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      11種焊接工藝的焊接煙塵污染以及處理措施

      11種焊接工藝的焊接煙塵污染以及處理措施

      • 分類:行業新聞
      • 作者:
      • 來源:
      • 發布時間:2020-10-17
      • 訪問量:0

      【概要描述】

      11種焊接工藝的焊接煙塵污染以及處理措施

      【概要描述】

      • 分類:行業新聞
      • 作者:
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      • 發布時間:2020-10-17
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      詳情

              隨著工業化的發展,焊接技術應用廣泛,產生的廢氣污染也隨之加劇。皓隆環境研發生產的焊接煙塵凈化設備,專業治理焊接加工過程產生的廢氣污染。今天小編帶大家一起探討學習11種焊接工藝的焊接煙塵污染與防治措施。

              焊接是機電行業熱加工的一個工藝大類,是指固體材料與固體材料(不單指金屬材料,還有非金屬材料)之間局部受熱熔融后結合在一起的一種機械電子制造熱加工工藝。焊接工藝過程產生的大氣污染物——焊接煙塵的特征,取決于被焊接材料的材質、焊接材料的成分、焊接工藝方法及焊接工藝參數。
              不同的焊接工藝產生的焊接煙塵,其有害物質、有害氣體的種類、性質與數量有很大的區別。因此,在對建設項目進行環境影響評價中,對工程進行工藝污染分析涉及“焊接工藝過程產生的大氣污染物”時,不能籠統地說污染物為“焊接煙塵”,其“發塵量”具體是多少,治理措施一概是“移動式焊接煙塵凈化器”等。
              按熱熔融方式的不同,焊接工藝方法可分為:電弧焊、電阻焊、高頻焊、電渣焊、電子束焊、錫焊等,上述焊接工藝均為利用電能轉換為熱能;氧炔焊、摩擦焊、激光焊等,則利用了化學能、機械能、激光能轉換為熱能。堆焊、釬焊等則為可利用電能,亦可利用其它能源。被熔融物,有的是被焊接材料與焊條、焊絲,有的僅為被焊接材料自身熔融,亦有焊接材料熔融而被焊接材料不熔融。但不管誰熔融,都要避免被氧化。為此要使用各種不同的焊劑或保護氣體。施焊過程中產生的焊接煙塵也就各不相同了。
              1電弧焊
              1.1手工電弧焊
              這是最常見的焊接工藝,為“閃光焊”。多用于鋼材與鋼材間的焊接。焊接材料為焊條。對大量結構用低碳鋼、低合金鋼焊接,使用最多的J422焊條(鈦鈣型、酸性焊條),其焊條芯熔融鋼材成分為:C<0.12%,Mn=0.3~0.6%;藥皮成分中:TiO占24~48%,CaCO3<20%.藥皮熔融溫度比鋼芯低200多度。而J502焊條(低氫型、堿性焊條),CaO占8~26%,CaF2占10~23%。
              手工電弧焊接時,在電弧高溫作用下,藥皮首先熔融。組成藥皮的穩弧劑(Ca及K、Na等電離電位低的物質)、還原劑(Mn、Ti、Al、Si等,可使進入熔池的氧化物還原,S、P被去除)、造渣劑及造氣劑、合金劑、膠粘劑、稀渣劑、增塑劑等,大量變為焊接煙塵,其粒徑在0.10~1.25μm。
              焊接煙塵中毒害最大的物質是MnO2(約在焊接煙塵中占7.5%左右)及Fe2O3(約在焊接煙塵中占近50%)、SiO2(約在焊接煙塵中占近20%)等,會導致焊工錳中毒及矽肺病。有害氣體有CO、NOx等,而F會與H反應生成有害氣體HF。針對此,GB16194《車間空氣中電焊煙塵衛生標準》中規定:“車間空氣中電焊煙塵最高容許濃度為6mg/m3”、“在施焊過程中產生的其它有害物質仍按這些毒物現行規定的衛生標準執行”。
              J422焊條施焊時發塵量為200~280mg/min,焊接材料的發塵量為6~8g/kg;J502焊條施焊時發塵量為350~450mg/min,焊接材料的發塵量為11~16g/kg。同樣是手工電弧焊接,焊條不同,藥皮成分不同,產生的焊接煙塵成分不同,發塵量也差別很大。J502焊條發塵量約為J422焊條的一倍,且含有HF,應引起更大的關注。
              手工電弧焊焊接煙塵的治理措施,當焊接工位變動范圍不大時,可采用移動式焊接煙塵凈化器。當焊接工位變動范圍較大時,移動式焊接煙塵凈化器使用不便,可通風擴散排放;焊接煙塵產生量大時,應采取“分層送風”措施。
