焊接煙塵污染及凈化過濾技術(shù)

一、概述

焊接是利用電能加熱，促使被焊接金屬局部達到液態(tài)或接近液態(tài)，而使之結(jié)合形成牢固的不可拆卸接頭的工藝方法，它是極為常見的機械工藝方法。焊接過程中產(chǎn)生的污染種類多、危害大，能導致多種職業(yè)病(如焊工硅肺、錳中毒、電光性眼炎等)的發(fā)生，已成為一大環(huán)境公害。隨著國家對產(chǎn)業(yè)環(huán)境衛(wèi)生的要求越來越嚴，焊接煙塵的治理越來越被人們重視，其相應(yīng)的治理技術(shù)日趨完善，焊接污染慢慢得到相對有效的控制。本文是根據(jù)我國焊接車間具體情況，結(jié)合唐納森公司在焊接煙塵治理的經(jīng)驗，從焊接污染的形成、特點及危害進手，提出切實可行的防治對策。

二、焊接過程中的有害煙塵

焊接煙塵是由金屬及非金屬物質(zhì)在過熱條件下產(chǎn)生的蒸氣經(jīng)氧化和冷凝而形成的。因此電焊煙塵的化學成分，取決于焊接材料(焊絲、焊條、焊劑等)和被焊接材料成分及其蒸發(fā)的難易。不同成分的焊接材料和被焊接材料，住施焊時將產(chǎn)生不同成分的焊接煙塵(見表1)。

焊接煙塵的特點有：

(1)焊接煙塵粒徑小  煙塵呈碎片狀，粒徑為0.38μm左右。

(2)焊接煙塵的粘性大隨著溫度和濕度的變化在空中飄浮。通常在焊接操縱過程中，焊接煙塵飄浮在闊別車問地面高3～5m之間。

(3)焊接煙塵的溫度較高  通過空氣和排風管道的稀釋為40～55℃。

(4)焊接過程的發(fā)塵最較大  一股來說，1個焊工操縱一天所產(chǎn)生的煙塵量約60～150g。幾種焊接方法施焊時每分鐘的發(fā)塵量和熔化每千克焊接材料的發(fā)塵量(見表2)。

三、焊接煙塵的危害

焊接工人天天都要在環(huán)境惡劣的焊接場所工作，接觸焊接煙塵和粉塵，都有吸人有害煙霧的風險，可引起腦部和精神受損、皮膚炎癥、呼吸系統(tǒng)疾病、肝臟和腎臟病癥甚至癌癥等。以下是焊接工人在施焊過程中，產(chǎn)生的各種污染物對人體危害(見表3)。

在過往的十幾年里，各企業(yè)的領(lǐng)導者已經(jīng)熟悉到以上污染物的危害性，并改善工作環(huán)境的措施，以解決工人們面臨的工作環(huán)境健康的危害，財務(wù)和健康保險等支出變得越來越大。但采取這些措施又可以節(jié)省本錢，增加工作者的生產(chǎn)力，減少工人生病的時間，控制保健本錢。這些措施還催生了新一代可降低風險并保障工作者健康的更安全的配有煙塵凈化設(shè)備安全培訓和作業(yè)方法。

除了企業(yè)內(nèi)部的變化，社會外部氣力對促成企業(yè)煙塵凈化的投進新格式也起到了一定的作用。如國家在新建項目必須對焊接污染源進行治理，為此，國家對焊接作業(yè)環(huán)境制訂了專門安全衛(wèi)生標準。如我國《產(chǎn)業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標準》(TJ 36—1979)中的錳及其化合物(換算成MnO2)最高容許濃度為0.2mg/m3。是泛指高毒性錳塵。我國頒布的《車間空氣中電焊煙塵衛(wèi)生標準》(GB 16194—1996)規(guī)定車間空氣中最高容許濃度為6mg/m3。在企業(yè)上ISO1400標準就是涉及產(chǎn)業(yè)衛(wèi)生環(huán)境的新標準(綠色焊接的提出)。但是在焊接生產(chǎn)環(huán)節(jié)上，其焊接工藝是個復雜的過程，尤其是焊接零件外形千變?nèi)f化，為了把作業(yè)現(xiàn)場煙塵徹底解決，這對焊接工藝提出了新的挑戰(zhàn)，同時對操縱者的操縱習慣也提出了更高要求。

四、焊接煙塵的防護措施

針對焊接過程中有害煙塵的防護方法，目前最常用的方法是將有害煙塵隨車間軸流風機自然排出(見表4)和采用凈化設(shè)備過濾排出。目前，在煙塵產(chǎn)生的位置最近的地方采取局部抽出過濾是最有效的方法。焊接煙塵過濾方式有旋風分離、袋式、靜電式及濾筒式，其中最常用的主要有靜電式和濾筒式兩種(見表5)。

