摘要：本文首先介紹了電焊煙塵的產(chǎn)生及污染特性、焊接車間現(xiàn)場焊接煙塵的污染檢測 數(shù)據(jù)，以及焊接煙塵的衛(wèi)生控制標(biāo)準(zhǔn)；然后介紹了焊接煙塵的三級過濾凈化技術(shù)和國內(nèi)同類技術(shù)的研究成果；提出了應(yīng)不斷完善現(xiàn)有焊接煙塵凈化技術(shù)的想法，以此 希望我國的焊接煙塵凈化工作能夠廣泛實(shí)施。

1.概述

焊接工藝在機(jī)械、建筑、鐵路、汽車、造船、航空等生產(chǎn)中占有極其重要的地位，目前世界上焊接 構(gòu)件的重量幾乎占鋼材總產(chǎn)量的一半。電弧焊是目前應(yīng)用最普通的一種焊接方法。在施焊時(shí)，焊條、焊件和藥皮在電弧高溫下，發(fā)生蒸發(fā)、凝結(jié)和氣化，產(chǎn)生大量的 煙塵和氣體，污染車間的作業(yè)環(huán)境，危及人們的身體健康。如手工電焊工人易患神經(jīng)衰弱、頭痛、頭暈、疲倦無力、失眠、關(guān)節(jié)痛等疾病，咽喉痛的發(fā)病率也相當(dāng) 高，少數(shù)電焊工人還患有肝臟腫大和塵肺病。在國際上，各國的勞動(dòng)安全衛(wèi)生部門和環(huán)境保護(hù)部門都把焊接煙塵的污染問題，作為焊接作業(yè)的勞動(dòng)安全和環(huán)境保護(hù)的 重要內(nèi)容考慮，并且制定了嚴(yán)格的規(guī)定。還制造出多種規(guī)格的焊接煙塵凈化設(shè)備，從凈化機(jī)理來看，有過濾式、靜電式和吸附式等，其凈化總效率達(dá)到 99.97∽99.999%.我國對于焊接煙塵的治理,以前大都采用全面換氣的方式,設(shè)置排煙罩進(jìn)行排煙;這種方式能將一部分煙塵排至室外,但排煙效果并 不明顯,在大部分工人操作地帶的煙塵濃度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過允許值,特別是在一些封閉的和半開放的設(shè)備中進(jìn)行作業(yè)時(shí)情況更為嚴(yán)重.另外,由于車間的排風(fēng)量大,在北 方地區(qū),采暖季節(jié)必然會(huì)使大量的熱量排至室外,造成大量熱損失.還有所排出的煙塵沒有進(jìn)行凈化處理,造成車間及廠區(qū)周圍的大氣污染.在進(jìn)入21世紀(jì)的今 天,關(guān)心焊接煙塵的污染,越來越引起人們的重視.

2.焊接煙塵特性

2.1 焊接煙塵產(chǎn)生

焊接煙塵的產(chǎn)生過程，是在高溫電弧情況下，焊條端部及其母材相應(yīng)被熔化,熔液表面劇烈噴射由藥皮及焊芯產(chǎn)生的高溫高壓蒸汽（蒸汽壓達(dá) 0.5-100mmHg）并向四周擴(kuò)散,當(dāng)蒸汽進(jìn)入周圍的空氣中時(shí),被冷卻并氧化,部分凝聚成固體微粒,這種由氣體和固體微粒組成的混合物,就是所謂的焊 件煙塵.藥皮和焊芯的塵化比例相等,約為0.2-3%,母材的塵化率在1%以下.

2.2焊接煙塵顆粒的形狀和粒度分布

焊接煙塵由0.1μm左右的球狀顆粒集聚而成,而且這些球狀顆粒物在空氣中浮游,常會(huì)集聚成 互相連鎖的樹枝壯微粒,一般非低氫型焊條較多, 氫型焊條好些,CO2氣體保護(hù)焊有比非氫型焊條更加明顯的鎖鏈狀.鈦鐵礦型焊條的煙塵粒度很細(xì)，一般小于1微米的塵粒占50%以上（重量百分比）。表1、 表2列出的是鈦鐵礦型焊條和低氫型焊條產(chǎn)生的粉塵粒度分布情況。

鈦鐵礦型焊條的焊接煙塵粒度分布 表1

2.3 焊接煙塵的物理化學(xué)成分

焊接煙塵是一種十分復(fù)雜的物質(zhì),已在煙塵中發(fā)現(xiàn)的元素多達(dá)20種以上,曾對幾種焊條煙塵進(jìn)行 化學(xué)分析,其結(jié)果見表3所示. 焊接煙塵不僅化學(xué)元素種類繁多,就含量而言，氧化鐵一般占煙塵總量的35~56%，其次是氧化硅，其含量占10~20%，氧化錳占5~20%左右;對幾種 焊條煙塵的化學(xué)成分進(jìn)行分析的結(jié)果見表4所示。

