焊接烟雾的形成及治理

焊接烟雾的形成及治理

焊接车间，也称为金属结构车间、焊接车间或冷作车间。在工作环境中，主要污染物是焊接和热切割引起的大量气体，其次是热辐射、弧光和噪声。产生焊接烟尘的焊接方法主要是熔化焊中的气渣联合保护焊接,即药皮焊条的手弧焊接和气体保护的MAG和MIG焊接。手弧焊接和气体保护半自动焊接约占所有焊接工作量的70%以上。其中发尘量和有毒气体发生量大的CO2气体保护半自动焊接,对作业区污染严重。因此焊接作业环境的空气净化必须引起足够的重视。1焊接噪声分析焊接烟尘的化学成分取决于焊接材料(焊条、焊丝、焊剂及钎料)和母材的成分及蒸发的难易程度。1.1低氢性焊尘中可溶性化合物的变化钛钙型酸性焊条烟尘中的Fe3O4、MnO2、Fe2O3呈尖晶型结构,具有强磁性,占烟尘总量的60%,还有少量MgO晶体、SiO2和碱金属化合物为主体的玻璃物质等。低氢型碱性焊条中的Fe3O4、MnO2、Fe2O3呈尖晶型结构,还有NaF、CaF2、KCaF33种氟化物和K2CO3、Na2CO22种碳酸盐。焊接烟尘中含有一定量的可溶性化合物。在结构钢焊条中,低氢性焊条烟尘中可溶性物质约占烟尘质量的一半左右;钛铁矿型和钛钙型焊条烟尘中可溶性物质只占烟尘重量的1/4左右;在不锈钢焊接中,其熔化极氩弧焊烟尘中可溶性物质很少,而不锈钢焊条中可溶性物质占了一半以上。1.2不锈钢焊接除尘器的体和物质气体保护焊接(保护气体CO2、Ar、CO2+Ar混合气体),焊接时排出的有害气体和物质主要有:NO、NO2、O3、CO、氟化物和氯化物等。NO、NO2也称NOx。不锈钢焊接烟尘中含有大量的铬和镍、三价铬、六价铬(Cr+6);在焊接烟尘中Ni以独立的氧化镍粒子形式而存在。焊接材料发尘量和有害物质含量见表1、表2。2生物处理方面在熔化焊接过程中,会释放出大量的有害气体和氧化物粉尘,人体短期吸入高浓度粉尘,或长期吸入一般质量浓度(10mg/m3以上)的焊接粉尘,可引起焊接尘肺;吸入可溶性化合物,可引起肺炎和血液系统疾病。目前尚无特效治疗法。焊接烟尘给人体带来的危害是比较严重的,世界各国对焊接烟尘都十分重视,不少国家都制定了焊接工作区有害物质极限允许浓度。3焊接材料与环保焊接是一种将材料永久连接,并成为具有给定功能结构的制造技术。焊接已经渗透到制造业的各个领域,直接影响到产品的质量、可靠性和寿命以及生产的成本、效率和市场反应速度。由于焊接结构具有重量轻、成本低、质量稳定、生产周期短、效率高、市场反应速度快等优点,因此焊接结构的应用日益增多。一个国家焊接消耗材料的生产情况可以反映该国焊接技术的总体水平。统计数据表明:我国焊接材料的生产总量基本上是与钢材同步增长的。经统计,平均每1亿t钢需要近78万t焊接材料,2002年我国仅焊条与焊丝总耗量就高达147万多t。CO2气体保护半自动焊接焊接速度快,生产率高,焊缝具有良好的机械性能和外观,工件变形小,其成本为手工焊的50%,生产率为手工焊的1.5倍。由于这些显著优点,自20世纪60年代以来得到迅速推广,使用非常广泛。据统计,焊丝供应平均每年以20%～30%的速度增长,气体保护焊用的实心焊丝近10年增加近4倍,成为我国发展最快的焊材。我国已成为世界最大的焊材生产与消费国家。