浅谈影响民用飞机零件喷涂质量的因素

1  引言

        随着社会经济的快速发展，民用飞机的需求也快速增长，近年来，航空产业已被列入国家战略性新兴产业和优先发展的高技术产业。喷漆是绝大部分飞机零件制造的最后一道工序，也是飞机零件防腐蚀的最后一道防线。而飞机材料的防腐蚀不仅可以延长飞机使用寿命，也可以降低飞机的维修保养成本。此外，漆膜可以使飞机表面光滑平整，改善空气动力性能。漆膜防护是航空产品经济、有效、简单、重要的保护措施之一。

        飞机的喷涂可分为三个阶段：零件喷漆阶段，即零件从加工制造到完成预处理后进行的喷漆；大部件喷漆阶段，即完成飞机零组件的装配后对大部件（如筒段）进行的喷漆；整机喷涂阶段，即飞机完成对接组装后对整机进行喷涂（飞机外表面）。本文针对零部件的喷漆阶段进行论述。

 

2  对喷涂人员的要求

        众所周知，喷涂工艺是特殊工种，是特种工艺的一部分，喷涂工艺对人员的技能要求很高。喷涂人员要有很强的责任心，操作时要认真负责，严格按操作规范作业，避免人为因素造成的质量问题。

        此外，还要求喷涂人员有一定的基础理论知识和实际操作技能。一方面要求喷涂人员通过培训与实际的操作掌握一定的喷涂知识。要求喷涂人员掌握不同漆料的喷涂参数；了解一般缺陷的产生原因，并能根据缺陷进行处理；喷涂人员还要掌握漆料的性能和喷涂工具的性能，根据漆料性能、喷涂工具以及环境条件，了解如何调整喷涂参数，例如：喷涂时操作人员是否能够根据喷枪口径及空气压力将喷涂的扇面调整控制适当，使喷涂顺利进行。另一方面，喷涂人员还要求有很强的实际操作能力。喷涂人员要能够控制出漆量的均匀性、控制好喷枪与工件的距离与角度、将喷枪的运行速度保持恒定，能够良好的控制漆膜厚度等。

 

3  喷涂设备的影响

        漆料的施工方法有很多，空气喷涂一直在涂装行业中占据着主导地位。对于飞机零部件的喷漆，大部分车间也采用空气喷涂的方法。喷涂所需的设备主要有喷枪、空气压缩机、压力调节装置、油水分离器、喷漆室控制设备等。

        3.1  喷枪的选择

        对于零部件的喷漆常用的喷枪主要有重力式喷枪和吸上式喷枪两种。其不同之处在于重力式喷枪贮漆罐装置于枪身的上方，依靠漆液本身的重力流入枪内而喷涂。吸上式喷枪的涂料罐安装在喷枪的下方，靠压缩空气的高速流动将漆料吸上，经喷嘴与压缩空气混合而雾化，喷出量较小，这种喷枪受粘度和比重的影响较大。重力式喷枪与吸上式喷枪不同的在于，重力式喷枪当贮漆罐内存漆量很少时也可喷涂，适用于小面积的精细喷涂，但由于重心在上，故手感较重。此外，还有喷笔，通常适合于大部件喷漆时不易于喷涂的狭窄部位的喷涂操作，或者用于修补等。

        操作人员根据具体的条件，如待喷涂零件的形状、大小、位置，漆料的粘度等选择合适的喷枪，同时要注意每种类型的枪均有不同的口径，喷涂时要先试喷，调整好喷雾图样以及雾化压力，确保喷涂工具的正确使用。在每次使用后，喷枪均要用相溶的稀释剂等溶剂进行认真清洗，良好的保养不仅能提高喷枪的使用寿命，同时也能确保喷涂的质量。

        3.2  压缩空气的控制

        对于进入喷枪的压缩空气的流量、压力和清洁度的控制极为重要。提供喷涂所用压缩空气所需的设备有：空气压缩机、压力调节装置、油水分离器等。经空气压缩机产生的高压空气中含有一定量的油和水，不能直接用于漆料的施工。供给喷漆间的压缩空气均经过油水分离器处理，在每次的喷涂操作时要检查压缩空气的质量，对于溶剂型的漆料如果混进水分容易造成漆膜结合力差的质量问题，这也是确保漆膜质量的关键要素。喷涂一定要保证供气的气压稳定以及充足的供气量，否则将导致雾化效果差，容易出现桔皮现象。如果空气压力过大，漆料雾化虽细，可是漆料分散多，漆料的损失大。喷涂所用的空气压力通常为0.4～0.6MPa。

