摘要：在大型港口起重機(jī)制造企業(yè)的產(chǎn)品生產(chǎn)流程中，焊接是實(shí)現(xiàn)大型構(gòu)件成型中非常重要的一項(xiàng)生產(chǎn)工序，存在于從部件成型到完成成品的各個(gè)環(huán)節(jié)，因此對(duì)焊接過(guò)程中產(chǎn)生的焊接煙塵進(jìn)行治理的工作，是推進(jìn)大型港口起重機(jī)制造企業(yè)污染減排、清潔生產(chǎn)、綠色制造的關(guān)鍵之一。而為了實(shí)現(xiàn)企業(yè)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)的和諧共贏(yíng)，環(huán)保治理設(shè)備、設(shè)施的有效投入、穩(wěn)定運(yùn)行也非常關(guān)鍵。根據(jù)大型港口起重機(jī)制造企業(yè)生產(chǎn)工序中焊接作業(yè)的特點(diǎn)，針對(duì)性地設(shè)計(jì)治理方案并予以實(shí)施，達(dá)成焊接煙塵有效收集、治理的目的，對(duì)其它制造業(yè)的染污防治工作有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：煙塵；焊接；工位；吸附率

引言

為實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)江流域的生態(tài)環(huán)境保護(hù)和修復(fù)，在人與自然和諧共生的綠色制造背景下，相關(guān)環(huán)保管理力度進(jìn)一步提升，而作為大國(guó)重器的大型制造企業(yè)更是踐行這一偉大舉措的生力軍。從原材料進(jìn)入生產(chǎn)基地，經(jīng)過(guò)預(yù)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(guò)程中焊接作業(yè)活動(dòng)存在于很多工序，但成品制造的過(guò)程中如不能采取適當(dāng)?shù)沫h(huán)保措施很容易就會(huì)造成焊接煙塵的散逸。本文對(duì)大型港口起重機(jī)制造企業(yè)大型構(gòu)件焊接中煙塵治理開(kāi)展了課題攻關(guān)，以期在實(shí)現(xiàn)大生產(chǎn)的同時(shí)采取適當(dāng)?shù)暮附訜焿m收集與治理措施，實(shí)現(xiàn)焊接煙塵的有效治理，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的。

1方案實(shí)施前狀態(tài)分析

1.1" 方案實(shí)施前狀態(tài)

在方案實(shí)施前生產(chǎn)車(chē)間內(nèi)有少量吸附式焊接煙塵捕捉裝置，但該類(lèi)設(shè)備型號(hào)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(shè)備數(shù)量少、吸附效果差影響，車(chē)間內(nèi)焊接煙塵未能得到有效收集，導(dǎo)致煙塵散逸在空氣中，車(chē)間內(nèi)作業(yè)工況較差。焊接煙塵的組分中CO、O3、NOx等對(duì)健康影響較大，是導(dǎo)致電焊工職業(yè)健康危害（如塵肺）的主要誘因，給現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的職業(yè)健康安全造成了一定威脅[1]。同時(shí)，電焊煙塵的粒徑比較小，會(huì)懸浮在空氣中隨氣流擾動(dòng)，大量煙塵積聚在車(chē)間內(nèi)[2]，還會(huì)造成車(chē)間內(nèi)設(shè)備、照明設(shè)施外觀(guān)腐蝕加劇、影響作業(yè)人員視線(xiàn)，不利于作業(yè)安全。

1.2" 原有治理設(shè)施存在的問(wèn)題

原有的吸附式焊接煙塵設(shè)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(yè)點(diǎn)位，作業(yè)過(guò)程中設(shè)備的移動(dòng)比較困難；車(chē)間內(nèi)設(shè)備電源線(xiàn)比較零亂，容易在使用過(guò)程中被其它構(gòu)件或設(shè)備碾壓，導(dǎo)致電源線(xiàn)損壞后的安全用電隱患；設(shè)備的濾芯過(guò)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(dǎo)致濾芯更換周期頻繁、運(yùn)行成本比較高；外場(chǎng)等部裝與拼裝區(qū)域分布較廣、較分散、構(gòu)件體積較大且長(zhǎng)、作業(yè)工位形式復(fù)雜，同一構(gòu)件的不同焊縫根據(jù)焊接工藝規(guī)程設(shè)計(jì)往往存在氣體保護(hù)焊、手工焊條電弧焊等多種焊接形式，在方案實(shí)施前沒(méi)有適用的焊接煙塵治理設(shè)備、煙塵收集難度較大，導(dǎo)致難以順利通過(guò)清潔生產(chǎn)審核。