然而在選擇凈化系統(tǒng)過程中，由于工件不同而處理風量不一樣，有些過濾設(shè)備在沒計時考慮到了焊接作業(yè)的特點，在吸風罩做成不同的設(shè)計，省往操縱職員的麻煩，可進步工效。目前在選擇過濾器時有三個誤區(qū)：

(1)只留意標定的過濾效率，忽視實際過濾效果。由于焊接煙塵的顆粒非常小，通常在1μm以下，所以必須了解所選過濾排放標準和檢測方法中使用的是什么樣的顆粒物?？茖W研究已經(jīng)證實，0.3μm的顆粒物是各種一般普通過濾材料最不易過濾的粒徑，所以國外普遍用這種粒徑的顆粒物檢測過濾器和濾料的過濾效率，假如效率能達到95％，那么過濾無論大于還是小于0.3(0.5)μm的顆粒物，其效率必然在95％(99.999％)以上。由于我國目前在強制執(zhí)行的檢測標準中(LD29—1992)還沒有使用這種粒徑的顆粒物，所檢測的過濾器的標定過濾效率并不能代表過濾焊接煙塵的實際過濾效率。

(2)只留意過濾效率高低，忽視過濾器的密封性。假如設(shè)備制造簡陋，因而造成不密封，有害物質(zhì)(粉塵或氣體)會從泄漏處直接排放在工作現(xiàn)場及室外，這樣過濾效率再高的濾料也不會起作用。

(3)以為作業(yè)場所已經(jīng)設(shè)置了排風裝置，把有害氣體和煙塵排放到室外就可以而不需要任何保護。由于焊接作業(yè)的特點，即使焊接煙塵可以被排風設(shè)備排走，也僅僅只能避免有害物的擴散，降低環(huán)境濃度。但在排放到室外后，會隨著空氣流進進室內(nèi)污染工作現(xiàn)場或造成大氣層污染，所以焊接所產(chǎn)生的煙塵及有毒氣體必須在排放之前進行凈化處理。

五、唐納森的凈化思想和理念

唐納森公司是全球最大的過濾設(shè)備專業(yè)制造商之一，具有近百年的歷史。其過濾產(chǎn)品種類豐富，擁有過濾材料和設(shè)備的眾多專利，其煙塵過濾產(chǎn)品種齊全，已廣泛應(yīng)用于各個焊接領(lǐng)域。唐納森能夠取得今天的成就，主要是其凈化產(chǎn)品的過濾原理、材料及設(shè)備結(jié)構(gòu)與眾不同。

1.唐納森Ultra-Web FR過濾材料及表面過濾技術(shù)

Ultra-Web FR過濾材料及表面過濾技術(shù)是技術(shù)上的重大突破，能在較低本錢下提供更清潔的空氣。經(jīng)過幾十年的研究和發(fā)展，是Ultra-Web FR濾材應(yīng)用在托里特Torit設(shè)備上具有高效的除塵性能。Ultra-Web FR濾材(見圖1)可在亞微米細?？赡軡B透濾材內(nèi)表面之前被阻擋在外，且由Ultra-Web FR表面收集的顆粒，很輕易在除塵器清灰過程中被帶出。

唐納森過濾器是一種自動清灰的過濾器，它在收集業(yè)微米細粒時能保證連續(xù)的高過濾效率，而不會過早堵塞濾芯。這就要求革新的濾材在過濾中能迅速形成塵餅，在清灰循環(huán)時又易于清理。

由于塵粒進人濾芯之前已被有滲透性的塵餅阻擋，因此該塵餅進步了過濾效率。塵餅的形成會減少氣流，因此必須通過集塵清灰系統(tǒng)清理。

舊式濾材(棉布、聚酯、傳統(tǒng)的纖維素等)纖維間隙為12～60μm(見圖2a)，當塵粒穿過這些空隙后，其過濾效率會降低，因進進濾材內(nèi)的塵粒阻塞了過濾元件。當阻塞情況繼續(xù)惡化，而在清灰循環(huán)的過程中又未能有效將阻塞的粉塵吹清，結(jié)果過濾元件的風阻便會穩(wěn)定上升，將除塵系統(tǒng)的氣流量降低。若一旦發(fā)現(xiàn)過濾元件的氣流流量降低到不足夠時，便要更換過濾元件。

而Ultra-Web FR解決了這個題目Ultra-Web FR濾材(見圖2b)有一層亞做米級直徑的纖維粘貼在基料上。其極微小的篩孔可阻擋大部分亞微米級顆粒在Ultra-Web FR濾材的表面上，該纖維間的間隙只有底層纖維的1/100。因此，幾乎所有的顆粒都被集在該濾材的表面，因而使?jié)B透底層的顆粒減少至最低限。表面負載(顆粒在Ultra-Web FR表面迅速積累)幫助形成了可滲透性的擋塵餅，因此可保持相當高的過濾效率。在相同的操縱條件下，Ultra-Web FR濾材的初期過濾效率大于一般的濾材10倍。在除塵器的清灰循環(huán)中，表面負載可消除過早的濾芯堵塞，并促進了掃除塵餅。

