一、概述

焊接是利用電能加熱，促使被焊接金屬局部達到液態(tài)或接近液態(tài)，而使之結合形成牢固的不可拆卸接頭的工藝方法，它是極為常見(jiàn)的機械工藝方法。焊接過(guò)程中產(chǎn)生的污染種類(lèi)多、危害大，能導致多種職業(yè)病(如焊工硅肺、錳中毒、電光性眼炎等)的發(fā)生，已成為一大環(huán)境公害。隨著(zhù)國家對產(chǎn)業(yè)環(huán)境衛生的要求越來(lái)越嚴，焊接煙塵的治理越來(lái)越被人們重視，其相應的治理技術(shù)日趨完善，焊接污染慢慢得到相對有效的控制。本文是根據我國焊接車(chē)間具體情況，結合唐納森公司在焊接煙塵治理的經(jīng)驗，從焊接污染的形成、特點(diǎn)及危害進(jìn)手，提出切實(shí)可行的防治對策。

二、焊接過(guò)程中的有害煙塵

焊接煙塵是由金屬及非金屬物質(zhì)在過(guò)熱條件下產(chǎn)生的蒸氣經(jīng)氧化和冷凝而形成的。因此電焊煙塵的化學(xué)成分，取決于焊接材料(焊絲、焊條、焊劑等)和被焊接材料成分及其蒸發(fā)的難易。不同成分的焊接材料和被焊接材料，住施焊時(shí)將產(chǎn)生不同成分的焊接煙塵(見(jiàn)表1)。

焊接煙塵的特點(diǎn)有：

(1)焊接煙塵粒徑小  煙塵呈碎片狀，粒徑為0.38μm左右。

(2)焊接煙塵的粘性大隨著(zhù)溫度和濕度的變化在空中飄浮。通常在焊接操縱過(guò)程中，焊接煙塵飄浮在闊別車(chē)問(wèn)地面高3～5m之間。

(3)焊接煙塵的溫度較高  通過(guò)空氣和排風(fēng)管道的稀釋為40～55℃。

(4)焊接過(guò)程的發(fā)塵最較大  一股來(lái)說(shuō)，1個(gè)焊工操縱一天所產(chǎn)生的煙塵量約60～150g。幾種焊接方法施焊時(shí)每分鐘的發(fā)塵量和熔化每千克焊接材料的發(fā)塵量(見(jiàn)表2)。

三、焊接煙塵的危害

焊接工人天天都要在環(huán)境惡劣的焊接場(chǎng)所工作，接觸焊接煙塵和粉塵，都有吸人有害煙霧的風(fēng)險，可引起腦部和精神受損、皮膚炎癥、呼吸系統疾病、肝臟和腎臟病癥甚至癌癥等。以下是焊接工人在施焊過(guò)程中，產(chǎn)生的各種污染物對人體危害(見(jiàn)表3)。

在過(guò)往的十幾年里，各企業(yè)的領(lǐng)導者已經(jīng)熟悉到以上污染物的危害性，并改善工作環(huán)境的措施，以解決工人們面臨的工作環(huán)境健康的危害，財務(wù)和健康保險等支出變得越來(lái)越大。但采取這些措施又可以節省本錢(qián)，增加工作者的生產(chǎn)力，減少工人生病的時(shí)間，控制保健本錢(qián)。這些措施還催生了新一代可降低風(fēng)險并保障工作者健康的更安全的配有煙塵凈化設備安全培訓和作業(yè)方法。

除了企業(yè)內部的變化，社會(huì )外部氣力對促成企業(yè)煙塵凈化的投進(jìn)新格式也起到了一定的作用。如國家在新建項目必須對焊接污染源進(jìn)行治理，為此，國家對焊接作業(yè)環(huán)境制訂了專(zhuān)門(mén)安全衛生標準。如我國《產(chǎn)業(yè)企業(yè)設計衛生標準》(TJ 36—1979)中的錳及其化合物(換算成MnO2)最高容許濃度為0.2mg/m3。是泛指高毒性錳塵。我國頒布的《車(chē)間空氣中電焊煙塵衛生標準》(GB 16194—1996)規定車(chē)間空氣中最高容許濃度為6mg/m3。在企業(yè)上ISO1400標準就是涉及產(chǎn)業(yè)衛生環(huán)境的新標準(綠色焊接的提出)。但是在焊接生產(chǎn)環(huán)節上，其焊接工藝是個(gè)復雜的過(guò)程，尤其是焊接零件外形千變萬(wàn)化，為了把作業(yè)現場(chǎng)煙塵徹底解決，這對焊接工藝提出了新的挑戰，同時(shí)對操縱者的操縱習慣也提出了更高要求。

