涂装涂层质量控制的特点详解

涂装涂层质量控制的特点齐祥安（同方威视技术股份有限公司 100084）摘要：分析了涂装涂层质量控制的五个特点，强调了涂装涂层质量控制的重要意义，并指出了质量控制应该注意的主要方面，叙述了质量管理的五种状态。关键词：涂层，涂层体系，涂装涂层系统，质量控制，质量管理，五阶段，五要素，三层次。序言改革开放30年来，我国产品的涂装涂层质量随着各类产品综合质量的提高而“水涨船高”，有了很大的进步。市场经济的发展，也刺激了企业要“货卖一张皮”，外观质量大有改善。但是我们也应看到，各企业虽然进行过诸如“全面质量管理”“零缺陷质量管理”“ISO9000贯标”“Q、E、S三标一体化”等等工作，可涂装涂层的质量现状与国际先进水平相比，还是有很大差距。比如，在某企业对其主产品进行用户走访时，40%的用户反映的是产品表面质量问题1，甚至某些企业的产品比例还要高。不少涂装相关的企业特别是出口产品较多的企业，“涂装涂层质量事故”像影子一样，随着产品的增加而变多，随着市场的扩大而蔓延。不少产品和工程在交付使用后不久（2-3个月或半年以内），就出现起泡、脱落、锈蚀等等严重的质量问题；“一流的性能，三流的涂装”，频频出现产品和工程项目中；涂装质量问题在出口国外的产品和设施中屡屡亮起红灯，不但造成了经济损失，而且对商业信誉和企业形象也带来不利影响。更有甚者，有的高新技术企业，解决了不少世界尖端的技术难关，但涂装质量的提高和控制却成了不好解决的难题。凡涉足涂装行业的人士常常感到“剪不断，理还乱。”，涂装涂层的质量控制比焊接、机械加工、装配等其他专业难以解决，甚至有人说，这是解决不了的“老大难”问题。为什么会有这种现象出现呢？我认为除了在企业质量管理、“贯标”过程中的“两张皮”“执行力不够”等共性原因之外，涂装涂层质量控制有着其独有的一系列特点，必须引起我们足够的重视和深入的研究。本文想通过分析涂装涂层质量控制的特点，加深对涂层质量问题的认识，以便找出解决质量问题的有效方法。1. 非主流 难重视对于产品或工程来说，涂装后所形成的涂层体系的主要功能就是四项：（1）腐蚀防护功能；（2）色彩装饰功能；（3）标识标志功能（标志功能过去提得比较少，但随着产品标识概念、空间标识导向系统概念的深入发展，涂装的此项功能显得愈加重要，不可忽视。）；（4）特殊功能。当然，这些功能它不是/也成不了产品或工程的“心脏”“骨骼”，它不是关系产品或工程“生死存亡”的部分，可它确确实实是不可缺少、不可忽视的部分，如同我们人类的“皮肤”和“衣服”！但是，在相当长的历史时期内（特别是计划经济时期），它被放在了非常不公正的位置，在一般的制造业处于被忽视、被轻视的状态。企业在开发新产品、改进新产品设计时，不安排涂层体系的设计内容；在铸造、锻造、加工、焊接、装配排列时，被视为小专业而排不上它的名次；在人、财、物紧张的时，就没有了它的投入；节约成本时，它又成了被优先控制的对象。当然，在汽车行业比较重视，把涂装与冲压、焊装、总装并列为“四大支柱专业”；在船舶行业涂装的地位也可以，被称为“三大工艺支柱之一”。但是，在制造业众多的企业之中，这也只是很少一部分的重点企业，大多数企业的情况是不容乐观的。对涂装工作的不重视，致使涂装涂层的质量控制存在诸多问题。比如：在企业的质量管理体系文件中与此相关的文件不配套，缺少企业质量检验标准和相应的试验检测仪器；当出现涂装质量问题时，被当作无关轻重的问题，轻描淡写得不到根本上的解决；只进行出厂质量的检验，不进行涂装工序的控制；只看到涂层体系的近期的技术指标，不考虑耐候性耐腐蚀性等长期指标。因此，要进行涂装涂层质量控制，必须重新认识涂装涂层质量控制的重要作用，要解决各种模糊或错误的认识问题。