汽车车身涂装工艺及设备

汽车车身涂装工艺是装饰、保护性多层涂装，是汽车涂装的工序最多、涂装质量要求最高的涂装工艺。这组工艺的涂装对象包括轿车车身、载货汽车的驾驶室及覆盖件、大客车的车厢、旅行面包车车身等。

12．3．1 汽车车身涂装体系

汽车涂装属于多层涂装，由于各种汽车的使用条件不同，涂装工艺也各不相同。概括起来，国内外汽车车身涂装工艺可分为以下3个基本体系：

①涂三层烘三次体系。即底漆涂层＋中间涂层＋面漆涂层。三层分别烘干。对于外观装饰性要求高的轿车、旅行车和大客车车身一般都采用这一涂装体系。

②涂三层烘两次体系。涂层同上，底漆层不烘干，涂中间涂层后一起烘干，采用“湿碰湿”工艺，因而烘干次数由三次减为两次。对于外观装饰性要求不太高的旅行车和大客车车身及轻型载重汽车的驾驶室等一般采用此涂装体系。

③涂两层烘两次体系。即底漆涂层＋面漆涂层，无中间涂层。两层分别烘干。中型、重型载重汽车的驾驶室一般采用这一涂装体系。

典型涂装工艺体系见表12．1。

在小批量涂装生产时与大批量流水作业时所用涂装方式及设备均有较大差异，但是它们的涂装工艺体系是一样的。

表12．1 大量流水生产汽车车身及其部件的涂装工艺体系

续表

例如，我国东风汽车公司的载重汽车车身的涂饰工艺是：

白件装挂→预脱脂→脱脂→水洗→磷化→水洗→钝化→循环纯水洗→干净纯水洗→热风吹干→冷却→上电极→阴极电泳涂漆→循环超滤水洗→干净超滤水洗→循环纯水洗→干净纯水洗→卸电极→电泳漆烘干→打磨→喷防声胶→擦净→喷→道面漆→闪蒸→喷二道面漆→晾置→面漆烘干→检验→送总装车间。

这是属于涂两层烘两次体系。

东风公司的雪铁龙ZX（富康）轿车CKD小批量生产的涂装工艺是：

预清洗→碱液脱脂→水洗→表面调整→磷化→水洗（二次）→阴极电泳涂漆→水洗（四次）→烘干→底漆打磨→喷中涂（二道）→晾置→烘干→中涂打磨→喷面漆（二道）→烘干→检查。

这就是涂三层烘三次体系。

12．3．2 汽车车身的典型涂装工艺

（1）轿车车身的涂装工艺

大量流水生产的中、高级轿车车身涂装、厢式车车身和质量要求较高的载货汽车驾驶室及覆盖件的涂装一般均采用三层涂装工艺。在涂装过程中的车身运输方式，漆前表面处理、电泳一般采用悬挂运输方式，中间涂层和面漆涂装线一般为地面运输方式。生产节拍在5min以内采用连续式，大于5min的采用间歇式。

（2）载货汽车驾驶室及覆盖件的涂装工艺

大量流水生产的载货汽车驾驶室及覆盖件的涂装一般采用两层（底漆层＋面漆层）涂装工艺。涂装过程的运输方式同上。

（3）大、中型客车车身的涂装工艺

大、中型客车的生产量与轿车、载货汽车驾驶室涂装相比小得多，一般为小批量生产方式，因此它们的涂装过程运输方式采用间歇式。由于涂层的装饰性和耐腐蚀性高于载货汽车车身，一般多采用多涂层多色涂装（即涂层多于三层、面漆颜色多于两种）。

大、中型客车车身涂装工艺与大量流水生产的轿车车身、载货汽车驾驶室涂装相比，具有以下特征：

①轿车车身、载货汽车驾驶室都是焊装成总成后涂漆，即白车身进入涂装车间，而大、中型客车车身一般都是散件涂漆后焊装成总成，或在焊装过程中涂底漆，很少有焊装成总成后涂底漆的。因此，大、中型客车车身的涂装工艺路线为：骨架、外板（或部分件焊接总成）进行前处理和涂底漆（电泳、浸涂或喷涂）—送往焊装车间组合焊装—再送往涂装车间涂装。