四、焊接煙塵的防護措施

針對焊接過(guò)程中有害煙塵的防護方法，目前最常用的方法是將有害煙塵隨車(chē)間軸流風(fēng)機自然排出(見(jiàn)表4)和采用凈化設備過(guò)濾排出。目前，在煙塵產(chǎn)生的位置最近的地方采取局部抽出過(guò)濾是最有效的方法。焊接煙塵過(guò)濾方式有旋風(fēng)分離、袋式、靜電式及濾筒式，其中最常用的主要有靜電式和濾筒式兩種(見(jiàn)表5)。

然而在選擇凈化系統過(guò)程中，由于工件不同而處理風(fēng)量不一樣，有些過(guò)濾設備在沒(méi)計時(shí)考慮到了焊接作業(yè)的特點(diǎn)，在吸風(fēng)罩做成不同的設計，省往操縱職員的麻煩，可進(jìn)步工效。目前在選擇過(guò)濾器時(shí)有三個(gè)誤區：

(1)只留意標定的過(guò)濾效率，忽視實(shí)際過(guò)濾效果。由于焊接煙塵的顆粒非常小，通常在1μm以下，所以必須了解所選過(guò)濾排放標準和檢測方法中使用的是什么樣的顆粒物?？茖W(xué)研究已經(jīng)證實(shí)，0.3μm的顆粒物是各種一般普通過(guò)濾材料最不易過(guò)濾的粒徑，所以國外普遍用這種粒徑的顆粒物檢測過(guò)濾器和濾料的過(guò)濾效率，假如效率能達到95％，那么過(guò)濾無(wú)論大于還是小于0.3(0.5)μm的顆粒物，其效率必然在95％(99.999％)以上。由于我國目前在強制執行的檢測標準中(LD29—1992)還沒(méi)有使用這種粒徑的顆粒物，所檢測的過(guò)濾器的標定過(guò)濾效率并不能代表過(guò)濾焊接煙塵的實(shí)際過(guò)濾效率。

(2)只留意過(guò)濾效率高低，忽視過(guò)濾器的密封性。假如設備制造簡(jiǎn)陋，因而造成不密封，有害物質(zhì)(粉塵或氣體)會(huì )從泄漏處直接排放在工作現場(chǎng)及室外，這樣過(guò)濾效率再高的濾料也不會(huì )起作用。

(3)以為作業(yè)場(chǎng)所已經(jīng)設置了排風(fēng)裝置，把有害氣體和煙塵排放到室外就可以而不需要任何保護。由于焊接作業(yè)的特點(diǎn)，即使焊接煙塵可以被排風(fēng)設備排走，也僅僅只能避免有害物的擴散，降低環(huán)境濃度。但在排放到室外后，會(huì )隨著(zhù)空氣流進(jìn)進(jìn)室內污染工作現場(chǎng)或造成大氣層污染，所以焊接所產(chǎn)生的煙塵及有毒氣體必須在排放之前進(jìn)行凈化處理。

五、唐納森的凈化思想和理念

唐納森公司是全球最大的過(guò)濾設備專(zhuān)業(yè)制造商之一，具有近百年的歷史。其過(guò)濾產(chǎn)品種類(lèi)豐富，擁有過(guò)濾材料和設備的眾多專(zhuān)利，其煙塵過(guò)濾產(chǎn)品種齊全，已廣泛應用于各個(gè)焊接領(lǐng)域。唐納森能夠取得今天的成就，主要是其凈化產(chǎn)品的過(guò)濾原理、材料及設備結構與眾不同。

