關(guān)于電泳二次流痕形成機(jī)理及控制的研究

張 慧，郭雅莉，劉春良

（長城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北保定 071000）

0 引言

對于乘用車而言，電泳漆膜完整性是整車防腐的最基礎(chǔ)的保障。在新車型調(diào)試階段，經(jīng)常會出現(xiàn)電泳二次流痕的漆膜弊病。電泳流痕出現(xiàn)在外觀裝飾面上時(shí)需要打磨，影響整車的防腐性能；流痕出現(xiàn)在涂膠路徑上時(shí)，阻礙膠槍行走，影響涂膠密封性和美觀性。

流痕缺陷一般容易出現(xiàn)在五門一蓋包邊處（尤其是拐角、尖角部位）、鈑金搭接狹窄縫隙處、多層板對穿孔等部位，流痕打磨工時(shí)單點(diǎn)耗時(shí)約30 s/個(gè)，問題解決周期最短為3 d，周期最長的甚至在量產(chǎn)階段車型仍存在流痕問題。流痕問題是一個(gè)系統(tǒng)問題，涉及到產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、沖壓工藝、焊裝工藝和涂裝工藝，因此需要從數(shù)模階段、工藝調(diào)試階段和產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段對涂裝電泳流痕進(jìn)行分析和控制。本研究從典型案例出發(fā)，對流痕問題的管控進(jìn)行闡述。

1 流痕產(chǎn)生機(jī)理和影響因素識別

1.1 電泳流痕產(chǎn)生機(jī)理

白車身在通過前處理電泳槽時(shí)，在白車身縫隙中有殘留的液體，在經(jīng)過烘干爐受熱時(shí)，液體表面張力變小，流出，然后進(jìn)一步在烘烤過程中隨著不揮發(fā)分的增加，累積形成固體，呈現(xiàn)出流痕缺陷。以典型的包邊處電泳流痕為例，其形成機(jī)理如圖1。

圖1 包邊流痕形成機(jī)理示意圖Figure 1 Schematic diagram of the formation mechanism of edge flow marks

如圖1所示，車門包邊部位在前處理電泳過程中進(jìn)入液體，且縫隙內(nèi)的液體在烘干前的瀝水時(shí)無法流出，形成包邊積液；包邊內(nèi)積液在電泳烘干爐的烘烤過程中表面張力變小，從縫隙內(nèi)流出，一部分粘附于包邊，一部分則滴落在車身上；粘附在包邊部位的積液隨著烘烤的進(jìn)行而逐漸固化，不揮發(fā)物質(zhì)固化在包邊位置粘附；隨著不揮發(fā)物質(zhì)的累加，最終形成電泳流痕或漆包，在電泳漆膜表面形成凸起不平，影響外觀、涂膠、噴涂作業(yè)，需進(jìn)行人工打磨。

1.2 流痕影響因素識別

流痕雖然是在涂裝過程中形成的，但它跟產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、沖壓工藝、焊裝工藝有密切的關(guān)系。分別從上述影響因素進(jìn)行識別，具體見圖2。

圖2 流痕影響因素識別因果圖Figure 2 Cause and effect diagram of flow mark influencing factor identification

如果希望徹底解決流痕問題，那么需要從數(shù)模設(shè)計(jì)階段開始對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)防控制，在調(diào)試過程中結(jié)合焊裝、沖壓和涂裝工藝進(jìn)行調(diào)試優(yōu)化，當(dāng)實(shí)在無法解決時(shí)，才考慮采用涂裝輔具以及打磨的彌補(bǔ)工藝。

2 SE（同步工程）分析階段流痕分析與預(yù)防控制

流痕的產(chǎn)生與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中存在的縫隙直接相關(guān)，縫隙小，槽液無法進(jìn)入，縫隙大，在進(jìn)入烘干之前槽液順利流出，因此縫隙過大或過小，都不會產(chǎn)生流痕。而當(dāng)縫隙在一定范圍內(nèi)使液體能進(jìn)入，但是在毛細(xì)現(xiàn)象的作用下，無法通過重力自然排出，這樣在烘干過程中流出，形成流痕。所以在整車產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，通過對產(chǎn)品局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，合理排布電泳漆瀝液孔，分析排水路徑上的異常來解決流痕問題。一般來說，采用的措施分為“堵”和“疏”兩類。堵，就是不讓水流通過某些敏感區(qū)域；疏：改變水流方向，流向內(nèi)腔或內(nèi)板。常見的措施包括用焊裝膠隔斷水流、利用焊裝膠設(shè)置水流導(dǎo)向、調(diào)整結(jié)構(gòu)等等，具體方法如下：