1.1 外观质量直接影响企业的经济效益随着市场经济的发展，产品或工程项目的竞争愈加重视外观形象，在主要技术参数大致相同（技术的进步也促使各企业产品性能逐渐趋同）的情况下，表面质量的好坏成为一个重要问题，谓之“货卖一张皮！”。这张“皮”是由腐蚀防护、色彩装饰、标识标志、特种功能等各种因素综合作用的结果。腐蚀防护是产品或工程在其使用寿命周期内，依靠涂层体系的屏蔽、钝化缓蚀、电化学保护等作用，减缓存在于大气、土壤、水分中的各种腐蚀介质的破坏作用，保护了产品或工程的外部表面的完整性；色彩装饰提高了产品或工程的外观形象，增强了整体感和现代感，消除人们对设备的冷漠感，使用者可获得舒适有效的工作环境；标识标志功能通过运用视觉设计和行为展现，将企业的理念及特性视觉化、规范化和系统化，提高工作效率、方便信息的传导，有利便捷、保障安全；特种功能是根据产品或工程的需要，利用一种或多种功能的组合，提升产品或工程的使用价值，带来各种特殊的作用，提高了在市场上的核心竞争力。一个好的产品，仅从外观就可以感到其“高雅”“气质非凡”，对于制造或销售它的企业产生一种信赖感！很难使人相信，一个连表面质量都做不好多的企业，如何能做出性能优良的产品或工程？一个锈迹斑斑、外貌丑陋、粗糙不堪的产品，如何能与“高技术、高科技”“世界名牌”“著名商标”联系起来？！当然，这张“皮”不是天上掉下来的，不是随意“糊弄”出来的，是人们经过一系列的人、财、物的投入换来的，特别是需要进行艰苦细致的质量控制工作！1.2 对“涂装硬件”的适当投入可获得良好的综合效益“工欲利其事，必先利其器”。过去“一把刷子，一桶漆”的理念已经过时，对于涂装进行适度投资，已经成为共识。由于表面工程技术的进步，新材料、新工艺不断出现，还有环保、劳保、消防方面逐日加强的法律法规，相应的涂装设备也不断推陈出新，涂装环境越来越讲究，涂装车间的投资越来越大。在涂装“五要素”中，一次性费用投资比较高的就是涂装设备和涂装车间（环境）的建设。一般情况下，设备和土建公用的投资，少则有几十万、上百万，中等规模的投资有几千万，庞大规模的（如汽车涂装车间）有几个亿甚至十几个亿（人民币）的投资。相应的涂装设备和涂装环境，会大幅度地提高涂层体系的质量。比如，“尘埃是涂装作业的大敌”，涂装环境不好，造成的后果就是涂层表面的颗粒和杂质的附着等弊病，为了克服这些弊病，不得不反复进行打磨、抛光，所花费的工时和材料，也是很大的浪费。还有，因为环境不能提供涂料所要求的温度、湿度，结果影响到涂层干燥的质量，使其今后的耐腐蚀性、耐候性大打折扣。总之，“巧妇难为无米之炊”，要有一定的涂装设备和环境的硬件，涂装涂层质量控制的工作才能开展。但是，在具体实施投入决策时，企业主要负责人总会感到：一个油漆（涂装），竞要花那么钱？！总感到费用花得冤枉。其实，这是一种片面的认识。我们进行投入/产出分析时，不能仅仅盯着“钱”，不能“宁肯花钱治病，不肯健身防病”！还要有一个全面的分析和衡量。表1对于“涂装硬件”的投入和产出进行了定性分析，并以“健身”做了类比。从表1中，我们可以看出，进行了适当的“硬件”投入，其综合产出的回报是非常优厚的。在一些企业会经常看到，土法上马的前处理场地灰尘飞扬、气味难闻，每年总要被环保、劳保消防等部门罚款几万至几十万元，并经常与紧邻的居民或单位纠纷不断，产品质量难以保证；喷涂涂料无专门的设备和场地，到处摆地摊，不但影响涂层质量，还严重污染车间生产环境，引起机加工、焊接、装配工人的抗议和反对，留下火灾的隐患，影响安全生产。有的企业宁愿花费大量精力和费用去进行“公关”，去解决质量事故引起的“病”，而不愿去投资涂装设备和改造涂装环境而获得良好健康的形象，持续重复着在涂装方面的恶性循环，岂不是“捡了芝麻，丢了西瓜！”