焊接材料對形成焊接煙塵影響的分析與研究

臧春田

【摘要】隨著我國社會環(huán)境保護(hù)意識的增加，相關(guān)學(xué)者對于焊接材料產(chǎn)生的焊接煙塵問題也日益關(guān)注。在焊接中煙塵影響是保護(hù)環(huán)境的重要環(huán)節(jié)。分析研究焊接材料對于焊接煙塵產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析，具有重要的價值。

【關(guān)鍵詞】焊接材料焊接煙塵影響因素

基于相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，隨著我國工業(yè)領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展，我國消耗焊接材料為全球總量的50%以上。分析2020年國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)，綜合我國焊接行業(yè)發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測，焊接行業(yè)會呈現(xiàn)持續(xù)增長的發(fā)展趨勢。而在焊接中會產(chǎn)生大量的煙塵，這些煙塵問題對于工作人員的身體健康以及自然環(huán)境會產(chǎn)生較為嚴(yán)重的影響。

1焊接煙塵的特點(diǎn)

焊接中會產(chǎn)生大量的污染物，會受到焊接材料材質(zhì)以及焊接材料成分，焊接工藝以及工藝參數(shù)。而不同焊接工藝的焊接煙塵會存在一些有害物質(zhì)以及有害氣體，不同性質(zhì)以及數(shù)量等也具有一定的差異性。熔焊是一種常見的焊接方式，基于熔焊為例可以分析煙塵強(qiáng)度，對其進(jìn)行評估。

1.1煙塵粒徑小

焊接煙塵粒徑相對較小，焊接煙塵顆粒是通過0.01～5μm的球狀顆粒通過聚集形成，在空氣中懸浮，會聚集成互相連鎖的樹枝狀態(tài)的微粒。焊接煙塵粒度極細(xì)，而手工電弧焊煙塵粒徑約為0.1～ 1.25μm左右，通過自動埋弧焊通過“

氟堿型”焊劑中煙塵粒徑約在2μm～0.28 mm中，CO2氣體保護(hù)焊煙塵平均粒徑數(shù)值大概為0.03μm。

1.2煙塵粘性大

焊接煙塵粘性較大，在溫度、濕度變化之下會在空氣中漂浮，在焊接中焊接煙塵漂浮高度大概在3-5 m的位置。

1.3變化特征

焊接煙塵會隨著溫度升高，在焊接中通過電能加熱，會導(dǎo)致焊接金屬的局部會接近與液態(tài)的狀態(tài)，在空氣或者排風(fēng)管道稀釋之后其溫度大概在40-80℃左右。

2.焊接材料對形成焊接煙塵影響的分析與研究

綜合焊接煙塵形成的主要機(jī)理規(guī)律，利用數(shù)值模擬的方式料及其主要形成過程，可以為控制焊接煙塵影響提供數(shù)據(jù)參考與支持。

2.1焊接材料對焊接發(fā)塵率的影響

焊接材料對焊接發(fā)塵率的影響在材料焊接中產(chǎn)生的煙塵量通過FFR表示。利用試驗(yàn)研究確定隨著焊絲中鐵含量的提升，F(xiàn)FR會呈現(xiàn)逐漸增加的發(fā)展態(tài)勢；而隨著氧化性氣體數(shù)量的提升，F(xiàn)FR則就會逐漸升高。焊接煙塵產(chǎn)生中焊絲是最大的誘因，因?yàn)楹附z而造成的煙塵為整體的90%左右。如果母材沒有高揮發(fā)性的元素，在焊接中如果其只有少部分材料是來源與母材中。在實(shí)踐中插藥芯焊絲整體的除塵率顯著較高，在試驗(yàn)中即便是通過環(huán)保的方式進(jìn)行優(yōu)化，產(chǎn)生的發(fā)塵量相對于實(shí)心焊絲來說還是要高，大約高于1000mg/kg左右，而出現(xiàn)此種問題就是就是受到藥芯中合金元素的影響，這些元素在焊接產(chǎn)生的反應(yīng)物是煙塵的主要成分。藥芯焊絲種類繁瑣，不同種類焊絲中含有的微量元素也是不同的，而在藥芯中鐵粉以及無機(jī)化合物的比例越小則其發(fā)塵率也就越小。在現(xiàn)代化工藝支持之下藥芯焊絲用量增長率逐漸增加，在在工藝性能、生產(chǎn)效率等領(lǐng)域上均具有一定的優(yōu)勢。

