代志剛 顏曉飛

（1. 中車長江運輸設備集團有限公司，湖北武漢 430212；2. 中車常州車輛有限公司，江蘇常州 213011）

1 引言

早期的焊接車間采用全室通風和局部通風來稀釋焊接煙塵濃度，對改善操作工人的工作環(huán)境具有一定積極作用，但是沒有對焊接煙塵采取凈化措施，這種焊接煙塵無組織排放對大氣環(huán)境造成嚴重污染，顯然不符合當前的生態(tài)環(huán)境保護的要求。針對這一環(huán)境熱點問題，近年來市面上陸續(xù)開發(fā)研制出多種類型的焊接煙塵凈化設備，為焊接煙塵的治理提供解決方案。

2 焊接煙塵的特點及危害

2.1 焊接煙塵的產生特點

焊接煙塵形成機制是一個過熱—蒸發(fā)—氧化—凝聚的過程。在5 000 ℃高溫電弧的作用下，焊接材料（焊絲、焊條、焊劑等）端部和被焊接材料熔化，形成高溫高壓蒸汽。蒸汽中混合著液態(tài)金屬、熔渣、粉塵顆粒。當蒸汽進入四周的空氣時，被冷卻并氧化，部分凝結成固體微粒，這種由氣體和固體微粒組成的混合物就是焊接煙塵。焊接煙塵顆粒由0.1 μm 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，常會集聚成互相連鎖的樹枝狀微粒［1］。焊接煙塵具有粒子小、黏性大、溫度高和發(fā)塵量大的特點［2］。

2.2 焊接煙塵的污染危害

焊接煙塵的化學成分非常復雜，多達20 余種，常見的有Fe，Ca，Mn，Ni，Cu，Cr，F(xiàn)，CO，CO2，NOX，O3，HF，工作現(xiàn)場還存在高頻電磁場、射線、電離輻射、噪聲等污染因素［3］。焊接工序作業(yè)中，無組織排放焊接煙塵不僅污染大氣環(huán)境，造成PM2.5超標，還對人體的健康產生嚴重危害。焊接作業(yè)人員長期吸入這些有毒、有害的煙塵，極易患上塵肺、錳中毒、電光性眼炎、氣管炎、咽炎等職業(yè)病。

3 焊接煙塵凈化設備

3.1 移動式焊接煙塵凈化設備

移動式焊接煙塵凈化設備是針對小型工件的焊接和中型工件的局部焊接、切割煙塵處理的一種節(jié)能、環(huán)保、經濟型焊煙凈化設備。其采用帶剎車的萬向腳輪，在不同的工作地點移動更方便、靈活。配有3 m 長、360 °萬向旋轉懸停吸氣臂，可旋轉到任意方向對焊接煙塵進行捕捉收集。凈化器內部采取3 道防護措施，核心過濾筒的材質為PTFE 覆膜阻燃濾芯，單個濾筒的過濾面積為8～15 m2。當移動凈化器使用一段時間后，可采用手動、脈沖式自動清灰。濾芯使用壽命4 000 h，當煙塵處理效率不佳時，要及時更換濾筒。

移動式焊接煙塵凈化設備可根據(jù)工況需要，設置單臂焊接煙塵凈化器、雙臂焊接煙塵凈化器。單臂的過濾風量為1 000～2 000 m3/h，雙臂的過濾風量為2 000～3 000 m3/h，功率為0.75～3 kW。

3.2 固定式焊接煙塵凈化設備

固定式焊接煙塵凈化設備是針對有固定點的中小型工位的焊接，分為掛壁焊煙凈化器、吊頂式焊煙凈化器?？刹捎帽谑健⒘U、吊頂安裝，配有1 個或2個吸氣臂，在處理焊接煙塵時，能有效節(jié)約占地面積。固定式焊接煙塵凈化設備的凈化原理、風量、功率與移動式焊接煙塵凈化設備類似，僅僅是外觀及安裝方式不同。

3.3 中央式焊接煙塵凈化設備

中央式焊接煙塵凈化設備也稱集成式焊接煙塵凈化設備，是一套通用焊接煙塵收集凈化系統(tǒng)，適用于工位固定，工位多、布置集中的情況。在每個工位上安裝一個吸氣臂或吸氣罩，并設置一個風閥。風機安裝在中央式除塵器后面，在風機高負壓的作用下，焊接煙塵從吸氣臂或吸氣罩進入中央式除塵器凈化主機中，經過三至四級的過濾凈化，凈化后的空氣通過15～20 m 的煙囪排至大氣環(huán)境中。中央式焊接煙塵凈化系統(tǒng)的風機與除塵主機既可設置在室內也可設置在室外。中央式焊接煙塵凈化設備的風機功率較大，運行起來有較大噪音，可通過配置消音器降低噪音。