2.1 對工藝孔進(jìn)行翻邊處理，將液體流向內(nèi)板

某車型B柱上的電器安裝孔為三層板結(jié)構(gòu)，在電泳烘烤時(shí)存在二次流痕的問題，需要打磨處理。如圖3 B柱線束孔翻邊案例圖所示，此部位由側(cè)圍外板、加強(qiáng)板以及側(cè)圍內(nèi)板組成一個(gè)兩層縫隙的結(jié)構(gòu)，流體在外板和加強(qiáng)板之間縫隙殘留，在烘烤時(shí)飛濺到外板上。對此結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，將外板開孔進(jìn)行一個(gè)向內(nèi)翻邊的處理，將電泳液引流到內(nèi)部，徹底消除了二次流痕。類似結(jié)構(gòu)均可采用此方法或者擴(kuò)大間隙來完成。

圖3 B柱線束孔翻邊案例圖Figure 3 Case diagram of B-pillar wire harness hole flanging

2.2 調(diào)整內(nèi)外板高度，將液體引流到內(nèi)腔

某車型前門外板出現(xiàn)流痕，經(jīng)過原因調(diào)查，發(fā)現(xiàn)是門外板高度低于前門加強(qiáng)板高度，而兩板之間存在1 mm的縫隙，當(dāng)烘烤時(shí)，液體往上從外板溢出形成流痕。通過調(diào)整外板修邊高度，使外板比加強(qiáng)板高0.5 mm，有效解決了流痕問題。在數(shù)模SE分析時(shí)，針對加強(qiáng)板和外板之間有縫隙以及有缺口的情況，要求外板比內(nèi)板或加強(qiáng)板高，從而促進(jìn)水流流向內(nèi)腔，而不是外表面。通過產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上的一個(gè)小改進(jìn)就能徹底解決流痕問題。

2.3 利用焊裝膠，避免存水或者對水流方向進(jìn)行引導(dǎo)

如果能夠調(diào)整水流方向，避免縫隙中的水通過外板孔，可以在孔位上方增加焊裝膠，將水流引離外板工藝孔。另外，通過對焊裝膠進(jìn)行缺口設(shè)計(jì)，避免在工藝孔附近有殘留水，也可以有效規(guī)避電泳流痕（圖4）。

圖4 焊裝膠開缺口引流示意圖Figure 4 Schematic diagram of welding glue opening notch drainage

某車型后門門鎖孔處出現(xiàn)電泳流痕，通過將門鎖孔下部的焊裝膠由原先設(shè)計(jì)的封閉式更改為斷開式，便于液體通過重力流出，避免在鎖孔附近有水殘留，有效解決了流痕的發(fā)生。所以在產(chǎn)品數(shù)模分析階段，要將白車身數(shù)模與槽液流動(dòng)相結(jié)合，依據(jù)水流流動(dòng)，識別易存水區(qū)域，通過增大縫隙、開孔方向以及焊裝膠的排布等組合，避免在噴漆表面形成流痕。

3 提高產(chǎn)品精度要求消除電泳流痕

縫隙與白車身精度有關(guān)，而白車身精度與沖壓件精度和焊裝焊接質(zhì)量相關(guān)，這些都需要在工藝調(diào)試階段進(jìn)行調(diào)試。隨著型鋼鉸鏈的廣泛應(yīng)用，各主機(jī)廠也紛紛出現(xiàn)型鋼鉸鏈與側(cè)圍之間的電泳流痕問題，如圖5所示。

圖5 型鋼鉸鏈流痕示意圖Figure 5 Schematic diagram of flow marks on profiled steel hinges

型鋼鉸鏈在制造過程中需要對表面進(jìn)行噴丸處理，測量粗糙度為10.2 Ra，在與側(cè)圍貼合不良時(shí)，導(dǎo)致車身安裝面有縫隙，縫隙內(nèi)殘存電泳漆，烘烤后流出形成流痕。解決措施是對型鋼鉸鏈貼合面進(jìn)行銑平，消除噴丸麻坑，粗糙度控制在≤5.0 Ra，能有效消除流痕。

