焊接车间烟尘处理技术探讨

2020-01-14马闯康凯滕纪云胡章枝

工程建设与设计 2020年1期

马闯，康凯，滕纪云，胡章枝

（中机第一设计研究院有限公司，合肥230601）

1 焊接烟尘的危害

焊接烟尘的治理是一项国际性技术难题，其困难主要表现在：焊接烟尘粒径小，滤除困难；焊接工位多变性，捕捉困难；焊接烟尘热气流滞留特性，普通通风技术除尘困难。但其对身体的危害也是严重的，焊接烟尘中主要的有害化合物有氧化铁、氧化铝、氧化锰、氧化钛及氧化铬等，低氢焊条还含有氟化物。另外的5%以气体方式散发在空气中，这些气体中含有臭氧、氮氧化物、一氧化碳、光气、氟化氢等有害成分。可吸入微粒大小通常认为小于10μm。大量的微粒会附着在呼吸道上。一些研究人员认为，微粒大小在0.1～1.0μm 会被吸入肺中，但大多数会被呼出。小于0.1μm 的微粒可以渗入肺里，严重影响焊工的身心健康[1]。

2 现行主要除尘方式简介

焊接烟尘处理基本上都分为焊接烟尘的捕捉和净化处理2 个步骤，烟尘的处理可以大致分为源头捕捉过滤、整体烟气治理、整体换气等方式。

源头捕捉过滤包括移动式单机、多工位集中式除尘主机、吸气臂式集中除尘系统等，通过集气罩将焊接烟尘收集到室内或者室外的主机并过滤达标后进行排放。整体烟气治理是在车间内部设置空气净化装置，并将车间空气过滤净化后直接排放至车间内部。整体换气是通过送排风系统将车间烟尘收集净化后排放，同时为车间补充新鲜空气。

2.1 移动式单机

移动式单机为一个除尘主机配2～3 个吸尘罩，吸尘罩直径大约在150～300mm。使用时将吸尘罩放置在焊接点上方300mm 空间以内，焊接烟尘经吸尘罩收集后通过主机进行过滤并排放（见图1）。移动式单机已应用多年，目前技术成熟、使用灵活且得到了广泛的应用，成本也相对较低。但由于主机尺寸小，风机风量和过滤系统受到限制，所以，除尘效果和维护周期相对较差，再加上过滤后的空气需要在车间内排放，存在二次污染的可能。另外，由于吸尘管道长度受限，所以工作范围有限，且工人使用时需要根据焊道位置及尺寸实时地移动除尘罩，所以需要占用工人的操作时间。

图1 移动式单机

2.2 多工位集中式除尘主机

多工位集中式除尘主机工作原理与移动式单机类似，只是增加了吸气罩数量，加大了除尘主机（见图2）。由于除尘主机加大，其风机风量和除尘效果都有所改善，还可以将过滤后的空气通过管道排放到室外，对室内空气环境改善显著。但由于未设置新风补充系统，所以，仅适合焊接工位较少的车间使用。

图2 焊接机器人顶吸罩

2.3 吸气臂式集中除尘系统

吸气臂式集中除尘系统是在车间内沿墙或柱子布置风管干管，并在焊接工位设置支管及吸气臂（见图3）。吸气臂端头的除尘罩直接对准焊接点位，通过管道的负压将焊接烟尘吸入除尘管道，并最终收集到与之相连的除尘主机。除尘主机一般布置在室外，内部包含风机、空气过滤系统以及粉尘收集系统，焊接烟尘经除尘主机过滤处理达标后进行高空排放。集中除尘系统对焊接烟尘在源头处进行收集，再加上大型风机产生的高负压，使得烟尘收集效率大幅提高。另外，大型风机的配备也有利于提高焊接烟尘的过滤效果。

图3 万向吸尘臂烟尘捕捉

但是，由于需要在车间内部布置大量风管，增加了工程投资，车间内部的视觉效果也会稍差。而且，吸气臂的除尘罩在使用上与移动式单机的除尘罩类似，也需要操作工人根据焊道位置及尺寸实时地移动除尘罩。

另外，部分自动焊接工位的除尘是无法使用吸气臂进行收集的，此时需要使用大范围的顶吸罩进行焊接烟尘的收集。顶吸罩的使用要求增加管道内的烟气流量（即加大管道直径），这就要求相应地增加风机功率，对于投资和运行成本都有一定量的增加。

3 车间整体烟气治理

车间整体烟气治理类似于现在家庭使用的空气净化器。车间内部布置多台大型空气净化装置，空气净化装置能持续地对车间内部空气进行净化处理，以达到持续改善车间空气质量的效果（见图4）。由于此种治理方式不是从源头对焊接烟尘进行收集，而是待其扩散到空气中以后再对空气进行过滤，所以，还是会有部分焊接烟尘被工人吸入体内或者附着在身体上，而且不停地对空气进行净化处理也增加了运行成本。

4 车间整体换气

图4 整体烟气治理示意

车间整体换气的原理是通过在车间内部布置送风管道和排风管道以对车间空气进行整体置换(见图5、图6)。排风管道会将车间空气进行收集，并通过主机进行过滤处理，达标后进行高空排放。同时为了维持车间内部空气压力的平衡，需要有送风机对车间内部进行新风补充。车间整体换气的布置方式又分为下吹上吸的方式和侧吹侧吸的方式。