随着焊接生产规模不断扩大,焊接材料大量消耗,焊接生产的劳动卫生与环境保护问题也提到了议事日程上。过去我国长期不够重视焊接的环保与卫生问题,焊接职业病已经成为一个不可否认的严重问题。焊接过程的卫生与环保问题研究内容包括:毒烟尘的测定与消除,金属蒸气的危害与防止,接头上残留物的腐蚀与污染危害,电弧的光辐射与有害气体的产生与防护,焊缝材料(如钎料中的铅)在再循环过程的污染与危害等问题。使焊接过程由肮脏、枯燥、危险的作业变成绿色环保型作业势在必行。4治理措施焊接烟尘的治理有多方面,其中主要有3个方面。4.1在技术方面4.1.1材料、工艺设计焊接烟尘的高温蒸汽主要来自于焊条和焊丝端部的液态金属和熔渣,因此消除焊接烟尘,首先在工艺上应采用不消耗焊接材料的焊接方法。如:电阻焊、摩擦焊、电子束焊接等。采用少烟尘焊接工艺,如:埋弧焊、电渣焊等近年来我国先后研制、开发和引进的一些先进的焊接设备、技术和材料。诸如电子束焊接、激光焊接、激光钎焊和激光切割、激光与电弧复合热源焊接、水射流切割、单丝或双丝窄间隙埋弧焊、4丝高速埋弧焊、数控切割系统等,都属于无烟尘和少烟尘焊接和切割工艺。4.1.2适当降低焊接材料的危害开发低尘和低毒焊接材料是焊接研究部门的首要工作,一种新型焊接材料的开发成功并达到实践检验合格后投放市场,有一定的周期,因此,寄希望于新材料是远水解不了近渴,应该在现有材料中尽量选用低尘和低毒焊接材料,以降低车间焊接烟尘人的危害。4.1.3提高了生产效率焊接过程中采用机械化和自动化装置,可使焊工远离污染源,使工人的劳动条件大为改善,同时提高了焊接生产效率和焊接质量。如:焊接操作机、焊接滚轮架、变位机、专用自动焊机、焊接机器人等。4.2有效通风和排风措施通风排烟是治理焊接烟尘的一项重要措施。目前国内外采取的通风排烟措施主要有:点排烟、局部排风、全室通风换气、全室空气净化等几种方式。4.2.1火炬系统的选择点排烟是直接从焊接电弧区附近排除焊接烟气。点排烟形式有:大风量低压系统,小风量高压系统,移动式焊接烟尘净化机等。点排烟式机组的排风量和风速一定要适宜,风量太小抽不出去,风量太大会使保护气氛被破坏而影响焊接质量。采用点排烟时,保护气体用量要相应增加。4.2.2局部吹吸式的组合局部排风是直接从焊接点吸走烟气,有通风罩、吹吸式、地坑排烟式等。该方法主要是针对焊接工件较小,焊接工位较固定,或者在小范围内移动,车间工位上空无吊车的情况下采用。局部吹吸式主要是对于有双向孔口的密闭容器内部焊接采用的一面吹风,一面吸风的排烟方式。在大型容器制造过程中,为在容器中的焊接工人排烟通风应用较为广泛。地坑排烟式主要用于气体切割机等台面下抽风排烟,近来采用水切割工作台来搜集等离子切割烟尘,以净化空气。4.2.3合并式不稳定1.2不排烟器焊接车间符合以下情况,必须采取全室通风:(1)焊接工位无法固定,不能采用点排烟和局部排烟方式。(2)仅有部分焊接工位设有点排烟和局部排烟方式,不能保证车间的烟尘浓度保持在允许范围之内。全室通风的目的主要是:引进室外的新鲜空气,以冲淡室内空气中的焊接烟气浓度,使工作区焊接烟气的平均浓度控制在允许标准以下。从空气平衡的角度出发,引进多少新鲜空气就必须排走同样多的含有焊接烟尘的室内空气,这样新鲜空气不断引进,室内被污染的空气不断排走。全室通风还分为有组织的自然通风和机械通风。