焊接煙霧的形成及治理

焊接煙霧的形成及治理

焊接車間，也稱為金屬結(jié)構(gòu)車間、焊接車間或冷作車間。在工作環(huán)境中，主要污染物是焊接和熱切割引起的大量氣體，其次是熱輻射、弧光和噪聲。產(chǎn)生焊接煙塵的焊接方法主要是熔化焊中的氣渣聯(lián)合保護(hù)焊接,即藥皮焊條的手弧焊接和氣體保護(hù)的MAG和MIG焊接。手弧焊接和氣體保護(hù)半自動焊接約占所有焊接工作量的70%以上。其中發(fā)塵量和有毒氣體發(fā)生量大的CO2氣體保護(hù)半自動焊接,對作業(yè)區(qū)污染嚴(yán)重。因此焊接作業(yè)環(huán)境的空氣凈化必須引起足夠的重視。1焊接噪聲分析焊接煙塵的化學(xué)成分取決于焊接材料(焊條、焊絲、焊劑及釬料)和母材的成分及蒸發(fā)的難易程度。1.1低氫性焊塵中可溶性化合物的變化鈦鈣型酸性焊條煙塵中的Fe3O4、MnO2、Fe2O3呈尖晶型結(jié)構(gòu),具有強(qiáng)磁性,占煙塵總量的60%,還有少量MgO晶體、SiO2和堿金屬化合物為主體的玻璃物質(zhì)等。低氫型堿性焊條中的Fe3O4、MnO2、Fe2O3呈尖晶型結(jié)構(gòu),還有NaF、CaF2、KCaF33種氟化物和K2CO3、Na2CO22種碳酸鹽。焊接煙塵中含有一定量的可溶性化合物。在結(jié)構(gòu)鋼焊條中,低氫性焊條煙塵中可溶性物質(zhì)約占煙塵質(zhì)量的一半左右;鈦鐵礦型和鈦鈣型焊條煙塵中可溶性物質(zhì)只占煙塵重量的1/4左右;在不銹鋼焊接中,其熔化極氬弧焊煙塵中可溶性物質(zhì)很少,而不銹鋼焊條中可溶性物質(zhì)占了一半以上。1.2不銹鋼焊接除塵器的體和物質(zhì)氣體保護(hù)焊接(保護(hù)氣體CO2、Ar、CO2+Ar混合氣體),焊接時排出的有害氣體和物質(zhì)主要有:NO、NO2、O3、CO、氟化物和氯化物等。NO、NO2也稱NOx。不銹鋼焊接煙塵中含有大量的鉻和鎳、三價鉻、六價鉻(Cr+6);在焊接煙塵中Ni以獨(dú)立的氧化鎳粒子形式而存在。焊接材料發(fā)塵量和有害物質(zhì)含量見表1、表2。2生物處理方面在熔化焊接過程中,會釋放出大量的有害氣體和氧化物粉塵,人體短期吸入高濃度粉塵,或長期吸入一般質(zhì)量濃度(10mg/m3以上)的焊接粉塵,可引起焊接塵肺;吸入可溶性化合物,可引起肺炎和血液系統(tǒng)疾病。目前尚無特效治療法。焊接煙塵給人體帶來的危害是比較嚴(yán)重的,世界各國對焊接煙塵都十分重視,不少國家都制定了焊接工作區(qū)有害物質(zhì)極限允許濃度。3焊接材料與環(huán)保焊接是一種將材料永久連接,并成為具有給定功能結(jié)構(gòu)的制造技術(shù)。焊接已經(jīng)滲透到制造業(yè)的各個領(lǐng)域,直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量、可靠性和壽命以及生產(chǎn)的成本、效率和市場反應(yīng)速度。由于焊接結(jié)構(gòu)具有重量輕、成本低、質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)周期短、效率高、市場反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn),因此焊接結(jié)構(gòu)的應(yīng)用日益增多。一個國家焊接消耗材料的生產(chǎn)情況可以反映該國焊接技術(shù)的總體水平。