。表1 “涂装硬件”投入与产出的定性比较企业的涂装个人的健身备注投入内容的比较涂装设备、涂装车间的土建公用设施需要的适当费用。健身器材；健身房等场地需要的适当费用。一定的投入产出（收益）内容的比较1）获得优质涂层体系，减少质量事故赔偿；2）减少环境污染、职业病、火灾，有利解决公共关系紧张和劳务纠纷；3）减少违法、违规的罚款，相对增加经济效益；4）改变脏乱差，提升企业形象，有利经营。1）得到优良体质，减少医疗费用的支出；2）减少肉体及精神的痛苦，有利身心健康，有利家庭幸福；3）减少病假休息、提高工作效率，增加个人所得；4）呈现健康完美的个人形象，有利个人价值的体现。综合效益：产出会远大于投入。一些企业为了摆脱涂装“疾病的纠缠”，将涂装作业全部或部分外协到城乡交界处或偏远山村、农村，认为是省心、省力、省钱。其实，并不尽然。制造外协是普遍采用的方法，但为了保证产品的涂层质量，甲方（主机厂）绝不能放手不管，反而要以几倍于自制的管理精力去提高这些外协企业的涂装涂层质量控制水平。因为，相当一部分涂装企业缺技术、缺人才、缺资料、缺管理，但“糊弄事”的技巧并不缺。根据作者的经验，甲方（主机厂）不但要制定严格周密的涂层标准、工艺方文件、检验规程，还要派得力的现场监督进行工序质量的控制；对他们的操作、技术、管理人员进行不间断的培训和提高；限制外协之后再进行外协的“层层转包”等等。否则，由此引起的麻烦比自己生产还要大，岂能省心、省力、省钱！1.3 涂装质量要一次性到位，不能寄希望于“以后再修！”在企业进行涂装技术相关工作的同行可以经常碰到这样一种现象：产品或工程设备急需发货，可是涂装工作还未完成，如不发货将会耽误进度（特别是出口产品或设备的船期），企业将承受较大的经济损失。决策者情急之中只能牺牲涂装质量要求，“先发出去，大不了今后再刷一道漆修补！”。偶尔一次，尚可理解，但经常进行这类应急处理的事件可能不在少数。实际上，“以后再修”的代价非常大，远远超出管理者的想象！大致有如下几点：（1） 涂层修复时将中断产品或设备的使用，影响甲方工作，造成经济损失；（2） 涂层修复时辅助设施（如脚手架、安全网等等）及辅助时间，比在工厂涂装车间内会大量地增加；（3） 修补涂装时，只能使用简陋的设备，施工环境又比较恶劣，很难保证涂层体系的各项技术参数，质量问题堪忧；（4） 修补涂装时，其工序比在工厂涂装车间内要复杂的多，劳动生产率下降，需要增加很多工时；（5） 修复现场远在外地，各项费用（包括材料的运输费、人员的差旅费在内的各项费用）要昂贵的多。特别是在国外，在国内一台几万元就可以涂装好的设备，在国外委托别人去修复就需要几十万人民币！（6） 在很短的时间内（几个月、半年或1年）就发生涂层质量事故，并且要在甲方的众目睽睽之下进行修复，产品的质量形象和商业信誉的损失是不言而喻的。引起此类问题的原因在于：企业与甲方签署合同时，未将涂装所需时间计算其中；有的虽然计算了，但在实施中缺少对过程的有力控制，以致各部门各阶段拖期，直至挤得涂装没有时间进行；有的将涂装作为“可有可无”的缓冲地带，成为“以后再修”的病源。解决的方法就是把“科学发展观”落实在具体的企业管理之中，要靠科学的生产计划管理，留出必需的时间，减少各种不良的干扰，否则，就要为此付出巨大的代价。1.4 要进行“全寿命周期经济效益分析” 在进行涂层体系设计或选择涂料时，经常碰到也是非常难解决的一个重要问题，就是成本费用问题。一般情况下，技术人员偏重于技术指标优异的涂料，行政（或财务）领导偏重于费用的节省，最终的结果往往是选择了费用较低、技术指标（质量保证）也很低的涂层体系。降低成本、提高质量，本是无可非议的，但是，问题在于如何进行经济效益的分析。