4.2.3.加强天气形势,降低通风效率有组织的自然通风的通常做法是,屋顶上设置排烟天窗,外墙下部设置进风面积足够的进风口。全国调查资料表明,这种全室通风方式不乏好的实例。20世纪80年代国家有关部门组织了专门人员进行焊接烟尘的调查,先后共调查了25个省、市、自治区的257个机械工厂,天窗、高侧窗自然排烟方式应用最为广泛,该法通风换气量大,不需要耗电。调查表明:凡焊接烟尘污染轻、通风效果好的车间,无一不设天窗、高侧窗。但是调查中也反映出大多数天窗、高侧窗开启机构失灵,多数车间无开窗机构。采暖地区,冬季关闭天窗和高侧窗来保持室温因而失去排烟作用。采用有组织的自然通风时,应注意以下问题:(1)要有足够的进风面积。由于生产性质决定了焊接车间的大门一般属于常开型,可以部分纳入进风面积。(2)焊接车间以单跨厂房于自然通风最有利,多跨厂房时,焊接工位最好临外墙布置。(3)焊接车间中工艺布置应考虑进排风气流的影响,避免高侧窗与天窗气流短路,尽量避免焊接烟气随气流污染比较清洁的地区。(4)天窗应设置可靠的启闭灵活的开窗机构。天窗均设在厂房的屋顶高处或屋脊处,人工经常登高开关窗有困难,建议采用电动开窗机构。(见图1、图2)。4.2.3.机械通风的形式机械通风形式多种多样,对于采暖地区,特别是严寒地区的焊接车间应采取机械通风进行换气。机械通风的形式有如下几种:①侧墙上安装轴流风机(见图3);②底送风屋顶天窗排烟(见图4);③底送风屋顶风机排烟(见图5);④底送风屋顶风机侧墙风机排烟(见图6)。4.2.4吹吸式通风一般用于大型密闭容器,或密闭房间的通风。4.2.5环净化方式焊接车间全室通风换气的排风量一般都很大,采暖地区冬季由于排风而损失的热量是相当可观的。全室通风一般有以下2种形式:(1)分散式净化机组。其主要作用是将室内空气不断循环净化,可有效地将室内焊接烟尘浓度控制在允许的范围之内,由于热量不向室外排出,节能效果相当可观。(2)集中净化再循环。该方式是设置集中净化装置,用风管接往车间各吸风口,吸入的含有焊接烟尘的空气经净化后仍排入车间内,其优点是便于管理,缺点是运行费用昂贵,安装麻烦,使用不够灵活。全室空气净化是解决车间焊接烟尘污染的一项有效措施,但我国目前还没有适用于焊接烟尘的静电净化机组和经济型的集中式高效过滤装置和设备供应,随着焊接烟尘净化技术的发展,新产品的开发,采用有效的全室空气净化方式将会得到进一步推广。4.3佩戴口罩及其他防毒面具防止焊接烟尘对操作人员的危害,防止烟气直接吸入人体肺部,焊工需佩戴口罩,特殊焊接工位或在密闭场所还应该佩戴防毒面具。车间内配备有焊接辅助装置的场合,要具有自我保护意识,尽量采用自动化焊接工艺和机械化装置完成焊接工作,使操作人员远离烟尘聚集区。5通风烟装措施焊接生产会产生烟尘,焊接烟尘对人的危害十分严重。随着时代的发展,焊接生产规模不断扩大,焊接材料大量消耗,因此焊接生产的劳动卫生与环境治理迫在眉睫。焊接的环保与卫生问题,可通过工艺措施、烟尘治理措施和个人防护3方面共同解决。通风排烟是治理焊接烟尘的一项重要措施,目前国内外采取的通风排烟的措施主要有:点排烟、局部排风、全室通风换气、全室空气净化等几种方式。为达到既经济又能满足焊接烟尘净化的目的,在无吊车的厂房内,比较容易解决焊