2.唐納森濾筒式過濾器及設(shè)備結(jié)構(gòu)特點

過濾器選用的濾材是唐納森公司于1983年發(fā)明的以濾簡為過濾元件的濾材，它在一股濾材表面貼一層亞微米級粒徑的特殊纖微材料。其非常微小孔可阻擋大部分亞微米級顆粒在特殊濾材表面上，從而形成可滲透性的擋塵餅，由此可保持相當長的過濾效率。對于0.1～0.5μm粉塵顆粒，排放達99.999％，便于細小顆粒凈化。其過濾器利用煙塵下沉特性，機體沒汁為沉流式結(jié)構(gòu)(見圖3)，其內(nèi)部所有零部件嚴格按氣流運動力學原理進行設(shè)計研究試驗，使其沒備在保證處理風量下，運行阻力為最小。更換除塵濾筒時，只需在潔凈空氣室操縱，無需進進塵室，保障安全。一人維修概念，充分利用人力資源及減少維修本錢。每部除塵器之設(shè)計均可獨立操縱，當其中一部需要維修時，不會影響其他機組操縱。

3.唐納森用在焊接煙塵過濾的產(chǎn)品

(1)EASY-TRUNK移動式煙塵過濾器緊湊的結(jié)構(gòu)，濾筒、風機和自動清灰集于一體，配以萬向固定吸氣手臂，在吸煙塵時，利于焊接工人在任意位置焊接，并方便地移動至任何工作點。3只阻燃性的Ultra-Web濾筒完全保證潔凈空氣的回送，最適用于小批量及間接焊接工作的需要。

(2)DFO1-l/2-2/3-3移動式過濾器  緊湊的結(jié)構(gòu)，簡單而又公道的風機、除塵和卸灰集于一身，方便地移動至任何工作點。與EASY-TRUNK移動式除塵器相比，其風量和靜壓都高，并可根據(jù)工作現(xiàn)場進行選擇，從而特別適用于單工位焊接和打磨工作的需要。

(3)DFO系列沉流式中心集中過濾器DFO沉流式過濾器由模塊組合，它主要用在多點焊接工位抽風除塵和大型的焊接生產(chǎn)線，以及價值珍貴(相比普通焊機而言)的焊接機器人上所產(chǎn)生的煙塵和粉塵收集處理，采用公道的管道分布將不同煙塵點集中于DF式除塵器中予以集中除塵解決。

應(yīng)該夸大的是，唐納森任何一種煙塵過濾器，其心臟部件均帶有阻燃功能的Ultra-Web FR濾筒，是由唐納森公司集數(shù)十年經(jīng)驗開發(fā)而成的。該種濾筒對0．1～0.5μm的微粒過濾效率達到99.999％，完全適用于焊接煙塵小而細的特點，同時表面所涂的特殊材料使火星噴濺到表面升溫燃燒的時間延長很多，故有阻燃之功能，且表面所涂的特殊材料可使煙塵形成塵餅，以吸附部分有毒氣體。

以上特點，是唐納森公司除塵器用于煙塵方面收集處理的上風。

六、結(jié)語

焊接車間的煙塵污染源及種類多，應(yīng)從污染源、傳播途徑、個人防護等三個方面進行綜合治理。煙塵的治理應(yīng)結(jié)合車間工藝布置、設(shè)備情況和焊接操縱工的焊接習慣等情況制定方案，不能脫離實際，影響正常的生產(chǎn)操縱。治理方案的設(shè)計應(yīng)充分考慮各種污染的治理方式，在保證處理效果的條件下，設(shè)汁采用高效凈化設(shè)備，從而達到減少場地占用、節(jié)約投資和節(jié)約能源的目的。為此，在凈化方案設(shè)計選型過程中應(yīng)考慮以下幾方面的因素：

(1)吸塵罩  按不同的工藝要求和煙塵種類及其特性進行設(shè)計，采用唐納森設(shè)計規(guī)范。

(2)管道  按煙特性及其流速進行設(shè)計，采用唐納森專有軟件計算出參數(shù)。

(3)過濾器  按煙塵特性及其流速設(shè)計出吸塵罩大小，定出風量，選擇除塵器的濾材和處理風量(系統(tǒng)的關(guān)鍵)。

(4)風機  根據(jù)吸塵罩和管道除塵器的壓力損失和除塵器的處理風量選擇風機。

總之，除塵系統(tǒng)之問的吸塵罩、管道、除塵器及風機每一個參數(shù)發(fā)生變化，都將影響除塵效果。系統(tǒng)捕捉效果的好壞與粉塵特性和罩口及管路走向有關(guān)系，聽系統(tǒng)運行使用的好壞與濾材和除塵器結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系。