随着社会的进步，材料和制品的质量、耐用度和可靠性已成为提高市场竞争力的关键因素。如果制造或建造成本的提高，可换取维修成本和间接损失的大幅度下降，社会将会更有条件接受“在使用寿命期内总费用的技术/经济综合分析”等新的概念，即“全寿命周期经济效益分析（Life Cycle Cost Analysis）”。每年费用全寿命周期B 较高的首期投入，较低的每年维护费用。A 较低的首期投入，较高的每年维护费用。图1 全寿命周期经济效益（LCC）分析及对比从上图我们可以看出，一般在涂层体系设计或选择涂料时，往往倾向于A类的投入方式即：首期投入所花费用较低，但今后使用过程的费用很高，全寿命周期内总费用较大，经济效益较差。但如果选择B类的投入方式，即：首期投入所花费用较高，但今后使用过程的费用较低，全寿命周期内总费用较小，经济效益较好。曾经有过这样的案例：某设备按10年的腐蚀防护周期进行计算，使用首期投入低的涂装方法（原有方法，A）：每年的维修费用约3万元，十年需30万元，加上初次的费用9.6万元，合计为39.6万元。如果改为首期投入高的涂装方法（改进的方法，B）：十年之内不需要维修，初次费用约20万元以下，十年合计为：20万元。比较分析的结论：可以节省费用19.6万元，约为原有方法50%的费用。此外，还有质量保证的提高，外观形象的改善，对销售市场的广告效应等等效益。2. 跨学科 难掌握涂装技术是一个跨学科比较多的一个专业，因此，涂装涂层质量控制所涉及的专业技术问题就更多，从事此项工作的高中级技术人员，就需要学习更多的相关知识。图2 涂装涂层质量控制与相关知识、相关学科的联想图从事涂装技术工作的人员多数是来自腐蚀与防护专业、材料工程专业、高分子专业、化学化工专业、机械制造专业以及其他相近专业等，有的专业在学校学习的内容比较接近实际的需要，有的离实际需要则相差甚远。作为涂装技术人员，必须在实际工作中不同程度（或有侧重）地掌握“涂装技术五要素”，2它是“非机械、非化工”的跨学科的专业技术，如图2所示，其本身就是一个比较复杂的问题，也不是容易掌握的一门综合技术知识。但是，对于涂装涂层质量控制来说，仅此还不够，质量控制需要各专业知识的综合，必须要学习在图2中虚线框内所包含的专业内容。其中包括了管理知识、环保、劳保、消防、安全等等知识。特别是对于企业管理、质量控制、系统工程之类的知识，往往不被重视。涂装技术人员缺少管理专业知识，管理人员缺少涂装技术专业知识。可是在实际解决质量问题的工作中，这些管理知识起到了“纯涂装专业技术”所无法起到的作用。作为涂装技术人员，不能寄期望于质量管理人员、行政领导都能精通涂装技术，其实也不可能实现，关键在于涂装技术人员要懂管理，及时为领导或质管人员提出综合各方面因素的改进措施和可以分步实施的合理化建议。这样就可以减少为沟通而花费的大量时间，降低各部门因工作摩擦而引起的内耗，最大限度地提高企业的经济效益。3. 多隐蔽 难发现涂装涂层质量问题的出现（或叫做被发现），大多数情况下是在出厂时或工程验收时，或者是在产品/工程投入使用一段时间后。其实，届时看到的只是质量问题恶化的最终结果，恶化发展的过程被隐蔽了，留下的隐患往往看不到，无法及时被纠正。成为质量问题（质量事故）后，解决的难度和成本也很大，因此，我们必须要研究：如何及时发现过程中出现的问题，如何及时解决存在的问题，将质量的隐患消灭在萌芽状态之中。在设计阶段，如果对于涂层体系的设计方案、设计依据、试验验证中存在疏忽、错误等问题不能及时发现，其中隐藏的危害是全局性的，“差之丝毫，失之千里。”在制造过程中，不合格的工序操作（特别是前处理工序）不容易发现，具有“隐蔽工程”的性质。