焊接烟尘污染及净化过滤技术

一、概述

焊接是利用电能加热，促使被焊接金属局部达到液态或接近液态，而使之结合形成牢固的不可拆卸接头的工艺方法，它是极为常见的机械工艺方法。

焊接过程中产生的污染种类多、危害大，能导致多种职业病(如焊工硅肺、锰中毒、电光性眼炎等)的发生，已成为一大环境公害。随着国家对工业环境卫生的要求越来越严，焊接烟尘的治理越来越被人们重视，其相应的治理技术日趋完善，焊接污染慢慢得到相对有效的控制。本文是根据我国焊接车间具体情况，结合唐纳森公司在焊接烟尘治理的经验，从焊接污染的形成、特点及危害入手，提出切实可行的防治对策。

二、焊接过程中的有害烟尘

焊接烟尘是由金属及非金属物质在过热条件下产生的蒸气经氧化和冷凝而形成的。因此电焊烟尘的化学成分，取决于焊接材料(焊丝、焊条、焊剂等)和被焊接材料成分及其蒸发的难易。不同成分的焊接材料和被焊接材料，住施焊时将产生不同成分的焊接烟尘(见表1)。

焊接烟尘的特点有：

(1)焊接烟尘粒径小  烟尘呈碎片状，粒径为0.38μm左右。

(2)焊接烟尘的粘性大随着温度和湿度的变化在空中飘浮。通常在焊接操作过程中，焊接烟尘飘浮在远离车问地面高3～5m之间。

(3)焊接烟尘的温度较高  通过空气和排风管道的稀释为40～55℃。

(4)焊接过程的发尘最较大  一股来说，1个焊工操作一天所产生的烟尘量约60～150g。几种焊接方法施焊时每分钟的发尘量和熔化每千克焊接材料的发尘量(见表2)。

三、焊接烟尘的危害

焊接工人每天都要在环境恶劣的焊接场所工作，接触焊接烟尘和粉尘，都有吸人有害烟雾的风险，可引起脑部和精神受损、皮肤炎症、呼吸系统疾病、肝脏和肾脏病症甚至癌症等。以下是焊接工人在施焊过程中，产生的各种污染物对人体危害(见表3)。

在过去的十几年里，各企业的领导者已经认识到以上污染物的危害性，并改善工作环境的措施，以解决工人们面临的工作环境健康的危害，财务和健康保险等支出变得越来越大。但采取这些措施又可以节省成本，增加工作者的生产力，减少工人生病的时间，控制保健成本。这些措施还催生了新一代可降低风险并保障工作者健康的更安全的配有烟尘净化设备安全培训和作业方法。

除了企业内部的变化，社会外部力量对促成企业烟尘净化的投入新格局也起到了一定的作用。如国家在新建项目必须对焊接污染源进行治理，为此，国家对焊接作业环境制订了专门安全卫生标准。如我国《工业企业设计卫生标准》(TJ 36—1979)中的锰及其化合物(换算成MnO2)最高容许浓度为0.2mg/m³。是泛指高毒性锰尘。我国颁布的《车间空气中电焊烟尘卫生标准》(GB 16194—1996)规定车间空气中最高容许浓度为6mg/m³。在企业上ISO1400标准就是涉及工业卫生环境的新标准(绿色焊接的提出)。但是在焊接生产环节上，其焊接工艺是个复杂的过程，尤其是焊接零件形状千变万化，为了把作业现场烟尘彻底解决，这对焊接工艺提出了新的挑战，同时对操作者的操作习惯也提出了更高要求。

四、焊接烟尘的防护措施

针对焊接过程中有害烟尘的防护方法，目前最常用的方法是将有害烟尘随车间轴流风机自然排出(见表4)和采用净化设备过滤排出。目前，在烟尘产生的位置最近的地方采取局部抽出过滤是最有效的方法。焊接烟尘过滤方式有旋风分离、袋式、静电式及滤筒式，其中最常用的主要有静电式和滤筒式两种(见表5)。

然而在选择净化系统过程中，由于工件不同而处理风量不一样，有些过滤设备在没计时考虑到了焊接作业的特点，在吸风罩做成不同的设计，省去操作人员的麻烦，可提高工效。目前在选择过滤器时有三个误区：

