申请日2008.12.19
公开(公告)日2009.05.27
IPC分类号C02F9/04; C02F1/66; C02F1/50; C02F5/00
摘要
本发明公开了一种车身焊接工艺循环冷却水系统的水处理工艺，包括循环冷却水加药处理;旁滤器的设置与维护;车间排污;和循环冷却水水质控制。本发明方法，综合解决了现有的循环水处理中的各种缺陷引起的管道腐蚀、沉积和微生物繁殖以及焊接设备堵塞、损坏等问题，确保系统的长期稳定运行，保持热交换器的换热效率，从而杜绝非计划停机，延长设备的使用寿命。
权利要求书
1.车身焊接工艺循环冷却水系统的水处理工艺，包括如下内容：
a、循环冷却水加药处理：以冷却水的总量为基础计，在循环冷却水中添加碳钢缓蚀剂 1000-1500mg/L，铜缓蚀剂60-100mg/L，杀菌剂1-3mg/L;
b、旁滤器的设置与维护：在循环冷却水系统中配备旁滤器，旁滤器的进出口分别与水 系统循环泵前后的主管道连接，旁滤流量为3～5%的系统总流量，监控旁滤器进出水 压力差，当压差超过0.1MPa时，更换或清洗滤芯;
c、车间排污：
工位供回水管压差≤0.1MPa时，每8-16小时，在生产前进行焊枪头排污;
工位供回水管压差≤0.2MPa且>0.1MPa时，每16-24小时在生产前进行焊枪头排污;
工位供回水管压差≤0.3MPa且>0.2MPa时，每24-48小时在生产前进行焊枪头排污;
d、循环冷却水水质控制：控制循环冷却水的pH值为7.0～9.0;电导率<500μS/cm;总 铁Fe≤2.0mg/L;总铜Cu≤1.0mg/L;游离铜离子≤0.2mg/L;Cl-<20mg/L; SO4 2-<100mg/L;Ca2+<100mg/L。
2.如权利要求1所述车身焊接工艺循环冷却水系统的水处理工艺，其特征在于，a中所述 碳钢缓蚀剂为钨系复合缓蚀剂。
3.如权利要求2所述车身焊接工艺循环冷却水系统的水处理工艺，其特征在于，所述钨系 复合缓蚀剂的配方及各组分的质量百分比为：羟基乙叉二膦酸1-30%;钨酸钠1-10%; 锌盐0.1-1%;余量为水。
4.如权利要求3所述车身焊接工艺循环冷却水系统的水处理工艺，其特征在于，所述锌盐 选自硫酸锌、氯化锌或硝酸锌。
5.如权利要求1所述车身焊接工艺循环冷却水系统的水处理工艺，其特征在于，a中所述 铜缓蚀剂为有机唑复合铜缓蚀剂。
6.如权利要求5所述车身焊接工艺循环冷却水系统的水处理工艺，其特征在于，所述有机 唑复合铜缓蚀剂的配方及各组分的质量百分比为：甲基苯并噻唑3-10%，巯基苯并噻唑 2%-8%，碱1-4%，余量为水。
7.如权利要求1所述车身焊接工艺循环冷却水系统的水处理工艺，其特征在于，a中所述 杀菌剂选自非氧化性杀菌剂、有机醛杀菌剂、有机溴杀菌剂中的一种或多种，杀菌剂的 投加周期为1-2周投加一次。
8.如权利要求7所述车身焊接工艺循环冷却水系统的水处理工艺，其特征在于，所述非氧 化性杀菌剂为异噻类杀菌剂，杀菌剂的投加周期为1-2周投加一次，且定期更换杀菌剂 的种类。
9.如权利要求7所述车身焊接工艺循环冷却水系统的水处理工艺，其特征在于，所述非氧 化性杀菌剂选自2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮或5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮，所述有机 醛杀菌剂为戊二醛，所述有机溴杀菌剂为溴化丙酰胺。