涂层防护的好坏与施工过程的质量控制密切相关，如：涂装前表面处理，要求磨料控制要达标，被处理的金属表面的除锈等级、粗糙度、洁净度、可溶性杂质离子的含量；涂料的涂装方法；两道漆涂装间隔；不同温度、湿度条件下的涂层施工等，如不尽心做过细的工作，很不容易发现问题。产品售出（出厂）或工程验收时，往往只能检查涂层外观、色差、光泽、厚度、硬度、附着力等非破坏性和易检查的技术指标，不能检查耐冲击性、耐水性、耐温变性、耐介质性等长期指标，更无法检验耐湿热性、耐候性、耐腐蚀性等重要指标。如图3的水中冰山模型所示，有可能大量的质量问题被隐藏了起来，质量检验人员无法判定涂层体系是否真正符合设计（或合同技术要求）所规定的技术指标。图3 产品出厂或工程验收时涂层体系质量检验的局限性如果是带着质量隐患问题的产品或工程进入客户使用阶段，需要经过一段时间（半年或一年以上）才会形成质量事故而暴露，我们才能够发现。在发现前，企业在这段时间内又会把大批量的带着质量隐患问题的产品送到客户手中，形成并出现一大批的有质量事故的产品。未及时发现的时间越长，形成的质量事故产品就越多，造成的经济损失就越大。由于涂层体系的出现质量问题，是一个渐进的缓慢过程，快的一年以内，慢的要经过几年时间或更长时间。在这漫长时间内，无论是乙方（生产者）还是甲方（客户），对于涂层体系的质量变化过程都容易放松警惕，陷于“熟视无睹”状态，因此，对于局部的损伤或老化等小质量问题不能得到及时修补，不经意发觉时，已经成了重大的质量事故。另外，何况尚有部分客户或生产者，对于涂层体系的长期技术指标和测试方法等相关标准，缺少基本的常识，所以，很多问题说不清楚或者不了了之。4. 涉及广 难解决您可能经常遇到或听到这样的情况：某类型号的机电产品出口到某国家，1-3年年内（产品质保期一般5-10年）涂装涂层出现了起泡、脱落、锈蚀等等严重的质量问题。客户投诉并要求索赔，可是当您去调查、解决这些问题时却发现，这是一个非常复杂的问题！与此相关的企业销售及售后服务部门、安装调试部门、质量检查部门、生产及外协部门、技术部门，外协涂装工厂，涂料供应商，均有各种各样的事实和理由，证明问题不是出在他们的所在的部门或企业。如何对问题进行分析、进而找出妥善解决的方法，确实是一件非常重要且非常困难的事情3！问题是出在哪个阶段？在“五阶段”即产品设计阶段、产品制造阶段、储存运输阶段、安装调试阶段、使用维护阶段，都有出质量事故的影响因素，均有可能出问题。例如常见的有：产品设计阶段选择了不合适的涂层体系和实施方案；产品制造阶段工序间质量控制不严以及质量控制点落实不到位；储存运输阶段不注意对涂层体系进行防止机械损伤和环境的腐蚀破坏；安装调试阶段不注意对产品涂层体系的保护和及时修补；使用维护阶段未进行日常维护和对局部损坏及时的修复，等等。问题是由哪些因素引起的？“五要素”即：涂装材料、涂装设备、涂装环境、涂装工艺、涂装管理，在每一阶段中均会产生或重或轻的程度不同的影响，致使涂层体系出现各种质量事故。例如：涂料的“张冠李戴”，化工辅料的“鱼目混珠”；涂装设备的选用和带病运行；涂装环境的温度、湿度、洁净度、污染源的控制不力；涂装工艺中的随意性及严重违反工艺纪律的现象屡禁不止；涂装车间（工程队）、工段、班组的不健全，涂装现场管理的混乱，等等。问题是在哪些管理层次出的问题？“三层次”即：企业管理层次、行业管理层次（国家层次）、国际组织管理层次（国际层次），在每一个层次中，均有管理不到位、适用标准不当及执行不力的问题。