鉛電除霧設備制造、安裝過程中鉛金屬的焊接工藝設計

柳生

摘 要：鉛電除霧器是用高壓直流電，電場驅(qū)動爐氣內(nèi)微細粒子，使其加速沉降與沉淀極（陽極）表面以除去爐氣中酸霧的設備。因為鉛金屬對硫酸有極好的耐腐蝕性，其中電暈電極框架是型鋼外包3mm鉛板制成。由于設備本體結構的原因，在其設備制造、安裝過程中需要大量現(xiàn)場施工，外包防腐鉛板都需要現(xiàn)場鉚裝焊接。鉛金屬的焊接由于歷史及市場原因，相對非常缺乏合格的焊接技術人員，相關可以參考的資料匱乏。所以結合鉛電除霧器制造施工過程中總結的具體施工的成功經(jīng)驗，就鉛電除霧設備制造安裝過程中的鉛金屬焊接工藝及安全規(guī)程進行具體可操作性的論述。

關鍵詞：鉛電除霧器；鉛金屬焊接；工藝設計

中圖分類號：TG156 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）28-0106-04

Abstract： Lead electric demister is a device that uses high voltage direct current electric field to drive fine particles in furnace gas to accelerate sedimentation and precipitate anode surface to remove acid fog from furnace gas. Because the lead metal has excellent corrosion resistance to sulfuric acid， the corona electrode frame is made of shaped steel encased in 3 mm lead plates. Due to the structure of the equipment itself， a large number of on-site construction is needed in the process of manufacturing and installation of the equipment， and field riveting and welding are required for the outsourcing of anticorrosive lead plate. Because of the history and market of lead metal welding， there is a relative shortage of qualified welding technicians， and the relevant reference materials are scarce. Therefore， based on the successful construction experience， this paper summarizes in the process of manufacture and installation of lead electric demister， the paper discusses the lead metal welding process and safety regulations in the process of manufacturing and installation of lead electric defogging equipment.

Keywords： lead electric demister； lead metal welding； process design

前言

鉛電除霧器，采用了一體化方案，高效率，節(jié)能環(huán)保的方式進行制作。主要可以對廢氣進行治理和處理。

鉛電除霧器是用高壓直流電，電場驅(qū)動爐氣內(nèi)微細粒子，使其加速沉降與沉淀極（陽極）表面以除去爐氣中酸霧的設備。將50-55千伏直流高壓電引入器內(nèi)，使懸掛在器內(nèi)的電暈極不斷發(fā)射出電子，把電極間部分氣體電離成正負離子、塵霧等顆粒碰到離子而荷電，按照同性相斥異性相吸的原理，荷電后的塵、霧等顆粒各向電極性相反的電極移動，正離子向電暈極移動，而電子和負離子相碰而荷電，在電場的作用下，帶電的酸霧顆粒移向沉淀極內(nèi)壁上，靠自重順壁而下，落入電除霧器的下氣室內(nèi)，使爐氣得到凈化。

鉛金屬對硫酸有極好的耐腐蝕性，其中電暈電極框架是型鋼外包3mm鉛板制成。在制造、安裝過程中需要大量現(xiàn)場施工，外包防腐鉛板都需要現(xiàn)場鉚裝焊接。由于歷史及市場原因，相對非常缺乏合格的焊接技術人員和可參考的資料。希望通過鉛電除霧器制造施工過程中的實踐總結與經(jīng)驗分享，使鉛金屬的焊接工藝技術得以推廣和參考。