              1.2埋弧焊
              φ5的實芯焊絲產生的電弧被埋藏在小顆粒的焊劑下,施焊時看不到弧光閃射。焊劑成分以常用的“氟堿型”焊劑為例:CaO+MgO+MnO+CaF2>50%、SiO2<50%、CaF2>15%,粒度2~0.28mm。
              施焊時產生的焊接煙塵含有MnO2、Fe2O3、SiO2與HF。施焊時發塵量為10~40mg/min,焊接材料的發塵量為0.1~0.3g/kg。埋弧焊機應隨機配備固定式焊接煙塵凈化器。
              1.3CO2氣體保護焊
              CO2氣體保護焊屬于閃光焊。要注意其采用的焊絲有實芯與藥芯兩種。
              CO2氣體保護焊焊接煙塵成分主要為MnO2、Fe2O3與有害氣體CO、NOx、O3。對于實芯焊絲(φ1.6),其施焊時發塵量為450~650mg/min,焊接材料的發塵量為5~8g/kg。對于藥芯焊絲(φ1.6),其施焊時發塵量為700~900mg/min,焊接材料的發塵量為7~10g/kg(焊接煙塵中除上述內容外還有SiO2、HF等)。
              CO2氣體保護自動焊機應隨機配備固定式焊接煙塵凈化器。當焊接工位固定時,應配備固定式焊接煙塵凈化器。當焊接工位變動范圍不大時,可采用移動式焊接煙塵凈化器。當焊接工位變動范圍較大時,移動式焊接煙塵凈化器使用不便,可通風擴散排放;焊接煙塵產生量大時,應采取“分層送風”措施。
              1.4氬弧焊
              氬弧焊屬于閃光焊,施焊時有強紫外線產生??珊附硬讳P鋼、合金鋼、銅、鋁等。分為非熔化極氬弧焊(鎢極氬弧焊)與熔化極氬弧焊(采用實芯焊絲,保護氣體為氬氣與CO2混合氣體)。
              施焊時產生的大氣污染物主要是NOx、O3以及MnO2、Fe2O3。
              對于常用的熔化極氬弧焊,實芯焊絲直徑為φ1.6,施焊時發塵量為100~200mg/min,焊接材料的發塵量為2~5g/kg。
              氬弧焊可采用移動式焊接煙塵凈化器,同時,必須保證焊接工位局部通風良好,以保證焊工的健康。
              1.5脈沖焊
               脈沖焊屬于閃光電弧焊,它是應用可控脈沖技術,將兩個并聯運行的電源(維弧電源及脈沖電源)向焊接電弧供電的焊接方法。脈沖焊可產生穩定的小孔效應,保證焊透并提高熔敷率,用于氬弧焊。焊接煙塵分析與氬弧焊相同。
              1.6等離子焊
              等離子焊屬于閃光電弧焊,它是通過高度集中的等離子束(射流速度達300~2000m/s,能量密度達105~106W/cm2)電弧熔化母材的焊接方法。等離子焊的焊速高,可不開坡口,焊縫性能優良,焊縫熱影響區小,焊接變形與殘余應力小,可焊接多種金屬,尤其對于厚3~8mm材料,是一種高效優質低成本的電弧焊接技術。其離子氣采用高純氬,保護氣以氬、氦為主,有的配以少量氫。焊接煙塵分析與氬弧焊類似。
              2電阻焊
              電阻焊包括點焊、縫焊(滾點焊),凸焊,電阻對焊(電栓焊)等。施焊過程是電極對被焊接金屬施壓并通電,電流通過金屬件緊貼的接觸部位時,其電阻較大,發熱并熔融接觸點,在電極壓力作用下,接觸點處焊為一體。電阻焊無需焊材、焊劑。當被焊接材料焊接部位表面處理潔凈時,基本沒有焊接煙塵產生。
              3高頻焊
              高頻焊包括高頻電阻焊、高頻感應焊。它是利用60~500KHz高頻電流的“集膚效應”,使電流集中加熱金屬待焊表面,使之瞬間熔融,隨之對其加壓焊在一起。用于直縫焊管(圓管、方管、異型管及異型鋼等)焊接生產效率甚高。焊前金屬待焊表面處理潔凈時,基本沒有焊接煙塵產生。
              4電渣焊
              電渣焊包括熔嘴電渣焊、非熔嘴電渣焊、絲極電渣焊、板極電渣焊。它是一種自動隱弧立焊。工藝過程分兩步:先在焊絲與引弧板(放少量鐵屑)間通電產生電弧,電弧熱將焊劑熔化。接著,焊絲穿過液態焊劑,在電阻熱作用下熔化,填充母材間間隙將之焊住。電渣焊用于30~1000mm厚度材料的焊接。電渣焊焊劑成分中,Al2O3、MnO2占40%左右,CaO、MgO占10-15%,TiO2、SiO2占42-48%,CaF2在3%以下。焊劑熔化與施焊過程產生的焊接煙塵成分與自動埋弧焊相似,但發塵量在焊劑熔化過程最大,施焊時減小并趨于穩定值。

