焊装车间CO2气体保护焊烟尘处理设计分析

赵 鹏

（北汽福田汽车股份有限公司 制造本部，北京 102206）

二氧化碳（CO2）气体保护焊在车身制造中广泛应用，是电阻焊接的重要补充方式[1]。CO2气体保护焊会产生大量污染物，是焊接车间烟尘的主要来源。

1 CO2气体保护焊的烟尘危害及主要处理方法

1.1 焊接烟尘的特点

焊接烟尘具有微粒较小、温度较高、粘性较大、焊接烟尘产生量较大的特点[2]。对焊装车间CO2气体保护焊工位实地观测，在净高11m左右的厂房，烟尘在无风条件下上升到距地面5～8m处横向扩散成片状，周边不断弥散，进而污染整个焊装车间。

1.2 焊接烟尘的危害及相关标准

焊接烟尘可引起焊接尘肺、肺炎和血液系统疾病[3]，具有较大的危害性。

根据GB16194—1996《车间空气中电焊烟尘卫生标准》规定，焊接烟尘浓度应小于等于6 mg/m³；按照北京市职业卫生健康有关环境评价标准GBZ21—2007《工作场所有害因素职业接触限值》第1部分“化学有害因素”中对焊接烟尘的有关规定，焊接烟尘加权平均值应小于等于4 mg/m³。

1.3 焊接烟尘的主要处理方法

焊接烟尘处理通常用到全面通风、局部排风和除尘处理[4]中的一种或多种，具体见表1。

表1 焊接烟尘的主要处理方法

1.4 各工厂采用的排烟除尘方式

各工厂通常根据不同的工艺条件，综合采用多种排烟除尘方式，满足焊接烟尘治理的需求，具体见表2。

表2 各工厂工艺条件及排烟除尘方式

2 CO2气体保护焊烟尘治理实例解析

汽车焊接车间中，CO2气体保护焊是车间烟尘的主要来源。因各焊装车间CO2气体保护焊工位设置上有较大差异，应根据不同焊接车间实地情况，采用适宜的焊接烟尘治理方式。

以某车身车间焊接烟尘处理改造实例进行介绍。

2.1 治理前车间概况

山东某装焊车间厂房占地约30 000m2，其中一条焊装线生产节拍10JPH（Jobs Per Hour，每小时生产量），有7个CO2气体保护焊工位，工位各不相邻，共有约20台焊机。作业区域焊接烟尘浓度为2.8～8.5 mg/m3，部分区域超出国家标准。

厂房已设计整体机械通风，换气次数为3次/h。车间具备可移动式焊接烟尘净化机，由于工人焊接点位距离较大，需不断调整机器及万向吸尘臂的位置，无法满足实际生产需要。

2.2 焊接烟尘治理设计方案

2.2.1 局部排风系统风量计算

车间面积较大，并已设计机械通风系统；焊装线CO2气体保护焊工位固定且焊机数量较多，7个工位各不相邻，因此考虑增加局部排风系统。

每个工位设计单独的密封房。由于工位零部件物流量较大，无法完全密闭，应尽量采用软帘与外部隔开。

单个工位面积约为36 m2，高度按4.5 m计算，单位密封房体积约为162 m³。排风量L为

式中：V为密闭房体积，取值162 m³；N为换气次数，次/h，根据除尘经验取值30次/h。

根据式（1）计算理论上所需排风量为L=4 860 m³/h，考虑到一定的漏风系数（取值0.1），则所需排风量为4 860 m³/h×1.1=5 346 m³/h。

2.2.2 冬季采暖设计

该工厂位于山东潍坊，冬季日均最低气温可达-6℃，车间内温度在全面通风的条件下约为6～10 ℃，若有较大风量排出，则温度进一步下降，不利于人员现场作业。

考虑设置送风加热系统，综合评估各方案后发现运营费用过高，所以仅在风机平台处预留电加热系统的设备位置。按工位70%空气循环使用设计排烟除尘设备，可避免车间大量补入冷空气，温度降低。

若工位温度不满足作业要求，首先可在满足工位烟尘排放标准的条件下适度降低风速，其次可以提高生产线边供暖热水的循环速度，再次可以补充电加热空调设备。

2.2.3 送风设计

增加送风设施，既能够提升冬季生产线温度，也可影响密封罩内的烟尘气流，同时兼顾了操作人员的舒适性。

送风的风速会影响焊接点焊接效果，焊点处风速应满足≤2.0 m/s的工艺要求，否则CO2气体起不到保护作用，影响焊接质量。送风的风管对物流也有较大不利影响，因此应考虑采用合理的送风方式。规划沿密封房内的工艺立柱每3 m设置一个送风口，送风支管道延伸到车间底部约0.5 m高处，端部独立的送风罩口具备调节风速和送风角度的功能。

送风风量按照4 860 m³/h设计，略低于排风量5 346 m³/h，保持工位微负压，既能增加工位新鲜空气流入，也对冬季保温起到一定作用。送排风风机采用变频电机，一方面根据各工位生产及污染情况适度降低排风和送风风速，尽可能降低焊接点附近风速；另一方面综合冬季工位温度控制与焊接烟尘情况，适度调整送排风风速。

2.2.4 设计方案

在焊接烟尘超标的工位采用局部下送风上排风的处理方案，分别设置焊装烟尘处理系统及内循环系统，在风机边预留增加电加热空调的位置，如图1所示。

图1 局部排风系统平面示意图

密封房内采用吊顶锥形排气罩，送风支管道延伸到车间底部约0.5 m高，端部设有送风罩口。送风和排风管道均布置在密封房外侧顶部，整合成排风管道和送风管道各一条至风机处。排风和送风烟囱从风机处沿厂房立柱伸出屋面，间隔6 m。密封房效果如图2所示。

图2 密封房效果示意图

根据工位物流要求，能够全部密封的工位采用整体密封，无法全部密封的工位采用部分密封加软帘的方式处理。用彩钢复合板、钢型材对各区域进行密封，无法密封处用PVC透明软帘做围挡，尽量保证工作区域照明度和密闭性。

车间外新风或循环风通过送风机组进入车间内各工位区域，管道支管延伸到距离地面0.5 m处，送风口均匀排布，操作人员可根据需求调整送风角度和风速。从密封房下部送入空气后，区域内的污浊热空气向上方汇集，在上升过程中污浊的热气流不断卷吸周围空气，上升至排风罩口处，气流被抽吸入罩口，进入排风机组，经滤筒过滤后的气体部分通过烟囱排入大气，部分回流至送风系统，循环利用。

在车间立柱下方设有风机控制箱，送风和排风量均可根据现场需求调整。

2.3 治理效果

送、排风系统安装完毕后，操作工位焊接点附近风速为0.7～1.3 m/s，满足焊点处风速≤2.0 m/s的要求。焊接烟尘浓度为0.2～1.8 mg/m3，达到设计规范要求。

3 结束语

在汽车焊接车间，CO2气体保护焊已成为烟尘污染的重要源头。在现阶段无法用更清洁环保的焊接方式替代的情况下，利用通风除尘方式降低CO2气体保护焊烟尘污染已成为共识。利用现有条件积极有效地采取防护措施，能够最大限度地降低危害。