铅电除雾设备制造、安装过程中铅金属的焊接工艺设计

柳生

摘 要：铅电除雾器是用高压直流电，电场驱动炉气内微细粒子，使其加速沉降与沉淀极（阳极）表面以除去炉气中酸雾的设备。因为铅金属对硫酸有极好的耐腐蚀性，其中电晕电极框架是型钢外包3mm铅板制成。由于设备本体结构的原因，在其设备制造、安装过程中需要大量现场施工，外包防腐铅板都需要现场铆装焊接。铅金属的焊接由于历史及市场原因，相对非常缺乏合格的焊接技术人员，相关可以参考的资料匮乏。所以结合铅电除雾器制造施工过程中总结的具体施工的成功经验，就铅电除雾设备制造安装过程中的铅金属焊接工艺及安全规程进行具体可操作性的论述。

关键词：铅电除雾器；铅金属焊接；工艺设计

中图分类号：TG156 文献标志码：A 文章编号：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

铅电除雾器，采用了一体化方案，高效率，节能环保的方式进行制作。主要可以对废气进行治理和处理。

铅电除雾器是用高压直流电，电场驱动炉气内微细粒子，使其加速沉降与沉淀极（阳极）表面以除去炉气中酸雾的设备。将50-55千伏直流高压电引入器内，使悬挂在器内的电晕极不断发射出电子，把电极间部分气体电离成正负离子、尘雾等颗粒碰到离子而荷电，按照同性相斥异性相吸的原理，荷电后的尘、雾等颗粒各向电极性相反的电极移动，正离子向电晕极移动，而电子和负离子相碰而荷电，在电场的作用下，带电的酸雾颗粒移向沉淀极内壁上，靠自重顺壁而下，落入电除雾器的下气室内，使炉气得到净化。

铅金属对硫酸有极好的耐腐蚀性，其中电晕电极框架是型钢外包3mm铅板制成。在制造、安装过程中需要大量现场施工，外包防腐铅板都需要现场铆装焊接。由于历史及市场原因，相对非常缺乏合格的焊接技术人员和可参考的资料。希望通过铅电除雾器制造施工过程中的实践总结与经验分享，使铅金属的焊接工艺技术得以推广和参考。

1 铅电除雾器特性指标及结构简介

1.1 技术特性及指标

工作介质： 5%-10%湿二氧化硫

工作溫度： ≤40℃

工作压力： ≤-8KPa

工作气量： 3000-53000NM3/h

气体流速： 0.5-1.2M/S

冲洗水压： 392Kpa

沉淀管有效面积： 1.8-15M2

绝缘箱保护方式： 热风清扫

绝缘箱控制温度： 130±10℃

除雾效率： ≥98%

1.2 设备主要结构

（1）铅电除雾器外壳采用PVC材料。

（2）电晕电极框架。铅金属对硫酸有极好的耐腐蚀性，电晕电极框架是型钢外包3mm铅板制成，是接沉淀管的排列固定分布电晕线，并支撑电晕线和重锤，在电极框架上设置四个吊点，整个电晕电极重量由顶部四个锥形石英管承担。

（3）沉淀极管，电晕电极为新型高效电晕线，为保证电晕线在沉淀管中心且不受气体流动的干扰引起位移，下部设置了重5kg的重锤，上部固定在阴极吊杆上。

（4）铅电除雾器在设备的顶盖上设置了四台绝缘箱，

箱内装有锥形石英管外保温用100mm厚保温材料，外做防水层。

（5）气体分布板为硬PVC（PP）板，在板上采取改变钻孔孔径，使气体通过异径孔后分布均匀。

（6）喷淋冲洗装置，水流量采用电磁流量计测量，微机控制实现定时定量，喷头采用旋流式聚丙烯喷头。

（7）热风清扫加热器采用电热式，分2组控制，共为12kW。主要根据环境卫生的变化，选择不同加热功率以满足设备的絕缘要求。另外，根据温度情况，可自动实现气体恒温控制。

文章主要论述电晕电极框架之型钢外包铅板的全位置焊接工艺设计。

2 铅金属焊接基础理论

2.1 铅及铅合金的焊接特点

（1）铅对氧的亲和力很强。焊接过程中易形成氧化铅薄膜，氧化铅的熔点比铅高得多，为800℃，而密度比铅小，它可以防铅熔滴与熔池金属相结合，产生夹渣、未焊透和咬边等缺陷。