中央式焊接煙塵凈化設備的凈化工藝流程見圖1。

圖1 中央式焊接煙塵凈化設備的工藝流程

中央式焊接煙塵凈化設備的總風量根據(jù)工位數(shù)量來確定，單個工位風量可參考1 500～3 000 m3/h，系統(tǒng)總風量通常為6 000～95 000 m3/h，電機功率為10～85 kW，濾筒數(shù)量為8～96 個。中央式焊接煙塵凈化設備可根據(jù)實際需要在廠房車間的上部空間架設吸氣臂（罩），再通過上部送風主管送至除塵器主機中進行凈化處理。采用模塊化設計，可配置多臺主機進行拼裝使用，不占用廠房車間內的使用空間，整體布局美觀。

3.4 自循環(huán)焊接煙塵凈化設備

焊接區(qū)域屬于有熱源的區(qū)域，焊接煙塵上升后一般會懸浮在車間3.5~5.0 m 的高度，自循環(huán)焊接煙塵凈化設備即利用這一原理而設計開發(fā)。該設備的進風口設計在設備頂部，高3.5~5.0 m，有利于吸入焊接煙塵、粉塵廢氣。廢氣進入設備后，先經過預處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)可分離廢氣中的大顆粒粉塵，對于粒徑≥50 μm 的粉塵顆粒的分離效率可達到80%，另外也起到隔絕火星的作用。廢氣通過預處理系統(tǒng)后進入凈化室，凈化室內配置高效過濾濾筒。過濾后的潔凈低速氣流通過側面出風口送入車間再循環(huán)，過濾后的粉塵顆粒通過自動反吹系統(tǒng)落入設備底部的集灰箱內。

自循環(huán)焊接煙塵凈化設備適用于大型、重型和異型工件的焊接。無吸風臂（罩），無送回風管道，安裝方便，只需連入電源和壓縮空氣管，可以擺放在廠房內任意區(qū)域。凈化后的風采用360 °低速送風，焊接區(qū)域不會產生空氣干擾。

3.5 機器人焊接凈化設備

機器人焊接凈化設備根據(jù)具體需要配置不同類型的焊槍吸口，它將焊接與凈化結合，實現(xiàn)不同條件的工位焊接作業(yè)，節(jié)省人力，降低工作量。在環(huán)縫焊、直縫焊方面具有良好的應用。

機器人焊接凈化設備由焊接裝置和煙塵收集管、凈化主機組成。小型機器人焊煙凈化主機具有兩級過濾器：一級為大顆?；鹦沁^濾，二級為細小粉塵的過濾（微孔覆膜聚酯阻燃型濾筒），煙塵的過濾效率可達99%，在源頭阻斷焊煙的擴散，凈化空氣。

3.6 焊煙除塵除濕空調組合凈化設備

焊接工藝對環(huán)境濕度有一定要求，如鋁合金焊接相對濕度應小于70%，再加上焊接車間溫度較高，因此將除塵與空調設備結合起來，既能凈化焊煙又能改善工作場所的環(huán)境溫度和濕度，是較為理想的解決方案。該凈化系統(tǒng)每小時處理風量從幾萬到幾十萬立方米，根據(jù)焊接使用空間進行組合設計。

整體廠房除塵空調工程主要由冷（熱）源、組合式除塵空調機組、送回風管道系統(tǒng)（包括電動送風筒）、電氣動力和自動控制系統(tǒng)組成。其中最為核心的工段——組合式除塵空調機組是在組合式空調機組中增加PTFE 高效濾筒過濾除塵功能段?；仫L經高效濾筒過濾段，有效率達90%，再與新風混合后，經冷卻（加熱）處理送入室內。末端送風裝置采用電動送風筒，冬夏季節(jié)送風方向角度可自動調節(jié)，實現(xiàn)分層送風，避免送風速度過大對CO2氣體保護焊接工藝產生不良影響，操作環(huán)境更加舒適。該項凈化技術已發(fā)展10 多年，在多家鋁合金焊接廠房得到應用。

4 結語

隨著環(huán)保、機械工業(yè)技術的發(fā)展，焊接煙塵凈化設備的除塵效率有了很大的提高，不同焊接煙塵凈化設備有其適應特點。焊接煙塵的治理，一定要結合焊接工況、焊接作業(yè)環(huán)境、焊接規(guī)模來選擇合適的焊接凈化設備，才能取得較好的治理效果。