焊接煙塵設(shè)備的預(yù)期總量較多，在方案設(shè)計(jì)時(shí)為滿(mǎn)足節(jié)能的相關(guān)要求，除要求設(shè)備電機(jī)能效達(dá)到二級(jí)或以上外，應(yīng)同步考慮焊接煙塵設(shè)備分布區(qū)域內(nèi)各10KV變電所的容量是否足夠，如果不足應(yīng)同步將增加容量及相關(guān)線(xiàn)路敷設(shè)、配電箱的預(yù)算考慮進(jìn)方案內(nèi)，以確保供配電系統(tǒng)的安全、可靠，避免長(zhǎng)距離輸變電過(guò)程中造成的壓降及電力損耗。

2方案策劃與實(shí)施

2.1需求調(diào)研

2.1.1建立組織

鑒于以上情況，由工藝、質(zhì)量、安環(huán)、設(shè)備等多部門(mén)組織技術(shù)人員進(jìn)行課題聯(lián)合攻關(guān)，在經(jīng)過(guò)相同或相似行業(yè)煙塵治理方案的資料收集、廠(chǎng)家調(diào)研、多方案的策劃與比選后，決定分2種方案實(shí)施。一是外場(chǎng)作業(yè)區(qū)域先在各相應(yīng)焊接作業(yè)點(diǎn)位進(jìn)行試驗(yàn)，成功后再確定最終方案并優(yōu)化及全面推廣；二是車(chē)間因構(gòu)件形式相對(duì)統(tǒng)一，可由專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)單位根據(jù)車(chē)間結(jié)構(gòu)及焊接形式進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)方案比選、優(yōu)化后再由廠(chǎng)家進(jìn)行定制、安裝、調(diào)試工作。

2.1.2實(shí)施調(diào)研

固定車(chē)間以生產(chǎn)單元進(jìn)行構(gòu)件形式、焊接點(diǎn)位、焊接方式的調(diào)研；外場(chǎng)作業(yè)區(qū)域以網(wǎng)格進(jìn)行焊接情況的統(tǒng)計(jì)。收集的數(shù)據(jù)顯示，車(chē)間及外場(chǎng)網(wǎng)格共有165個(gè)位置有焊接作業(yè)情況，主要涉及氣體保護(hù)焊焊接作業(yè)、手工焊條電弧焊焊接作業(yè)、碳刨等，共涉及設(shè)備600多臺(tái)，其中部分工位可以調(diào)劑周轉(zhuǎn)，不需要1：1配備。

2.1.3現(xiàn)場(chǎng)摸底

生產(chǎn)車(chē)間作業(yè)模式相對(duì)固定，選型時(shí)應(yīng)主要考慮設(shè)備轉(zhuǎn)向的自由度，可覆蓋焊接作業(yè)點(diǎn)且操作靈活，同時(shí)可以根據(jù)焊接需要調(diào)整負(fù)壓值、便于收納等；車(chē)間內(nèi)由于生產(chǎn)負(fù)荷較高、構(gòu)件比較大、周轉(zhuǎn)率高、吊裝作業(yè)多，因而設(shè)計(jì)時(shí)還需要考慮設(shè)備體積大小，應(yīng)不額外占用車(chē)間作業(yè)工位的空間，主體設(shè)備可相對(duì)形成固化工位；個(gè)別固定設(shè)備不可達(dá)的位置，以移動(dòng)式設(shè)備輔助進(jìn)行補(bǔ)充。外場(chǎng)各拼裝、部裝、總裝工位作業(yè)范圍大，以及點(diǎn)位較分散、構(gòu)件位置高、焊接形式多樣且復(fù)雜，往往存在同一個(gè)構(gòu)件多種焊接形式疊加的情況，因此對(duì)焊接煙塵治理設(shè)備多元化、適宜化的要求更高。

