黄俊，魏玲，高勇，徐文欢，张海滨，王磊，赵增

北京奔驰汽车有限公司 北京 100176

节能环保已成为全球汽车工业发展的大趋势，汽车轻量化俨然成为各大汽车企业提高产品竞争力的有效方式。使用轻质材料不仅可以减轻白车身质量，还可以提高汽车的燃油效率。世界铝业协会指出：汽车所用燃料的60%消耗于汽车自重，整车每减轻10%，可降低油耗10%～15%[1]。其中，由于密度小、耐腐蚀、比刚度和比强度高、抗冲击性能良好以及吸振性能好等优良特性，近年来铝合金已被广泛应用于汽车行业。2013年北京奔驰引进全新C-class车型，其白车身使用了11种铝合金压铸、挤压件。在车身加长加高的情况下，白车身质量较上代车型反而降低了71kg。然而，随着铝合金在白车身上的大量使用，板材金属的多样性和组合变化给加工工艺带来了一系列的问题。例如：铝材与钢材的焊接，铝材的螺柱焊，铝材的前处理及磷化等。本文将重点介绍铝材的清洗工艺在白车身上的应用分析及讨论。

工艺流程及清洗的重要性

作为含铝车身生产线的配套实施，北京奔驰新建了一条全自动化的铝清洗生产线，该线主要由清洗和烘干强冷两部分组成。如图1所示为铝清洗线工艺流程，清洗阶段由预脱脂、脱脂、水洗1、水洗2等六个工艺槽组成，清洗采用全浸式处理方式。其中1号、2号为预脱脂槽，3号、4号为脱脂槽，5号、6号为水洗槽。该生产线节拍为9.08min，每托架运行一个完整的工艺时间为136min。烘干室采用天然气加热，循环风通过空气循环单元加热达到烘干零件的目的。

图1 铝清洗线工艺流程

铝清洗线主要是针对装配在白车身上的铝件进行表面处理。一方面，在焊接前把零件表面附着的各种异物（油污、锈蚀、灰尘等）去除；另一方面，剥离表面无规则的多孔型氧化铝，继而生成硅化膜，提供适合于焊接要求的良好基底，同时保证涂胶具有良好的附着力和耐蚀性。

铝清洗系统组成

铝清洗线主要由预脱脂处理、脱脂处理、水洗系统、油水分离系统、供热系统、烘干系统、冷却系统、过滤循环系统、脱脂液补加系统、纯水系统以及PLC系统等组成。

（1）预脱脂处理 采用全浸方式对工件进行处理，初步去除工件表面附着的油污、铝屑以及表面氧化层等。

（2）脱脂处理 采用全浸方式对工件进行处理，除了预处理功能外，可形成规则且均匀的硅化膜。

（3）水洗系统 采用DI去离子水全浸方式对工件表面进行处理，去除工件金属表面残留的脱脂液。通过液位计控制槽液位，当液位下降时自动补加去离子水。

（4）油水分离系统 该系统可对预脱脂槽液进行油水分离，槽液输送到反乳化槽内静置，通过隔板和分离器使液体中的油收集起来，剩下合格的清洗水将通过重力或者是回程泵将其引回到脱脂槽。

（5）供热系统 天然气热水锅炉供热系统为预脱脂和脱脂槽提供热源，脱脂液的换热通过板式热交换器进行，温度控制采用电动调节阀自动控制。

（6）烘干系统 烘干室循环风通过空气循环单元加热，它包含一个变频循环风机和一个热交换器，在进口和出口安装补偿器。此外在循环单元上安装燃烧器，采用对流加热零件以达到烘干零件的目的。

（7）冷却系统 冷却空气从厂房外吸入，经喷嘴吹到工件表面使其冷却。

（8）过滤循环系统 预脱脂和脱脂槽循环管道采用两级过滤——一级为篮式过滤器，二级为100μm的袋式过滤器，配置100m3/h的循环泵。水洗槽为50μm的袋式过滤器，配置80m3/h的循环泵。