1 鉛電除霧器特性指標及結構簡介

1.1 技術特性及指標

工作介質(zhì)： 5%-10%濕二氧化硫

工作溫度： ≤40℃

工作壓力： ≤-8KPa

工作氣量： 3000-53000NM3/h

氣體流速： 0.5-1.2M/S

沖洗水壓： 392Kpa

沉淀管有效面積： 1.8-15M2

絕緣箱保護方式： 熱風清掃

絕緣箱控制溫度： 130±10℃

除霧效率： ≥98%

1.2 設備主要結構

（1）鉛電除霧器外殼采用PVC材料。

（2）電暈電極框架。鉛金屬對硫酸有極好的耐腐蝕性，電暈電極框架是型鋼外包3mm鉛板制成，是接沉淀管的排列固定分布電暈線，并支撐電暈線和重錘，在電極框架上設置四個吊點，整個電暈電極重量由頂部四個錐形石英管承擔。

（3）沉淀極管，電暈電極為新型高效電暈線，為保證電暈線在沉淀管中心且不受氣體流動的干擾引起位移，下部設置了重5kg的重錘，上部固定在陰極吊桿上。

（4）鉛電除霧器在設備的頂蓋上設置了四臺絕緣箱，

箱內(nèi)裝有錐形石英管外保溫用100mm厚保溫材料，外做防水層。

（5）氣體分布板為硬PVC（PP）板，在板上采取改變鉆孔孔徑，使氣體通過異徑孔后分布均勻。

（6）噴淋沖洗裝置，水流量采用電磁流量計測量，微機控制實現(xiàn)定時定量，噴頭采用旋流式聚丙烯噴頭。

（7）熱風清掃加熱器采用電熱式，分2組控制，共為12kW。主要根據(jù)環(huán)境衛(wèi)生的變化，選擇不同加熱功率以滿足設備的絕緣要求。另外，根據(jù)溫度情況，可自動實現(xiàn)氣體恒溫控制。

文章主要論述電暈電極框架之型鋼外包鉛板的全位置焊接工藝設計。

2 鉛金屬焊接基礎理論

2.1 鉛及鉛合金的焊接特點

（1）鉛對氧的親和力很強。焊接過程中易形成氧化鉛薄膜，氧化鉛的熔點比鉛高得多，為800℃，而密度比鉛小，它可以防鉛熔滴與熔池金屬相結合，產(chǎn)生夾渣、未焊透和咬邊等缺陷。

（2）鉛焊接時，熔點低（為327℃）、熱導率低，焊接熱源不宜太大。否則易使金屬過熱而造成下塌或燒穿。鉛的塑性變形能力強，焊后應力松弛明顯，一般焊用木錘敲打焊縫就能消除焊接應力。

（3）鉛的再結晶溫度為15～20℃，在低于室溫條件下可完成再結晶過程，焊接影響區(qū)不會發(fā)生硬化傾向，鉛的塑性好，焊接后不易產(chǎn)生裂紋。

（4）鉛融化后其流動性好，使橫焊、立焊和仰焊操作不便。在焊接薄板時，一般采用搭接和卷邊對接焊。

（5）鉛為有毒的重金屬，其沸點低，只有1619℃。焊接時鉛蒸氣與空氣中的氧化合，生成有毒的氧化物。因此，要加強焊接區(qū)的通風及防護措施，防止鉛中毒。

2.2 鉛及鉛合金的主要焊接方法

鉛金屬在設備制造和施工生產(chǎn)中的焊接方法主要采用氣焊和氬弧焊。

（1）氣焊，氣焊對火焰要求溫度不能過高或過低；火焰的體積小、燃芯直、熱量集中；火焰壓力低、沖擊力小，可適應融化的鉛液流動性強的特點，保持熔池的穩(wěn)定。全位置焊接厚度不超過7mm的鉛板時，采用氫氧焰較容易掌握。因其火焰溫度低（2500℃），氣流緩和、焊接熔池平穩(wěn)。焊接厚度超過7mm的鉛板或者薄板平焊位時，可選用氧-丙烷或氧-乙炔火焰焊接。