10.如权利要求1所述车身焊接工艺循环冷却水系统的水处理工艺，其特征在于，b中所述 旁滤器的过滤材料为纤维滤芯，孔径≤50μm。
11.如权利要求1所述车身焊接工艺循环冷却水系统的水处理工艺，其特征在于，d中所述 pH为8.0～8.2;总铁Fe≤1.0mg/L。
12.如权利要求1-11中任一权利要求所述车身焊接工艺循环冷却水系统的水处理工艺，其 特征在于，还包括设立循环冷却水系统的日常监测项目，日常监测项目包括下列内容：
补水水质监测：监测项目包括pH、电导率;
循环水监测：监测项目包括pH，电导率，总铁，钙硬，总铜，氯根、硫酸根;
挂片监测：监测项目包括碳钢、铜、铝、锌的腐蚀速率监测;
焊枪头及浸水电缆更换情况监测。
说明书
车身焊接工艺循环冷却水系统的水处理工艺
技术领域
本发明涉及一种循环水的综合处理方案，尤其涉及汽车制造用工艺水的水处理工艺方 案。
背景技术
车身焊接是指使用通过电流把金属零件熔合在一起的焊接系统。焊接设备在焊接过程 中会积聚起巨大的热量，冷却水流过焊接设备，以达到冷却的目的。
从水处理角度来讲，焊接工艺冷却水系统具有的特点以及相对应的已有水处理方案的不足 之处列表如下：
序号 特点 已有水处理方案的不足 1 焊枪头水—换热器界面温度极高，焊枪头 部位达1000℃以上 缓蚀剂耐高温性差，易失效 2 流经焊接设备处冷却水通电，要求冷却水 维持低电导率，以防击穿 缓蚀剂电导率贡献高，不能满足需 求 3 系统设备管道材质极复杂，包括碳钢、黄 铜、紫铜、铝、锌、不锈钢等，易普遍产 生电偶腐蚀 缓蚀剂电导率贡献高，易促进电偶 腐蚀，引起管道设备的穿漏、断裂 4 因含大量铝、锌等两性金属，pH需严格控 制在中性范围 缺乏pH控制手段，或所用药剂本 身贡献碱度，提高了pH 5 铜质的设备零件特别多，与水接触面积大， 对铜的缓蚀要求高 轻视铜的缓蚀处理，铜和铜合金腐 蚀快，尤其加快了昂贵的浸水铜电 缆的应力断裂腐蚀，大大增加了生 产成本 6 水温常年26～30℃，特别适合微生物繁殖 单一杀菌剂，引起微生物抗药性， 杀菌效果不佳;所用缓蚀剂含NO2 -或大量磷元素，更促进微生物繁殖
7 管道复杂、设备精密，狭小水流通道多， 易堵塞。故对SS要求高 系统没有配备旁滤设备，即使有， 也疏于维护，因而无法充分发挥其 过滤效果 8 每台焊接设备即为整个冷却水系统的一个 末梢点，极易形成沉积以致于堵塞 缺乏合理的末端排污维护计划，长 久下来因水流不畅，导致虚焊，甚 至堵塞并烧坏焊枪
发明内容
本发明需要解决的技术问题是：公开一套车身焊接工艺循环冷却水的水处理方案，以 克服现有技术方案存在的缺陷。
上表所述的各项内容，互相之间实际上存在者非常紧密的关联性，譬如，合理的缓蚀 剂方案能有效控制各类腐蚀问题，因而腐蚀产生的悬浮物问题也能大大缓解;再如，充分 维护好旁滤器，也能明显减少末梢沉积现象;又如，大量的沉积也促进了沉积下腐蚀以及 厌氧菌的繁殖等等。因此，要提供一整套行之有效的综合性水处理方案，确保系统的长期 稳定运行，保持热交换器的换热效率，从而杜绝非计划停机，延长设备的使用寿命。