2.2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

以試點(diǎn)車(chē)間、門(mén)框總裝位、大梁拼裝位、門(mén)框拼裝位等為試驗(yàn)點(diǎn)，考察各類(lèi)設(shè)備、各焊接位置的實(shí)際應(yīng)用情況、設(shè)備的可達(dá)性、現(xiàn)場(chǎng)移位的便攜性、對(duì)質(zhì)量的影響及運(yùn)行的安全可靠性。測(cè)試2種焊接煙塵凈化單機(jī)、2個(gè)規(guī)格的CO2氣體保護(hù)焊煙塵收集設(shè)備、2種規(guī)格的帶捕捉煙塵功能的焊槍?zhuān)诓煌附庸の幌碌暮附訜焿m吸附功能及焊縫表面質(zhì)量。

檢測(cè)儀器采用PC-6A粉塵濃度檢測(cè)報(bào)警儀，儀器功能正常，在有效檢定周期范圍內(nèi)，由安全環(huán)保監(jiān)督管理部專(zhuān)業(yè)人員負(fù)責(zé)進(jìn)行測(cè)量。由于在上風(fēng)口進(jìn)行治理設(shè)備的應(yīng)用時(shí)容易把保護(hù)氣體吸附走，造成質(zhì)量缺陷，因而測(cè)試位置選定在距離焊接點(diǎn)位40cm左右下風(fēng)口處，在確保焊接質(zhì)量的前提下進(jìn)行治理，并分別測(cè)定未使用焊接煙塵治理設(shè)備、使用焊接煙塵治理設(shè)備等不同狀態(tài)下的煙塵濃度變化情況。

2.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

根據(jù)CO2氣體保護(hù)焊、手工焊條電弧焊在不同形式工位、焊接位置情況下應(yīng)用各種類(lèi)型治理設(shè)備的實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)，應(yīng)用治理設(shè)備后取得的實(shí)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(xiàn)的氣孔現(xiàn)象應(yīng)在選型論證時(shí)優(yōu)化。

3試驗(yàn)結(jié)果及選型論證

3.1 實(shí)測(cè)過(guò)程中收集反饋及解決方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用情況焊接煙塵設(shè)備中采集端放置的位置、距離焊接點(diǎn)的遠(yuǎn)近、氣候條件對(duì)于設(shè)備的吸附效果都會(huì)造成較大影響。車(chē)間的方案選型可根據(jù)構(gòu)件、焊接形式相對(duì)固化，外場(chǎng)必須結(jié)合實(shí)際工況、構(gòu)件高低、焊接方法考慮多種治理方案或多方案的聯(lián)合運(yùn)用。

3.1.1實(shí)測(cè)結(jié)論

手工焊條電弧焊焊接時(shí)，采用移動(dòng)式煙塵凈化器將吸風(fēng)口放置于焊接點(diǎn)下風(fēng)口40cm，焊接煙塵的吸附率比較好，且目視無(wú)明顯質(zhì)量問(wèn)題，焊縫表面成型效果較好。但該設(shè)備受制于吸風(fēng)管臂的長(zhǎng)度限制，只能在5m范圍內(nèi)使用，如焊接作業(yè)點(diǎn)高度在5m以上時(shí)不適用。

CO2氣體保護(hù)焊在配套高負(fù)壓煙塵凈化器與夾持式吸氣焊機(jī)的情況下，吸氣口需調(diào)節(jié)到下風(fēng)口，且距離焊接位置應(yīng)保持在40cm以上，否則因保護(hù)氣體被吸走焊縫容易產(chǎn)生表面氣孔。由于案例企業(yè)的區(qū)域位置導(dǎo)致季風(fēng)氣候比較明顯，焊接作業(yè)過(guò)程中外場(chǎng)風(fēng)向、風(fēng)力變化大，因此不推薦在外場(chǎng)風(fēng)力大于3級(jí)時(shí)應(yīng)用，否則應(yīng)采取適當(dāng)?shù)姆里L(fēng)措施。如，配置高負(fù)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(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定，尤其在車(chē)間等相對(duì)固定工位效果較好。

