焊裝車間CO2氣體保護焊煙塵處理設計分析

趙 鵬

（北汽福田汽車股份有限公司 制造本部，北京 102206）

二氧化碳（CO2）氣體保護焊在車身制造中廣泛應用，是電阻焊接的重要補充方式[1]。CO2氣體保護焊會產生大量污染物，是焊接車間煙塵的主要來源。

1 CO2氣體保護焊的煙塵危害及主要處理方法

1.1 焊接煙塵的特點

焊接煙塵具有微粒較小、溫度較高、粘性較大、焊接煙塵產生量較大的特點[2]。對焊裝車間CO2氣體保護焊工位實地觀測，在凈高11m左右的廠房，煙塵在無風條件下上升到距地面5～8m處橫向擴散成片狀，周邊不斷彌散，進而污染整個焊裝車間。

1.2 焊接煙塵的危害及相關標準

焊接煙塵可引起焊接塵肺、肺炎和血液系統疾病[3]，具有較大的危害性。

根據GB16194—1996《車間空氣中電焊煙塵衛生標準》規定，焊接煙塵濃度應小于等于6 mg/m3；按照北京市職業衛生健康有關環境評價標準GBZ21—2007《工作場所有害因素職業接觸限值》第1部分“化學有害因素”中對焊接煙塵的有關規定，焊接煙塵加權平均值應小于等于4 mg/m3。

1.3 焊接煙塵的主要處理方法

焊接煙塵處理通常用到全面通風、局部排風和除塵處理[4]中的一種或多種，具體見表1。

表1 焊接煙塵的主要處理方法

1.4 各工廠采用的排煙除塵方式

各工廠通常根據不同的工藝條件，綜合采用多種排煙除塵方式，滿足焊接煙塵治理的需求，具體見表2。

表2 各工廠工藝條件及排煙除塵方式

2 CO2氣體保護焊煙塵治理實例解析

汽車焊接車間中，CO2氣體保護焊是車間煙塵的主要來源。因各焊裝車間CO2氣體保護焊工位設置上有較大差異，應根據不同焊接車間實地情況，采用適宜的焊接煙塵治理方式。

以某車身車間焊接煙塵處理改造實例進行介紹。

2.1 治理前車間概況

山東某裝焊車間廠房占地約30 000m2，其中一條焊裝線生產節拍10JPH（Jobs Per Hour，每小時生產量），有7個CO2氣體保護焊工位，工位各不相鄰，共有約20臺焊機。作業區域焊接煙塵濃度為2.8～8.5 mg/m3，部分區域超出國家標準。

廠房已設計整體機械通風，換氣次數為3次/h。車間具備可移動式焊接煙塵凈化機，由于工人焊接點位距離較大，需不斷調整機器及萬向吸塵臂的位置，無法滿足實際生產需要。

2.2 焊接煙塵治理設計方案

2.2.1 局部排風系統風量計算

車間面積較大，并已設計機械通風系統；焊裝線CO2氣體保護焊工位固定且焊機數量較多，7個工位各不相鄰，因此考慮增加局部排風系統。

每個工位設計單獨的密封房。由于工位零部件物流量較大，無法完全密閉，應盡量采用軟簾與外部隔開。

單個工位面積約為36 m2，高度按4.5 m計算，單位密封房體積約為162 m3。排風量L為

式中：V為密閉房體積，取值162 m3；N為換氣次數，次/h，根據除塵經驗取值30次/h。

根據式（1）計算理論上所需排風量為L=4 860 m3/h，考慮到一定的漏風系數（取值0.1），則所需排風量為4 860 m3/h×1.1=5 346 m3/h。

2.2.2 冬季采暖設計

該工廠位于山東濰坊，冬季日均最低氣溫可達-6℃，車間內溫度在全面通風的條件下約為6～10 ℃，若有較大風量排出，則溫度進一步下降，不利于人員現場作業。

考慮設置送風加熱系統，綜合評估各方案后發現運營費用過高，所以僅在風機平臺處預留電加熱系統的設備位置。按工位70%空氣循環使用設計排煙除塵設備，可避免車間大量補入冷空氣，溫度降低。

若工位溫度不滿足作業要求，首先可在滿足工位煙塵排放標準的條件下適度降低風速，其次可以提高生產線邊供暖熱水的循環速度，再次可以補充電加熱空調設備。

2.2.3 送風設計

增加送風設施，既能夠提升冬季生產線溫度，也可影響密封罩內的煙塵氣流，同時兼顧了操作人員的舒適性。

送風的風速會影響焊接點焊接效果，焊點處風速應滿足≤2.0 m/s的工藝要求，否則CO2氣體起不到保護作用，影響焊接質量。送風的風管對物流也有較大不利影響，因此應考慮采用合理的送風方式。規劃沿密封房內的工藝立柱每3 m設置一個送風口，送風支管道延伸到車間底部約0.5 m高處，端部獨立的送風罩口具備調節風速和送風角度的功能。

送風風量按照4 860 m3/h設計，略低于排風量5 346 m3/h，保持工位微負壓，既能增加工位新鮮空氣流入，也對冬季保溫起到一定作用。送排風風機采用變頻電機，一方面根據各工位生產及污染情況適度降低排風和送風風速，盡可能降低焊接點附近風速；另一方面綜合冬季工位溫度控制與焊接煙塵情況，適度調整送排風風速。

2.2.4 設計方案

在焊接煙塵超標的工位采用局部下送風上排風的處理方案，分別設置焊裝煙塵處理系統及內循環系統，在風機邊預留增加電加熱空調的位置，如圖1所示。

圖1 局部排風系統平面示意圖

密封房內采用吊頂錐形排氣罩，送風支管道延伸到車間底部約0.5 m高，端部設有送風罩口。送風和排風管道均布置在密封房外側頂部，整合成排風管道和送風管道各一條至風機處。排風和送風煙囪從風機處沿廠房立柱伸出屋面，間隔6 m。密封房效果如圖2所示。

圖2 密封房效果示意圖

根據工位物流要求，能夠全部密封的工位采用整體密封，無法全部密封的工位采用部分密封加軟簾的方式處理。用彩鋼復合板、鋼型材對各區域進行密封，無法密封處用PVC透明軟簾做圍擋，盡量保證工作區域照明度和密閉性。

車間外新風或循環風通過送風機組進入車間內各工位區域，管道支管延伸到距離地面0.5 m處，送風口均勻排布，操作人員可根據需求調整送風角度和風速。從密封房下部送入空氣后，區域內的污濁熱空氣向上方匯集，在上升過程中污濁的熱氣流不斷卷吸周圍空氣，上升至排風罩口處，氣流被抽吸入罩口，進入排風機組，經濾筒過濾后的氣體部分通過煙囪排入大氣，部分回流至送風系統，循環利用。

在車間立柱下方設有風機控制箱，送風和排風量均可根據現場需求調整。

2.3 治理效果

送、排風系統安裝完畢后，操作工位焊接點附近風速為0.7～1.3 m/s，滿足焊點處風速≤2.0 m/s的要求。焊接煙塵濃度為0.2～1.8 mg/m3，達到設計規范要求。

3 結束語

在汽車焊接車間，CO2氣體保護焊已成為煙塵污染的重要源頭。在現階段無法用更清潔環保的焊接方式替代的情況下，利用通風除塵方式降低CO2氣體保護焊煙塵污染已成為共識。利用現有條件積極有效地采取防護措施，能夠最大限度地降低危害。