電泳過程中干涉現象的發生機理與解決方案

現就曾經發生干涉現象的一個典型案例進行介紹與解析。問題發生的生產線屬于連續通過式生產線，電泳槽體積120 m3，入槽角度35°，節距5.6 m，節拍28 JPH，原本生產線專門生產面包車，使用材質為普通冷軋鋼板，由于產量不足，根據公司戰略導入A型轎車進行混線生產。A型車是微型轎車，車長3.2 m，B型車是箱式面包車，車長3.5 m。在生產過程中發現，在A型車的機蓋前緣10 cm的范圍內烘干后出現直徑為0.3 ~ 0.8 mm、密度不超過50個/100 cm2的凹陷，用30 ~ 40倍光學放大鏡顯微觀察為輕微不露底、分布均勻的孔，發生概率在15%左右，中涂前需要進行人工打磨至局部露底，這樣會增加人工成本，局部防腐蝕能力下降。

2　原因分析

　　A型車的試生產階段由于投入車輛較少，只進行了兩次單獨過車以及3臺連續過車，以便確認單車膜厚分布以及最高膜厚的變化，因此在新車型導入階段未見異常。B型車順利進入爬產階段，在爬產初期，由于A型車的電泳前維護工作較多，很難形成A、B型車的混線連續生產，乃至在A型車的機蓋前緣發現針孔不良時，被當作局部的污染物造成的縮孔進行分析與處置。后來隨B+A的混線連續過車模式逐漸增多，A型車在相同部位反復出現縮孔，在電泳槽液中未發現油污染跡象，且B型車和A型車的其他部位未見類似縮孔的發生，所以才將問題與干涉現象聯系在一起。通過分析認定：由于前方B型車打開的后蓋與A型車進入電泳槽的時候機蓋前緣距離過近（軌跡測量最近距離為600 mm），導致了干涉現象的發生，造成氧氣縮孔。發生在A型車開始進入電泳槽但是還沒到達一段電壓接電的時間段，此時前方的B型車已經進入電泳的第二段高壓段，處于接電狀態，前車有空位、A+B、A+A、B+B的組合不會發生干涉現象，僅是B+A的組合中間沒有空位的情況發生干涉現象。

　　氧氣縮孔表現為：在問題區域內分布均勻，不會出現突沸油縮孔那樣縮孔大小不一、分布不均的現象，也不會像氫氣爆孔那樣尖銳露底，位置集中，從形狀上容易跟急升溫爆孔混淆，但爆發的部位有一定差異。

　　在生產線上對干涉部位以及非干涉部位進行電壓隨線測量，通過對測量曲線的解析，也發現在發生干涉的機蓋前緣產生比較大的負電壓，提示該部位有陽極的水解反應發生。

3　發生機理

　　陰極電泳的工作原理為：被涂物印加陰極電源，通電后整個電泳涂裝過程伴隨著電泳、電解、電沉積、電滲4種物理化學反應而在被涂物表面形成漆膜[1]。其中水的電解反應在陰極生成堿性的OH-及H2，陽極則生成酸性的H+及O2。在產生干涉現象的過程中，剛剛進入槽體又沒有印加陰極電源的車體如果距離前車過近，就會產生分極現象，導電體靠近陰極的部位成為陽極，遠離陰極的位置成為陽極，導電體內產生電子的流動，陰陽兩極發生水的電解反應。由于液體在陽極附近產生的壓力，釋放出來的O2需要積聚到一定的體積才能產生足夠的浮力脫離金屬表面，因此在車身印加陰極電壓的時候，因電沉積產生的漆膜會將沒有來得及逃逸的O2泡限制在漆膜底部。烘烤過程中，由于O2的氣泡過大，電泳涂料來不及通過流平填補氣體擠出后留下的凹陷，故而形成分布均勻、大小相近的凹陷，也稱為氧氣針孔。而分極后的陰極因為H2被漆膜分割成不能聚集的單元，故而不會形成大的氣泡以及凹陷。

