焊裝車間的煙塵凈化

焊接生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生許多的環(huán)境污染物，如各種有毒氣體、焊接煙塵、弧光輻射和電磁輻射等。這些污染物...

焊接生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生許多的環(huán)境污染物，如各種有毒氣體、焊接煙塵、弧光輻射和電磁輻射等。這些污染物不僅會(huì)直接污染焊接生產(chǎn)場所的環(huán)境，也嚴(yán)重危害著車間工作人員的身體健康。本文著重介紹了焊接煙塵的危害及焊裝車間內(nèi)的煙塵凈化方案。

焊接煙塵是指焊接過程中產(chǎn)生的“煙”和“粉塵”。被焊金屬材料和焊接材料（焊條和焊絲）熔化時(shí)產(chǎn)生的高溫金屬蒸汽，在空氣中迅速蒸發(fā)→氧化→冷凝形成的細(xì)小固態(tài)粒子，彌散在電弧周圍，從而形成焊接煙塵。

焊接煙塵嚴(yán)重地危害著工作人員的身體健康。GB16194-1996《車間空氣中焊接煙塵衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中明確規(guī)定：車間空氣中焊接煙塵最高容許濃度為6mg/m3。為此，汽車生產(chǎn)企業(yè)不僅需加強(qiáng)對焊工勞動(dòng)保護(hù)的教育和安全培訓(xùn)，而且還要采取積極有效的煙塵凈化措施。本文重點(diǎn)介紹了幾種典型的焊接煙塵凈化措施。

煙塵凈化方法及原理

1. 煙氣的凈化

（1）干法去除煙塵顆粒 通過顆粒本身的重力和離心力，使氣體中的顆粒沉降，從氣體中去除。常用的方法有重力除塵、慣性除塵和離心除塵。常用的設(shè)備有重力沉降室、慣性除塵器和旋風(fēng)除塵器等。

（2）濕法去除煙塵顆粒 用水或其他液體使顆粒濕潤，而加以捕集去除的方法。常用的方法包括氣體洗滌、泡沫除塵等，常用的設(shè)備有噴霧塔、泡沫除塵器和沖激式除塵器等。

（3）靜電法去除煙塵顆粒

使含有煙塵顆粒的氣體通過高壓電場，在電場力的作用下使其去除的過程。常用的設(shè)備有干式靜電除塵器和濕式靜電除塵器。

（4）過濾法去除煙塵顆粒

使含有煙塵顆粒的氣體通過具有很多毛細(xì)孔的濾料，而將顆粒污染物截留下來的方法。常用的方法包括填充層過濾、布袋過濾等。常用的設(shè)備有顆粒層過濾器和袋式收塵器。

傳統(tǒng)的袋式收塵器的過濾材料有天然纖維、無機(jī)纖維與合成纖維。袋式收塵器的變革技術(shù)是美國開發(fā)出的聚四氟乙烯覆膜（PTFE）技術(shù)。PTFE是一種高分子化合物，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐酸堿，尤其耐酸性更好；耐高溫，在300℃以下物理化學(xué)特性穩(wěn)定。PTFE微孔薄膜的膜表面每平方英寸（約6.45m2）上有90多億個(gè)微孔，微孔直徑為0.2～3mm，即使是最小的粉塵顆粒也難以通過薄膜。PTFE覆膜能夠阻擋粉塵透過，因而在濾料內(nèi)形不成塵餅，令傳統(tǒng)的深層過濾變成了表層過濾，只要表層塵剝離及時(shí)，濾料的透氣性就不會(huì)大幅度降低，壓力損失也很小。如圖1所示，普通濾材的缺點(diǎn)是，粉塵容易進(jìn)入濾材內(nèi)部，使用反吹系統(tǒng)不易清除，導(dǎo)致濾材很快堵塞，縮短濾材使用壽命；覆膜濾材的優(yōu)點(diǎn)是，PTFE微孔膜的濾材屬于表面過濾，不但氣阻低而且粉塵很容易脫落，細(xì)小的粉塵也不易進(jìn)入濾材內(nèi)部，從而大大提高其使用壽命。

選擇哪一種方法去除焊接煙塵，需從煙塵顆粒的粒徑大小和數(shù)量以及操作費(fèi)用等方面來考慮。一般情況下，宜采用重力沉降室和過濾法結(jié)合的方法。
2. 有害氣體的凈化