焊接發(fā)塵率也會受到焊絲種類的影響，其與保護(hù)氣體成本之間有著較為密切的關(guān)系。保護(hù)氣體是影響穩(wěn)定性的關(guān)鍵嚴(yán)肅，而保護(hù)氣體類型不同其物理性質(zhì)也存在不同程度上的差異性，這些物理性質(zhì)都會影響電弧穩(wěn)定性，而隨著電弧不穩(wěn)定其發(fā)塵率會呈現(xiàn)增加的態(tài)勢。CO2高導(dǎo)熱性決定了其在相同的電壓環(huán)境中必須要通過更高電壓才可以提升穩(wěn)定性，二氧化碳含量在不斷增加中會降低整體的電弧穩(wěn)定性，進(jìn)而提升焊接發(fā)塵率。氣體導(dǎo)熱系數(shù)的不斷提升則就會增加電弧中的陽極斑點(diǎn)，導(dǎo)致熱量在此區(qū)域中集中，造成金屬形成排斥過渡的問題，進(jìn)而增加發(fā)塵率。

為了合理控制發(fā)塵量則就要對顆粒過渡形式進(jìn)行有效調(diào)節(jié)。因?yàn)椴煌臍怏w會導(dǎo)致不同的過渡形式，為降低發(fā)塵率應(yīng)盡量減少顆粒過渡形式。而因?yàn)镚MAW焊中的保護(hù)氣體中應(yīng)用CO2氣體成本低廉，加強(qiáng)對降低純CO2氣體保護(hù)狀態(tài)中的發(fā)塵率是研究的重點(diǎn)內(nèi)容。

2.2數(shù)值模擬分析

焊接煙塵問題就是金屬在高溫作用之下產(chǎn)生蒸發(fā)、冷凝作用，最終產(chǎn)生的物質(zhì)形態(tài)。利用建模的方式模擬金屬蒸發(fā)以及冷凝過程，研究焊接煙塵形成機(jī)理。分析焊接煙塵數(shù)值模擬，可以提升效率，減少費(fèi)用支出。同時，可以實(shí)現(xiàn)對各種因素的定量分析。但是藥芯焊絲受到結(jié)構(gòu)特征影響，其具體復(fù)雜性，實(shí)心焊絲具有多變性的特征，導(dǎo)致其數(shù)據(jù)建模相對較為困難。對此，多數(shù)的研究均是基于實(shí)心焊焊絲自由過渡為主。

Ioffe等學(xué)者綜合熔滴表面溫度差異性進(jìn)行理論模型分析，通過對滴狀以及噴射過渡之間產(chǎn)生的頻率變化進(jìn)行分析，綜合焊接煙塵形成，分析了降低發(fā)塵率的主要誘因。其中熔滴過渡頻率是最為關(guān)鍵的因素。而A.B.Murphy等學(xué)者通過模擬電弧等離子自分析保護(hù)氣體成分對焊接過程產(chǎn)生的影響，計算飽和蒸汽離子耦合模型模擬分析。研究人員基于熱力學(xué)角度構(gòu)建焊接煙塵模型，綜合分析液態(tài)熔滴表面在不同的過渡狀態(tài)中溫度變化特征，綜合液態(tài)熔滴蒸發(fā)速率以及表面溫度等因素進(jìn)行分析。學(xué)者M(jìn). Boselli等學(xué)者利用假設(shè)局部熱力學(xué)生平衡方式構(gòu)建理論模型，預(yù)測熔滴表面溫度，分析模型結(jié)果以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)性。熔滴過渡形式以及表面溫度等因素都是影響發(fā)塵率變化的關(guān)鍵因素。

模擬數(shù)值在分析處理中受到多重因素作用影響，還是存在不同程度局限性，為了透徹分析了解焊接機(jī)理，達(dá)到降低發(fā)塵率的目的，通過構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的方式可以為焊接煙塵控制提供有效指導(dǎo)。

結(jié)束語：

我國焊接行業(yè)呈現(xiàn)高度發(fā)展的趨勢，但是焊接作業(yè)中產(chǎn)生的環(huán)境污染問題也是有目共睹的。分析焊接煙塵對環(huán)境產(chǎn)生的不良影響，了解焊接材料對焊接煙塵的影響，通過數(shù)據(jù)模擬的分析了解焊接機(jī)理，可以有效的降低發(fā)塵率。因此，在今后要加強(qiáng)對焊接煙塵控制的研究，加強(qiáng)對焊接作業(yè)的煙塵治理，進(jìn)而為構(gòu)建和諧生態(tài)環(huán)境奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]翁羽，劉振峰，鞏斌.焊接煙塵對環(huán)境影響的評價與治理[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2019，42（S1）：73-76.

[2]鮑升凱，卜智翔，王若璽，孫力，王立世.焊接材料對形成焊接煙塵影響的研究進(jìn)展[J].焊接，2018（10）：20-25+66.

[3]鮑升凱.焊接測塵系統(tǒng)的研制及焊接發(fā)塵率測試[D].湖北工業(yè)大學(xué)，2018.