②大、中型客车由于体积庞大，多采用多色涂装，一般都是采用两种以上颜色。

12．3．3 涂漆方法及设备

要使涂膜色彩鲜艳、光亮丰满、经久耐用，起到保护和装饰的作用，除了涂料本身的质量优良外，对于涂漆方式的选择是否恰当也有很大关系。涂漆的方式很多，各有优缺点，应根据具体情况正确地选择和使用。

汽车车身制造中常用的涂漆方法有：刷涂、浸涂、喷涂、静电喷涂、电泳涂漆和粉末涂饰等。

（1）刷涂

刷涂是一种使用毛刷手工涂漆的方法。除了一些快干和分散性不好的涂料外，几乎所有的涂料都可以使用刷涂。常用的有油性漆、酚醛漆和醇酸漆等。特别是油性涂料对金属的表面细孔容易渗透、附着力好，使用得较多。

刷涂所需设备简单，投资少，施工方便，操作简单，容易掌握，灵活性大。但是，手工劳动生产率低，施工的质量在很大程度上也取决于施工技巧。漆膜往往有粗粒及刷痕，装饰性差，因此只适用于局部维修或小批量生产。

（2）浸涂

浸涂是将被涂零部件浸入盛有涂料的槽中，经过一定的时间后再取出，经滴漆、流平、干燥即可。

在采用浸涂法时，涂膜厚度主要取决于漆液的黏度，而浸涂时间一般无多大影响。因此一定要使油漆黏度保持在规定的工艺范围内，一般以15～20s为宜（用4号杯黏度计测定）。另外，零件入槽和出槽应保持垂直位置，入槽动作也必须缓慢均匀，防止制件的表面与漆层间带入空气而破坏涂层。制件从漆槽中提出也不宜过快，要保证制件上多余的漆液可以流掉。而且，零件在浸漆、流漆及干燥过程中应处于同样的位置，这样便于漆液更快流尽，涂膜才能均匀无流痕，在大容量的漆槽内，应设有搅拌器，以防止涂料发生沉淀。

浸漆是一种最简单、生产效率较高的涂漆方式。它既不要很高的技术，又不需复杂的设备。涂漆过程很容易实现机械化或自动化，但也存在着一定的局限性，如对挥发型涂料，含有重质颜料的涂料及双组分涂料等不适用。同时，由于浸涂所形成的漆膜易产生上薄下厚、流挂等现象，因此，仅适用于外观装饰要求不太高的防蚀性涂层。

（3）喷涂

一般说的喷涂是指压缩空气喷涂。它是利用压缩空气在喷枪喷嘴处产生的负压将漆流带出并分散为雾滴状，涂覆在物面上，这是目前使用最普遍的涂装施工方法。

喷涂所用装置及设备主要有喷枪、空气压缩机、油水分离器、喷漆室等。

喷枪、空气压缩机、油水分离器等产品都已是定型产品，可外购。

喷漆室是一种专用的喷漆设备。由于空气喷涂过程中有大量溶剂、漆雾污染空气，危害工人健康，而且易造成火灾，有爆炸的危险，因此喷漆室应设置在远离火源的地方，并且结构上应能防火。室内温度要求在18～30℃；要有排气装置，使空气流通；室内保持负压状态，以防止和减少溶剂、漆雾扩散至全车间。喷漆室的空气要经过过滤，保持室内清洁，无尘土油污，以保证喷漆质量。

喷漆室的光线要充足，以便能看清喷涂工件的各部位，有利于操作。

喷涂的最大特点是工效高、施工方便，可手工喷涂，也可机械化喷涂。它可以适应几乎任何条件下不同形状尺寸的物体以及多种油漆材料。涂膜光滑平整，厚薄均匀。对于快干和挥发性漆如硝基漆、过氯乙烯漆等使用最合适。但是油漆的有效利用率低，特别是在喷涂小型零件时，漆雾损失较大，并易引起火灾和苯中毒，影响工人健康，需要良好的通风除尘设备。

