焊接車間煙塵處理技術(shù)探討

馬闖，康凱，滕紀(jì)云，胡章枝

（中機(jī)第一設(shè)計研究院有限公司，合肥230601）

1 焊接煙塵的危害

焊接煙塵的治理是一項國際性技術(shù)難題，其困難主要表現(xiàn)在：焊接煙塵粒徑小，濾除困難；焊接工位多變性，捕捉困難；焊接煙塵熱氣流滯留特性，普通通風(fēng)技術(shù)除塵困難。但其對身體的危害也是嚴(yán)重的，焊接煙塵中主要的有害化合物有氧化鐵、氧化鋁、氧化錳、氧化鈦及氧化鉻等，低氫焊條還含有氟化物。另外的5%以氣體方式散發(fā)在空氣中，這些氣體中含有臭氧、氮氧化物、一氧化碳、光氣、氟化氫等有害成分?？晌胛⒘４笮⊥ǔＵJ(rèn)為小于10μm。大量的微粒會附著在呼吸道上。一些研究人員認(rèn)為，微粒大小在0.1～1.0μm 會被吸入肺中，但大多數(shù)會被呼出。小于0.1μm 的微?？梢詽B入肺里，嚴(yán)重影響焊工的身心健康[1]。

2 現(xiàn)行主要除塵方式簡介

焊接煙塵處理基本上都分為焊接煙塵的捕捉和凈化處理2 個步驟，煙塵的處理可以大致分為源頭捕捉過濾、整體煙氣治理、整體換氣等方式。

源頭捕捉過濾包括移動式單機(jī)、多工位集中式除塵主機(jī)、吸氣臂式集中除塵系統(tǒng)等，通過集氣罩將焊接煙塵收集到室內(nèi)或者室外的主機(jī)并過濾達(dá)標(biāo)后進(jìn)行排放。整體煙氣治理是在車間內(nèi)部設(shè)置空氣凈化裝置，并將車間空氣過濾凈化后直接排放至車間內(nèi)部。整體換氣是通過送排風(fēng)系統(tǒng)將車間煙塵收集凈化后排放，同時為車間補充新鮮空氣。

2.1 移動式單機(jī)

移動式單機(jī)為一個除塵主機(jī)配2～3 個吸塵罩，吸塵罩直徑大約在150～300mm。使用時將吸塵罩放置在焊接點上方300mm 空間以內(nèi)，焊接煙塵經(jīng)吸塵罩收集后通過主機(jī)進(jìn)行過濾并排放（見圖1）。移動式單機(jī)已應(yīng)用多年，目前技術(shù)成熟、使用靈活且得到了廣泛的應(yīng)用，成本也相對較低。但由于主機(jī)尺寸小，風(fēng)機(jī)風(fēng)量和過濾系統(tǒng)受到限制，所以，除塵效果和維護(hù)周期相對較差，再加上過濾后的空氣需要在車間內(nèi)排放，存在二次污染的可能。另外，由于吸塵管道長度受限，所以工作范圍有限，且工人使用時需要根據(jù)焊道位置及尺寸實時地移動除塵罩，所以需要占用工人的操作時間。

圖1 移動式單機(jī)

2.2 多工位集中式除塵主機(jī)

多工位集中式除塵主機(jī)工作原理與移動式單機(jī)類似，只是增加了吸氣罩?jǐn)?shù)量，加大了除塵主機(jī)（見圖2）。由于除塵主機(jī)加大，其風(fēng)機(jī)風(fēng)量和除塵效果都有所改善，還可以將過濾后的空氣通過管道排放到室外，對室內(nèi)空氣環(huán)境改善顯著。但由于未設(shè)置新風(fēng)補充系統(tǒng)，所以，僅適合焊接工位較少的車間使用。

圖2 焊接機(jī)器人頂吸罩

2.3 吸氣臂式集中除塵系統(tǒng)