1.唐納森Ultra-Web FR過(guò)濾材料及表面過(guò)濾技術(shù)

Ultra-Web FR過(guò)濾材料及表面過(guò)濾技術(shù)是技術(shù)上的重大突破，能在較低本錢(qián)下提供更清潔的空氣。經(jīng)過(guò)幾十年的研究和發(fā)展，是Ultra-Web FR濾材應用在托里特Torit設備上具有高效的除塵性能。Ultra-Web FR濾材(見(jiàn)圖1)可在亞微米細?？赡軡B透濾材內表面之前被阻擋在外，且由Ultra-Web FR表面收集的顆粒，很輕易在除塵器清灰過(guò)程中被帶出。

唐納森過(guò)濾器是一種自動(dòng)清灰的過(guò)濾器，它在收集業(yè)微米細粒時(shí)能保證連續的高過(guò)濾效率，而不會(huì )過(guò)早堵塞濾芯。這就要求革新的濾材在過(guò)濾中能迅速形成塵餅，在清灰循環(huán)時(shí)又易于清理。

由于塵粒進(jìn)人濾芯之前已被有滲透性的塵餅阻擋，因此該塵餅進(jìn)步了過(guò)濾效率。塵餅的形成會(huì )減少氣流，因此必須通過(guò)集塵清灰系統清理。

舊式濾材(棉布、聚酯、傳統的纖維素等)纖維間隙為12～60μm(見(jiàn)圖2a)，當塵粒穿過(guò)這些空隙后，其過(guò)濾效率會(huì )降低，因進(jìn)進(jìn)濾材內的塵粒阻塞了過(guò)濾元件。當阻塞情況繼續惡化，而在清灰循環(huán)的過(guò)程中又未能有效將阻塞的粉塵吹清，結果過(guò)濾元件的風(fēng)阻便會(huì )穩定上升，將除塵系統的氣流量降低。若一旦發(fā)現過(guò)濾元件的氣流流量降低到不足夠時(shí)，便要更換過(guò)濾元件。

而Ultra-Web FR解決了這個(gè)題目Ultra-Web FR濾材(見(jiàn)圖2b)有一層亞做米級直徑的纖維粘貼在基料上。其極微小的篩孔可阻擋大部分亞微米級顆粒在Ultra-Web FR濾材的表面上，該纖維間的間隙只有底層纖維的1/100。因此，幾乎所有的顆粒都被集在該濾材的表面，因而使滲透底層的顆粒減少至最低限。表面負載(顆粒在Ultra-Web FR表面迅速積累)幫助形成了可滲透性的擋塵餅，因此可保持相當高的過(guò)濾效率。在相同的操縱條件下，Ultra-Web FR濾材的初期過(guò)濾效率大于一般的濾材10倍。在除塵器的清灰循環(huán)中，表面負載可消除過(guò)早的濾芯堵塞，并促進(jìn)了掃除塵餅。

2.唐納森濾筒式過(guò)濾器及設備結構特點(diǎn)

過(guò)濾器選用的濾材是唐納森公司于1983年發(fā)明的以濾簡(jiǎn)為過(guò)濾元件的濾材，它在一股濾材表面貼一層亞微米級粒徑的特殊纖微材料。其非常微小孔可阻擋大部分亞微米級顆粒在特殊濾材表面上，從而形成可滲透性的擋塵餅，由此可保持相當長(cháng)的過(guò)濾效率。對于0.1～0.5μm粉塵顆粒，排放達99.999％，便于細小顆粒凈化。其過(guò)濾器利用煙塵下沉特性，機體沒(méi)汁為沉流式結構(見(jiàn)圖3)，其內部所有零部件嚴格按氣流運動(dòng)力學(xué)原理進(jìn)行設計研究試驗，使其沒(méi)備在保證處理風(fēng)量下，運行阻力為最小。更換除塵濾筒時(shí)，只需在潔凈空氣室操縱，無(wú)需進(jìn)進(jìn)塵室，保障安全。一人維修概念，充分利用人力資源及減少維修本錢(qián)。每部除塵器之設計均可獨立操縱，當其中一部需要維修時(shí)，不會(huì )影響其他機組操縱。