本发明的车身焊接工艺循环冷却水系统的水处理工艺包括如下内容：
1.循环冷却水加药处理：以冷却水的总量为基础计，在循环冷却水中添加碳钢缓蚀剂 1000-1500mg/L，铜缓蚀剂60-100mg/L，杀菌剂(指有效成份)1-3mg/L。
2.旁滤器的设置与维护：在循环冷却水系统中配备旁滤器，旁滤器的进出口分别与水系统 循环泵前后的主管道连接，旁滤流量为3～5%的系统总流量，监控旁滤器进出水压力差，当 压差大于0.1MPa时，更换更换或清洗滤芯;
3.车间排污：
工位供回水管压差≤0.1MPa时，每8-16小时，在生产前进行焊枪头排污;
工位供回水管压差≤0.2MPa且>0.1MPa时，每16-24小时在生产前进行焊枪头排污;
工位供回水管压差≤0.3MPa且>0.2MPa时，每24-48小时在生产前进行焊枪头排污。
4.循环冷却水水质控制：控制循环冷却水的pH值为7.0～9.0，最佳范围是8.0～8.2;电导率 <500μS/cm;总铁Fe≤2.0mg/L，尽量能控制在1.0mg/L以下;总铜Cu≤1.0mg/L;游 离铜离子(Cu2+、Cu+)≤0.2mg/L;Cl-<20mg/L;SO4 2-<100mg/L;Ca2+<100mg/L。
上述碳钢缓蚀剂优选专用的密闭式焊接冷却水系统的钨系复合缓蚀剂，优选配方及各 组分的质量百分比为：羟基乙叉二膦酸1-30%;钨酸钠1-10%;锌盐0.1-1%;余量为水。
上述锌盐可以是硫酸锌、氯化锌、硝酸锌等。
钨系复合缓蚀剂其主要缓蚀机理是与碳钢管道中的铁形成氧化亚铁—氧化高铁—钨酸 铁的络合钝化膜，具有高牢固性、高致密性，对碳钢起到了很好的保护作用;它对两性金 属铝及锌也有很好的保护作用;它与铜缓蚀剂的配合使用，能增强铜及铜合金的缓蚀作用。 该药剂电导率贡献值低，在1000-1500mg/L的正常投加量下，其电导率贡献仅120～ 150uS/cm。当与补充水混合以后，其电导率将远小于500uS/cm的要求;亦适用于7.0-10更 宽的pH值范围。该产品须在冷却水系统内一次投加到位，并由测试冷却水中指示剂的含量 来监测产品的浓度。
上述铜缓蚀剂优选有机唑复合铜缓蚀剂，优选配方为甲基苯并噻唑3-10%，巯基苯并噻 唑2%-8%，碱1-4%，余量为水。铜缓蚀剂的投加周期为2-4周投加一次。
上述碱可以选自氢氧化钠、氢氧化钾。
该复合配方的缓蚀机理是与铜在金属表面形成一层到几层的三唑铜络合物保护膜。它 们具有用量小但缓蚀效果好的特点。对一般的工业循环水系统，其投加量只要30～50mg/L 即可有效防止铜腐蚀。但对于焊接工艺水系统，由于铜设备数量和合金种类多，与水接触 的表面积大，因此一般需要60～100mg/L的投加量，若系统铜腐蚀比较严重，则可将投加 浓度提高至150mg/L以上。另外，该药剂中的唑类分子能与系统中的游离铜离子形成络合 物。水中的铜离子可能来源于补水，也可来自于铜设备的腐蚀。唑类分子的这种性质有助 于防止铜离子沉积在其它金属如碳钢管道或铝质部件表面而产生电偶腐蚀。
上述杀菌剂优选非氧化性杀菌剂如异噻类杀菌剂(如2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮和5-氯-2- 甲基-4-异噻唑啉-3-酮)、有机醛类杀菌剂(如戊二醛)、有机溴类(如溴化丙酰胺)等。杀 菌剂的投加周期为1-2周投加一次。较佳的，需杀菌剂的投入方案为定期更换杀菌剂的种类。
