大型構件焊接中煙塵治理方案實施研究

摘要：在大型港口起重機制造企業的產品生產流程中，焊接是實現大型構件成型中非常重要的一項生產工序，存在于從部件成型到完成成品的各個環節，因此對焊接過程中產生的焊接煙塵進行治理的工作，是推進大型港口起重機制造企業污染減排、清潔生產、綠色制造的關鍵之一。而為了實現企業發展和生態環境保護的和諧共贏，環保治理設備、設施的有效投入、穩定運行也非常關鍵。根據大型港口起重機制造企業生產工序中焊接作業的特點，針對性地設計治理方案并予以實施，達成焊接煙塵有效收集、治理的目的，對其它制造業的染污防治工作有一定的借鑒意義。

關鍵詞：煙塵；焊接；工位；吸附率

引言

為實現長江流域的生態環境保護和修復，在人與自然和諧共生的綠色制造背景下，相關環保管理力度進一步提升，而作為大國重器的大型制造企業更是踐行這一偉大舉措的生力軍。從原材料進入生產基地，經過預處理、切割下料、成型、部裝、涂裝到最終總裝完成的成品制造過程中焊接作業活動存在于很多工序，但成品制造的過程中如不能采取適當的環保措施很容易就會造成焊接煙塵的散逸。本文對大型港口起重機制造企業大型構件焊接中煙塵治理開展了課題攻關，以期在實現大生產的同時采取適當的焊接煙塵收集與治理措施，實現焊接煙塵的有效治理，實現節能減排的目的。

1方案實施前狀態分析

1.1" 方案實施前狀態

在方案實施前生產車間內有少量吸附式焊接煙塵捕捉裝置，但該類設備型號老舊、煙塵收集效率較差，只能適用于部分有遮蔽措施的小件固定工位，因此受設備數量少、吸附效果差影響，車間內焊接煙塵未能得到有效收集，導致煙塵散逸在空氣中，車間內作業工況較差。焊接煙塵的組分中CO、O3、NOx等對健康影響較大，是導致電焊工職業健康危害（如塵肺）的主要誘因，給現場作業人員的職業健康安全造成了一定威脅[1]。同時，電焊煙塵的粒徑比較小，會懸浮在空氣中隨氣流擾動，大量煙塵積聚在車間內[2]，還會造成車間內設備、照明設施外觀腐蝕加劇、影響作業人員視線，不利于作業安全。

1.2" 原有治理設施存在的問題

原有的吸附式焊接煙塵設備只能適用于小工況、工位固定、有遮蔽措施且焊縫較短的作業點位，作業過程中設備的移動比較困難；車間內設備電源線比較零亂，容易在使用過程中被其它構件或設備碾壓，導致電源線損壞后的安全用電隱患；設備的濾芯過濾效果不佳，不能適用于濕度較大的氣候條件，且濾芯一旦受潮吸附效果將急速下降，導致濾芯更換周期頻繁、運行成本比較高；外場等部裝與拼裝區域分布較廣、較分散、構件體積較大且長、作業工位形式復雜，同一構件的不同焊縫根據焊接工藝規程設計往往存在氣體保護焊、手工焊條電弧焊等多種焊接形式，在方案實施前沒有適用的焊接煙塵治理設備、煙塵收集難度較大，導致難以順利通過清潔生產審核。

焊接煙塵設備的預期總量較多，在方案設計時為滿足節能的相關要求，除要求設備電機能效達到二級或以上外，應同步考慮焊接煙塵設備分布區域內各10KV變電所的容量是否足夠，如果不足應同步將增加容量及相關線路敷設、配電箱的預算考慮進方案內，以確保供配電系統的安全、可靠，避免長距離輸變電過程中造成的壓降及電力損耗。

2方案策劃與實施

2.1需求調研

2.1.1建立組織

鑒于以上情況，由工藝、質量、安環、設備等多部門組織技術人員進行課題聯合攻關，在經過相同或相似行業煙塵治理方案的資料收集、廠家調研、多方案的策劃與比選后，決定分2種方案實施。一是外場作業區域先在各相應焊接作業點位進行試驗，成功后再確定最終方案并優化及全面推廣；二是車間因構件形式相對統一，可由專業設計單位根據車間結構及焊接形式進行初步設計，設計方案比選、優化后再由廠家進行定制、安裝、調試工作。