（9）脱脂液补加系统 当预脱脂、脱脂槽液的游离碱点、总碱点低于标准时，需要通过该系统补加药液。预升温且搅拌均匀后方可加入预脱脂、脱脂槽。

（10）纯水系统 设计反渗透纯水装置制水量约3 m3/h，稳态输出纯水电导率不大于20μm/cm。

（11）PLC系统 PLC是铝清洗线自动化的大脑，控制行车、收集各种信号、工序等，采用Siemens的S7-319F-3PN/DP PLC，总线方式ProfiNET。

清洗效果的影响因素

脱脂质量的好坏主要取决于脱脂温度、脱脂时间、机械作用和脱脂剂四个因素。

1）一般说来，温度越高，脱脂越彻底。这是因为温度使油污的物理性能发生变化，促进化学反应的进行，加速表面活性剂分子的运动，从而促进浸润、乳化、分散等作用。随着温度的升高，溶液对污物的溶解能力也提高。

2）增加脱脂时间，即延长脱脂液与油污的接触时间，从而提高脱脂效果。油污越多，脱脂时间越长。但是在流水线作业中，往往需要考虑实际情况。

3）在脱脂中，借助于压力喷射或搅拌等机械作用是非常有效的。对于浸渍脱脂也不能认为是静止浸渍，必须装备循环泵，使溶液不停地搅动。

4）脱脂剂的脱脂效果与浓度并不是直线上升的关系，脱脂剂浓度适当才能保证最佳效果。使用过程中，脱脂剂会不断地被消耗，使浓度降低，因此，必须定期补加脱脂剂，以保持必要的浓度。

铝清洗工艺参数检测、控制

铝清洗生产线为保证清洗质量，必须严格地控制工艺参数。在清洗运行时，每托架分别走1号和4号槽或走2号和3号槽，然后统一到5号和6号槽进行水洗。整个铝清洗线工艺参数由人工监控和设备在线监控组成。其中，脱脂槽的游离碱点、总碱点、槽液寿命与水洗槽的电导率及溢流量由人工日常检测监控，其他参数由设备在线监控，各工艺槽的工艺参数见表1。

表1 铝清洗线工艺参数

清洗质量要求

清洗后的零件检测分为日常检测及定期检测。日常生产主要是进行表面外观质量的检测，定期检测主要是采用标准试验板进行表面硅化膜重的检测。

清洗后的零件要求表面无油渍、无碱渍残留，清洗零件采用目视、达因笔（表面张力笔）进行检测。如图2所示，当表面残留油渍，达因笔画线将收缩成珠点状，而清洗合格零件画线逐渐扩散，分布均匀，无任何珠点形成。当表面残留碱渍时，零件表面出现不同程度的白色花斑，严重时触摸可见白色粉末状，而清洗合格零件表面光洁，触摸无异物感。

图2 质量检测标准

在稳定的系列化生产中，要求每3个月进行一次硅化膜检测。如图3所示，检测采用德国Chemetall公司生产的标准铝板GRADOBOND/AA6104进行检测。同时，为保证与正常生产的一致性，实验铝板清洗需挂在零件框内随零件一同清洗，清洗后的铝板需保证表面清洁、无划痕，硅化膜重采用XRF测试，标准为2～7mg/m2。

图3 测试硅化膜重的标准铝板GRADOBOND/AA6104

脱脂常见问题及对策

脱脂处理涉及到的参数较多，各工艺参数之间存在一定的关联性，在实际生产过程中对技术人员及现场操作人员往往要求较高。该铝清洗线已运行4年有余，现总结部分日常生产常见的问题及对策以供参考，见表2。

表2 脱脂常见问题及对策

展望与未来

随着汽车行业对轻量化的追逐，铝合金的应用越来越广。然而，铝合金的运用对白车身的焊接必然带来新的挑战，如何解决在铝合金上的螺柱焊、涂胶等工艺成为汽车行业的一大难题。本文阐述的铝清洗线（即碱性脱脂处理线）是解决这一问题的有效方法，但是，该脱脂处理方法在高碱度、高工作浓度的条件下进行，以至于消耗药剂量大，同时水洗需要消耗大量的DI去离子水。随着环保要求的提高，目前行业研究比较热门的是应用生物可降解表面活性剂，对清洗剂提出的要求是无磷、无硅和低COD/BOD排放。目前虽然已研究出经济环保的清洗剂，但成本高，在工业上广泛应用仍有一定的困难。