（2）氬弧焊，氬弧焊采用直流脈沖氬弧焊。氬氣的純度沒有特殊要求，焊接時采用較小的焊接參數(shù)，可以點焊也可以連弧焊接。

3 電極框架外包鉛板的施工工藝要求

鉛電除霧器的電暈電極框架是型鋼外包3mm鉛板制成，全采用搭接的接頭工藝。

（1）框架根據(jù)設計要求采用相應規(guī)格槽鋼鉚焊成井字架結構，為了實施包鉛工藝，全部的凹槽及端頭采用鋼板封閉，點焊牢固即可。

（2）根據(jù)成品鉛板的規(guī)格及框架結構，號料剪裁鉛板。為減少固定位置的接頭，可適當拼接加長或加寬鉛板的尺寸。

（3）合理設計固定的丁字接頭和十字接頭，保證全部鉛板搭接部分超過20mm以上，搭接的縫隙要用木錘輕輕敲擊并嚴密貼合。

（4）接頭在搭接組對之前，悍件焊接邊緣兩側的油脂、砂泥和污垢等必須除凈。焊接搭接接頭兩側表面的氧化鉛膜應用刮刀刮削干凈，露出鉛的金屬光澤。刮凈寬度視悍件的厚度而定。

厚度為5mm以下，寬度為20～25mm。

厚度為5～8mm，寬度為30～35mm。

厚度為9～12mm，寬度為35～40mm。

如圖1。

（4）當有長焊縫時，組對點固之后，根據(jù)焊接的進度，采用邊刮、邊焊的方法，以防二次氧化。

4 鉛金屬焊接工藝設計

4.1 鉛金屬氣焊焊接工藝設計

為了提高工作效率，本裝置中的水平焊接工位均采用氣焊焊接。

（1）焊接可燃氣體要求。氫氧焰的焊接成本較高，且氫氣裝置需要穩(wěn)壓系統(tǒng)并不容易采購，市場中溶解乙炔由于缺少丙酮的補充，使用乙炔氣也非常不經(jīng)濟。因此，采用氧-丙烷火焰焊接本裝置。

（2）焊接工具要求。采用H01-6型射吸式手工焊炬，配裝1#丙烷焊嘴。如圖2。

（3）焊接工藝設計

a.氧氣設定表壓0.2Mpa，丙烷設定表壓0.02Mpa，丙烷表要配裝回火裝置，采用中性焰焊接。

b.焊接采用由右向左前進式，焊嘴與焊件傾角45～60°之間。

c.填充焊絲從母材上剪切，添加焊絲時，焊絲端部要輕輕觸及熔池。要保證兩側母材融化形成熔池后填絲以杜絕未熔合缺陷。

d.焊縫寬度保證在12mm左右，加強高1.5mm左右。勻速焊接，保證焊縫的美觀及熔焊質(zhì)量。如圖3。

4.2 鉛金屬鎢極氬弧焊焊接工藝設計

由于采用的氧-丙烷氣焊極難掌握鉛金屬的橫焊、立焊和仰焊，同時鎢極氬弧焊由于氬氣的保護可以避免焊接過程中鉛金屬的二次氧化。通過實踐，證明現(xiàn)有所有焊接資料中闡述“對于低熔點和易蒸發(fā)金屬，如鉛、錫、鋅的焊接較困難?！钡恼撌霾皇墙^對的，關鍵是焊接工藝的設定與操作方法的設計。

（1）焊機的選擇，采用220V電源，直流脈沖鎢極氬弧焊機。本機選用的是國產(chǎn)知名品牌WS200-M II型。如圖4。

（2）焊機參數(shù)選擇，根據(jù)焊接位置不同，電流采用10～20A之間的焊接電流，脈沖選用高頻，氣體延時選用5s，壓力流量設定表流速5L/min。鎢極采用直徑1.6mm，焊絲母材上剪切3x3mm，去除氧化膜。

