焊接車間煙塵處理技術探討

馬闖，康凱，滕紀云，胡章枝

（中機第一設計研究院有限公司，合肥230601）

1 焊接煙塵的危害

焊接煙塵的治理是一項國際性技術難題，其困難主要表現在：焊接煙塵粒徑小，濾除困難；焊接工位多變性，捕捉困難；焊接煙塵熱氣流滯留特性，普通通風技術除塵困難。但其對身體的危害也是嚴重的，焊接煙塵中主要的有害化合物有氧化鐵、氧化鋁、氧化錳、氧化鈦及氧化鉻等，低氫焊條還含有氟化物。另外的5%以氣體方式散發在空氣中，這些氣體中含有臭氧、氮氧化物、一氧化碳、光氣、氟化氫等有害成分?？晌胛⒘４笮⊥ǔＵJ為小于10μm。大量的微粒會附著在呼吸道上。一些研究人員認為，微粒大小在0.1～1.0μm 會被吸入肺中，但大多數會被呼出。小于0.1μm 的微?？梢詽B入肺里，嚴重影響焊工的身心健康[1]。

2 現行主要除塵方式簡介

焊接煙塵處理基本上都分為焊接煙塵的捕捉和凈化處理2 個步驟，煙塵的處理可以大致分為源頭捕捉過濾、整體煙氣治理、整體換氣等方式。

源頭捕捉過濾包括移動式單機、多工位集中式除塵主機、吸氣臂式集中除塵系統等，通過集氣罩將焊接煙塵收集到室內或者室外的主機并過濾達標后進行排放。整體煙氣治理是在車間內部設置空氣凈化裝置，并將車間空氣過濾凈化后直接排放至車間內部。整體換氣是通過送排風系統將車間煙塵收集凈化后排放，同時為車間補充新鮮空氣。

2.1 移動式單機

移動式單機為一個除塵主機配2～3 個吸塵罩，吸塵罩直徑大約在150～300mm。使用時將吸塵罩放置在焊接點上方300mm 空間以內，焊接煙塵經吸塵罩收集后通過主機進行過濾并排放（見圖1）。移動式單機已應用多年，目前技術成熟、使用靈活且得到了廣泛的應用，成本也相對較低。但由于主機尺寸小，風機風量和過濾系統受到限制，所以，除塵效果和維護周期相對較差，再加上過濾后的空氣需要在車間內排放，存在二次污染的可能。另外，由于吸塵管道長度受限，所以工作范圍有限，且工人使用時需要根據焊道位置及尺寸實時地移動除塵罩，所以需要占用工人的操作時間。

圖1 移動式單機

2.2 多工位集中式除塵主機

多工位集中式除塵主機工作原理與移動式單機類似，只是增加了吸氣罩數量，加大了除塵主機（見圖2）。由于除塵主機加大，其風機風量和除塵效果都有所改善，還可以將過濾后的空氣通過管道排放到室外，對室內空氣環境改善顯著。但由于未設置新風補充系統，所以，僅適合焊接工位較少的車間使用。

圖2 焊接機器人頂吸罩

2.3 吸氣臂式集中除塵系統

吸氣臂式集中除塵系統是在車間內沿墻或柱子布置風管干管，并在焊接工位設置支管及吸氣臂（見圖3）。吸氣臂端頭的除塵罩直接對準焊接點位，通過管道的負壓將焊接煙塵吸入除塵管道，并最終收集到與之相連的除塵主機。除塵主機一般布置在室外，內部包含風機、空氣過濾系統以及粉塵收集系統，焊接煙塵經除塵主機過濾處理達標后進行高空排放。集中除塵系統對焊接煙塵在源頭處進行收集，再加上大型風機產生的高負壓，使得煙塵收集效率大幅提高。另外，大型風機的配備也有利于提高焊接煙塵的過濾效果。

圖3 萬向吸塵臂煙塵捕捉

但是，由于需要在車間內部布置大量風管，增加了工程投資，車間內部的視覺效果也會稍差。而且，吸氣臂的除塵罩在使用上與移動式單機的除塵罩類似，也需要操作工人根據焊道位置及尺寸實時地移動除塵罩。

另外，部分自動焊接工位的除塵是無法使用吸氣臂進行收集的，此時需要使用大范圍的頂吸罩進行焊接煙塵的收集。頂吸罩的使用要求增加管道內的煙氣流量（即加大管道直徑），這就要求相應地增加風機功率，對于投資和運行成本都有一定量的增加。

3 車間整體煙氣治理

車間整體煙氣治理類似于現在家庭使用的空氣凈化器。車間內部布置多臺大型空氣凈化裝置，空氣凈化裝置能持續地對車間內部空氣進行凈化處理，以達到持續改善車間空氣質量的效果（見圖4）。由于此種治理方式不是從源頭對焊接煙塵進行收集，而是待其擴散到空氣中以后再對空氣進行過濾，所以，還是會有部分焊接煙塵被工人吸入體內或者附著在身體上，而且不停地對空氣進行凈化處理也增加了運行成本。

4 車間整體換氣

圖4 整體煙氣治理示意

車間整體換氣的原理是通過在車間內部布置送風管道和排風管道以對車間空氣進行整體置換(見圖5、圖6)。排風管道會將車間空氣進行收集，并通過主機進行過濾處理，達標后進行高空排放。同時為了維持車間內部空氣壓力的平衡，需要有送風機對車間內部進行新風補充。車間整體換氣的布置方式又分為下吹上吸的方式和側吹側吸的方式。

圖5 整體煙氣治理示意

圖6 整體煙氣治理示意

整體換氣的治理方式能夠持續地將車間內部含有煙塵的空氣進行收集、過濾、排放，并補充新風，對車間空氣環境的改善效果顯著。但車間整體換氣對換氣量要求比較高，這就需要較大的設備投資和運行費用。另外，對于北方的采暖季節，也會增加車間的采暖負荷。

5 結論及建議

通過對各種焊接煙塵處理方式的介紹可以發現，各種處理方式的優缺點都比較明顯，本文認為將吸氣臂式集中除塵系統和車間整體換氣結合到一起使用會得到很好的效果。而且前期設備投資和運行成本也能得到較好的控制。具體的結合方式以及布置方案應結合車間工藝及企業自身情況綜合考慮。