3.焊接作業(yè)環(huán)境衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)及環(huán)境現(xiàn)狀

3.1焊接煙塵容許濃度

世界各國對控制焊接煙塵都十分重視,規(guī)定了焊接工作區(qū)煙塵的容許濃度及其檢測方法,如日本的《JISZ3930》,就是日本焊接協(xié)會(huì)焊條分會(huì)制訂的《電弧 焊焊條的總粉塵測試方法》.很多國家采用的煙塵允許濃度標(biāo)準(zhǔn)是TLV或MAK公布的數(shù)值,(TLV是美國ACGIH發(fā)布的,MAK是德國發(fā)布的).早在 1974年國際焊接學(xué)會(huì)第八分會(huì)就按焊條的種類提出了焊接煙塵的允許濃度,表5所示為幾個(gè)組織公布的焊件煙塵允許濃度.

我國的[車間空氣中電焊煙塵衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)](GB16194-1996) 中規(guī)定：車間空氣中電焊煙塵最高容許濃度為6 mg/m3;另外在[工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)](TJ36-79) 中規(guī)定:氧化錳為0.2 mg/m3.一般粉塵為10 mg/m3.氟化物為1 mg/m3.

3.2焊接作業(yè)環(huán)境現(xiàn)狀

我國以前不少企業(yè)的焊接工藝，機(jī)械化程度不高，仍是手工電弧焊和半自動(dòng)焊，工位移動(dòng)工件不 動(dòng)，使得煙塵產(chǎn)生點(diǎn)不斷變化，給車間設(shè)置排煙凈化裝置造成一定困難，加上過去重視程度不夠，所以許多焊接工藝操作沒有排煙凈化裝置，產(chǎn)生的煙塵全部散在室 內(nèi)，造成車間煙霧彌漫，可見度低，有些工廠的吊車工人都無法操作。從某些工廠測定的資料來看，其電焊作業(yè)環(huán)境中有害物質(zhì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了國家的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，少者幾 倍，多者幾十倍、幾百倍。表6所示為幾組車間現(xiàn)場焊件煙塵測定的最高濃度。

從此可知,我國焊接作業(yè)區(qū)的有害氣體污染是比較嚴(yán)重的,焊接工人的健康受到很大的威脅,必須引起高度的重視,采取有力措施,使焊件煙塵得以凈化,同時(shí)滿足勞動(dòng)保護(hù)和環(huán)境保護(hù)的要求.

但是，近年來，隨著焊接工藝和設(shè)備的改善，尤其是一些自動(dòng)化程度很高的焊接機(jī)器人的采用，與此相配套的焊接煙塵的凈化設(shè)備也得到了長足的發(fā)展。

4.焊接煙塵的凈化技術(shù)研究與開發(fā)

4.1焊接煙塵的收集

為了達(dá)到改善焊接作業(yè)環(huán)境和防止大氣污染,就要把施焊過程中產(chǎn)生的煙塵收集起來,不讓其擴(kuò)散到車間室內(nèi).目前收集焊接煙塵的方式有以下兩種:

(1)局部抽風(fēng):在固定焊接作業(yè)點(diǎn)的側(cè)面或頂部設(shè)排煙罩,利用風(fēng)機(jī)的力量,就地把煙塵抽走,達(dá)到改善室內(nèi)環(huán)境的目的,這種辦法風(fēng)量省,效果好,節(jié)約能量.

(2)全面換氣:大多數(shù)的情況是工位移動(dòng),工件不動(dòng),煙塵產(chǎn)生點(diǎn)不斷變化,無法用局部排煙罩收集煙氣,這時(shí)為了使車間室內(nèi)保持一定的清潔度,就需采用全面換氣的 辦法,車間換氣次數(shù)按有關(guān)規(guī)定進(jìn)行.一般在車間一定的高度上,被認(rèn)為是煙氣最密聚的區(qū)域內(nèi),設(shè)置全面換氣罩;也有的采用一邊吹一邊吸的方式,使車間上部一 定高度上形成一道氣幕,把上升的煙氣鎖住,并推趕至排煙罩,達(dá)到排除煙氣的目的.全面換氣與局部排風(fēng)法相比,風(fēng)量大,排煙效果差,能耗大,特別是在冬季采 暖的地區(qū),為了補(bǔ)充排風(fēng)熱損失,需要消耗大量的能量,因此全面換氣應(yīng)該按具體情況進(jìn)行分析后合理采用.