              電渣焊設備應隨機配備固定式焊接煙塵凈化器。
              5電子束焊
              從電子槍發射的電束在高電壓(20~300KV)下加速,通過電磁透鏡聚焦成高能量密度的電子束,轟擊置于真空中的焊件,焦點處功率密度達106~108W/cm2以上,焦點直徑0.1~1mm,電子動能轉化為熱能,焊區局部溫度驟升至50000C以上,金屬熔化焊接。其焊縫深寬比20以上,可達50(厚100mm以上鋼板、300mm以上鋁合金,可不開坡口焊)。電子束焊焊速快,熱影響區小,變形小,尤適于難熔金屬與熱敏感金屬焊接。
              電子束焊施焊時有X射線產生。但無氧化污染問題。
              6激光焊
              將激光聚焦到焊件,焦點處功率密度為104~106W/cm2,激光能轉化為熱能,局部熔化焊接。有許多類似電子束焊的特點,但激光焊無需真空,沒有X射線產生,不受磁場影響??捎糜诓煌馁|、不同厚度、不同涂層金屬拼焊、超薄件(0.05~0.1mm)焊、鈦合金焊以及玻璃焊、生物組織焊等。激光焊必須注意眼睛的防護。
              7氧炔焊
              簡稱“氣焊”。利用乙炔與氧氣燃燒,化學能轉化為熱能,其火焰溫度達30000C以上,將焊件、焊絲熔化,焊為一體。有時會用到焊劑(如刀頭焊使用硼砂)。
      施焊時,金屬蒸汽形成煙塵。氣焊工作量一般不大。機械維修常用到氣焊,被焊件表面如有油漆、油污等,會產生有毒煙氣,應注意通風。當在較窄小的空間施焊時,應很好地通風。
              8摩擦焊
              屬于固態焊接。利用工件接觸面相互快速摩擦,機械能轉化為熱能,使接觸摩擦部位發熱(溫度達到熔點以下)處于熱塑狀態,然后頂鍛,焊為一體。它包括慣性摩擦焊、徑向摩擦焊、線性摩擦焊、軌道摩擦焊、攪拌摩擦焊。摩擦焊常用于棒材、管材對焊,可異金屬焊接。

              摩擦焊不產生焊接煙塵,也沒有其它焊接污染。
              9錫焊與波峰焊
              9.1錫焊
              電子電器產品生產中,用以錫為主的錫合金材料(如錫鉛合金,Sn63%、Pb37%,熔點1500C)做焊料,用電烙鐵加溫使之熔化,熔流態的錫焊料在毛細管吸力下沿焊件表面擴散、與焊件浸潤、結合。集成電路焊接使用20W內熱式電烙鐵,較大件焊接使用150-300W外熱式電烙鐵,烙鐵頭溫度為300-4000C。無鉛焊錫絲(Sn96.5%、Ag3.5%,熔點2210C;Sn95.5%、Ag4.0%、Cu0.5%,熔點2170C;Sn99.3%、Cu0.7%,熔點2270C;)的應用,需要許多工藝變更。無鉛焊錫絲及管狀焊錫絲(中間夾有松香、活化劑)的應用,成本要加大。焊劑為“松香水”(松香配酒精)或含鹽酸二乙膠的有機焊劑。

              錫焊煙塵含錫、鉛、松香、酸塵等有害物質。應在錫焊工位配備錫焊煙塵凈化器。大批量生產車間,應設置錫焊煙塵中央凈化系統。
              9.2波峰焊
              焊料是焊錫,用于印刷電路板元器件(PCB)的焊接。它是將熔融的液態焊料,借助于泵的作用,在焊料槽液面形成特定形狀的焊料皮;插裝了元器件的PCB置于傳輸鏈上,經過某一特定角度及一定的浸入深度,穿過焊料波峰面而實現焊點焊接的工藝過程。
              波峰焊焊接煙塵含錫、鉛、松香、酸塵等有害物質。波峰焊機隨機配備有錫焊煙塵凈化器。
              10堆焊
              在被磨損的金屬零件表面(如軋輥、軸、齒輪、冷沖模、閥門密封面、高速鋼刀片、推土機刀片、挖土機鏟齒、螺旋槳等)熔敷耐磨、耐腐蝕或其它特殊性能金屬層的焊接方法。