喷涂施工的质量主要决定于涂料的黏度、工作气压、喷嘴到物面的距离以及工人操作的熟练程度。为了获得平整光滑、均匀一致的涂层，手工喷涂时必须掌握正确的操作方法：

①施工前，要根据涂料的种类，空气压力、喷涂物的大小以及物面的状态，将涂料调至适当黏度。

②供给喷枪的空气压力一般为300～600k Pa。

③喷嘴与物面的距离，一般以250～400mm为宜。

④喷出漆流的方向，应当尽量与物面垂直。运枪时最好以10～12m／min的速度均匀移动，不可时快时慢。

⑤操作时，每喷涂一条带的边缘，应当叠压在前面已喷好的条带边缘上，一般以重叠1／3～1／2为宜。

除了上述的压缩空气喷涂以外，还有一种高压无空气喷涂，这是涂料施工中的一项新工艺。高压泵使涂料受压达10～17．5MPa，然后从喷枪嘴极精细的喷孔中喷出，当受高压的涂料离开喷嘴到达大气中时，便立即剧烈膨胀，雾化成极细小的漆粒喷到零件上，形成涂膜。此法的优点是：涂层厚，生产率高；漆雾少，涂料损失少，利用率高，节约溶剂；同时也改善了劳动条件。不仅适合喷涂一般喷漆，尤其适合喷涂高黏度涂料；因涂料中没有混杂压缩空气中的水分与杂质，故提高了漆膜的质量，附着力也好。但是，此法的涂膜均匀性及外观装饰性较差，也不适合含粒度较大的颜料性涂料的涂饰施工。

（4）静电喷涂

静电喷涂是借助于高压电场的作用，使喷枪喷出的漆雾带电，通过静电引力沉积在带异电的工件表面上而完成喷漆过程。负高压接在喷枪上，工件接地，使负电极与工件之间造成一个不均匀的静电场，靠电晕放电现象，首先在负极附近激发出大量电子，被雾化的漆粒子一进入电场就与电子相结合，呈负电荷粒子，在电场力作用下奔向工件（正极），使油漆微粒均匀地吸附在工件表面上，经过烘干便形成牢固的涂膜。

静电喷涂用的高频高压静电发生器是产生直流高压电源的。电压的高低是影响喷涂质量的重要因素，电压高，涂着率就高。但电压过高时对设备的绝缘性能要求也很高。因此，一般采用80～100k V。

静电喷枪的结构形式很多，有固定旋杯式、手提旋杯式、旋风式等。其中，固定旋杯式喷枪的生产效率最高，材料利用率可达90％以上。

静电喷涂是一种较先进的施工方法，与空气喷涂相比较，有以下主要特点：

①生产效率高，可实现喷涂过程的连续化和自动化，工效高。

②漆雾飞散损失少，可比空气喷涂节约涂料10％～50％，涂料利用率为80％～90％。

③涂膜均匀，附着力好，涂膜质量好。

④大大减轻了劳动强度，且漆雾飞散少，改善了劳动条件。

但静电喷涂所用的电压高，因此必须要有很好的绝缘设备，并采取必要措施，以免发生危险。同时，所需设备和仪器也比较复杂。由于静电喷涂因工件形状不同，造成电场强弱不同，因此均匀度就差些。又由于漆雾密度小，也会使漆膜流平性和漆膜光泽度受到一定的影响。

（5）电泳涂漆

电泳涂漆是20世纪60年代发展起来的一项涂料施工工艺。首先采用的是阳极电泳法（即阴离子型电泳底漆）。但因为工件是阳极，在电泳涂漆过程中发生电偶腐蚀，工件表面的磷化膜（磷酸盐）也部分溶解，所以降低了涂膜的耐腐蚀性。在20世纪七八十年代又研究发展了工件是阴极的阴极电泳涂漆，而阳极电泳法也就放弃使用了。