如圖1所示，相對(duì)于CO2氣體保護(hù)焊在外場(chǎng)作業(yè)時(shí)吸附率受風(fēng)速、風(fēng)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(duì)更穩(wěn)定。

3.1.2優(yōu)化選型

針對(duì)實(shí)測(cè)過(guò)程中容易損壞的部件，應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)化，如移動(dòng)式設(shè)備的腳輪、啟動(dòng)開(kāi)關(guān)、起吊或鏟運(yùn)受力點(diǎn)等。夾持式吸氣焊槍的螺栓式調(diào)節(jié)方式不利于作業(yè)過(guò)程中的快速拆卸，應(yīng)改為卡扣式快拆結(jié)構(gòu)，便于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員提高工作效率。底部移動(dòng)腳輪規(guī)格過(guò)小，容易卡滯，應(yīng)更換為材質(zhì)強(qiáng)度更耐磨、規(guī)格尺寸更大的腳輪。

吸塵軟管在作業(yè)過(guò)程中容易被打磨或碳刨飛濺燙壞，應(yīng)提升材質(zhì)。因?yàn)榭紤]到實(shí)測(cè)過(guò)程中，有焊接飛濺通過(guò)吸風(fēng)口進(jìn)入吸塵管，導(dǎo)致吸塵管管臂、內(nèi)部濾芯有高溫異物進(jìn)入并燙壞的情況，所以吸風(fēng)口應(yīng)設(shè)置濾網(wǎng)或?qū)Я靼逡苑乐巩愇镞M(jìn)入。

內(nèi)部收集容器的密封件在移位過(guò)程中容易脫落，造成濾芯受潮、影響吸附效果，應(yīng)提升濾芯材質(zhì)要求，同時(shí)安裝方式、打開(kāi)位置應(yīng)改為符合人體工學(xué)的形式，便于作業(yè)人員拆卸。

鑒于外場(chǎng)試驗(yàn)的實(shí)踐情況，在車(chē)間方案設(shè)計(jì)時(shí)增加相關(guān)要求。考慮車(chē)間大型集成式焊接煙塵設(shè)備的可達(dá)性，應(yīng)將收集口的自由度設(shè)為360°全回轉(zhuǎn)，同時(shí)增加遙控裝置，便于作業(yè)人員在焊接過(guò)程中及時(shí)根據(jù)焊縫位置進(jìn)行位移、調(diào)整吸風(fēng)口轉(zhuǎn)向。

使用焊接煙塵設(shè)備能夠更好地維護(hù)作業(yè)人員的職業(yè)健康安全，但在實(shí)際使用過(guò)程中也會(huì)增加作業(yè)人員一定的輔助準(zhǔn)備工作量，因此應(yīng)配套建立安全操作規(guī)程及使用規(guī)范要求，加強(qiáng)培訓(xùn)、宣傳、引導(dǎo)及日常監(jiān)督管理，并結(jié)合使用過(guò)程中的意見(jiàn)反饋及收集，保持動(dòng)態(tài)優(yōu)化，不斷提升使用體驗(yàn)，確保設(shè)備投入后能夠取得預(yù)期的應(yīng)用效果，同時(shí)降低作業(yè)人員輔助工作量。