3.唐納森用在焊接煙塵過(guò)濾的產(chǎn)品

(1)EASY-TRUNK移動(dòng)式煙塵過(guò)濾器緊湊的結構，濾筒、風(fēng)機和自動(dòng)清灰集于一體，配以萬(wàn)向固定吸氣手臂，在吸煙塵時(shí)，利于焊接工人在任意位置焊接，并方便地移動(dòng)至任何工作點(diǎn)。3只阻燃性的Ultra-Web濾筒完全保證潔凈空氣的回送，最適用于小批量及間接焊接工作的需要。

(2)DFO1-l/2-2/3-3移動(dòng)式過(guò)濾器  緊湊的結構，簡(jiǎn)單而又公道的風(fēng)機、除塵和卸灰集于一身，方便地移動(dòng)至任何工作點(diǎn)。與EASY-TRUNK移動(dòng)式除塵器相比，其風(fēng)量和靜壓都高，并可根據工作現場(chǎng)進(jìn)行選擇，從而特別適用于單工位焊接和打磨工作的需要。

(3)DFO系列沉流式中心集中過(guò)濾器DFO沉流式過(guò)濾器由模塊組合，它主要用在多點(diǎn)焊接工位抽風(fēng)除塵和大型的焊接生產(chǎn)線(xiàn)，以及價(jià)值珍貴(相比普通焊機而言)的焊接機器人上所產(chǎn)生的煙塵和粉塵收集處理，采用公道的管道分布將不同煙塵點(diǎn)集中于DF式除塵器中予以集中除塵解決。

應該夸大的是，唐納森任何一種煙塵過(guò)濾器，其心臟部件均帶有阻燃功能的Ultra-Web FR濾筒，是由唐納森公司集數十年經(jīng)驗開(kāi)發(fā)而成的。該種濾筒對0．1～0.5μm的微粒過(guò)濾效率達到99.999％，完全適用于焊接煙塵小而細的特點(diǎn)，同時(shí)表面所涂的特殊材料使火星噴濺到表面升溫燃燒的時(shí)間延長(cháng)很多，故有阻燃之功能，且表面所涂的特殊材料可使煙塵形成塵餅，以吸附部分有毒氣體。

以上特點(diǎn)，是唐納森公司除塵器用于煙塵方面收集處理的上風(fēng)。

六、結語(yǔ)

焊接車(chē)間的煙塵污染源及種類(lèi)多，應從污染源、傳播途徑、個(gè)人防護等三個(gè)方面進(jìn)行綜合治理。煙塵的治理應結合車(chē)間工藝布置、設備情況和焊接操縱工的焊接習慣等情況制定方案，不能脫離實(shí)際，影響正常的生產(chǎn)操縱。治理方案的設計應充分考慮各種污染的治理方式，在保證處理效果的條件下，設汁采用高效凈化設備，從而達到減少場(chǎng)地占用、節約投資和節約能源的目的。為此，在凈化方案設計選型過(guò)程中應考慮以下幾方面的因素：

(1)吸塵罩  按不同的工藝要求和煙塵種類(lèi)及其特性進(jìn)行設計，采用唐納森設計規范。

(2)管道  按煙特性及其流速進(jìn)行設計，采用唐納森專(zhuān)有軟件計算出參數。

(3)過(guò)濾器  按煙塵特性及其流速設計出吸塵罩大小，定出風(fēng)量，選擇除塵器的濾材和處理風(fēng)量(系統的關(guān)鍵)。

(4)風(fēng)機  根據吸塵罩和管道除塵器的壓力損失和除塵器的處理風(fēng)量選擇風(fēng)機。

總之，除塵系統之問(wèn)的吸塵罩、管道、除塵器及風(fēng)機每一個(gè)參數發(fā)生變化，都將影響除塵效果。系統捕捉效果的好壞與粉塵特性和罩口及管路走向有關(guān)系，聽(tīng)系統運行使用的好壞與濾材和除塵器結構有直接關(guān)系。