客車焊裝作業(yè)中煙塵及有害氣體的治理技術(shù)

冷凍

（丹東黃海汽車有限責任公司，遼寧 丹東 118008）

一、煙塵和有害氣體的產(chǎn)生及有害影響

客車焊裝生產(chǎn)中，焊煙主要產(chǎn)生在車身骨架的焊接過程中，焊接材料主要是低碳鋼，焊接方式以CO2/MAG 氣體保護焊為主。由于焊接時弧溫較高，金屬蒸氣在空氣中迅速冷凝及氧化，就形成了煙及粉塵。煙塵及有害氣體的成分和數(shù)量與焊接工藝、保護氣體、焊接材料等因素有關(guān)，焊接原材料中的元素在電弧高溫中產(chǎn)生猛烈的蒸發(fā)現(xiàn)象，這是焊接煙塵的重要來源。主要污染物為O3、CO2、NO、NO2、Fe2O3、MnO2、SiO2和少量的Zn、Cr、Cu、Ni 等金屬氧化物。

焊接煙塵和有害氣體對人體的危害主要是損害呼吸系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)和消化系統(tǒng)。長期在焊接煙塵環(huán)境下作業(yè)，如果沒有適當?shù)谋Ｗo措施，將導(dǎo)致各種職業(yè)病，如塵肺、骨軟化癥、貧血癥等。有害氣體也會造成肺水腫、支氣管炎、急性哮喘癥、神經(jīng)衰弱癥及慢性呼吸道炎癥等。

為此，我國對作業(yè)環(huán)境下污染物的濃度標準有一個嚴格的限制，規(guī)定車間內(nèi)綜合粉塵濃度≤4mg/m3。

二、客車焊裝車間焊接作業(yè)的特點

（一）焊接區(qū)域分布特點

客車焊裝車間一般包括車身大總成焊接區(qū)域和車身總成焊裝線。車身大總成焊接主要包括車架總成、左右側(cè)圍骨架總成、頂蓋骨架總成、前圍總成和后圍總成，其中車架總成、左右側(cè)圍骨架總成和頂蓋骨架總成的焊接量較大，而前圍總成和后圍總成的焊接量較小。車身總成焊裝線的焊接工作量主要集中在側(cè)圍蒙皮漲拉工序之前的骨架焊接工位，側(cè)圍蒙皮漲拉工序之后多為裙門、乘客門等裝配工序，焊接量較小。因此，在工藝布置時，最好能夠?qū)⒑附恿看蟮墓の患胁贾茫⒓右詤^(qū)分隔離等措施，以便于焊煙的集中治理。

（二）焊接操作特點

焊件尺寸大，焊縫多，焊接位置分散。多為矩形管和板類零件之間的焊接，長焊縫少，短焊縫、角焊縫和豎直焊縫多。焊件移工不方便，工序間的吊裝、移工多采用廠房吊車。

三、目前常用焊接煙塵治理措施

焊接煙塵的治理是一項國際性技術(shù)難題，其困難主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

第一，焊接煙塵的熱氣流滯留特性，一般上升到4～5 米高的地方停留在空中，用自然通風的方法很難從車間內(nèi)排出；

第二，焊接煙塵粒徑小，其粒徑在0.01～5μm，濾除困難；

第三，焊接工位的多變性，使得焊接煙塵捕捉困難；

第四，焊煙除塵設(shè)備投資大，運行費用高，投入困難。

針對這種現(xiàn)狀，目前常用的焊接煙塵治理方法主要有勞動保護法、局部除塵法和整體治理法。

（一）勞動保護法

通過配備吸塵面罩的形式來保護勞動者健康，該方法保護對象局限于焊接工人，車間內(nèi)的其他作業(yè)人員沒有得到保護，整個車間環(huán)境無法改善。一般用于密閉狹小空間內(nèi)的焊接工況，在客車行業(yè)內(nèi)一般不采用。

（二）局部除塵法

直接針對焊接煙塵高濃度排放區(qū)域進行治理。局部除塵設(shè)備由三部分組成：煙塵捕捉部分、管道系統(tǒng)與煙塵過濾部分。

常用的局部除塵方式形式有：

1.移動式除塵單機：一般配置一或兩根2～3 米長的柔性吸氣臂，通過吸氣罩將焊接煙塵吸入除塵器內(nèi)，過濾后的干凈空氣通過排風口排入室內(nèi)循環(huán)。一般適用于移動焊接工位。