(1)只注意标定的过滤效率，忽视实际过滤效果。由于焊接烟尘的颗粒非常小，通常在1μm以下，所以必须了解所选过滤排放标准和检测方法中使用的是什么样的颗粒物。科学研究已经证明，0.3μm的颗粒物是各种一般普通过滤材料最不易过滤的粒径，所以国外普遍用这种粒径的颗粒物检测过滤器和滤料的过滤效率，如果效率能达到95％，那么过滤无论大于还是小于0.3(0.5)μm的颗粒物，其效率必然在95％(99.999％)以上。由于我国目前在强制执行的检测标准中(LD29—1992)还没有使用这种粒径的颗粒物，所检测的过滤器的标定过滤效率并不能代表过滤焊接烟尘的实际过滤效率。

(2)只注意过滤效率高低，忽视过滤器的密封性。如果设备制造简陋，因而造成不密封，有害物质(粉尘或气体)会从泄漏处直接排放在工作现场及室外，这样过滤效率再高的滤料也不会起作用。

(3)认为作业场所已经设置了排风装置，把有害气体和烟尘排放到室外就可以而不需要任何保护。由于焊接作业的特点，即使焊接烟尘可以被排风设备排走，也仅仅只能避免有害物的扩散，降低环境浓度。但在排放到室外后，会随着空气流进入室内污染工作现场或造成大气层污染，所以焊接所产生的烟尘及有毒气体必须在排放之前进行净化处理。

五、唐纳森的净化思想和理念

唐纳森公司是全球最大的过滤设备专业制造商之一，具有近百年的历史。其过滤产品种类丰富，拥有过滤材料和设备的众多专利，其烟尘过滤产品种齐全，已广泛应用于各个焊接领域。唐纳森能够取得今天的成就，主要是其净化产品的过滤原理、材料及设备结构与众不同。

1.唐纳森Ultra-Web FR过滤材料及表面过滤技术

Ultra-Web FR过滤材料及表面过滤技术是技术上的重大突破，能在较低成本下提供更清洁的空气。经过几十年的研究和发展，是Ultra-Web FR滤材应用在托里特Torit设备上具有高效的除尘性能。Ultra-Web FR滤材(见图1)可在亚微米细粒可能渗入滤材内表面之前被阻挡在外，且由Ultra-Web FR表面收集的颗粒，很容易在除尘器清灰过程中被带出。

唐纳森过滤器是一种自动清灰的过滤器，它在收集业微米细粒时能保证连续的高过滤效率，而不会过早堵塞滤芯。这就要求革新的滤材在过滤中能迅速形成尘饼，在清灰循环时又易于清理。

由于尘粒进人滤芯之前已被有渗透性的尘饼阻挡，因此该尘饼提高了过滤效率。尘饼的形成会减少气流，因此必须通过集尘清灰系统清理。

旧式滤材(棉布、聚酯、传统的纤维素等)纤维间隙为12～60μm(见图2a)，当尘粒穿过这些空隙后，其过滤效率会降低，因进入滤材内的尘粒阻塞了过滤元件。当阻塞情况继续恶化，而在清灰循环的过程中又未能有效将阻塞的粉尘吹清，结果过滤元件的风阻便会稳定上升，将除尘系统的气流量降低。若一旦发现过滤元件的气流流量降低到不足够时，便要更换过滤元件。

而Ultra-Web FR解决了这个问题Ultra-Web FR滤材(见图2b)有一层亚做米级直径的纤维粘贴在基料上。其极微小的筛孔可阻挡大部分亚微米级颗粒在Ultra-Web FR滤材的表面上，该纤维间的间隙只有底层纤维的1/100。因此，几乎所有的颗粒都被集在该滤材的表面，因而使渗入底层的颗粒减少至最低限。表面负载(颗粒在Ultra-Web FR表面迅速积累)帮助形成了可渗透性的挡尘饼，因此可保持相当高的过滤效率。在相同的操作条件下，Ultra-Web FR滤材的初期过滤效率大于一般的滤材10倍。在除尘器的清灰循环中，表面负载可消除过早的滤芯堵塞，并促进了扫除尘饼。

