焊接材料對形成焊接煙塵影響的分析與研究

臧春田

【摘要】隨著我國社會環境保護意識的增加，相關學者對于焊接材料產生的焊接煙塵問題也日益關注。在焊接中煙塵影響是保護環境的重要環節。分析研究焊接材料對于焊接煙塵產生的影響進行分析，具有重要的價值。

【關鍵詞】焊接材料焊接煙塵影響因素

基于相關數據統計分析，隨著我國工業領域的持續發展，我國消耗焊接材料為全球總量的50%以上。分析2020年國民經濟發展目標，綜合我國焊接行業發展趨勢進行預測，焊接行業會呈現持續增長的發展趨勢。而在焊接中會產生大量的煙塵，這些煙塵問題對于工作人員的身體健康以及自然環境會產生較為嚴重的影響。

1焊接煙塵的特點

焊接中會產生大量的污染物，會受到焊接材料材質以及焊接材料成分，焊接工藝以及工藝參數。而不同焊接工藝的焊接煙塵會存在一些有害物質以及有害氣體，不同性質以及數量等也具有一定的差異性。熔焊是一種常見的焊接方式，基于熔焊為例可以分析煙塵強度，對其進行評估。

1.1煙塵粒徑小

焊接煙塵粒徑相對較小，焊接煙塵顆粒是通過0.01～5μm的球狀顆粒通過聚集形成，在空氣中懸浮，會聚集成互相連鎖的樹枝狀態的微粒。焊接煙塵粒度極細，而手工電弧焊煙塵粒徑約為0.1～ 1.25μm左右，通過自動埋弧焊通過“

氟堿型”焊劑中煙塵粒徑約在2μm～0.28 mm中，CO2氣體保護焊煙塵平均粒徑數值大概為0.03μm。

1.2煙塵粘性大

焊接煙塵粘性較大，在溫度、濕度變化之下會在空氣中漂浮，在焊接中焊接煙塵漂浮高度大概在3-5 m的位置。

1.3變化特征

焊接煙塵會隨著溫度升高，在焊接中通過電能加熱，會導致焊接金屬的局部會接近與液態的狀態，在空氣或者排風管道稀釋之后其溫度大概在40-80℃左右。

2.焊接材料對形成焊接煙塵影響的分析與研究

綜合焊接煙塵形成的主要機理規律，利用數值模擬的方式料及其主要形成過程，可以為控制焊接煙塵影響提供數據參考與支持。

2.1焊接材料對焊接發塵率的影響

焊接材料對焊接發塵率的影響在材料焊接中產生的煙塵量通過FFR表示。利用試驗研究確定隨著焊絲中鐵含量的提升，FFR會呈現逐漸增加的發展態勢；而隨著氧化性氣體數量的提升，FFR則就會逐漸升高。焊接煙塵產生中焊絲是最大的誘因，因為焊絲而造成的煙塵為整體的90%左右。如果母材沒有高揮發性的元素，在焊接中如果其只有少部分材料是來源與母材中。在實踐中插藥芯焊絲整體的除塵率顯著較高，在試驗中即便是通過環保的方式進行優化，產生的發塵量相對于實心焊絲來說還是要高，大約高于1000mg/kg左右，而出現此種問題就是就是受到藥芯中合金元素的影響，這些元素在焊接產生的反應物是煙塵的主要成分。藥芯焊絲種類繁瑣，不同種類焊絲中含有的微量元素也是不同的，而在藥芯中鐵粉以及無機化合物的比例越小則其發塵率也就越小。在現代化工藝支持之下藥芯焊絲用量增長率逐漸增加，在在工藝性能、生產效率等領域上均具有一定的優勢。

焊接發塵率也會受到焊絲種類的影響，其與保護氣體成本之間有著較為密切的關系。保護氣體是影響穩定性的關鍵嚴肅，而保護氣體類型不同其物理性質也存在不同程度上的差異性，這些物理性質都會影響電弧穩定性，而隨著電弧不穩定其發塵率會呈現增加的態勢。CO2高導熱性決定了其在相同的電壓環境中必須要通過更高電壓才可以提升穩定性，二氧化碳含量在不斷增加中會降低整體的電弧穩定性，進而提升焊接發塵率。氣體導熱系數的不斷提升則就會增加電弧中的陽極斑點，導致熱量在此區域中集中，造成金屬形成排斥過渡的問題，進而增加發塵率。

為了合理控制發塵量則就要對顆粒過渡形式進行有效調節。因為不同的氣體會導致不同的過渡形式，為降低發塵率應盡量減少顆粒過渡形式。而因為GMAW焊中的保護氣體中應用CO2氣體成本低廉，加強對降低純CO2氣體保護狀態中的發塵率是研究的重點內容。

2.2數值模擬分析

焊接煙塵問題就是金屬在高溫作用之下產生蒸發、冷凝作用，最終產生的物質形態。利用建模的方式模擬金屬蒸發以及冷凝過程，研究焊接煙塵形成機理。分析焊接煙塵數值模擬，可以提升效率，減少費用支出。同時，可以實現對各種因素的定量分析。但是藥芯焊絲受到結構特征影響，其具體復雜性，實心焊絲具有多變性的特征，導致其數據建模相對較為困難。對此，多數的研究均是基于實心焊焊絲自由過渡為主。

Ioffe等學者綜合熔滴表面溫度差異性進行理論模型分析，通過對滴狀以及噴射過渡之間產生的頻率變化進行分析，綜合焊接煙塵形成，分析了降低發塵率的主要誘因。其中熔滴過渡頻率是最為關鍵的因素。而A.B.Murphy等學者通過模擬電弧等離子自分析保護氣體成分對焊接過程產生的影響，計算飽和蒸汽離子耦合模型模擬分析。研究人員基于熱力學角度構建焊接煙塵模型，綜合分析液態熔滴表面在不同的過渡狀態中溫度變化特征，綜合液態熔滴蒸發速率以及表面溫度等因素進行分析。學者M. Boselli等學者利用假設局部熱力學生平衡方式構建理論模型，預測熔滴表面溫度，分析模型結果以及試驗數據性。熔滴過渡形式以及表面溫度等因素都是影響發塵率變化的關鍵因素。

模擬數值在分析處理中受到多重因素作用影響，還是存在不同程度局限性，為了透徹分析了解焊接機理，達到降低發塵率的目的，通過構建數學模型的方式可以為焊接煙塵控制提供有效指導。

結束語：

我國焊接行業呈現高度發展的趨勢，但是焊接作業中產生的環境污染問題也是有目共睹的。分析焊接煙塵對環境產生的不良影響，了解焊接材料對焊接煙塵的影響，通過數據模擬的分析了解焊接機理，可以有效的降低發塵率。因此，在今后要加強對焊接煙塵控制的研究，加強對焊接作業的煙塵治理，進而為構建和諧生態環境奠定基礎。

參考文獻：

[1]翁羽，劉振峰，鞏斌.焊接煙塵對環境影響的評價與治理[J].環境科學與技術，2019，42（S1）：73-76.

[2]鮑升凱，卜智翔，王若璽，孫力，王立世.焊接材料對形成焊接煙塵影響的研究進展[J].焊接，2018（10）：20-25+66.

[3]鮑升凱.焊接測塵系統的研制及焊接發塵率測試[D].湖北工業大學，2018.