4.2焊接煙塵凈化技術(shù)的開發(fā)

4.2.1焊接煙塵凈化技術(shù)原理

 焊接煙塵的粒度很細(xì),煙塵的粒徑為0.01-5μm;因此,用一般除塵方法來處理焊接煙塵效果很差.

4.2.2 焊接煙塵凈化設(shè)備情況介紹

近年來，由于國家對環(huán)境保護(hù)和勞動(dòng)保護(hù)的重視，通過消化引進(jìn)國外技術(shù)，促進(jìn)了我國焊接煙塵治理技術(shù)的開發(fā)和發(fā)展，并取得了較好的成效。現(xiàn)就有關(guān)情況介紹如下：

（1）某單位研制了三級過濾式焊接煙塵凈化機(jī)組，濾材采用美國戈?duì)柟镜慕^對過濾材料，對焊件煙塵的凈化效果可以達(dá)到98%以上。

（2）某研究所曾對北汽引進(jìn)的美國Berhala公司生產(chǎn)的真空式焊件煙塵凈化機(jī)組進(jìn)行了測繪，該機(jī)組抽氣、過濾、手把三部分組成，真空泵進(jìn)口840mmH2O。

（3）機(jī)械部設(shè)計(jì)總院同北京工程機(jī)械廠，引進(jìn)瑞典、丹麥技術(shù)，研制出TWFF—210，SWFF—1000型兩種焊件煙塵凈化機(jī)組。

TWFF—210機(jī)組技術(shù)性能:風(fēng)量為210m3/h，風(fēng)壓為500 mmH2O;風(fēng)機(jī)最大真空度:大于1650 mmH2O。軟管：φ50mm的4m，φ25mm的2m。粉塵凈化效率： 96.7%.一級過濾器:銅絲網(wǎng).二級過濾器:中效濾料,面積為0.8m2, H=9.7mmH2O.三級過濾器:高中效濾料,面積為0.8 m2, H=9.7mmH2O. 四級氣體凈化器：活性吸附劑。噪聲：小于67dB（A聲級）。電機(jī)：12000rpm，0.9kw,220v.外形尺寸:440x440x870mm.重 量:46kg(包括過濾器).

SWFF-1000型機(jī)組技術(shù)性能:風(fēng)量為1000m3/h.風(fēng)壓:143 mmH2O.自衡管: d=150mm,最大回轉(zhuǎn)半徑3000mm.凈化效率: 98.7%.一級過濾器:銅絲網(wǎng).二級過濾器:中效濾料,面積為2.5 m2, H=2.0mmH2O.三級過濾器:高中效濾料,面積為2.5 m2, H=9.3mmH2O.噪聲：小于65dB（A聲級）。電機(jī)：2300rpm，1.1kw,380v.外形尺寸:630x630x1500mm.重 量:170kg(包括過濾器).

(4)船舶工業(yè)總公司第九設(shè)計(jì)院研制了一種狹小艙室用焊接煙塵凈化器,由36v離心風(fēng)機(jī),208滌綸絨布濾袋,D40mm煙氣軟管和帶永久磁鐵的排氣罩等組成, 其主要技術(shù)規(guī)格如下:風(fēng)量為340 m3/h.風(fēng)壓為120 mmH2O.凈化效率:90~97%.濾袋過濾面積為0.8m2.電機(jī)功率為170w.電機(jī)轉(zhuǎn)速為7000rpm.噪聲小于83dB（A聲級）.外形尺 寸:240x230x240mm.重量:4.7kg(包括過濾器).

 (5)機(jī)械部四院等研制了一種LH—600型焊接煙塵凈化機(jī)組其主要技術(shù)性能如下：風(fēng)量:300~900 m3/h.風(fēng)壓:100~60 mmH2O.凈化效率:99.9%.電機(jī)功率: 0.8kw.噪聲小于80dB（A聲級）.外形尺寸: LH1—600型為550x450x880mm;LH2—600型為550x450x1180mm. 重量:LH1—600型 85kg,LH2—600型81kg.

 (6) 機(jī)械部四院還消化德國某公司的技術(shù),研制了一種ELF型靜電凈化機(jī)組,可以除油霧、煙霧，對粒徑為0.01~100μm的微粒的凈化效率可達(dá)96%.其主 要技術(shù)性能如下:處理風(fēng)量: 400~1200 m3/h.機(jī)組耗電量:0.55kw,其中電除塵120w.除塵器阻力:8~12 mmH2O.電離電壓: 13kv.集塵電壓: 6.5kv.外型尺寸: 750x500x510mm.重量: 78kg.