2.1.2實施調研

固定車間以生產單元進行構件形式、焊接點位、焊接方式的調研；外場作業區域以網格進行焊接情況的統計。收集的數據顯示，車間及外場網格共有165個位置有焊接作業情況，主要涉及氣體保護焊焊接作業、手工焊條電弧焊焊接作業、碳刨等，共涉及設備600多臺，其中部分工位可以調劑周轉，不需要1：1配備。

2.1.3現場摸底

生產車間作業模式相對固定，選型時應主要考慮設備轉向的自由度，可覆蓋焊接作業點且操作靈活，同時可以根據焊接需要調整負壓值、便于收納等；車間內由于生產負荷較高、構件比較大、周轉率高、吊裝作業多，因而設計時還需要考慮設備體積大小，應不額外占用車間作業工位的空間，主體設備可相對形成固化工位；個別固定設備不可達的位置，以移動式設備輔助進行補充。外場各拼裝、部裝、總裝工位作業范圍大，以及點位較分散、構件位置高、焊接形式多樣且復雜，往往存在同一個構件多種焊接形式疊加的情況，因此對焊接煙塵治理設備多元化、適宜化的要求更高。

2.2 試驗方案設計

以試點車間、門框總裝位、大梁拼裝位、門框拼裝位等為試驗點，考察各類設備、各焊接位置的實際應用情況、設備的可達性、現場移位的便攜性、對質量的影響及運行的安全可靠性。測試2種焊接煙塵凈化單機、2個規格的CO2氣體保護焊煙塵收集設備、2種規格的帶捕捉煙塵功能的焊槍，在不同焊接工位下的焊接煙塵吸附功能及焊縫表面質量。

檢測儀器采用PC-6A粉塵濃度檢測報警儀，儀器功能正常，在有效檢定周期范圍內，由安全環保監督管理部專業人員負責進行測量。由于在上風口進行治理設備的應用時容易把保護氣體吸附走，造成質量缺陷，因而測試位置選定在距離焊接點位40cm左右下風口處，在確保焊接質量的前提下進行治理，并分別測定未使用焊接煙塵治理設備、使用焊接煙塵治理設備等不同狀態下的煙塵濃度變化情況。

2.3 試驗數據

根據CO2氣體保護焊、手工焊條電弧焊在不同形式工位、焊接位置情況下應用各種類型治理設備的實際測試數據，應用治理設備后取得的實際效果如表1、表2、表3、表4所示。另外，表2中的工作模式下出現的氣孔現象應在選型論證時優化。

3試驗結果及選型論證

3.1 實測過程中收集反饋及解決方案

根據現場的實際應用情況焊接煙塵設備中采集端放置的位置、距離焊接點的遠近、氣候條件對于設備的吸附效果都會造成較大影響。車間的方案選型可根據構件、焊接形式相對固化，外場必須結合實際工況、構件高低、焊接方法考慮多種治理方案或多方案的聯合運用。

3.1.1實測結論

手工焊條電弧焊焊接時，采用移動式煙塵凈化器將吸風口放置于焊接點下風口40cm，焊接煙塵的吸附率比較好，且目視無明顯質量問題，焊縫表面成型效果較好。但該設備受制于吸風管臂的長度限制，只能在5m范圍內使用，如焊接作業點高度在5m以上時不適用。

CO2氣體保護焊在配套高負壓煙塵凈化器與夾持式吸氣焊機的情況下，吸氣口需調節到下風口，且距離焊接位置應保持在40cm以上，否則因保護氣體被吸走焊縫容易產生表面氣孔。由于案例企業的區域位置導致季風氣候比較明顯，焊接作業過程中外場風向、風力變化大，因此不推薦在外場風力大于3級時應用，否則應采取適當的防風措施。如，配置高負壓煙塵凈化器與一體式焊槍的模型，在平焊、橫焊、立焊、仰焊位置除塵率在36%～70%之間，表面質量相對穩定，尤其在車間等相對固定工位效果較好。

如圖1所示，相對于CO2氣體保護焊在外場作業時吸附率受風速、風力影響較大的情況，同樣的氣候、工作情況下，手工焊條電弧焊的吸附效果則相對更穩定。

3.1.2優化選型

針對實測過程中容易損壞的部件，應進行強化，如移動式設備的腳輪、啟動開關、起吊或鏟運受力點等。夾持式吸氣焊槍的螺栓式調節方式不利于作業過程中的快速拆卸，應改為卡扣式快拆結構，便于現場作業人員提高工作效率。底部移動腳輪規格過小，容易卡滯，應更換為材質強度更耐磨、規格尺寸更大的腳輪。