（2）铅焊接时，熔点低（为327℃）、热导率低，焊接热源不宜太大。否则易使金属过热而造成下塌或烧穿。铅的塑性变形能力强，焊后应力松弛明显，一般焊用木锤敲打焊缝就能消除焊接应力。

（3）铅的再结晶温度为15～20℃，在低于室温条件下可完成再结晶过程，焊接影响区不会发生硬化倾向，铅的塑性好，焊接后不易产生裂纹。

（4）铅融化后其流动性好，使横焊、立焊和仰焊操作不便。在焊接薄板时，一般采用搭接和卷边对接焊。

（5）铅为有毒的重金属，其沸点低，只有1619℃。焊接时铅蒸气与空气中的氧化合，生成有毒的氧化物。因此，要加强焊接区的通风及防护措施，防止铅中毒。

2.2 铅及铅合金的主要焊接方法

铅金属在设备制造和施工生产中的焊接方法主要采用气焊和氩弧焊。

（1）气焊，气焊对火焰要求温度不能过高或过低；火焰的体积小、燃芯直、热量集中；火焰压力低、冲击力小，可适应融化的铅液流动性强的特点，保持熔池的稳定。全位置焊接厚度不超过7mm的铅板时，采用氢氧焰较容易掌握。因其火焰温度低（2500℃），气流缓和、焊接熔池平稳。焊接厚度超过7mm的铅板或者薄板平焊位时，可选用氧-丙烷或氧-乙炔火焰焊接。

（2）氩弧焊，氩弧焊采用直流脉冲氩弧焊。氩气的纯度没有特殊要求，焊接时采用较小的焊接参数，可以点焊也可以连弧焊接。

3 电极框架外包铅板的施工工艺要求

铅电除雾器的电晕电极框架是型钢外包3mm铅板制成，全采用搭接的接头工艺。

（1）框架根据设计要求采用相应规格槽钢铆焊成井字架结构，为了实施包铅工艺，全部的凹槽及端头采用钢板封闭，点焊牢固即可。

（2）根据成品铅板的规格及框架结构，号料剪裁铅板。为减少固定位置的接头，可适当拼接加长或加宽铅板的尺寸。

（3）合理设计固定的丁字接头和十字接头，保证全部铅板搭接部分超过20mm以上，搭接的缝隙要用木锤轻轻敲击并严密贴合。

（4）接头在搭接组对之前，悍件焊接边缘两侧的油脂、砂泥和污垢等必须除净。焊接搭接接头两侧表面的氧化铅膜应用刮刀刮削干净，露出铅的金属光泽。刮净宽度视悍件的厚度而定。

厚度为5mm以下，宽度为20～25mm。

厚度为5～8mm，宽度为30～35mm。

厚度为9～12mm，宽度为35～40mm。

如图1。

（4）当有长焊缝时，组对点固之后，根据焊接的进度，采用边刮、边焊的方法，以防二次氧化。

4 铅金属焊接工艺设计

4.1 铅金属气焊焊接工艺设计

为了提高工作效率，本装置中的水平焊接工位均采用气焊焊接。

（1）焊接可燃气体要求。氢氧焰的焊接成本较高，且氢气装置需要稳压系统并不容易采购，市场中溶解乙炔由于缺少丙酮的补充，使用乙炔气也非常不经济。因此，采用氧-丙烷火焰焊接本装置。

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

（3）焊接工艺设计

a.氧气设定表压0.2Mpa，丙烷设定表压0.02Mpa，丙烷表要配装回火装置，采用中性焰焊接。

b.焊接采用由右向左前进式，焊嘴与焊件倾角45～60°之间。

c.填充焊丝从母材上剪切，添加焊丝时，焊丝端部要轻轻触及熔池。要保证两侧母材融化形成熔池后填丝以杜绝未熔合缺陷。

d.焊缝宽度保证在12mm左右，加强高1.5mm左右。匀速焊接，保证焊缝的美观及熔焊质量。如图3。

4.2 铅金属钨极氩弧焊焊接工艺设计

由于采用的氧-丙烷气焊极难掌握铅金属的横焊、立焊和仰焊，同时钨极氩弧焊由于氩气的保护可以避免焊接过程中铅金属的二次氧化。通过实践，证明现有所有焊接资料中阐述“对于低熔点和易蒸发金属，如铅、锡、锌的焊接较困难。”的论述不是绝对的，关键是焊接工艺的设定与操作方法的设计。

