焊接循環冷卻水處理初探

馮崢，宋勇先

（1.重慶長安鈴木汽車有限公司，重慶 巴南 401321；2.重慶漢斯精細化工有限公司，重慶 渝北 401147）

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焊接循環冷卻水處理初探

馮崢[1]，宋勇先[2]

（1.重慶長安鈴木汽車有限公司，重慶 巴南 401321；2.重慶漢斯精細化工有限公司，重慶 渝北 401147）

文章介紹了汽車廠伺服焊槍的循環水相關水路系統，分析了循環冷卻水對焊槍性能的影響；通過對現行焊接循環水處理的總結，提出了一些改進思路和發展方向。

汽車廠；伺服焊槍；循環水；水質管理

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.01.049

CLC NO.:U468.2 Document Code:B Article ID:1671-7988(2016)01-145-03

前言

汽車廠焊接車間作為整車裝配的第一個環節，對白車身進行密集的電阻點焊，其重要性不言而喻。一條生產線，動輒數百把焊槍，長期持續作業，負荷極高。國內汽車廠焊接工段，伺服焊槍因各種問題出現狀況，導致經常維修、更換、報廢焊槍，甚至出現生產質量和產能瓶頸問題。

因此，對伺服焊槍的保養維護，是焊接工段設備維護的重中之重。為了有效應對發熱引起的連續工作障礙，在焊槍結構中設計了冷卻水系統；而循環冷卻水因其自身特性，則需要有專業的水處理工藝。

本文介紹了焊接循環冷卻水處理的相關工藝。

1、焊接循環水處理的必要性

伺服焊槍最為關鍵的槍頭部分，主要由變壓器、驅動部組合、支架、上下電極及相應的冷卻水管路組成（圖1，本文以昆山電溶伺服焊槍為例，下同）。

伺服焊槍工作過程中，會導致自身過熱，造成電極、二次導體、變壓器等部件的損害以及發生焊接不良的質量問題。

為了控制槍頭的溫度在合理范圍內，槍頭內部設計通入冷卻水，對其進行降溫處理（圖2）。

圖2

槍頭各部件較為精密，其冷卻水管管徑通常都很小，最細處達6mm。一旦出現堵塞、結垢或腐蝕現象時，整個焊槍就基本無法散熱，出現過熱保護，影響正常工作。由于目前各汽車廠均實行批量化生產，上述問題給生產線的產能、質量、成本及管理都帶來嚴重壓力。

為了保障轎車白車身的批量連續裝配，對循環水處理進行科學合理的處理十分必要。

2、焊接循環冷卻水處理的應用

目前，焊接車間普遍都設計有循環冷卻水系統。其基本流程如圖3。

圖3

具體流程為：循環泵將冷水抽到焊接車間的主循環管道（循環給水），然后通過焊槍，水溫升高；再進入回路（循環回水），依靠回水壓力到達冷卻塔頂部，經由布水器將熱水均勻分布到填料中；通過冷卻塔中空氣對流，熱水充分和空氣接觸，部分熱水蒸發，水體溫度下降，被接水盤收集后落回水池。

2.1 旁濾系統

為了減少排水量，節約運行成本并提高水處理效果，一般建設中會考慮增加旁濾系統。旁濾系統分為軟化器和過濾器。軟化器串聯在補水管道上。通過離子交換，降低補充水的硬度，避免循環水因濃縮而出現硬度過高的情況。后者通常容易引起換熱設備快速結垢。過濾器一般是獨立安裝在水池上的。它要解決的是循環水的濁度問題。通過去除較大直徑的懸浮物，過濾器能將進入水中的塵埃、蟲子、鳥糞、植物種子等去除，以免引起管道堵塞。

2.2 水處理藥劑方案

焊接循環冷卻水屬于敞開式系統，存在濃縮關系，這導致循環水的各種物理、化學性質都不穩定；同時，循環水也會將環境中的不利因素帶入系統中。所以，隨著運行時間的增加，系統會出現水質惡化的情況，表現在濁度、硬度、堿度、電導率等指標升高，水體富營養化等。衍生的問題就是系統產生腐蝕和結垢，微生物大量繁殖，管道堵塞，焊槍溫度升高甚至過熱保護停機。