        3.3  喷漆室控制设备的要求

        喷漆室的设备有送风系统、水幕排风系统（湿式喷漆室），温湿度控制系统，以及漆渣去除系统等。喷漆室的送风系统与排风系统应保持足够的通风量以满足职业的健康和安全条例的要求，送入喷漆室的空气不能形成涡流或过大的气流，但是足以防止干燥的过喷物落在已喷涂但未干燥的零件表面。喷漆室要求定向的风速为0.3～0.5m/s[1]，要求喷漆室的送风量略大于排风量，以使喷漆室内相对于车间为微正压，以避免车间的灰尘进入喷漆室内。送风系统的过滤装置要定期检查，不定期的更换、清洗，确保输送给喷漆室的风中没有颗粒、棉絮等杂质，水幕排风系统也要定期清洗保养，以便将喷漆时的漆雾残渣及时除去，以免多余的漆雾落到刚刚喷过或已经表干的漆膜上，造成过喷或颗粒。温湿度控制系统关系到喷涂的操作环境，因此也应按时检查保养。此外，有的喷涂厂房还分别有流平室和烘干室，流平室需控制温湿度与气流，烘干装置或烘干室要求进行温度均匀性测试与系统精度等检查，以确保良好的控制漆膜的烘干温度。

 

4  材料对喷涂的影响

        飞机制造中所用材料分上机材料和非上机材料。喷涂工艺中上机材料主要就是漆料，一些辅料如保护材料、打磨砂纸等一般为非上机材料。漆料的准备过程为漆料的搅拌、估料、配制、稀释过滤、熟化。在漆料的配制前首先要注意使用的油漆质量，不要使用过期或变质的油漆，使用不同品牌的油漆基料、固化剂、稀释剂也会导致桔皮或其它油漆问题。漆料在贮存过程中，漆料中的颜料逐渐沉于桶底，甚至结块，有时也会分层，在配制时必须充分搅拌，使漆料中的各个成分均匀混合，这样漆膜才会表现出均匀一致，发挥出良好的性能。准确的估料不仅能避免不必要的浪费，也可以避免一个零部件使用两次配制的漆料，使喷涂的零部件漆膜性能有最大的一致性。

        目前飞机上所用的漆料大部分都是多组份，这样漆料的配制就一定要严格按照规范或制造商说明的配制比例进行配制。基料与固化剂的比例一定要适当，如果固化剂加多了，漆膜干燥过快，这样就很可能造成龟裂、结合力下降等漆膜问题，并且缩短了漆料的适用期；而如果固化剂加少了，漆膜会表现出迟迟不干燥，不仅造成漆膜缺陷，还会耽误生产。

        漆料在喷涂中，往往需要稀释，以利于操作，这也是保证漆膜质量的重要手段。特别是内聚力大、流平性差的漆料，稀释更为重要。合理调整漆料粘度，以保证喷涂后漆膜流平性好、均匀，并有光泽。稀释后的漆料要进行过滤，以除去漆料中的杂质或较粗的颜料。过滤常用专用的纱布、滤纸等。

        部分多组分的漆料在配制后要进行熟化，因为新混合的漆要进行一定时间的预反应，然后才能进行喷涂，以确保漆膜的外观质量和性能。配制后的漆料要在适用期内进行喷涂，以防止漆料凝固和胶化，不同漆料的熟化时间和适用期也不尽相同，但是都应严格的遵守。在漆料配制后要立即封盖，不仅避免了杂质等的污染，而且避免了漆料中的溶剂挥发。

        在生产中常常需要溶剂用于清洗或对已喷涂并干燥的漆膜进行活化，一般对于溶剂都有规定，不能随便选择使用，例如要求丁酮的地方不要随便选择使用其它溶剂，因为他们的挥发性、溶解性可能都不尽相同，所以必须按要求操作。相关辅料的选择也是关键，例如喷漆保护胶带，它不仅需要有一定的粘度，还需要与基体容易剥离、不能掉胶；对于清洗溶剂敏感的区域（如非金属、轴承）需要用铝箔胶带、耐溶剂纸或薄膜等保护。

 

5  喷涂工艺的影响

        涂料的喷涂工艺由喷涂前的预处理、漆料的施工、漆膜的固化三个步骤组成。喷涂前的预处理是指对待处理工件进行物理或化学处理，以达到清除各类污物、提高基体材料的结合力和耐蚀性等作用。飞机零件根据材料和性能要求有不同的预处理方法，在此不进行论述，下面重点介绍喷涂方法与漆膜的干燥。