3.2明確選型

根據(jù)以上內(nèi)容進(jìn)一步指導(dǎo)設(shè)備選型設(shè)計(jì)、量化外場(chǎng)焊接煙塵治理設(shè)備相關(guān)參數(shù)，過(guò)濾效率≥99%，凈化效率為W1≥95%、W2≥98%、W3≥99%；額定處理風(fēng)量為移動(dòng)式≥1500m3/h、高負(fù)壓型≥320m3/h，最大負(fù)壓為高負(fù)壓型27000Pa，額定處理風(fēng)量偏差為移動(dòng)式、高負(fù)壓型≤8%，漏風(fēng)率為移動(dòng)式、高負(fù)壓型≤3%；穩(wěn)態(tài)噪聲≤75dB（A），吸風(fēng)量風(fēng)壓檔位是高負(fù)壓設(shè)置的2～3檔位，電源線(xiàn)長(zhǎng)度為移動(dòng)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(duì)不小于0.1μm的焊接煙塵顆粒的過(guò)濾效率≥99.9%；高負(fù)壓型配備一體式焊槍?zhuān)亓俊?.5kg（采用輕質(zhì)耐高溫材料，減輕重量）；采用6寸腳輪，其中有2個(gè)為活動(dòng)帶剎腳輪，防止使用過(guò)程中發(fā)生位移，型號(hào)為ECQ1-II-150，材質(zhì)為聚氨酯。

車(chē)間焊接煙塵治理設(shè)備按車(chē)間高度、立柱及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、焊接形式采取吹吸式凈化系統(tǒng)、高真空焊煙凈化系統(tǒng)、可移動(dòng)式焊接煙塵處理器等進(jìn)行選型設(shè)計(jì)[3]。離心排風(fēng)機(jī)的風(fēng)量為12000m3/h，風(fēng)壓為33000Pa，噪聲≤79dB（A）；移動(dòng)式軸流送風(fēng)機(jī)的風(fēng)量為4100m3/h，風(fēng)壓為186Pa，噪聲≤79dB（A）；濾筒除塵器的風(fēng)量為13000m3/h，焊煙凈化率為99%，壓損為800～1200Pa；壓縮空調(diào)耗量為0.6m3/min；高真空焊煙凈化主機(jī)的風(fēng)量為500m3/h，真空度為2700mmH20，噪聲≤75dB（A）；可移動(dòng)式焊接煙塵處理器的風(fēng)量為1500m3/h，過(guò)濾效率為99.9%，噪聲≤75±5dB（A）。

目前，各類(lèi)焊接煙塵治理設(shè)備已經(jīng)全部投入車(chē)間及外場(chǎng)工位的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，項(xiàng)目小組根據(jù)各工序的作業(yè)工況及特點(diǎn)，組織了針對(duì)性的培訓(xùn)及現(xiàn)場(chǎng)交底后，各焊接工位陸續(xù)落實(shí)了焊接煙塵治理設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用并取得了預(yù)期效果，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)經(jīng)實(shí)測(cè)均達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，順利通過(guò)了項(xiàng)目驗(yàn)收，為企業(yè)順利通過(guò)清潔生產(chǎn)審核提供了支撐。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)車(chē)間、外場(chǎng)手工焊條電弧焊及CO2氣體保護(hù)焊等焊接工位進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、點(diǎn)位統(tǒng)計(jì)、作業(yè)形式研究及各類(lèi)焊接煙塵治理設(shè)備的實(shí)際試驗(yàn)，開(kāi)展了焊接煙塵收集治理工作。通過(guò)對(duì)5個(gè)典型工位進(jìn)行平、立、仰、橫焊測(cè)試及車(chē)間煙塵治理方案的專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)，對(duì)焊接煙塵的平均除塵率達(dá)到了51.7%。在焊接煙塵治理設(shè)備全面應(yīng)用于車(chē)間、外場(chǎng)后，生產(chǎn)基地的焊接煙塵無(wú)組織排放情況得到了有效扼制，同時(shí)通過(guò)環(huán)保日常檢查的方式督促現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員保持良好的使用習(xí)慣，使企業(yè)在踐行生態(tài)文明的道路上取得了進(jìn)一步的提升，較好地履行了企業(yè)的社會(huì)責(zé)任，為節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

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作者簡(jiǎn)介

張燕（1979—），女，漢族，江蘇溧陽(yáng)人，工程師，大學(xué)本科，研究方向?yàn)椤半p碳”管理、資產(chǎn)管理、安全管理、體系管理。