1）电泳涂漆的原理

电泳涂漆与电镀相似，将工件作为阳（或阴）极，浸渍于盛有电介质—水溶性涂料的槽中，槽体作为阴（或阳）极。两极间通以直流电后，在工件表面就形成了一层均匀的涂膜。其实质就是胶体化学中的电泳原理，即带电荷的胶态粒子在直流电场作用下，向着它所带电荷相反的电极方向运动，在电极（工件）上脱去电荷，并沉积在工件表面上。

电泳涂漆是一个复杂的电化学反应过程，主要包括以下几个反应：

①电离电泳漆在水溶液中，由于水的作用离解成带正、负电荷的离子。

②电泳带正负电荷的离子在电场力的作用下产生泳动，即正离子向阴极、负离子向阳极运动。不带电荷的颜料、填料粒子吸附在带电荷的粒子上也随着电泳。

③电沉积在电场作用下，带电的胶体粒子到达工件（阳极或阴极），脱去电荷，然后沉积在工件表面，形成不溶于水的涂膜，这是电泳涂漆过程中的主要反应，称为电沉积。电沉积首先在电力线密度大的位置发生，随着这些位置有了一定的绝缘性后（漆膜具有绝缘性），沉积点逐渐移动，直到均匀、完全涂覆成膜。

④电渗。漆膜内的水在电场力的作用下，被排挤到膜外，起了脱水作用。这称为电渗。

⑤电解。当电流通过电解质水溶液时，水便发生电解反应，在阴极放出氢气，阳极放出氧气，同时阳极本身也会发生溶解。电解反应放出过量气体会影响漆膜质量，要加以控制。

2）电泳涂漆系统的组成

以应用最广泛的阴极电泳涂漆系统为例，主要由以下部分组成：

①电泳槽。是电泳装置的主体部分，槽体必须与槽液绝缘，绝缘层耐压20k V以上，一般采用玻璃钢结构。在生产线上，槽体长度是由运送工作的传送链的速度、电泳时间、产品大小来决定的，槽体宽度取决于工件的最大宽度与极板之间的距离（一般为200～300mm），槽体高度取决于工件与漆液液面的距离及工件最低点至槽底的距离。

②槽液循环系统。其作用是保证整个电泳槽内漆液的成分和温度均匀，防止产生沉淀而破坏颜基比，消除电沉积过程中所产生的气泡，以达到涂膜具有良好外观的目的。槽液循环系统一般设有搅拌装置。为保证漆膜均匀、细密、平整及超滤器的正常工作，在系统中还设置了过滤器。

③阳极液循环系统。由阳极液槽、阳极罩、阳极液电导控制器及循环泵等组成。

在阳极反应中p H值逐渐降低，为了保证电泳漆的质量，阳极需装在设有半透膜的阳极罩中，阳极罩与阳极槽形成一封闭系统。阳极罩内的液面，高于电泳槽的液面形成正压，这样电泳漆就不易渗入阳极罩中。

在阳极反应中p H值逐渐降低，电导率升高，可通过自动控制电导装置对阳极液进行调整。

④配漆系统。由带搅拌器的混合罐、高压供漆泵、漆液输送泵及过滤器等组成。原漆固体成分需通过高压供漆泵打入混合罐中，使其稀释，并搅拌均匀；然后通过漆液输送泵和过滤器将漆液输送到电泳槽内。

⑤热交换器。阴极电泳漆的工作温度要求较严格，必须控制在一定范围内，因此必须设置热交换系统。漆液温度调节所用的热交换器有蛇管式、列管式及平板式等类型，均借助于外循环搅拌系统的泵，使漆液进行冷却或加热循环。

⑥超滤系统。超滤器在整个电泳过程中起着很重要的作用。漆液通过超滤器时，由于进出口的压力差及超滤膜的低分子透过性，一些低分子的溶质和溶剂（电泳漆液中的水、乙醇、丁醇、各种无机杂质离子和低分子量的树脂）透过超滤膜形成超滤水，而高分子量的物质（电泳漆液中高分子量树脂、颜料颗粒）则不能透过超滤膜，从而达到分离的目的。超滤水用于清洗电泳后的浮漆，不能透过的浓缩电泳液重新返回电泳槽。通过排放超滤液，可以排除电泳槽的杂质离子和低分子产物，使漆液的p H值和电阻值稳定，以保证漆液的稳定和电泳涂漆的正常进行。

