焊裝車間的煙塵凈化

焊接生產過程中會產生許多的環境污染物，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...

焊接生產過程中會產生許多的環境污染物，如各種有毒氣體、焊接煙塵、弧光輻射和電磁輻射等。這些污染物不僅會直接污染焊接生產場所的環境，也嚴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的煙塵凈化方案。

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

焊接煙塵嚴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生標準》中明確規定：車間空氣中焊接煙塵最高容許濃度為6mg/m3。為此，汽車生產企業不僅需加強對焊工勞動保護的教育和安全培訓，而且還要采取積極有效的煙塵凈化措施。本文重點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。常用的設備有重力沉降室、慣性除塵器和旋風除塵器等。

（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。常用的設備有顆粒層過濾器和袋式收塵器。

傳統的袋式收塵器的過濾材料有天然纖維、無機纖維與合成纖維。袋式收塵器的變革技術是美國開發出的聚四氟乙烯覆膜（PTFE）技術。PTFE是一種高分子化合物，化學性質穩定，耐酸堿，尤其耐酸性更好；耐高溫，在300℃以下物理化學特性穩定。PTFE微孔薄膜的膜表面每平方英寸（約6.45m2）上有90多億個微孔，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，因而在濾料內形不成塵餅，令傳統的深層過濾變成了表層過濾，只要表層塵剝離及時，濾料的透氣性就不會大幅度降低，壓力損失也很小。如圖1所示，普通濾材的缺點是，粉塵容易進入濾材內部，使用反吹系統不易清除，導致濾材很快堵塞，縮短濾材使用壽命；覆膜濾材的優點是，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，細小的粉塵也不易進入濾材內部，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量以及操作費用等方面來考慮。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，分為化學吸收和物理吸收兩大類。化學吸收是被吸收的氣體組分和吸收液之間產生明顯的化學反應的吸收過程。從廢氣中去除氣態污染物多用化學吸收法。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生明顯的化學反應的吸收過程，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。

在吸收法中，選擇合適的吸收液至關重要，是處理效果好壞的關鍵。目前在工業上常用的吸收設備有表面吸收器、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象。它是利用多孔性固體吸附劑處理氣態污染物，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鍵力的作用下，被吸附在固體表面，從而達到分離的目的。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、甲苯和二甲苯有機物質具有吸附功能。

用于凈化氣態污染物的吸附設備可分為固定床、移動床和流化床三種。去除焊接過程中產生的有害氣體，從凈化效果、初投資以及操作費用等方面來考慮，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：全面通風凈化和局部排風。

全面通風也稱稀釋通風，它是用清潔空氣稀釋室內空氣中的有害物濃度，使室內空氣中有害物濃度不超過衛生標準規定的最高允許濃度，同時不斷地將污染空氣排至室外或收集凈化。全面通風包括自然通風和機械通風2種方式。在焊裝車間內部，對于電阻點焊焊接作業一般采用打開門窗或天窗等形式，進行自然通風，也可通過安裝在墻上或天花板上的軸流風機，把車間內的焊煙排出室外。

局部排風是對局部煙塵治理，使局部工作地點不受有害物的污染，保持良好的空氣環境。一般局部排風機組由集氣罩、風管和風機3部分組成。局部排風按集氣方式的不同可以分為固定式局部排風系統和移動式局部排風系統。固定式局部排風系統主要用于操作地點和工人操作方式固定的大型焊接生產車間，可根據實際情況一次性固定集氣罩的位置。移動式局部排風系統工作狀態相對靈活，可根據不同的工況，采用不同的工作姿態，保證處理效率及操作人員的便利。

1.對設備工作源進行局部排風

發生源清除是當焊接工作開始時，除塵系統末端的活動臂管吸風口便開始對產生的煙塵進行抽排。活動臂內含金屬構架，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，在使用時要保證臂管吸風口與焊點間的距離保持為150～350mm。其原理是煙塵在活動臂管被吸入，經過支管道然后進入主管道，再進入除塵器本體。煙塵在除塵器本體內被凈化，凈化后的潔凈空氣進入室內，也可以排出室外。

該方法適用產生焊煙的源頭抽排，可以根據現場的工作需要配制不同的吸風罩，如加大型、圓形、附帶工作燈型和方口型等多種。發生源清除的吸塵效率在額定的吸塵距離內（無外界橫風干擾）的吸塵率在95%以上，從工具源頭處理屬于“主動式除塵”。針對手工氣保焊或自動氣保焊接工況，可采用高真空原理直接與環保型焊槍（自帶吸塵口）一起聯動工作。從焊煙發生源和焊接工具源進行處理焊煙的動能需求低、吸塵率高，即當煙塵產生時除塵系統則直接從發生源將其抽走，故不會有大量的煙塵滯留于車間內部；且是進行點對點除塵，所以不會出現能耗浪費現象。但是，對于焊接區域大、焊接位置不固定且焊接工件復雜多變的工廠，局部排風就會有局限。常用的濾筒除塵工作原理如圖2所示。

2. 發生源清除應用實例

我們對焊裝車間里一些煙塵較集中的區域進行了調查，結果顯示，機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、門調線的左/右前車門鉸鏈加強板總成以及左/右后車門鉸鏈加強板總成工位由于存在大量CO2焊點，故在工作環境中產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。

經調查，車門鉸鏈加強板總成工位每個工件上有15個CO2焊點，其特點是焊點長，寬6～8mm，高4～5mm，產生的焊接煙塵相對較小，測試值為8.5mg/m3，故可采用移動濾筒式煙塵凈化器。這類煙塵凈化器可裝置于墻面，豎立于地面或裝于活動推車上，可選用不同型號的活動臂管、排氣風機；加裝壓縮空氣清潔濾袋裝置后可成為長時間大量電焊作業時的高效集塵設備，凈化效率可達99.9%。根據產生煙塵量與環境通風情況，我公司焊裝車間選用瑞典Nederman FB363焊煙凈化器，風量為1200m3/h，功率為1.5kW，采用電動反吹清灰技術可減少人工清理程序，過濾效率達到99.9%。安裝調試并運行后，作業環境中煙塵濃度降低為小于1mg/m3，達到國家規定衛生標準。

在機器人線的4個工位中，車身下部總成80和車身下部總成90同在一個區域，共52個CO2焊點，焊點直徑為6～8mm，CO2焊縫總長為92～148mm，環境煙塵濃度為11.3mg/m3；車身下部總成100工位共44個CO2焊點，直徑為6～8mm，CO2焊縫總長為140～180mm，環境煙塵濃度為12.5mg/m3；車身骨架總成80工位共32個CO2焊點，焊點直徑為6～8mm，CO2焊縫總長為320～440mm，環境煙塵濃度為14.7mg/m3。針對這3個工位區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，風量為3050～14490m3/h，可對應用區域進行可調式抽氣凈化。相對移動式凈化器，此凈化器具有風量大、凈化效率高等特點，但同時也具有耗電量多、噪聲大等不足。設備安裝后，對送、排風系統進行了調試，運行后測量作業環境的煙塵濃度為2.1mg/m3，達到國家規定衛生標準。

結語

隨著汽車工藝的發展對節能和環保的要求越來越高，焊裝車間的工作環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，處理技術相對先進、成熟，焊接污染處理設備多樣化且向資源低耗方向發展。