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明:我國焊接材料的生產(chǎn)總量基本上是與鋼材同步增長的。經(jīng)統(tǒng)計(jì),平均每1億t鋼需要近78萬t焊接材料,2002年我國僅焊條與焊絲總耗量就高達(dá)147萬多t。CO2氣體保護(hù)半自動焊接焊接速度快,生產(chǎn)率高,焊縫具有良好的機(jī)械性能和外觀,工件變形小,其成本為手工焊的50%,生產(chǎn)率為手工焊的1.5倍。由于這些顯著優(yōu)點(diǎn),自20世紀(jì)60年代以來得到迅速推廣,使用非常廣泛。據(jù)統(tǒng)計(jì),焊絲供應(yīng)平均每年以20%～30%的速度增長,氣體保護(hù)焊用的實(shí)心焊絲近10年增加近4倍,成為我國發(fā)展最快的焊材。我國已成為世界最大的焊材生產(chǎn)與消費(fèi)國家。隨著焊接生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大,焊接材料大量消耗,焊接生產(chǎn)的勞動衛(wèi)生與環(huán)境保護(hù)問題也提到了議事日程上。過去我國長期不夠重視焊接的環(huán)保與衛(wèi)生問題,焊接職業(yè)病已經(jīng)成為一個不可否認(rèn)的嚴(yán)重問題。焊接過程的衛(wèi)生與環(huán)保問題研究內(nèi)容包括:毒煙塵的測定與消除,金屬蒸氣的危害與防止,接頭上殘留物的腐蝕與污染危害,電弧的光輻射與有害氣體的產(chǎn)生與防護(hù),焊縫材料(如釬料中的鉛)在再循環(huán)過程的污染與危害等問題。使焊接過程由骯臟、枯燥、危險的作業(yè)變成綠色環(huán)保型作業(yè)勢在必行。4治理措施焊接煙塵的治理有多方面,其中主要有3個方面。4.1在技術(shù)方面4.1.1材料、工藝設(shè)計(jì)焊接煙塵的高溫蒸汽主要來自于焊條和焊絲端部的液態(tài)金屬和熔渣,因此消除焊接煙塵,首先在工藝上應(yīng)采用不消耗焊接材料的焊接方法。如:電阻焊、摩擦焊、電子束焊接等。采用少煙塵焊接工藝,如:埋弧焊、電渣焊等近年來我國先后研制、開發(fā)和引進(jìn)的一些先進(jìn)的焊接設(shè)備、技術(shù)和材料。諸如電子束焊接、激光焊接、激光釬焊和激光切割、激光與電弧復(fù)合熱源焊接、水射流切割、單絲或雙絲窄間隙埋弧焊、4絲高速埋弧焊、數(shù)控切割系統(tǒng)等,都屬于無煙塵和少煙塵焊接和切割工藝。4.1.2適當(dāng)降低焊接材料的危害開發(fā)低塵和低毒焊接材料是焊接研究部門的首要工作,一種新型焊接材料的開發(fā)成功并達(dá)到實(shí)踐檢驗(yàn)合格后投放市場,有一定的周期,因此,寄希望于新材料是遠(yuǎn)水解不了近渴,應(yīng)該在現(xiàn)有材料中盡量選用低塵和低毒焊接材料,以降低車間焊接煙塵人的危害。4.1.3提高了生產(chǎn)效率焊接過程中采用機(jī)械化和自動化裝置,可使焊工遠(yuǎn)離污染源,使工人的勞動條件大為改善,同時提高了焊接生產(chǎn)效率和焊接質(zhì)量。如:焊接操作機(jī)、焊接滾輪架、變位機(jī)、專用自動焊機(jī)、焊接機(jī)器人等。4.2有效通風(fēng)和排風(fēng)措施通風(fēng)排煙是治理焊接煙塵的一項(xiàng)重要措施。目前國內(nèi)外采取的通風(fēng)排煙措施主要有:點(diǎn)排煙、局部排風(fēng)、全室通風(fēng)換氣、全室空氣凈化等幾種方式。