微生物控制的关键在于日常将其数量控制在一定范围之内，而不是等到大量繁殖导致 在焊接设备内形成沉积或在管壁形成粘泥才采取措施。因为此时可能已引起换热部位堵塞 或粘泥下面金属的腐蚀。研究表明，对于焊接工艺水系统，不宜采用卤系氧化性杀菌剂， 譬如次氯酸钠。由于此类杀菌剂在系统中易降解为卤素离子如氯离子，易对锌、铝部件产 生点蚀，严重的会造成穿孔。因此宜采用杀菌效率高、效果持续时间长的非氧化性杀菌剂 如异噻唑啉酮。它的杀菌机理是通过断开细菌和藻类细胞的蛋白质键而使微生物细胞死亡。 与其它杀菌剂相比，它具有以下优点：
(1)投加浓度低，杀菌效率高。投加浓度为0.5mg/L即可达到抑制微生物的生长目的， 1～3mg/L即可达到十分有效的杀菌效果。
(2)与其它水处理剂的兼容性好。能与钨酸盐、唑类铜缓蚀剂和其它类型杀菌剂共同 使用，因此它尤其适合焊接水系统。
(3)对各类金属基本无侵蚀作用。
(4)杀菌穿透力强。能穿透黏附在设备和管道表面上的生物粘泥，对下面的微生物进 行有效控制。
当然为避免长期使用同一种杀菌剂引起微生物的抗药性，需定期更替一次其它种类杀 菌剂，譬如有机醛、有机溴等，例如投加了3次异噻类杀菌剂后，再投加一次有机醛类杀 菌剂。
在水系统处理中设置旁滤器，是因为焊接工艺水系统中一个常见的水质问题就是悬浮 物的存在。悬浮物包括铁、铜等金属的腐蚀产物、微生物絮凝体、外界带入的污染物等， 它们易在系统流速较缓处如焊接设备沉积，降低了冷却效果。因此需配备旁滤器，在不停 机情况下能逐渐滤除悬浮物。旁滤器的进出口一般分别与焊接水系统循环泵前后的主管道 连接，这样能得到最大的过滤压力，旁滤流量一般为3～5%的系统总流量。过滤材料一般为 纤维滤芯，孔径≤50μm。在使用一段时间后，随着纤维滤芯上的截留物越积越多，其出口 压力也逐步下降，由于其进口压力不变，因此压差将逐步增大，过滤效率也将越来越低。 因此使用中应经常关注进出水压力表的读数，一般压差小于0.1MPa为宜，否则应考虑是否 更换或清洗滤芯。
分析发现，虽然一般的焊接工艺水系统设计要求为≥0.3MPa。但在车间远离供水泵房 的各工位压差由于压损大，因而不一定能达到这个要求，若压差小于0.2MPa，则该工位处 流速相对较慢，焊枪内较易形成沉积，枪头水质也较差，造成换热效率降低。同时缓蚀药 剂较难带到此处，或在浊度较高的情况下难以作用。因此有必要制定合理的车间排污计划， 首先应调查车间工位供回水管压差状况，尤其是新接手处理的焊接工艺水系统。根据调查 结果，可制定车间排污计划：
工位供回水管压差≤0.1MPa时，每8-16小时在生产前或间隙进行焊枪头排污;
工位供回水管压差≤0.2MPa且>0.1MPa时，每16-24小时在生产前或间隙进行焊枪头 排污;
工位供回水管压差≤0.3MPa且>0.2MPa时，每24-48小时在生产前或间隙进行焊枪头 排污。
由于是焊枪头处的局部沉积，故每次排污量仅需2～3L。