2.集中式除塵吸氣臂：一臺除塵主機配置多個吸氣臂，吸氣罩可隨焊接位置的變換手工移動。操作時，需要經(jīng)常移動吸氣臂，以達到最有效的煙塵捕著效果，這樣必然增加勞動強度，影響焊接工作效率，客車行業(yè)內(nèi)應(yīng)用較少。

3.頂吸氣罩：在焊接工位的上方設(shè)置吸氣罩，將工位內(nèi)產(chǎn)生的焊接煙塵排出，可采用單機除塵和集中除塵的方式，一般用于焊接工作站等中小型焊接工位的治理。

4.吸氣焊槍（環(huán)保焊槍）：在焊槍上集成吸風系統(tǒng)，通過管道與除塵器連接，將焊接系統(tǒng)和環(huán)保系統(tǒng)做成一體式結(jié)構(gòu)。由于吸風口離焊接點較近，能夠在煙塵到達人體呼吸區(qū)之前從源頭抽吸煙塵，吸塵效率較高。但由于焊槍重量增加，手工操作不便，一般多適用自動焊。同時，因焊接煙塵的產(chǎn)生滯后于焊接工作，所以在點焊和較短焊縫的焊接時，除塵效果較差。

局部除塵方法可以有效阻止無組織氣流在空間內(nèi)帶動污染物擴散，并且消耗的空氣量較少，設(shè)備投資較少。在不需要吊車進行工位吊裝、焊接操作范圍比較集中的小總成零部件焊接工位，能夠?qū)⒑附訜焿m基本上抽走，取得較好的治理效果。但受客車焊裝車間的現(xiàn)場布局、操作習(xí)慣和設(shè)備運動空間的限制較大。

（三）整體治理法

在有熱源的車間，在高度上具有穩(wěn)定的溫度梯度，如果以較低的風速（v＜0.2～0.5m/s)，較大的風量，將送風溫差較小（Δt=2～4℃）的新鮮空氣直接送入室內(nèi)工作區(qū)，低溫的新風在重力作用下先是下沉，隨后慢慢擴散，在地面上形成一層薄薄的空氣層。而室內(nèi)熱源產(chǎn)生的熱氣流，由于浮力作用而上升，并不斷卷吸周圍空氣。這樣，由于熱氣流上升時的卷吸作用，后續(xù)新風的推動作用和吸風口的抽吸作用，地板上方的新鮮空氣緩緩向上移動，形成類似于向上的均勻流的流動，于是工作區(qū)的污濁空氣被后續(xù)的新風所取代。當達到穩(wěn)定時，室內(nèi)空氣在溫度、濃度上便形成兩個區(qū)域：上部混合區(qū)和下部單向流動的清潔區(qū)，如圖1 所示。

該方式把廠房外的清新空氣通過送風機送到焊接工位兩側(cè)，通過抽風機將室內(nèi)上部的污濁空氣排到室外的除塵器內(nèi)，過濾后的潔凈空氣返回到室內(nèi)。為了保證車間內(nèi)的空氣品質(zhì)，需要補充一定量的新風進入車間。在冬季，為保證廠房內(nèi)的空氣新鮮度，可以考慮補充不超過20%的新風量，新風與來自車間的80%的回風混合，再經(jīng)過加熱器后送至車間內(nèi)，這樣，即提高了車間內(nèi)的空氣新鮮度，又避免車間內(nèi)的熱能大量損失。

整體廠房除塵系統(tǒng)能夠保證車間4m 以下工作區(qū)域的空氣清潔，這種方式不影響車間的正常工藝流程，是目前世界上治理大工件焊接煙塵最有效的一種方式之一。丹東黃海汽車有限責任公司新建的新能源客車生產(chǎn)基地的焊裝車間，對焊接煙塵嚴重的車架總成焊接區(qū)、側(cè)圍骨架總成焊接區(qū)和車身焊裝線的第三到第八工位所在區(qū)域應(yīng)用了這種方式治理焊接煙塵，取得了較好的效果，如圖2 所示。

四、結(jié)語

焊接煙塵危害著勞動者的身體健康，隨著人們環(huán)保意識和健康意識的提高，國家和各地方環(huán)保和職業(yè)衛(wèi)生標準變得越來越嚴格，對客車企業(yè)提出了更高的焊接煙塵治理要求，針對不同工況下的焊接煙塵治理將會得到越來越多的應(yīng)用。