4.2.1火炬系統(tǒng)的選擇點(diǎn)排煙是直接從焊接電弧區(qū)附近排除焊接煙氣。點(diǎn)排煙形式有:大風(fēng)量低壓系統(tǒng),小風(fēng)量高壓系統(tǒng),移動式焊接煙塵凈化機(jī)等。點(diǎn)排煙式機(jī)組的排風(fēng)量和風(fēng)速一定要適宜,風(fēng)量太小抽不出去,風(fēng)量太大會使保護(hù)氣氛被破壞而影響焊接質(zhì)量。采用點(diǎn)排煙時,保護(hù)氣體用量要相應(yīng)增加。4.2.2局部吹吸式的組合局部排風(fēng)是直接從焊接點(diǎn)吸走煙氣,有通風(fēng)罩、吹吸式、地坑排煙式等。該方法主要是針對焊接工件較小,焊接工位較固定,或者在小范圍內(nèi)移動,車間工位上空無吊車的情況下采用。局部吹吸式主要是對于有雙向孔口的密閉容器內(nèi)部焊接采用的一面吹風(fēng),一面吸風(fēng)的排煙方式。在大型容器制造過程中,為在容器中的焊接工人排煙通風(fēng)應(yīng)用較為廣泛。地坑排煙式主要用于氣體切割機(jī)等臺面下抽風(fēng)排煙,近來采用水切割工作臺來搜集等離子切割煙塵,以凈化空氣。4.2.3合并式不穩(wěn)定1.2不排煙器焊接車間符合以下情況,必須采取全室通風(fēng):(1)焊接工位無法固定,不能采用點(diǎn)排煙和局部排煙方式。(2)僅有部分焊接工位設(shè)有點(diǎn)排煙和局部排煙方式,不能保證車間的煙塵濃度保持在允許范圍之內(nèi)。全室通風(fēng)的目的主要是:引進(jìn)室外的新鮮空氣,以沖淡室內(nèi)空氣中的焊接煙氣濃度,使工作區(qū)焊接煙氣的平均濃度控制在允許標(biāo)準(zhǔn)以下。從空氣平衡的角度出發(fā),引進(jìn)多少新鮮空氣就必須排走同樣多的含有焊接煙塵的室內(nèi)空氣,這樣新鮮空氣不斷引進(jìn),室內(nèi)被污染的空氣不斷排走。全室通風(fēng)還分為有組織的自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)。4.2.3.加強(qiáng)天氣形勢,降低通風(fēng)效率有組織的自然通風(fēng)的通常做法是,屋頂上設(shè)置排煙天窗,外墻下部設(shè)置進(jìn)風(fēng)面積足夠的進(jìn)風(fēng)口。全國調(diào)查資料表明,這種全室通風(fēng)方式不乏好的實(shí)例。20世紀(jì)80年代國家有關(guān)部門組織了專門人員進(jìn)行焊接煙塵的調(diào)查,先后共調(diào)查了25個省、市、自治區(qū)的257個機(jī)械工廠,天窗、高側(cè)窗自然排煙方式應(yīng)用最為廣泛,該法通風(fēng)換氣量大,不需要耗電。調(diào)查表明:凡焊接煙塵污染輕、通風(fēng)效果好的車間,無一不設(shè)天窗、高側(cè)窗。但是調(diào)查中也反映出大多數(shù)天窗、高側(cè)窗開啟機(jī)構(gòu)失靈,多數(shù)車間無開窗機(jī)構(gòu)。采暖地區(qū),冬季關(guān)閉天窗和高側(cè)窗來保持室溫因而失去排煙作用。采用有組織的自然通風(fēng)時,應(yīng)注意以下問題:(1)要有足夠的進(jìn)風(fēng)面積。由于生產(chǎn)性質(zhì)決定了焊接車間的大門一般屬于常開型,可以部分納入進(jìn)風(fēng)面積。(2)焊接車間以單跨廠房于自然通風(fēng)最有利,多跨廠房時,焊接工位最好臨外墻布置。