2.唐纳森滤筒式过滤器及设备结构特点

过滤器选用的滤材是唐纳森公司于1983年发明的以滤简为过滤元件的滤材，它在一股滤材表面贴一层亚微米级粒径的特殊纤微材料。其非常微小孔可阻挡大部分亚微米级颗粒在特殊滤材表面上，从而形成可渗透性的挡尘饼，由此可保持相当长的过滤效率。对于0.1～0.5μm粉尘颗粒，排放达99.999％，便于细小颗粒净化。其过滤器利用烟尘下沉特性，机体没汁为沉流式结构(见图3)，其内部所有零部件严格按气流运动力学原理进行设计研究试验，使其没备在保证处理风量下，运行阻力为最小。更换除尘滤筒时，只需在洁净空气室操作，无需进入尘室，保障安全。一人维修概念，充分利用人力资源及减少维修成本。每部除尘器之设计均可独立操作，当其中一部需要维修时，不会影响其他机组操作。

3.唐纳森用在焊接烟尘过滤的产品

(1)EASY-TRUNK移动式烟尘过滤器紧凑的结构，滤筒、风机和自动清灰集于一体，配以万向固定吸气手臂，在抽烟尘时，利于焊接工人在任意位置焊接，并方便地移动至任何工作点。3只阻燃性的Ultra-Web滤筒完全保证洁净空气的回送，最适用于小批量及间接焊接工作的需要。

(2)DFO1-l/2-2/3-3移动式过滤器  紧凑的结构，简单而又合理的风机、除尘和卸灰集于一身，方便地移动至任何工作点。与EASY-TRUNK移动式除尘器相比，其风量和静压都高，并可根据工作现场进行选择，从而特别适用于单工位焊接和打磨工作的需要。

(3)DFO系列沉流式中央集中过滤器DFO沉流式过滤器由模块组合，它主要用在多点焊接工位抽风除尘和大型的焊接生产线，以及价值贵重(相比普通焊机而言)的焊接机器人上所产生的烟尘和粉尘收集处理，采用合理的管道分布将不同烟尘点集中于DF式除尘器中予以集中除尘解决。

应该强调的是，唐纳森任何一种烟尘过滤器，其心脏部件均带有阻燃功能的Ultra-Web FR滤筒，是由唐纳森公司集数十年经验开发而成的。该种滤筒对0．1～0.5μm的微粒过滤效率达到99.999％，完全适用于焊接烟尘小而细的特点，同时表面所涂的特殊材料使火星喷溅到表面升温燃烧的时间延长很多，故有阻燃之功能，且表面所涂的特殊材料可使烟尘形成尘饼，以吸附部分有毒气体。

以上特点，是唐纳森公司除尘器用于烟尘方面收集处理的优势。

六、结语

焊接车间的烟尘污染源及种类多，应从污染源、传播途径、个人防护等三个方面进行综合治理。烟尘的治理应结合车间工艺布置、设备情况和焊接操作工的焊接习惯等情况制定方案，不能脱离实际，影响正常的生产操作。治理方案的设计应充分考虑各种污染的治理方式，在保证处理效果的前提下，设汁采用高效净化设备，从而达到减少场地占用、节约投资和节约能源的目的。为此，在净化方案设计选型过程中应考虑以下几方面的因素：

(1)吸尘罩  按不同的工艺要求和烟尘种类及其特性进行设计，采用唐纳森设计规范。

(2)管道  按烟特性及其流速进行设计，采用唐纳森专有软件计算出参数。

(3)过滤器  按烟尘特性及其流速设计出吸尘罩大小，定出风量，选择除尘器的滤材和处理风量(系统的关键)。

(4)风机  根据吸尘罩和管道除尘器的压力损失和除尘器的处理风量选择风机。

总之，除尘系统之问的吸尘罩、管道、除尘器及风机每一个参数发生变化，都将影响除尘效果。系统捕捉效果的好坏与粉尘特性和罩口及管路走向有关系，听系统运行使用的好坏与滤材和除尘器结构有直接关系。