǒng)的腐蝕和結(jié)垢程度，發(fā)現(xiàn)問題及時采取對策；為了更好的掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀況，還應(yīng)經(jīng)常關(guān)注循環(huán)管道和焊槍各處的壓差和溫差，出現(xiàn)異常變化要查找原因，排除循環(huán)水方面的因素。

工作表如下。

表1

3、改進(jìn)和發(fā)展

近年來，循環(huán)冷卻水處理技術(shù)發(fā)生了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，不論是藥劑還是設(shè)備都已相對成熟。但水質(zhì)管理是個精細(xì)的工作，還須精益求精。結(jié)合生產(chǎn)中的實際應(yīng)用，筆者也在嘗試思考可改進(jìn)之處。

3.1 旁路系統(tǒng)的改進(jìn)

就循環(huán)水而言，節(jié)水是其根本目標(biāo)。此外，還要考慮到環(huán)保、節(jié)約運(yùn)行成本等方面。目前焊接循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，往往隨著生產(chǎn)產(chǎn)能的提升，焊槍數(shù)量的增多，熱負(fù)荷相應(yīng)增大；更大的熱負(fù)荷，就意味著濃縮速度的加快。因此各項指標(biāo)，尤其是濁度和硬度，常常成為我們排污操作中的主要理由。故而，我們可以考慮：

（1）強(qiáng)化過濾器

過濾器的選擇很重要,目前應(yīng)用在循環(huán)水方面的過濾器種類很多，但各有優(yōu)缺點(diǎn)，效果也不夠理想。以應(yīng)用較為廣泛的疊片過濾器為例，它維護(hù)方便，反洗水量少，安裝簡易。但由于它是縫隙過濾，只對一定直徑的懸浮物有效，所以應(yīng)根據(jù)相應(yīng)的水質(zhì)情況和系統(tǒng)特點(diǎn)選擇過濾盤片。其精度有20微米、55微米、100微米、130微米、200微米、400微米等多種規(guī)格。

即便如此，目前疊片過濾器對降低循環(huán)水的濁度效果也很有限。因此，需要研發(fā)廠家對其進(jìn)行技術(shù)改造，增強(qiáng)對膠體、粘泥、有機(jī)物的過濾能力，強(qiáng)化過濾效果。

另外，過濾器的維護(hù)管理也至關(guān)重要：

①當(dāng)循環(huán)水的濁度增長到控制上限附近的時候，應(yīng)及時開啟旁通過濾；

②當(dāng)壓差達(dá)到或過濾效率明顯下降的時候，要及時反洗過濾器；

③當(dāng)反洗作用不明顯時，要考慮疊片本身結(jié)垢的問題，安排酸洗。

（2）優(yōu)化軟化器

傳統(tǒng)的循環(huán)水軟化器，都是通過控制補(bǔ)水硬度的方式控制循環(huán)水硬度。這雖然也能在一定程度上達(dá)到目標(biāo)，但在應(yīng)用中還是存在不足。

通常來講，循環(huán)水中保持一定的硬度，對控制系統(tǒng)的腐蝕有輔助作用。所以在補(bǔ)水時，往往需要刻意補(bǔ)一些自來水，以適當(dāng)提高系統(tǒng)的Ca2+、Mg2+濃度。

圖4

但隨著系統(tǒng)的濃縮以及軟化器再生前的失效，系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)水的硬度可能會進(jìn)一步升高，而超出了我們的需要。這個時候，只能以排污的方式解決。

所以，我們完全可以將循環(huán)水池的水并接入軟化器的進(jìn)水管（圖4）。需要的時候，就可以利用軟化器直接對循環(huán)水的硬度進(jìn)行控制。這樣能避免因為硬度的升高而導(dǎo)致排污，節(jié)約水資源。

3.2 藥劑投加的改進(jìn)

目前，循環(huán)冷卻水處理的藥劑，均采取手動或加藥設(shè)備自動定時投加的方式。這種傳統(tǒng)模式需要專人頻繁地操作，而且還要計算排污量。再加上安全、環(huán)保、健康方面的問題，其固有的缺陷日益顯露。近年來，市場上也出現(xiàn)了一種即溶型的投加方式。目前國內(nèi)應(yīng)用雖還不夠成熟，但發(fā)展思路值得期待。其基本原理是，直接將固體的藥劑加在藥劑罐中，讓補(bǔ)水通入罐內(nèi)，水流沖擊使藥劑產(chǎn)生布朗運(yùn)動并緩溶，則通入其中的補(bǔ)水就具有了穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)；再以液位控制自動補(bǔ)水，從而實現(xiàn)對循環(huán)水的處理（圖5）。這樣不用考慮排污量，藥劑濃度更準(zhǔn)確更穩(wěn)定，投加更方便。由于藥劑的溶解速度較慢，所以只需要定期觀察罐中的藥劑存量、適時補(bǔ)充就行。根據(jù)罐的設(shè)計規(guī)格，藥劑補(bǔ)充周期長短不一。硅磷晶即為按上述方式投加的一種水處理劑，其采用控制釋放技術(shù)，使作用時間延長，輸出的水已經(jīng)具備了防腐阻垢的穩(wěn)定性質(zhì)。事實上，一些固體殺菌劑（例如BS 9003）都可以采取類似的方式投加，方便、省事、省力。

圖5

4、結(jié)束語

焊接循環(huán)水作為循環(huán)水的具體應(yīng)用之一，既具有眾多冷卻水系統(tǒng)的共同特性，也有區(qū)別于其它系統(tǒng)的獨(dú)特性質(zhì)。

伺服焊槍作為汽車廠自動化生產(chǎn)中的關(guān)鍵工具，在其它領(lǐng)域中也逐漸開始普及推廣。其個體精細(xì)，數(shù)量眾多，又多處使用微小銅管，因此對循環(huán)水的要求較高。隨著水處理技術(shù)的不斷發(fā)展，相應(yīng)的藥劑和設(shè)備也會進(jìn)一步完善和先進(jìn)。如何更為有效地控制好循環(huán)水的穩(wěn)定性，降低關(guān)鍵設(shè)備的故障率，這是相關(guān)設(shè)備研發(fā)行業(yè)和水處理行業(yè)需要共同思考和面對的問題。

[1] 張延松、陳關(guān)龍等.伺服焊槍在汽車車身制造中的應(yīng)用[C].中國汽車工程學(xué)會2003學(xué)術(shù)年會論文集(下冊):429-433.

[2] 高克銀.點(diǎn)焊機(jī)器人循環(huán)水對焊接質(zhì)量的影響及改進(jìn)方法[J].現(xiàn)代零部件,2006, 5：70-71

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A Preliminary Discussion on Welding Circulating Cooling Water Treatment

Zheng Feng, SongYongxian
( 1.Changan Suzuki Co., Ltd., Chongqing Ba’nan 401321; 2.Haas Finechem(chongqing)Co., Ltd., Chongqing Yubei 401147 )

The essay introduces the circulating water and related waterway system of automobile factory servo welding guns, and analyses the impact of circulating cooling water to welding gun performance. The essay also puts forward some improvement consideration and developing direction through summarizing current welding circulating water treatment.

Automobile factory; Servo welding gun; Circulating water; Water quality treatment.

U468.2

B

1671-7988(2016)01-145-03

馮崢，工程師，就職于重慶長安鈴木汽車有限公司。大學(xué)本科。從事焊接生產(chǎn)技術(shù)工作。