3）影响电泳涂膜质量的主要因素

①电压。电泳的电压是决定漆膜厚度和外观的主要因素。电压过低则泳透力差，漆膜薄。电压高，泳透性能好。但电压超过一定限度时漆膜表面粗糙，有针孔、橘皮等。电压高低决定于涂料类型、工件材料、工件外形复杂程度和极间距。一般情况下可采用130～180V。

②电泳时间。涂膜厚度随着电泳时间的延长而增加，但当漆膜达到一定厚度时，继续延长时间，膜厚也不再增加。一般电泳时间为1～3min。

③漆液温度。电沉积量随温度升高而增厚，但温度也不宜过高。过高会影响漆膜与金属的结合力，一般应控制在（25±5）℃为宜，最高不得超过35℃。

④漆液固体含量。漆液固体含量过低时，泳透力降低，漆膜薄，容易产生针孔，表面粗糙。固体含量高时，泳透力好，涂膜表面状态改善。但过高时，泳透力也降低，电渗性不良，漆膜粗糙疏松，而且工件带出的漆量损失也大，一般应控制漆液中固体含量在10％～15％。

⑤漆液的p H值。p H值过低时，漆液的亲水性下降，树脂水溶性不良，涂料分散性不佳，漆液变质；p H值过高时，泳透力下降，漆膜薄，而且新沉积的漆膜会再溶解，漆膜易出现针孔，表面变粗。一般p H值应控制在6．5左右。

涂底漆前，一定要严格检查工件表面和磷化膜质量，不允许有锈、油污、灰尘。磷化膜应均匀致密。底漆膜应完整，不应有露底现象，并确保底漆膜的厚度（一般为20～30μm）。底漆膜的颜色不限，一般为铁红色、灰色，都应含有防锈颜料。

4）电泳涂漆的特点

电泳涂漆有以下优点：

①电泳涂料用水作溶剂，避免了用有机溶剂易发生中毒和火灾等危险，大大改善了劳动条件。

②从根本上消除了漆雾，涂料利用率高，可达90％～95％。

③施工速度快，可实现机械化和自动化连续操作，提高劳动生产率，减轻劳动强度。

④涂层质量好，涂膜均匀，附着力强。一般涂装方法对于工件内腔、凹缘、锐边、焊缝等处不易涂到，而采用电泳涂漆都能获得均匀、平整、光滑的涂膜。

但是，电泳涂漆也存在着一些缺点，例如设备较复杂，投资费用大：只限于在导电的被涂物表面上涂漆；烘烤温度较高，耗电量稍大；不易变换涂料颜色；废水必须进行处理等。

（6）粉末涂饰

粉末涂饰是成膜物质以固体粉末的形式涂覆的，是20世纪90年代发展起来的一项涂装技术，它一次涂覆的涂层厚度可从几十微米到100μm，可代替溶剂型涂料的几道涂层。这样就简化了施工工艺，显著减轻了劳动强度，提高了生产效率。但工件必须经高温烘烤，调色不如溶剂型涂料方便，并且要有一套相应的涂饰设备。粉末涂饰的方法有好几种，但目前应用较多的是流化床法和静电喷涂法，尤其是作为装饰性涂层，多数用静电喷涂法施工。

①流化床法是在装有多孔隔板的槽中放入粉末，从底部通过多孔隔板，通入适量的压缩空气，使粉末涂料形成流化层，然后往流化层浸入预热的工件，粉末被熔融而形成均匀的涂层。这种方法的优点是设备简单，操作方便，使用的粉末品种范围广，更换颜色也较容易。缺点是不能薄涂，外观和附着力不够理想。

②静电喷涂法是用压缩空气将粉末送到带有高压静电的喷枪上，使粉末带上负电后，受静电引力作用而喷向并吸附在作为正极的工件上。其优点是可获得较薄的均匀涂膜，对复杂的工件也可获得较好的效果；但其设备较复杂。