吸氣臂式集中除塵系統(tǒng)是在車間內(nèi)沿墻或柱子布置風(fēng)管干管，并在焊接工位設(shè)置支管及吸氣臂（見圖3）。吸氣臂端頭的除塵罩直接對準(zhǔn)焊接點位，通過管道的負(fù)壓將焊接煙塵吸入除塵管道，并最終收集到與之相連的除塵主機(jī)。除塵主機(jī)一般布置在室外，內(nèi)部包含風(fēng)機(jī)、空氣過濾系統(tǒng)以及粉塵收集系統(tǒng)，焊接煙塵經(jīng)除塵主機(jī)過濾處理達(dá)標(biāo)后進(jìn)行高空排放。集中除塵系統(tǒng)對焊接煙塵在源頭處進(jìn)行收集，再加上大型風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的高負(fù)壓，使得煙塵收集效率大幅提高。另外，大型風(fēng)機(jī)的配備也有利于提高焊接煙塵的過濾效果。

圖3 萬向吸塵臂煙塵捕捉

但是，由于需要在車間內(nèi)部布置大量風(fēng)管，增加了工程投資，車間內(nèi)部的視覺效果也會稍差。而且，吸氣臂的除塵罩在使用上與移動式單機(jī)的除塵罩類似，也需要操作工人根據(jù)焊道位置及尺寸實時地移動除塵罩。

另外，部分自動焊接工位的除塵是無法使用吸氣臂進(jìn)行收集的，此時需要使用大范圍的頂吸罩進(jìn)行焊接煙塵的收集。頂吸罩的使用要求增加管道內(nèi)的煙氣流量（即加大管道直徑），這就要求相應(yīng)地增加風(fēng)機(jī)功率，對于投資和運行成本都有一定量的增加。

3 車間整體煙氣治理

車間整體煙氣治理類似于現(xiàn)在家庭使用的空氣凈化器。車間內(nèi)部布置多臺大型空氣凈化裝置，空氣凈化裝置能持續(xù)地對車間內(nèi)部空氣進(jìn)行凈化處理，以達(dá)到持續(xù)改善車間空氣質(zhì)量的效果（見圖4）。由于此種治理方式不是從源頭對焊接煙塵進(jìn)行收集，而是待其擴(kuò)散到空氣中以后再對空氣進(jìn)行過濾，所以，還是會有部分焊接煙塵被工人吸入體內(nèi)或者附著在身體上，而且不停地對空氣進(jìn)行凈化處理也增加了運行成本。

4 車間整體換氣

圖4 整體煙氣治理示意

車間整體換氣的原理是通過在車間內(nèi)部布置送風(fēng)管道和排風(fēng)管道以對車間空氣進(jìn)行整體置換(見圖5、圖6)。排風(fēng)管道會將車間空氣進(jìn)行收集，并通過主機(jī)進(jìn)行過濾處理，達(dá)標(biāo)后進(jìn)行高空排放。同時為了維持車間內(nèi)部空氣壓力的平衡，需要有送風(fēng)機(jī)對車間內(nèi)部進(jìn)行新風(fēng)補充。車間整體換氣的布置方式又分為下吹上吸的方式和側(cè)吹側(cè)吸的方式。

圖5 整體煙氣治理示意

圖6 整體煙氣治理示意

整體換氣的治理方式能夠持續(xù)地將車間內(nèi)部含有煙塵的空氣進(jìn)行收集、過濾、排放，并補充新風(fēng)，對車間空氣環(huán)境的改善效果顯著。但車間整體換氣對換氣量要求比較高，這就需要較大的設(shè)備投資和運行費用。另外，對于北方的采暖季節(jié)，也會增加車間的采暖負(fù)荷。

5 結(jié)論及建議

通過對各種焊接煙塵處理方式的介紹可以發(fā)現(xiàn)，各種處理方式的優(yōu)缺點都比較明顯，本文認(rèn)為將吸氣臂式集中除塵系統(tǒng)和車間整體換氣結(jié)合到一起使用會得到很好的效果。而且前期設(shè)備投資和運行成本也能得到較好的控制。具體的結(jié)合方式以及布置方案應(yīng)結(jié)合車間工藝及企業(yè)自身情況綜合考慮。