例如：在企业层次上，当涂装涂层的生产跨企业、跨部门、跨车间时，放松对相关组织的控制与管理，任其放任自流、“层层转包”，致使质量管理失控；在行业管理层次方面，缺少对涂装技术标准的推广和应用，导致相当一部分制造厂家和客户“不知道，不了解，不会用”，有的甚至在合同技术附件中未写入腐蚀防护（涂装）方面的技术条款，出了问题极易引起纠纷或诉讼；面对复杂的国际贸易环境，相当部分的中国企业缺少对国际水平的腐蚀防护（涂装）技术知识的了解，签订合同选择适用标准时不慎重，或者干脆就不指定标准，出了质量问题就只好认输、赔钱了事，带来了很多不应有的经济和信誉损失。涂装涂层质量控制的问题，就是如何使“涂装涂层系统”优化运行的问题。从上述的分析来看，涂装涂层的质量控制是一个“涉及广、难解决”的问题。根据对“涂装涂层系统”的分析3可知：控制涂层体系达到我们期望的四大功能的输出，就是要运用系统工程的方法，使系统用最优化的方式进行运行。否则，系统功能不全、局部或大部分崩溃，就会产生很多的质量事故，出现涂装涂层质量问题“老开会，老解决，总不能根除”的“滚刀肉”。5. 易反复 难坚持涂装技术（过去叫油漆）存在已久，不是“高新技术”，应该说是传统工业技术。在漫长的时间长河中，人们积累了丰富的技术经验，留下了各种各样的习惯做法。我国改革开发30年期间，引进了大量的涂装新材料、新工艺、新设备，极大地促进了我国涂装技术和涂装涂层质量的提高。作者在解决涂装涂层质量问题的过程中感到，过去习惯做法中的“糟粕”，严重影响质量问题的提高，稍一松劲就会出现质量事故的反复。比如，对涂装技术不重视的传统观念，“糊弄事”的理念，实施中的落后做法，生产中的粗放式操作，都不是一朝一夕可以改变的。有时候“习惯的力量是可怕的!”，因此，这就注定了解决涂装质量问题时容易不断出现反复，不能立竿见影地一揽子解决所有的问题。解决涂装涂层质量问题需要韧性，要像对待“皮肤顽症”一样坚持不懈的努力，特别要做好管理人员、技术人员、操作工人的技术培训，切实贯彻新的标准和规定，在长时间的过渡中，养成新的良好习惯。任重道远 立足脚下涂装涂层是广泛应用的表面工程技术之一，与其他腐蚀防护方式相比，其年费用占全国各行各业总腐蚀防护费用的76.53%，1518.44亿元人民币/年（2000年统计数据，包括涂料费和涂装作业费）4。而且，其应用范围极其广泛，如果将各行各业的涂装技术应用情况归纳，如图4所示。主要是两大类：产品类的涂装和工程类的涂装，虽然行业不同，但它们有者相同的质量控制的共性，作者愿与各位同行共同探讨其质量控制的内在规律性。图4 涂装技术在各行各业的应用归纳对于广泛应用、问题普遍在涂装涂层质量控制的问题，虽然任重道远，但我们要立足脚下。根据本人的经验，在解决涂装涂层质量控制问题时，有图5所描述的几种状态。状态1：始终处于不被重视的状态，如不改进，将会连续不断地产生严重的涂装涂层质量事故；状态2：尚处于分析、弄清问题来龙去脉的阶段，需要请教专家，进行较多的技术咨询；状态3：处于规划和分步实施阶段，与企业的质量策划同步进行，效果最好；状态4：处于质量问题反复阶段，质量水平时好时坏，处于不断的波动之中。重要的问题是进行不间断的“PDCA”，持续提高质量水平；状态5：经过一定时期的质量改进工作，涂装涂层质量事故大大减少，系统处于优化阶段，不间断的输出优质的涂层体系。图4 涂装涂层质量问题的解决过程及状态我们要根据企业目前所处的状态，积极开展相应阶段的质量管理工作，通过不间断地努力，就可以取得理想的涂装涂层质量。参考文献1 郑红军著.中国产品质量的综观研究.第1版.北京：中国经济出版社,2007:P802 齐祥安.涂装技术知识体系的结构及其内容分析.现代涂料与涂装, 2006,9(01):38-423 齐祥安.涂装涂层系统与系统工程.现代涂料与涂装, 2009, ( ): - (需要查阅未出版的杂志)4 柯伟主编.中国腐蚀调查报告. 第1版.北京：化学工业出版社,2003: P240，248-249