涂装静电喷涂中冷凝水的消除

王洪江 田雄

摘 要：汽车涂装静电喷涂中，雾化器表面产生的冷凝水会引起质量缺陷。文章深入分析了冷凝水的产生过程，并从现场优化和设备改进两方面入手，彻底消除雾化器表面冷凝水问题。改进后，不仅彻底消除了冷凝水引起的质量缺陷，同时也改善了机器人电器设备的工作环境。

关键词：静电喷涂;空气马达;雾化器;冷凝水

中图分类号：U445.58+5  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）21-163-03

Abstract： In the electrostatic spraying of automobile coating， the condensation water produced on the surface of atomizer will cause quality defects. In this paper， the generation process of condensed water is analyzed， and the problem of condensation water on the surface of atomizer is completely eliminated from two aspects of field optimization and equipment improvement.

Keywords： Electrostatic spraying; Air motor; Atomizer; Condensate

CLC NO.： U445.58+5  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）21-163-03

1 引言

在汽車涂装作业中，静电喷涂是自动化程度最高、工艺设备最复杂、质量控制最严格的工序，本文所述的静电站喷涂机器人使用9Bar的压缩空气驱动马达高速旋转，转速可达55000转/分钟。压缩空气在使用过程中会持续膨胀吸热，导致机器人手轴处产生冷凝水，滴落在车身上引起质量缺陷。机器人通过一套加热系统防止冷凝水的产生，但效果不稳定，且加热系统存在损耗，容易损坏，不仅造成10分钟/次的停台，而且更换加热器备件成本可达44464元/次。

2 冷凝水的产生

面漆机器人使用的驱动空气经过增压站加压到9Bar后，机器人内通过空气加热系统加热至55℃，然后推动马达高速旋转，旋转后的回气压力会在手轴法兰套处进行膨胀释放。压缩空气的膨胀伴随着吸热的过程，导致法兰套局部环境温度降低。通过查表对比露点温湿度对照表，当喷房湿度保持在60%-70%时，法兰套内外温差大于6℃时，便会产生冷凝水。因此，工艺温度高、工艺湿度高、法兰套温度低都可能导致手轴法兰套产生冷凝水。经过连续监控，喷房温湿度均保持在正常范围内。而BC静电机器人手轴法兰套的最低温度在18-23度之间，当温度为18度时，就会有冷凝水产生。因此，必须找到引起BC静电手轴法兰套温度异常降低的原因。冷凝水产生的过程如图1所示。

2 原因分析

2.1 人为方面

首先在人的方面，操作者未按照标准流程修改设置温度控制参数，经常容易漏掉保存操作步骤，导致参数没有正确修改，温度设置错误，引起法兰套温度降低。在本例中此方面不是引起冷凝水的原因。

2.2 设备方面

在设备方面，加热系统的加热器损坏、反馈温度信号误差都会造成加热量不稳定，引起手轴法兰套温度低。加热系统的原理是由加热变压器提供加热器的电源，根据不同的温度设定和反馈，控制固态继电器的通断，调节加热器的加热时间，将驱动空气加热至设定温度。加热系统的检查中，可使用万用表交流电压测量档检查加热系统变压器工作电压，以及固态继电器和加热器的实际分压。变压器工作电压等于固态继电器电压与加热器电压之和。使用万用表欧姆档可以测量加热芯内发热丝阻值和热敏电阻，在常温下，发热丝阻值为75Ω左右，热敏电阻阻值为100Ω左右。使用机器人示教器可监控温度反馈值的连续变化。正常情况下加热温度瞬时值变化连续，不会出现跳变。在本例中，加热系统运行正常，加热系统方面不是引起冷凝水的原因。另一方面，随着空气马达备件的换代升级，旧马达外表有隔热涂层，而新马达没有，驱动空气通过时有热量损失，会造成手轴法兰套处温度低，如图2所示。经对比，使用旧式马达的法兰套温度为23度，而使用新一代节能型马达的法兰套温度只有18度。因此，空气马达型号更换是引起冷凝水的原因。