（1）焊机的选择，采用220V电源，直流脉冲钨极氩弧焊机。本机选用的是国产知名品牌WS200-M II型。如图4。

（2）焊机参数选择，根据焊接位置不同，电流采用10～20A之间的焊接电流，脉冲选用高频，气体延时选用5s，压力流量设定表流速5L/min。钨极采用直径1.6mm，焊丝母材上剪切3x3mm，去除氧化膜。

（3）不同焊接工位焊接工艺设计

a.平焊，采用20A电流，焊缝宽度10mm，加强高1.5mm，采用由右向左前进式连续焊，焊嘴与焊件倾角45～60°之间；如图5。

b.立焊，采用10A电流，焊缝宽度8mm，加强高1.5mm，采用由下向上前进式连续焊（也可以采用断弧点焊），焊嘴与焊件倾角60～75°之间。

立焊采用搭接立焊，要注意防止铅熔池金属流淌，焊缝上出现空穴，尽量减小熔池的尺寸。焊丝直径不宜过大，当铅板边缘略有熔化时立即点触式添加焊丝，即焊丝端部要准确并轻轻触及熔池即可离开，并在焊丝金属熔滴与熔池金属相互熔合时，焊接电弧立即做横向摆动，便能获得一定的焊缝宽度。如图6。

c.横焊，采用15A电流，焊缝宽度6mm，加强高1.5mm，采用由右向左前进式连续焊，焊嘴与焊件倾角45～60°之间；采用搭接横焊，当焊件板厚≤3mm时，可以不加焊丝，由铅板边缘直接熔化形成接头；若板厚4mm以上时，第一层焊接方法同前，第二层应添加焊丝。如图7。

d.仰焊，采用12A电流，焊缝宽度6mm，加强高1.0mm，采用由右向左前进式连续焊，焊嘴与焊件倾角45～60°之间；仰焊特别困难，当焊件板厚≤3mm时，可以不加焊丝，由铅板边缘直接熔化形成接头；若板厚4mm以上时，第一层焊接方法同前，第二层应添加焊丝，同时控制焊缝宽度，采用多道焊。如图8。

（4）焊接缺陷及修补

常见的焊接缺陷有未熔合、咬边、夹渣、气孔、烧穿及焊瘤等。未熔合、咬边、夹渣、气孔可以用刮刀修整后重新熔焊即可，根据情况添加焊丝，焊瘤可直接用金属锤轻轻敲击砸平即可。

4.3 焊接时劳动保护措施

铅金属在焊接过程中由于铅蒸气及氧化铅粉扩散到空气中，若吸入过量的有毒铅化物，将引起铅中毒，常见症状为：情绪易激动、口腔内有甜味，当体内粉尘达到一定量后，脸色灰白、头晕、关节酸痛、失眠和腹痛等症状，严重时将导致神经错乱。因此必须做好防护，加强劳动保护。

（1）在焊接现场设置良好的通风措施。无完整通风设备时，可在操作区采用小型自净式电焊烟尘吸收器除尘、滤毒。

（2）焊工操作时要带静电防尘口罩，防护口罩，建议采用3M-8233-N100（防有毒金属铅、镉、砷等）。穿好工作服，戴好手套，避免铅与皮肤直接接触，饭前必须严格洗手洗脸等。

（3）对焊工进行定期的体检。上岗之前必须进行专项安全作业培训。严格遵照《铅作业安全卫生规程》GB13749-2008之要求。

5 结束语

（1）针对铅金属焊接资料的匮乏，通过实践进行论证补充，事实证明铅金属不但可以采用气焊工艺焊接，钨极氩弧焊的采用，使铅金屬焊接更方便，更能实现全位置的焊接可能。

（2）由于铅金属为有毒的重金属，铅的沸点低，只有1619℃。焊接时铅蒸气与空气中的氧化合，生成有毒的氧化物。希望该文能提醒企业负责人及焊接操作员，严格遵照规范施工。

参考文献：

[1]中国机械工程学会焊接分会.焊接手册.第2版.第2卷.材料的焊接[M].北京：机械工业出版社，2001，8.

[2]GB13749-2008.铅作业安全卫生规程[S].2009-12-01.