（3）不同焊接工位焊接工藝設計

a.平焊，采用20A電流，焊縫寬度10mm，加強高1.5mm，采用由右向左前進式連續(xù)焊，焊嘴與焊件傾角45～60°之間；如圖5。

b.立焊，采用10A電流，焊縫寬度8mm，加強高1.5mm，采用由下向上前進式連續(xù)焊（也可以采用斷弧點焊），焊嘴與焊件傾角60～75°之間。

立焊采用搭接立焊，要注意防止鉛熔池金屬流淌，焊縫上出現(xiàn)空穴，盡量減小熔池的尺寸。焊絲直徑不宜過大，當鉛板邊緣略有熔化時立即點觸式添加焊絲，即焊絲端部要準確并輕輕觸及熔池即可離開，并在焊絲金屬熔滴與熔池金屬相互熔合時，焊接電弧立即做橫向擺動，便能獲得一定的焊縫寬度。如圖6。

c.橫焊，采用15A電流，焊縫寬度6mm，加強高1.5mm，采用由右向左前進式連續(xù)焊，焊嘴與焊件傾角45～60°之間；采用搭接橫焊，當焊件板厚≤3mm時，可以不加焊絲，由鉛板邊緣直接熔化形成接頭；若板厚4mm以上時，第一層焊接方法同前，第二層應添加焊絲。如圖7。

d.仰焊，采用12A電流，焊縫寬度6mm，加強高1.0mm，采用由右向左前進式連續(xù)焊，焊嘴與焊件傾角45～60°之間；仰焊特別困難，當焊件板厚≤3mm時，可以不加焊絲，由鉛板邊緣直接熔化形成接頭；若板厚4mm以上時，第一層焊接方法同前，第二層應添加焊絲，同時控制焊縫寬度，采用多道焊。如圖8。

（4）焊接缺陷及修補

常見的焊接缺陷有未熔合、咬邊、夾渣、氣孔、燒穿及焊瘤等。未熔合、咬邊、夾渣、氣孔可以用刮刀修整后重新熔焊即可，根據(jù)情況添加焊絲，焊瘤可直接用金屬錘輕輕敲擊砸平即可。

4.3 焊接時勞動保護措施

鉛金屬在焊接過程中由于鉛蒸氣及氧化鉛粉擴散到空氣中，若吸入過量的有毒鉛化物，將引起鉛中毒，常見癥狀為：情緒易激動、口腔內(nèi)有甜味，當體內(nèi)粉塵達到一定量后，臉色灰白、頭暈、關節(jié)酸痛、失眠和腹痛等癥狀，嚴重時將導致神經(jīng)錯亂。因此必須做好防護，加強勞動保護。

（1）在焊接現(xiàn)場設置良好的通風措施。無完整通風設備時，可在操作區(qū)采用小型自凈式電焊煙塵吸收器除塵、濾毒。

（2）焊工操作時要帶靜電防塵口罩，防護口罩，建議采用3M-8233-N100（防有毒金屬鉛、鎘、砷等）。穿好工作服，戴好手套，避免鉛與皮膚直接接觸，飯前必須嚴格洗手洗臉等。

（3）對焊工進行定期的體檢。上崗之前必須進行專項安全作業(yè)培訓。嚴格遵照《鉛作業(yè)安全衛(wèi)生規(guī)程》GB13749-2008之要求。

5 結束語

（1）針對鉛金屬焊接資料的匱乏，通過實踐進行論證補充，事實證明鉛金屬不但可以采用氣焊工藝焊接，鎢極氬弧焊的采用，使鉛金屬焊接更方便，更能實現(xiàn)全位置的焊接可能。

（2）由于鉛金屬為有毒的重金屬，鉛的沸點低，只有1619℃。焊接時鉛蒸氣與空氣中的氧化合，生成有毒的氧化物。希望該文能提醒企業(yè)負責人及焊接操作員，嚴格遵照規(guī)范施工。

參考文獻：

[1]中國機械工程學會焊接分會.焊接手冊.第2版.第2卷.材料的焊接[M].北京：機械工業(yè)出版社，2001，8.

[2]GB13749-2008.鉛作業(yè)安全衛(wèi)生規(guī)程[S].2009-12-01.