2.3 材料方面

在材料方面，驱动空气属于最主要的载体材料。经过增压站增压后的空气温度太低，后期热量供应不足，会导致手轴法兰套温度低。经过检查增压站出口温度为30度，在合理范围内。因此，在本例中，气源温度低不是引起冷凝水的原因。

2.4 方法方面

驱动空气带动空气马达按照工艺要求的设定转速旋转，将不同粘度的漆液雾化后进行喷涂。因此，在机器人仿形调整时，工艺参数的选择方法影响空气马达的使用状态，长期不当使用，引起驱动空气流量增大，导致法兰套温度低和冷凝水的产生。在机器人喷涂参数方面，马达转速越高，需要的加热温度越高，当马达转速为50000转/分时，理论上要求驱动空气供热温度为55度，通过现场检查马达转速与加热温度的对应关系，符合温度对照表。因此在本次问题解决过程中，马达转速高不是引起冷凝水的原因。

2.5 环境方面

在喷涂环境方面，由于BC静电站和CC静电站采用了同样的加热系统和空气马达，而CC静电站基本上没有产生过冷凝水，因此我们采用两个站对比的方式进行检查。首先，BC静电站采用水性漆喷涂工艺，法兰套上经常形成的是水性漆湿膜。由于水的比热大，加快了法兰套外表面的散热，会引起法兰套温度低。而CC静电站采用溶剂性清漆喷涂，且固化剂配比高，清漆在法兰套上堆积后快速固化，反而形成一层隔热保护膜。因此在本次问题解决过程中，BC静电站法兰套积漆是引起冷凝水的原因。如图3所示。

3 方案对策

经分析，本例中产生冷凝水的原因主要集中在节能型雾化马达的结构升级和喷涂工艺环境的影响。针对马达升级后散热性能变化的问题，可以通过提高加热温度参数的方法解决。针对湿膜积漆的问题，可以通过增加覆盖物或者清漆固化隔离保温来解决。

3.1 实施对策

针对马达升级的问题，我们采取提高加热温度的方法，将加热器加热温度由55度提高至65度，来补充马达处的热量损失。针对法兰套积漆的问题，采取在BC静电站机器人法兰套外表面喷涂清漆层，并实现快速固化保温的方法，隔绝水性漆湿膜对法兰套的影响。措施如图4所示。

3.2 对策改进

通过提升加热器设定温度后，冷凝水可以缓解，但不能彻底消除，但调整参数后的加热器损坏频次也直线上升。在措施实施之后，BC静电站手轴法兰套最低温度由18度升至22度，冷凝水已經消除。通过对加热器的监控，工作电压由原来的平均83V提高到103V，负载增大，能耗增高，对加热器使用寿命产生了影响。另一方面，保洁人员每天要清洁法兰套4次，清漆保温层存在一定的损耗，需要定期进行修补，额外增加了工作量。法兰套温度低是由于气体在固定位置膨胀吸热导致的，那么改变气体膨胀在法兰套的固定位置，不仅能彻底消除法兰套温度低问题，而且还能解决上述措施中带引发的其他问题。由于BC静电站机器人机臂内电器元件的工作环境长期以来都温度偏高，通过制作连接气管，将膨胀后温度低的压缩空气引入温度高的区域，不仅能解决法兰套温度低的问题，还能改善电器元件的工作环境，同时减少加热量，延长加热器使用寿命，如图5所示。

3.3 方案推广

本例是基于DURR喷涂机器人实施的优化改进。在众多静电喷涂设备中，冷凝水问题都存在，例如FANUC喷涂机器人P-250iB，采用的是外置加热设备消除冷凝水。因此，通过匹配不同的连接接头，将空气马达驱动空气的膨胀吸热点转移至其他位置，可实施相同的优化改造，降低腔体内电气部件的温度。

4 结语

将手轴处温度低的压缩空气转移至温度高的防爆机臂内，在保证喷涂质量的同时，可终身停用加热系统，节约了大量维护备件成本和能源消耗。改进后，在质量方面，彻底消除了冷凝水的产生;在设备方面，改善机器人内部电器元件工作环境，并完全停用加热系统;在成本方面，可一次性节约加热设备安装成本115.6万元，节约电能10886KWh/年，节约能耗成本7.8万元/年。

参考文献

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