(7)國外焊件煙塵凈化設(shè)備情況簡介:

①用于狹窄的焊接場地，象船舶、化工機(jī)械、建筑機(jī)械等，能有效地排除填角焊縫產(chǎn)生的粉塵，自 動(dòng)走行吸塵裝置。分面壁四周走行型和壁面懸架走行型兩種。國外有的裝置把罩子和走行裝置連接再一起，并固定在走行臺(tái)上，在走行臺(tái)上裝有光點(diǎn)管，光電管接收 到焊弧的光時(shí)，產(chǎn)生電流和微小電壓，再有增壓器升壓，該電壓輸給走行臺(tái)車電機(jī)和吸風(fēng)扇電機(jī)，一邊抽吸粉塵一邊自動(dòng)移動(dòng)臺(tái)車。

②另外一種小型焊接煙塵凈化裝置的結(jié)構(gòu)是：可伸縮、旋轉(zhuǎn)

起倒的罩子、捕集粉塵的袋子，連接罩子和集塵袋的軟管，過濾粉塵、飛濺火花的過濾器等。罩子的吸口是月牙形，可充分地吸入粉塵，由可很好地觀察焊縫。罩子輕而小，在吸氣口的中央，裝有隔板，氣流得到均勻分布。

③半自動(dòng)焊接用吸塵器，它是和半自動(dòng)電弧接接機(jī)組組合使用的小型吸塵器。在焊搶上裝有一個(gè)吸 塵咀，靠焊搶前端吸引粉塵，由高性能的過濾器過濾。吸塵效率達(dá)85%，除塵效率達(dá)95%以上；過濾器是盒式的，容易維修，吸塵咀小而輕，操作時(shí)不感疲勞。 吸塵的動(dòng)力是自冷式電機(jī)，可連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，最大真空度1700mmH2O，功率1kw。

④適合用于半自動(dòng)、自動(dòng)焊機(jī)的吸塵器，在焊槍的前端有吸入咀，整體小型輕量，便于移動(dòng)，有一次、二次過濾分離結(jié)構(gòu)，能捕集0.1~10μm的粉塵,功率3.7kw.

⑤捕集焊接油塵專用集塵裝置,如果焊接母材上沾有沖壓油,防銹油等,焊接時(shí)產(chǎn)生粉塵以外,還 產(chǎn)生油霧,其發(fā)生量根據(jù)焊條的粗細(xì)和母材上沾有油量的多少而不同,平均是100mg/m3.用一般的除塵器會(huì)產(chǎn)生網(wǎng)眼堵塞、吸塵風(fēng)量降低，難于清洗，并易 造成火災(zāi)。該裝置是把油塵和粉塵分開捕集，第一級用長纖維過濾捕油器，第二級用袋式除塵器捕集粉塵，真空度350 mmH2O，風(fēng)量12m3/min，功率2.2kw。

（8） 關(guān)于焊接煙塵中有害氣體的凈化

 目前對焊接煙塵中有害氣體的凈化主要采用物理和化學(xué)吸附的方法,所用吸附材料有：活性炭、活性炭纖維、以及其他固體吸附劑，

也有用液體吸收劑的，但是，吸附材料和過濾材料在焊接煙塵凈化機(jī)組中的組合方式，需按具體情況進(jìn)行工程設(shè)計(jì)和凈化設(shè)備設(shè)計(jì)，使其處于最佳的結(jié)合狀態(tài)。

5.結(jié)語

近年來，國內(nèi)都外重視改善焊接作業(yè)環(huán)境，尤其重視焊接煙塵的問題，焊接煙塵成分復(fù)雜，除了以 上所述之外，有些還需進(jìn)一步研究。今后需進(jìn)一步就焊接煙塵凈化設(shè)備的具體參數(shù)，進(jìn)行試驗(yàn)，同時(shí)結(jié)合目前焊接技術(shù)的發(fā)展,新工藝、新材料、如傳感器、機(jī)械 手、氣動(dòng)、控制元件的采用，使所開發(fā)的焊接煙塵凈化裝置能夠較好的用在生產(chǎn)實(shí)際當(dāng)中。由于焊接技術(shù)本身的發(fā)展,如惰性氣體保護(hù)焊的普遍推廣,含有各種合金 元素的高強(qiáng)度焊件材料和被焊材料的使用,在焊接過程中產(chǎn)生的煙塵成分更加復(fù)雜,有害元素、有害氣體的產(chǎn)生機(jī)會(huì)更多，這對焊件煙塵的凈化技術(shù)提出了更高的要求。

參考文獻(xiàn)：略

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”