　　連續式電泳生產線在設計之初會根據被涂物的最大尺寸以及行走鏈條的節距長度設計掛距，一般確保被涂物的間距在1 000 mm以上。但是在電泳入槽階段，工件前后距離由于入槽角度變化而造成間距縮短；另外，由于新的被涂物在導入過程中被涂物尺寸超出原設計的最大尺寸，或者被涂物尺寸沒有超標，但是由于支撐點的位置造成被涂物前突或后伸，在與其他被涂物混線生產過程中，也會出現被涂物間距變小的現象。在步進式生產線上，干涉現象的發生多是由于接觸不良造成的，具體過程就是在電泳過程中，由于掛具的若干掛點絕緣會發生涂裝不良，絕緣狀態持續到電泳過程結束看到的現象就是絕緣掛點的工件未形成電泳漆膜，如果絕緣掛點中途通電電泳，則大概率發生干涉現象。

　　在整車生產線，干涉現象一般發生在連續過車的后車前機蓋以及防撞梁上；在部品生產線一般發生在同一掛具平行垂直放置的工件上，伴隨著接觸不良、中間突然加電的情況，會在問題工件上出現氧氣針孔。

4　實驗室再現

　　試驗設計如下：并排3塊板子，彼此絕緣，通過導線連接，其中一條設置開關，如圖1所示。電泳開始時其中兩條正常接續，中途啟動開關，啟動第三條連線，三者同時結束電泳，分別清洗，觀察烘烤后板面情況。

　　實驗室再現的中間電泳板板面其中一面是正常電泳，顯示為陰極，另外一面會出現凹陷，嚴重情況下會產生露底現象，如圖2所示。以上結果驗證了干涉現象原理。

5　解決措施

5.1　臨時措施

　　通過前期論證，車間采取避免產生B+A組合的上件安排，一旦發現這種組合，則通過在前處理工序B型車后增加空位的方式作為臨時處置方案。

5.2　長期措施

　　B型車大角度打開的后門蓋由于試線期間在局部有氣囊產生，通過變換開啟角度作為氣囊的解決對策，由于與A型車混線生產，維持原有的后門開啟角度就會導致B+A的組合在A型車機蓋前緣產生氧氣針孔，通過與生產技術部門協調，后背門先不進行與車身的正常軸連接，通過治具懸掛在后門位置，但是降低整體的高度，在保證氣囊不出現的基礎上使電泳入槽時B型車與A型車機蓋前緣的距離保持在1 000 mm左右，電泳烘干后在打膠線進行恢復連接的工序，工藝改善后氧氣針孔消失。

6　拓展

　　電泳產生干涉現象的部位，首先受到影響的是基材的防腐能力，其次也會影響電泳外觀乃至上層漆膜的外觀，因此必須消除干涉現象。通過以上典型案例的分析解決，干涉現象解決措施有以下幾個方面：

　　1）通過設備的調整消除干涉現象。入槽側陽極加裝控制電流單向流動的二極管；切斷入槽側前端的部分陽極導線，減少分極過程中陽極對車身的影響；延長工件發生干涉相關工件之間的距離或加大節距。

　　2）通過工藝變更消除干涉現象。通過不同車型的安排避免間距過近的組合出現；降低一段電壓避免水解反應的劇烈發生。

　　3）通過涂料調整消除干涉現象。通過排放超濾液降低槽液MEQA的數值以期減少游離酸的濃度；降低槽液固體含量以期降低槽液電導。

　　4）通過被涂物基材調整消除干涉現象。更換問題部位材質，減少水解反應的發生，一般指鍍鋅鋼板質量的調整。

7　結語

　　電泳涂裝過程中的干涉現象很容易與其他問題混淆，需要辯證地分析，并進行再現試驗確認，這樣才能對癥下藥，及時解決問題，提高生產線的生產效率。