（1）吸收法 吸收是利用不同氣體在液體中的溶解度不同，以分離和凈化氣體混合物的一種技術(shù)，分為化學(xué)吸收和物理吸收兩大類。化學(xué)吸收是被吸收的氣體組分和吸收液之間產(chǎn)生明顯的化學(xué)反應(yīng)的吸收過程。從廢氣中去除氣態(tài)污染物多用化學(xué)吸收法。例如，用堿液吸收煙氣中的CO2，用水吸收NOX等。物理吸收是被吸收的氣體組分與吸收液之間不產(chǎn)生明顯的化學(xué)反應(yīng)的吸收過程，僅僅是被吸收的氣體組分溶解于液體的過程。例如，用水吸收醇類和酮類物質(zhì)。

在吸收法中，選擇合適的吸收液至關(guān)重要，是處理效果好壞的關(guān)鍵。目前在工業(yè)上常用的吸收設(shè)備有表面吸收器、板式塔、噴灑塔和文丘里塔等。

（2）吸附法 吸附是一種固體表面現(xiàn)象。它是利用多孔性固體吸附劑處理氣態(tài)污染物，使其中的一種或幾種組分，在固體吸附劑表面分子引力或化學(xué)鍵力的作用下，被吸附在固體表面，從而達(dá)到分離的目的。常用的固體吸附劑有骨炭、硅膠、礬土、沸石、焦炭和活性炭等，其中應(yīng)用最為廣泛的是活性炭。

活性炭對廣譜污染物具有吸附功能，除CO、SO2、NOX和H2S外，還對苯、甲苯和二甲苯有機(jī)物質(zhì)具有吸附功能。

用于凈化氣態(tài)污染物的吸附設(shè)備可分為固定床、移動(dòng)床和流化床三種。去除焊接過程中產(chǎn)生的有害氣體，從凈化效果、初投資以及操作費(fèi)用等方面來考慮，宜采用吸附法，吸附劑宜采用活性炭。
焊裝車間焊接煙塵的治理方案

焊接煙塵的治理在傳播途徑上的控制方式有2種：全面通風(fēng)凈化和局部排風(fēng)。

全面通風(fēng)也稱稀釋通風(fēng)，它是用清潔空氣稀釋室內(nèi)空氣中的有害物濃度，使室內(nèi)空氣中有害物濃度不超過衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最高允許濃度，同時(shí)不斷地將污染空氣排至室外或收集凈化。全面通風(fēng)包括自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)2種方式。在焊裝車間內(nèi)部，對于電阻點(diǎn)焊焊接作業(yè)一般采用打開門窗或天窗等形式，進(jìn)行自然通風(fēng)，也可通過安裝在墻上或天花板上的軸流風(fēng)機(jī)，把車間內(nèi)的焊煙排出室外。

局部排風(fēng)是對局部煙塵治理，使局部工作地點(diǎn)不受有害物的污染，保持良好的空氣環(huán)境。一般局部排風(fēng)機(jī)組由集氣罩、風(fēng)管和風(fēng)機(jī)3部分組成。局部排風(fēng)按集氣方式的不同可以分為固定式局部排風(fēng)系統(tǒng)和移動(dòng)式局部排風(fēng)系統(tǒng)。固定式局部排風(fēng)系統(tǒng)主要用于操作地點(diǎn)和工人操作方式固定的大型焊接生產(chǎn)車間，可根據(jù)實(shí)際情況一次性固定集氣罩的位置。移動(dòng)式局部排風(fēng)系統(tǒng)工作狀態(tài)相對靈活，可根據(jù)不同的工況，采用不同的工作姿態(tài)，保證處理效率及操作人員的便利。

1.對設(shè)備工作源進(jìn)行局部排風(fēng)

發(fā)生源清除是當(dāng)焊接工作開始時(shí)，除塵系統(tǒng)末端的活動(dòng)臂管吸風(fēng)口便開始對產(chǎn)生的煙塵進(jìn)行抽排?；顒?dòng)臂內(nèi)含金屬構(gòu)架，可自行支撐，使軟管可停止于三維空間的任意位置。為確保煙塵的抽排效果，在使用時(shí)要保證臂管吸風(fēng)口與焊點(diǎn)間的距離保持為150～350mm。其原理是煙塵在活動(dòng)臂管被吸入，經(jīng)過支管道然后進(jìn)入主管道，再進(jìn)入除塵器本體。煙塵在除塵器本體內(nèi)被凈化，凈化后的潔凈空氣進(jìn)入室內(nèi)，也可以排出室外。