目前普遍采用的化學藥劑處理方案，則是從緩蝕、阻垢、抑菌三個方面對循環水系統進行維護。開始處理時，使用預膜劑在金屬材質表面形成一個薄層的鈍化保護膜，讓循環水和金屬的界面隔離，從而實現對金屬本體的防腐保護；然后通過日常的持續投加緩蝕劑，以對鈍化膜進行“修補”。對于結垢問題，則是利用阻垢劑阻止碳酸鹽小晶粒的長大，并使晶格歪曲畸變，從而使循環冷卻水中碳酸鹽不會在換熱表面形成硬垢。目前在用的復配型緩蝕阻垢劑E-2028，同時具有緩蝕和阻垢的作用，對焊接循環水水質穩定效果很好。焊槍槍頭各水管均為較細的銅管，在考慮藥劑方案時，需投加專門針對銅腐蝕的緩蝕劑，例如E-1300、E-1336等。循環水由于溫度較為恒定，又富集較多營養物，有利于各種微生物繁殖，所以還應考慮微生物抑制。通常殺菌劑都有一定的選擇性，再加上微生物的耐藥性，故一般采用兩種不同藥劑交叉使用。目前我們使用的是氧化性殺菌劑BS 9003和非氧化性殺菌劑BS 3330B。前者能快速氧化細菌細胞及巰基酶，控制微生物蛋白的合成，對鐵細菌、芽孢菌、硫酸鹽還原菌和真菌都有明顯殺滅抑制作用；而后者則通過斷開細菌和藻類的蛋白質鍵合，穿透微生物的細胞膜，對其細胞組織產生分解破壞作用，從而導致生物細胞死亡。同時，BS 3330B也能穿透粘泥附著在器壁上的生物膜，起到生物粘泥剝離作用，對循環水中常見的細菌、真菌、藻類等具有很好的抑制和殺滅作用。需要指出的是，氧化性殺菌劑在焊接循環水中的選擇應特別慎重。作為焊槍冷卻水進水管的軟管，多由聚氨酯（PUR）制成，其抗氧化性個體差異明顯。曾經，某工廠焊接循環水出現PUR被氧化成膠泥，沖洗進循環水系統，附著在循環泵葉輪和多處管道之中，導致循環水流量不足，生產線上的焊槍嚴重過熱。因此，在規模使用之前，須做兼容性實驗。

2.3 日常監測與管理

所謂“三分藥劑，七分管理”，循環冷卻水處理對過程管理的要求是比較高的，尤其是焊槍內部的水路管線十分精細，稍不注意就會發生堵塞和腐蝕。

各種藥劑在水中發生作用，都有一個前提：水質指標必須控制在一定范圍之內。諸如電導率、硬度、堿度、濁度等指標，在超過控制標準的時候，該排污要排污，該換水得換水。

因此，日常的管理包含了監測、排污、補水、加藥、清洗等工作，具有一定的專業性，需要專人負責。此外，還要定期查看掛片情況，以了解系統的腐蝕和結垢程度，發現問題及時采取對策；為了更好的掌握系統運行狀況，還應經常關注循環管道和焊槍各處的壓差和溫差，出現異常變化要查找原因，排除循環水方面的因素。

工作表如下。

表1

3、改進和發展

近年來，循環冷卻水處理技術發生了突飛猛進的發展，不論是藥劑還是設備都已相對成熟。但水質管理是個精細的工作，還須精益求精。結合生產中的實際應用，筆者也在嘗試思考可改進之處。

3.1 旁路系統的改進

就循環水而言，節水是其根本目標。此外，還要考慮到環保、節約運行成本等方面。目前焊接循環冷卻水系統，往往隨著生產產能的提升，焊槍數量的增多，熱負荷相應增大；更大的熱負荷，就意味著濃縮速度的加快。因此各項指標，尤其是濁度和硬度，常常成為我們排污操作中的主要理由。故而，我們可以考慮：

（1）強化過濾器

過濾器的選擇很重要,目前應用在循環水方面的過濾器種類很多，但各有優缺點，效果也不夠理想。以應用較為廣泛的疊片過濾器為例，它維護方便，反洗水量少，安裝簡易。但由于它是縫隙過濾，只對一定直徑的懸浮物有效，所以應根據相應的水質情況和系統特點選擇過濾盤片。其精度有20微米、55微米、100微米、130微米、200微米、400微米等多種規格。