4 通過工藝調(diào)試來減少流痕

4.1 焊裝沖壓工藝調(diào)試

沖壓焊裝工藝的穩(wěn)定性對流痕也有直接作用，在新車型調(diào)試過程中，需要對沖壓/焊裝工藝進(jìn)行調(diào)試，如調(diào)整沖壓接刀處包邊縫隙；優(yōu)化邊緣切邊不齊處、檢驗(yàn)?zāi)＞呤欠衽c設(shè)計(jì)之初狀態(tài)一致，避免制造過程中存在<1 mm的縫隙；另外通過調(diào)整焊裝包邊壓力、涂膠距離、涂膠速度、焊點(diǎn)位置等參數(shù)，保證焊縫縫隙均勻，減小卷邊邊緣縫隙，避免存水。尤其是在包邊不完整的情況下，折邊膠應(yīng)盡量靠近邊緣，避免空腔存在。

另外在焊裝工藝調(diào)試過程中，也可以通過增加焊點(diǎn)、增加涂膠來減小縫隙，縮小空腔體積，減輕流痕。如某車型側(cè)圍外板與流水槽搭接處有流痕，問題發(fā)生在豁口處，問題車測量縫隙為0.9 mm，將其中一個(gè)二保焊點(diǎn)移向缺口處，同時(shí)調(diào)整縫隙至0.6 mm，就解決了浪痕問題。

4.2 涂裝工藝調(diào)試

因流痕產(chǎn)生與殘留水中的不揮發(fā)物成分有關(guān)，因此控制UF3水洗的固體分是必要條件，進(jìn)而減少殘留水中的固體分。另外，在工廠規(guī)劃時(shí)，如果空間允許的條件下，延長電泳烘干前的瀝水長度，減少殘留水分，但是這個(gè)區(qū)域?qū)Ρ嵉囊筝^高，需要均衡流痕和顆粒之間的維護(hù)成本。另外，在新工廠規(guī)劃時(shí)，也有延長電泳烘干爐的烘干時(shí)間，在烘干前增設(shè)預(yù)加熱風(fēng)淋工序（60~100 ℃，5~10 min），確保車身進(jìn)烘干室有充分預(yù)烘過程，使殘留在焊縫中的電泳液在預(yù)加熱風(fēng)淋段得到有效地清除，以免因直接進(jìn)入烤房升溫過急使電泳液沸騰流出，電泳產(chǎn)生流痕。但是以上措施投資和運(yùn)行成本過高，不建議采用。工程師還是應(yīng)該從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、焊裝工藝、沖壓工藝等方面，對白車身結(jié)構(gòu)和精度進(jìn)行優(yōu)化。

涂裝常用的彌補(bǔ)措施有，在烘干前，對重點(diǎn)部位進(jìn)行人工吹水或自動(dòng)吹水；以及在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)運(yùn)行的情況下，設(shè)計(jì)接流痕輔具，避免殘液流到車身外觀面上，如圖6所示。但是流痕輔具需要在電泳烘干前人工裝上，這樣不僅增加人工成本，而且如果設(shè)計(jì)不好，也存在破壞漆膜的風(fēng)險(xiǎn)，因此不是所有的流痕都能設(shè)計(jì)輔具。

圖6 流痕輔具圖Figure 6 Diagram of flow mark aids

5 結(jié)語

電泳漆膜的完整性是整車使用過程中防止其提前銹蝕的保障，因此盡量避免對電泳漆膜進(jìn)行打磨，減少和消除電泳漆膜表面的弊病是涂裝工程師一直努力的方向。當(dāng)電泳流痕產(chǎn)生在外板時(shí)，如果不打磨，對噴漆外觀有影響，所以必須在新車調(diào)試過程中將外板的電泳流痕消除或者引向內(nèi)板。這些需要工程師從數(shù)模階段就進(jìn)行系統(tǒng)管控，然后針對不同的部位，采取不同的結(jié)構(gòu)、不同的工藝來應(yīng)對。