該方法適用產(chǎn)生焊煙的源頭抽排，可以根據(jù)現(xiàn)場的工作需要配制不同的吸風(fēng)罩，如加大型、圓形、附帶工作燈型和方口型等多種。發(fā)生源清除的吸塵效率在額定的吸塵距離內(nèi)（無外界橫風(fēng)干擾）的吸塵率在95%以上，從工具源頭處理屬于“主動(dòng)式除塵”。針對手工氣保焊或自動(dòng)氣保焊接工況，可采用高真空原理直接與環(huán)保型焊槍（自帶吸塵口）一起聯(lián)動(dòng)工作。從焊煙發(fā)生源和焊接工具源進(jìn)行處理焊煙的動(dòng)能需求低、吸塵率高，即當(dāng)煙塵產(chǎn)生時(shí)除塵系統(tǒng)則直接從發(fā)生源將其抽走，故不會(huì)有大量的煙塵滯留于車間內(nèi)部；且是進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)除塵，所以不會(huì)出現(xiàn)能耗浪費(fèi)現(xiàn)象。但是，對于焊接區(qū)域大、焊接位置不固定且焊接工件復(fù)雜多變的工廠，局部排風(fēng)就會(huì)有局限。常用的濾筒除塵工作原理如圖2所示。

2. 發(fā)生源清除應(yīng)用實(shí)例

我們對焊裝車間里一些煙塵較集中的區(qū)域進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果顯示，機(jī)器人線的車身下部總成80工位、車身下部總成90工位、車身下部總成100工位、車身骨架總成80工位、門調(diào)線的左/右前車門鉸鏈加強(qiáng)板總成以及左/右后車門鉸鏈加強(qiáng)板總成工位由于存在大量CO2焊點(diǎn)，故在工作環(huán)境中產(chǎn)生的焊接煙塵非常多，必須要采取有效的凈化措施以保障員工的身體健康。

經(jīng)調(diào)查，車門鉸鏈加強(qiáng)板總成工位每個(gè)工件上有15個(gè)CO2焊點(diǎn)，其特點(diǎn)是焊點(diǎn)長，寬6～8mm，高4～5mm，產(chǎn)生的焊接煙塵相對較小，測試值為8.5mg/m3，故可采用移動(dòng)濾筒式煙塵凈化器。這類煙塵凈化器可裝置于墻面，豎立于地面或裝于活動(dòng)推車上，可選用不同型號(hào)的活動(dòng)臂管、排氣風(fēng)機(jī)；加裝壓縮空氣清潔濾袋裝置后可成為長時(shí)間大量電焊作業(yè)時(shí)的高效集塵設(shè)備，凈化效率可達(dá)99.9%。根據(jù)產(chǎn)生煙塵量與環(huán)境通風(fēng)情況，我公司焊裝車間選用瑞典Nederman FB363焊煙凈化器，風(fēng)量為1200m3/h，功率為1.5kW，采用電動(dòng)反吹清灰技術(shù)可減少人工清理程序，過濾效率達(dá)到99.9%。安裝調(diào)試并運(yùn)行后，作業(yè)環(huán)境中煙塵濃度降低為小于1mg/m3，達(dá)到國家規(guī)定衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

在機(jī)器人線的4個(gè)工位中，車身下部總成80和車身下部總成90同在一個(gè)區(qū)域，共52個(gè)CO2焊點(diǎn)，焊點(diǎn)直徑為6～8mm，CO2焊縫總長為92～148mm，環(huán)境煙塵濃度為11.3mg/m3；車身下部總成100工位共44個(gè)CO2焊點(diǎn)，直徑為6～8mm，CO2焊縫總長為140～180mm，環(huán)境煙塵濃度為12.5mg/m3；車身骨架總成80工位共32個(gè)CO2焊點(diǎn)，焊點(diǎn)直徑為6～8mm，CO2焊縫總長為320～440mm，環(huán)境煙塵濃度為14.7mg/m3。針對這3個(gè)工位區(qū)域煙塵濃度較高的情況，車間選用了武漢瑞津LT2-08濾筒式除塵器，風(fēng)量為3050～14490m3/h，可對應(yīng)用區(qū)域進(jìn)行可調(diào)式抽氣凈化。相對移動(dòng)式凈化器，此凈化器具有風(fēng)量大、凈化效率高等特點(diǎn)，但同時(shí)也具有耗電量多、噪聲大等不足。設(shè)備安裝后，對送、排風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試，運(yùn)行后測量作業(yè)環(huán)境的煙塵濃度為2.1mg/m3，達(dá)到國家規(guī)定衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)語

隨著汽車工藝的發(fā)展對節(jié)能和環(huán)保的要求越來越高，焊裝車間的工作環(huán)境正逐漸得到重視和改善。國外對焊接污染研究開始得比我國早，處理技術(shù)相對先進(jìn)、成熟，焊接污染處理設(shè)備多樣化且向資源低耗方向發(fā)展。