即便如此，目前疊片過濾器對降低循環水的濁度效果也很有限。因此，需要研發廠家對其進行技術改造，增強對膠體、粘泥、有機物的過濾能力，強化過濾效果。

另外，過濾器的維護管理也至關重要：

①當循環水的濁度增長到控制上限附近的時候，應及時開啟旁通過濾；

②當壓差達到或過濾效率明顯下降的時候，要及時反洗過濾器；

③當反洗作用不明顯時，要考慮疊片本身結垢的問題，安排酸洗。

（2）優化軟化器

傳統的循環水軟化器，都是通過控制補水硬度的方式控制循環水硬度。這雖然也能在一定程度上達到目標，但在應用中還是存在不足。

通常來講，循環水中保持一定的硬度，對控制系統的腐蝕有輔助作用。所以在補水時，往往需要刻意補一些自來水，以適當提高系統的Ca2+、Mg2+濃度。

圖4

但隨著系統的濃縮以及軟化器再生前的失效，系統內循環水的硬度可能會進一步升高，而超出了我們的需要。這個時候，只能以排污的方式解決。

所以，我們完全可以將循環水池的水并接入軟化器的進水管（圖4）。需要的時候，就可以利用軟化器直接對循環水的硬度進行控制。這樣能避免因為硬度的升高而導致排污，節約水資源。

3.2 藥劑投加的改進

目前，循環冷卻水處理的藥劑，均采取手動或加藥設備自動定時投加的方式。這種傳統模式需要專人頻繁地操作，而且還要計算排污量。再加上安全、環保、健康方面的問題，其固有的缺陷日益顯露。近年來，市場上也出現了一種即溶型的投加方式。目前國內應用雖還不夠成熟，但發展思路值得期待。其基本原理是，直接將固體的藥劑加在藥劑罐中，讓補水通入罐內，水流沖擊使藥劑產生布朗運動并緩溶，則通入其中的補水就具有了穩定的化學性質；再以液位控制自動補水，從而實現對循環水的處理（圖5）。這樣不用考慮排污量，藥劑濃度更準確更穩定，投加更方便。由于藥劑的溶解速度較慢，所以只需要定期觀察罐中的藥劑存量、適時補充就行。根據罐的設計規格，藥劑補充周期長短不一。硅磷晶即為按上述方式投加的一種水處理劑，其采用控制釋放技術，使作用時間延長，輸出的水已經具備了防腐阻垢的穩定性質。事實上，一些固體殺菌劑（例如BS 9003）都可以采取類似的方式投加，方便、省事、省力。

圖5

4、結束語

焊接循環水作為循環水的具體應用之一，既具有眾多冷卻水系統的共同特性，也有區別于其它系統的獨特性質。

伺服焊槍作為汽車廠自動化生產中的關鍵工具，在其它領域中也逐漸開始普及推廣。其個體精細，數量眾多，又多處使用微小銅管，因此對循環水的要求較高。隨著水處理技術的不斷發展，相應的藥劑和設備也會進一步完善和先進。如何更為有效地控制好循環水的穩定性，降低關鍵設備的故障率，這是相關設備研發行業和水處理行業需要共同思考和面對的問題。

[1] 張延松、陳關龍等.伺服焊槍在汽車車身制造中的應用[C].中國汽車工程學會2003學術年會論文集(下冊):429-433.

[2] 高克銀.點焊機器人循環水對焊接質量的影響及改進方法[J].現代零部件,2006, 5：70-71

[3]于秋杰.焊接系統對循環水壓力要求與分析[J].科技致富向導,2013,第8期：210-210.

[4] 李振宇,關硯冰.循環水處理技術的探討[J].城市建設理論研究（電子版),2014,第30期.

[5] 劉國賓、詹兢兢等.硅磷晶藥劑及其在熱水鍋爐、換熱器生活熱水系統中的應用[J].水務世界，2011,第6期:23-26.

A Preliminary Discussion on Welding Circulating Cooling Water Treatment

Zheng Feng, SongYongxian
( 1.Changan Suzuki Co., Ltd., Chongqing Ba’nan 401321; 2.Haas Finechem(chongqing)Co., Ltd., Chongqing Yubei 401147 )

The essay introduces the circulating water and related waterway system of automobile factory servo welding guns, and analyses the impact of circulating cooling water to welding gun performance. The essay also puts forward some improvement consideration and developing direction through summarizing current welding circulating water treatment.

Automobile factory; Servo welding gun; Circulating water; Water quality treatment.

U468.2

B

1671-7988(2016)01-145-03

馮崢，工程師，就職于重慶長安鈴木汽車有限公司。大學本科。從事焊接生產技術工作。