循环冷却水系统的水质指标控制具有重要的作用：(1)pH值。焊接循环水系统含有包 括碳钢、铜、铜合金、铝等多种金属设备，每种有其最适合的pH值以使其腐蚀趋势最小， 同时缓蚀剂也有其发挥最佳效果的pH范围。因此，根据理论和实际分析，焊接系统pH值 控制在7.0～9.0为宜。而最佳范围是8.0～8.2，因为此时能使铝得到最有效的保护。pH的控 制可经由投加少量的酸或碱、适当的排水置换等方式实现;(2)电导率。正如前面所述的， 焊接设备不同的金属间的相互连接将导致电腐蚀。除了投加铜缓蚀剂，另一个影响电偶腐 蚀程度的关键指标是电导率。因为电导率越高，电偶腐蚀反应中阴阳极之间电子流动越快， 电流就越高，腐蚀速度就越快。因此日常系统电导率越低越好，如采用纯水作为补水。但 考虑到所投加的各类药剂也会贡献电导率，因此一般控制电导率<500μS/cm。电导率的控 制可通过避免过量投药、维护好除盐水产水装置，确保产水质量等方式实现(3)总铁和铜。 焊接工艺水系统总铁(水体中包括游离态离子、化合态、金属微粒所有铁元素的含量)一 般控制Fe≤2.0mg/L，尽量能控制在1.0mg/L以下。过量的铁易促进铁细菌的生长，并且 易在焊接设备沉积。总铁可通过旁滤或在过高时也可通过对主管道排水来去除。但焊枪头 部位由于流速慢，因此极易造成总铁沉积，而且通过对主管道排水也很难去除，因此可直 接在焊枪头部位进行排水。由于焊接系统铜设备数量和种类较多，即使投加了铜缓蚀剂， 其铜腐蚀也不可能彻底杜绝，相比其它普通工业循环水，其铜指标往往较高。一般控制总 铜(水体中包括游离态离子、化合态、金属微粒所有铜元素的含量)Cu≤1.0mg/L，并且 为防止游离铜离子与碳钢和铝产生电偶腐蚀，要投加足量铜缓蚀剂，控制游离铜离子(Cu2+、 Cu+)≤0.2mg/L。总铜的控制可通过旁滤，过高时也可通过排污，尤其是焊枪头处排污等 方式实现(4)其它指标包括一些腐蚀性离子如氯离子、硫酸根、亚硝酸根和钙离子，控制 如下：Cl-<20mg/L(针对纯水作为补水)、SO42-<100mg/L、Ca2+<100mg/L。腐蚀性离子的 控制可通过确保除盐水补水的质量等方式实现。
较佳的，需要对循环冷却水系统设立日常监测项目，包括下列内容：
补水水质监测：监测项目包括pH、电导率。补水水质波动也比较频繁，尤其是其电导 率和pH的波动，会直接影响到系统的水质，定期地进行补水水质分析对预测焊接工艺水系 统水质和解决问题十分重要。
循环水监测：监测项目包括pH，电导率，总铁，钙硬，总铜，氯根、硫酸根。定期水质 全分析，跟踪重点参数如pH，电导率，总铁，总铜等。
挂片监测：监测项目包括碳钢、铜、铝、锌的腐蚀速率监测。挂片可以代表系统管路 的真实情况。每季度对每个系统的挂片(碳钢、铜、铝、锌)进行腐蚀速率监测，配合水 质分析，量化地考核处理结果。
焊枪头及浸水电缆更换情况监测：每个焊枪头的平均使用寿命根据各个生产厂不同， 跟踪其使用寿命的概况及观察换下来的焊枪头可以帮助了解处理的效果。浸水电缆也有使 用寿命，例如每焊50万点须更换，跟踪了解几个重点工位的情况也可为处理情况的改善或 恶化提供事实依据。
本发明方法，综合解决了现有的循环水处理中，因缓蚀剂耐高温性差，电导率贡献高、 缺乏pH控制手段、轻视铜的缓蚀处理、单一杀菌剂、所用缓蚀剂含NO2 -或大量磷元素、 缺乏合理的末端排污维护计划等缺陷引起的管道腐蚀、沉积和微生物繁殖以及焊接设备堵 塞、损坏等问题，确保系统的长期稳定运行，保持热交换器的换热效率，从而杜绝非计划 停机，延长设备的使用寿命。