              幾乎所有熔化焊工藝方法都可用于堆焊。常用手工電弧焊、埋弧焊及等離子焊等進行堆焊。焊接煙塵見相應焊接工藝的介紹與治理方法。
              11釬焊
              用比母材熔點低的金屬材料作為釬料,用液態釬料潤濕母材和填充工作接口間隙(在0.01~0.1mm之間),并使其與母材相互擴散的焊接方法。釬焊變形小,接頭光滑美觀,適合于焊接精密、復雜和不同材料構件。焊接加熱溫度低于4500C為軟釬焊,常用錫鉛合金、錫鉍合金作為釬料。焊接加熱溫度高于4500C為硬釬焊,常用Al、Ag、Cu、Mn、Ni為基的釬料。
              釬焊包括波峰釬焊、火焰釬焊、浸沾釬焊、感應釬焊、爐中釬焊、真空釬焊等。釬焊煙塵含錫、鉛等有害物質。釬焊設備隨機配備有煙塵凈化器。

              在工業生產過程中,焊接工藝無處不在,應用廣泛。
              我們知道,在焊接時產生的煙霧中含有大量的金屬顆粒物和有害煙塵,這些物質吞噬著工人的身體,使工人患上塵肺病、肺癌、惡性腫瘤、哮喘等職業病。
      現在越來越多企業對焊接煙塵重視起來,并加以治理。但是船舶焊接、水電設備焊接、風電設備焊接、汽車車身焊接、大型軌道列車焊接和鍋爐焊接等行業,由于工件巨大,不得不采用高大寬敞的空間作為作業場所,稱之為高大廠房。高大廠房如此之多,但由于高大廠房的特性,使得焊煙治理尤其困難!

       

      高大廠房焊煙治理難點
      1.跨距大(通常有18-30米)、廠房高(10-30米);
      2.工件大,不規則,焊煙收集困難;
      3.條形、環形焊縫多且長,煙塵量大,濃度高;
      4.頂部安裝行車,管線布置多,排風系統設計難。
              以上諸多因素,使得在設計治理方案時,有效的捕集方式和無干涉的設計系統尤為重要。
              車間大環境治理:水平環狀旋流氣渦法
              焊煙剛產生時溫度在80度左右,在熱空氣和重力的均衡作用下,煙塵一般上升并懸浮在4~8米的廠房上空。我們利用這一特性,將凈化設備安裝于煙塵懸浮層,形成水平環狀旋流氣渦流層,保證焊煙濃度最高的空氣層不斷被擾動循環,以持續進入凈化設備內進行收集處理。

      工藝流程圖

              將凈化設備安裝于廠房兩側現有的支柱上,做到不影響工件擺放,不影響保護氣體對焊接過程的保護,不影響工件及其它設備的移動,不影響管線布置,不影響現有的作業習慣。

              車間大環境治理:吹吸式水平流治理法
              在廠房一側墻面布置軸流風機,將焊煙吹向另一側墻面的負壓收集口。當廠房跨度較大時,也可在中間跨布置接力誘導風機。產生焊煙的源頭應盡量布置在下風側。
      在上升熱氣流與橫向氣流共同作用下,焊煙按一定傾角做上升運動,負壓收集口的布置區域應在合適高度的基礎上稍作擴展,通常為離地3.5-8.5m的空間,以確保上升中及被吹送至收集口的焊煙被盡可能得捕集。
              經捕集和處理后的潔凈空氣可通過布風管路直排在室內,為焊煙氣流上升提供外部動力,形成完美的氣流組織。

      工藝流程圖

              局部治理:半開放式工作站
              根據焊機集中布置的特點,將兩至四臺焊機構建成一個獨立的半封閉工作間,利用焊煙懸浮特點,將焊接煙塵收集至凈化設備中,凈化后的氣體通過送風管路排至工作間,形成組織氣流,既節省空間,又達到高效凈化效率。

      工藝流程圖

              局部治理:雙模式治理法
              為了保證凈化效果,我們設計了雙模式治理法。
              在焊煙產生源頭設有外接吸風口,產生的焊煙會迅速通過高負壓吸入凈化設備內進行處理;在凈化設備的一端配有捕風屏,將殘余的焊煙吸入凈化設備中,達到雙重凈化的目的,凈化后氣體直接排放到車間內,減少熱損失。
              局部治理:排風管收集治理法
              將設備安裝于現有排風管道的后端,焊煙通過風道進入凈化設備,凈化后氣體直接排放廠房內。

      工藝流程圖

              自動清洗
              為了便于清洗凈化設備,我們設計了自動清洗系統,多臺凈化設備共用一臺清洗車,通過自動控制系統實現自動定時清洗功能。清洗時,無需連接復雜管路,無需打開凈化設備主體,只需在自控器上設定清洗時間,啟動水泵開關即可。利用凈化設備自帶風機進行風干,更加節能。

      工藝流程圖

              經第三方檢測,安裝皓隆環境的焊煙凈化設備后,工作區域內焊煙濃度均低于國家GBZ2.12007《工作場所有害因素職業接觸限值》中4mg/m3的標準值。
       

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