(3)焊接車間中工藝布置應(yīng)考慮進(jìn)排風(fēng)氣流的影響,避免高側(cè)窗與天窗氣流短路,盡量避免焊接煙氣隨氣流污染比較清潔的地區(qū)。(4)天窗應(yīng)設(shè)置可靠的啟閉靈活的開窗機(jī)構(gòu)。天窗均設(shè)在廠房的屋頂高處或屋脊處,人工經(jīng)常登高開關(guān)窗有困難,建議采用電動開窗機(jī)構(gòu)。(見圖1、圖2)。4.2.3.機(jī)械通風(fēng)的形式機(jī)械通風(fēng)形式多種多樣,對于采暖地區(qū),特別是嚴(yán)寒地區(qū)的焊接車間應(yīng)采取機(jī)械通風(fēng)進(jìn)行換氣。機(jī)械通風(fēng)的形式有如下幾種:①側(cè)墻上安裝軸流風(fēng)機(jī)(見圖3);②底送風(fēng)屋頂天窗排煙(見圖4);③底送風(fēng)屋頂風(fēng)機(jī)排煙(見圖5);④底送風(fēng)屋頂風(fēng)機(jī)側(cè)墻風(fēng)機(jī)排煙(見圖6)。4.2.4吹吸式通風(fēng)一般用于大型密閉容器,或密閉房間的通風(fēng)。4.2.5環(huán)凈化方式焊接車間全室通風(fēng)換氣的排風(fēng)量一般都很大,采暖地區(qū)冬季由于排風(fēng)而損失的熱量是相當(dāng)可觀的。全室通風(fēng)一般有以下2種形式:(1)分散式凈化機(jī)組。其主要作用是將室內(nèi)空氣不斷循環(huán)凈化,可有效地將室內(nèi)焊接煙塵濃度控制在允許的范圍之內(nèi),由于熱量不向室外排出,節(jié)能效果相當(dāng)可觀。(2)集中凈化再循環(huán)。該方式是設(shè)置集中凈化裝置,用風(fēng)管接往車間各吸風(fēng)口,吸入的含有焊接煙塵的空氣經(jīng)凈化后仍排入車間內(nèi),其優(yōu)點(diǎn)是便于管理,缺點(diǎn)是運(yùn)行費(fèi)用昂貴,安裝麻煩,使用不夠靈活。全室空氣凈化是解決車間焊接煙塵污染的一項(xiàng)有效措施,但我國目前還沒有適用于焊接煙塵的靜電凈化機(jī)組和經(jīng)濟(jì)型的集中式高效過濾裝置和設(shè)備供應(yīng),隨著焊接煙塵凈化技術(shù)的發(fā)展,新產(chǎn)品的開發(fā),采用有效的全室空氣凈化方式將會得到進(jìn)一步推廣。4.3佩戴口罩及其他防毒面具防止焊接煙塵對操作人員的危害,防止煙氣直接吸入人體肺部,焊工需佩戴口罩,特殊焊接工位或在密閉場所還應(yīng)該佩戴防毒面具。車間內(nèi)配備有焊接輔助裝置的場合,要具有自我保護(hù)意識,盡量采用自動化焊接工藝和機(jī)械化裝置完成焊接工作,使操作人員遠(yuǎn)離煙塵聚集區(qū)。5通風(fēng)煙裝措施焊接生產(chǎn)會產(chǎn)生煙塵,焊接煙塵對人的危害十分嚴(yán)重。隨著時代的發(fā)展,焊接生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大,焊接材料大量消耗,因此焊接生產(chǎn)的勞動衛(wèi)生與環(huán)境治理迫在眉睫。焊接的環(huán)保與衛(wèi)生問題,可通過工藝措施、煙塵治理措施和個人防護(hù)3方面共同解決。通風(fēng)排煙是治理焊接煙塵的一項(xiàng)重要措施,目前國內(nèi)外采取的通風(fēng)排煙的措施主要有:點(diǎn)排煙、局部排風(fēng)、全室通風(fēng)換氣、全室空氣凈化等幾種方式。為達(dá)到既經(jīng)濟(jì)又能滿足焊接煙塵凈化的目的,在無吊車的廠房內(nèi),比較容易解決焊