        5.1  喷涂方法

        喷涂方法是指喷涂的距离、喷枪的移动速度、喷枪运行的路线及漆雾图样的搭接程度。喷涂距离一般约为375px～625px，可根据经验判断漆雾图样来确定喷涂的距离，一般选择雾化最细且漆雾不飞散的位置为被喷工件表面的位置。喷枪与工件距离太远，漆雾已经分散后再到达工件表面，容易造成漆膜薄且不均匀的缺陷，也就是俗称的“虚烟儿”，同时也会使漆料损失增大，而太近则容易造成漆膜厚且容易造成流挂、皱纹的缺陷。喷枪的移动速度与漆料的粘度、固体含量、喷枪喷雾图形、出漆量及要求的厚度有关。应掌握不流淌且能尽量喷满为佳。行枪的速度要均匀，始终保持喷枪与工件表面成90度角，以确保漆膜的厚度。喷雾图样的搭接与喷枪雾化后漆雾的展开程度有关，可将喷雾图样从圆形调节到椭圆形，椭圆形的喷涂效率最好，喷涂时每一枪要压着前一枪的痕迹的三分之一，每一次行程都要在同一地点开始。行枪要先横后纵，纵横交叉，达到均匀覆盖。喷涂操作人员要记住操作要点，熟练掌握喷涂技术，根据零部件的形状调整合适的喷幅、覆盖、喷涂顺序，保持合适的枪距、行枪速度以及角度等。

        5.2  漆膜的干燥

        在喷涂后，漆膜的固化在喷涂中占有重要的影响，它直接影响到漆膜的质量和性能。常用的干燥方法有自然干燥和强制干燥（烘干）。影响漆膜干燥的因素主要包括温度、干燥时间、空气湿度和空气流速等。

        温度对于需加热干燥的漆膜的性能影响很大，若达不到其所需的干燥温度，其力学性能和化学性能大大降低，并且其外观也受到很大影响。若温度超过漆膜所需干燥温度的范围，漆料中的树脂容易老化，漆膜变暗甚至变黄。

        漆膜的干燥过程一般为湿漆膜流平，溶剂挥发，再物理或化学成膜。流平时间过短，溶剂挥发不均匀，漆膜易出现针孔、起泡、缩孔等缺陷。流平时间过长，溶剂挥发慢，对漆膜质量有益，但生产效率低。试验证明，漆膜中90%以上的溶剂是在5分钟～15分钟内挥发出，因此一定要保证漆膜的流平时间。工件达到工艺温度后，漆膜发生氧化或聚合反应而固化，加热干燥时间长短取决于材料的种类、烘干方法及温度。

        自然干燥中，空气湿度过大，致使漆膜中水分蒸发及溶剂挥发速度降低，因而会减慢漆膜的干燥速度。反之，湿度过小，漆膜干燥速度过快也会影响漆膜质量。空气流速大，漆膜中水分蒸发及溶剂挥发速度加快，会加速漆膜的干燥。适宜的风速同时会使室内湿度更均匀，使漆膜质量更好。

 

6  喷涂环境的影响

        喷涂环境一般指温度、湿度、风速和空气清洁度等方面，是影响漆料干燥和成膜时间长短的主要外部条件，温湿度环境条件不能满足喷涂要求的漆膜会出现一系列缺陷。喷涂温度过高，漆料中溶剂挥发过快，漆料在达到工件表面之前就已干燥，这样就容易产生缺釉、桔皮等外观缺陷；喷涂温度过低，溶剂挥发慢，漆料粘度上升慢，易发生流挂和不容易干等问题。喷涂时湿度过大，漆膜就容易出现起泡；而湿度过低，漆膜容易产生针孔等外观缺陷。操作环境应无尘土，通风良好，环境条件中的空气灰尘包含有许多不同的杂质，落于湿漆膜中，会引发缩孔、颗粒等问题。一般喷漆间的温度控制在16～32℃之间，相对湿度控制在30%～80%的范围内为宜。

 

7  结论

        喷涂工艺是对喷涂过程中的环境、设备、操作等环节均有很高要求的特种工艺，影响漆膜质量的漆膜结合力、漆膜厚度、耐冲击性及外观质量等性能决定了飞机零部件的质量与性能。优质漆膜的产生是各个环节综合作用的结果，因此每个环节都要求规范、严格。而有缺陷膜层的产生往往却并不是一个因素单独作用的结果，通常都是几个因素综合作用的结果，呈现出“一果多因”的现象。本文从喷涂人员、喷涂设备、所用材料、喷涂工艺、喷涂环境五方面论述了如何保证漆膜质量，总结了这五方面在生产中的注意要点，为民用飞机零部件喷涂技术的提高积累了经验。

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