吸塵軟管在作業過程中容易被打磨或碳刨飛濺燙壞，應提升材質。因為考慮到實測過程中，有焊接飛濺通過吸風口進入吸塵管，導致吸塵管管臂、內部濾芯有高溫異物進入并燙壞的情況，所以吸風口應設置濾網或導流板以防止異物進入。

內部收集容器的密封件在移位過程中容易脫落，造成濾芯受潮、影響吸附效果，應提升濾芯材質要求，同時安裝方式、打開位置應改為符合人體工學的形式，便于作業人員拆卸。

鑒于外場試驗的實踐情況，在車間方案設計時增加相關要求。考慮車間大型集成式焊接煙塵設備的可達性，應將收集口的自由度設為360°全回轉，同時增加遙控裝置，便于作業人員在焊接過程中及時根據焊縫位置進行位移、調整吸風口轉向。

使用焊接煙塵設備能夠更好地維護作業人員的職業健康安全，但在實際使用過程中也會增加作業人員一定的輔助準備工作量，因此應配套建立安全操作規程及使用規范要求，加強培訓、宣傳、引導及日常監督管理，并結合使用過程中的意見反饋及收集，保持動態優化，不斷提升使用體驗，確保設備投入后能夠取得預期的應用效果，同時降低作業人員輔助工作量。

3.2明確選型

根據以上內容進一步指導設備選型設計、量化外場焊接煙塵治理設備相關參數，過濾效率≥99%，凈化效率為W1≥95%、W2≥98%、W3≥99%；額定處理風量為移動式≥1500m3/h、高負壓型≥320m3/h，最大負壓為高負壓型27000Pa，額定處理風量偏差為移動式、高負壓型≤8%，漏風率為移動式、高負壓型≤3%；穩態噪聲≤75dB（A），吸風量風壓檔位是高負壓設置的2～3檔位，電源線長度為移動式50m；濾芯材料中的濾筒品牌為日本東麗聚酯覆膜，采用PTFE覆膜制成，對不小于0.1μm的焊接煙塵顆粒的過濾效率≥99.9%；高負壓型配備一體式焊槍，重量≤1.5kg（采用輕質耐高溫材料，減輕重量）；采用6寸腳輪，其中有2個為活動帶剎腳輪，防止使用過程中發生位移，型號為ECQ1-II-150，材質為聚氨酯。

車間焊接煙塵治理設備按車間高度、立柱及結構強度、焊接形式采取吹吸式凈化系統、高真空焊煙凈化系統、可移動式焊接煙塵處理器等進行選型設計[3]。離心排風機的風量為12000m3/h，風壓為33000Pa，噪聲≤79dB（A）；移動式軸流送風機的風量為4100m3/h，風壓為186Pa，噪聲≤79dB（A）；濾筒除塵器的風量為13000m3/h，焊煙凈化率為99%，壓損為800～1200Pa；壓縮空調耗量為0.6m3/min；高真空焊煙凈化主機的風量為500m3/h，真空度為2700mmH20，噪聲≤75dB（A）；可移動式焊接煙塵處理器的風量為1500m3/h，過濾效率為99.9%，噪聲≤75±5dB（A）。

目前，各類焊接煙塵治理設備已經全部投入車間及外場工位的現場應用，項目小組根據各工序的作業工況及特點，組織了針對性的培訓及現場交底后，各焊接工位陸續落實了焊接煙塵治理設備的實際應用并取得了預期效果，各項技術指標經實測均達到驗收標準，順利通過了項目驗收，為企業順利通過清潔生產審核提供了支撐。

結語

綜上所述，通過對車間、外場手工焊條電弧焊及CO2氣體保護焊等焊接工位進行現場調研、點位統計、作業形式研究及各類焊接煙塵治理設備的實際試驗，開展了焊接煙塵收集治理工作。通過對5個典型工位進行平、立、仰、橫焊測試及車間煙塵治理方案的專業設計，對焊接煙塵的平均除塵率達到了51.7%。在焊接煙塵治理設備全面應用于車間、外場后，生產基地的焊接煙塵無組織排放情況得到了有效扼制，同時通過環保日常檢查的方式督促現場作業人員保持良好的使用習慣，使企業在踐行生態文明的道路上取得了進一步的提升，較好地履行了企業的社會責任，為節能減排、可持續發展奠定了基礎。

參考文獻

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[3]江文成，樊志遠，李文強.船舶企業的環保問題與治理對策[J].廣東造船，2020，39（03）：88-90.

作者簡介

張燕（1979—），女，漢族，江蘇溧陽人，工程師，大學本科，研究方向為“雙碳”管理、資產管理、安全管理、體系管理。