汽车车身焊接中的烟尘危害及解决方案

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2012年 第 1 期
车身技术
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B ■ 江淮汽车股份有限公司技术中心/汪 军 魏庆丰 高海洲
车身的焊接主要是点焊及C O 2焊。

车身焊接特别是C O 2焊会产生大量的焊接烟尘及弧光，另外，车身钣金由于装配精度及外观要求，必须进行部分区域打磨，相应会产生大量打磨粉尘。

汽车批量生产时，烟尘、粉尘会弥漫在整个车间，严重污染车间环境，危害工人职业健康。

目前，汽车白车身焊接过程中，尽量将C O 2焊及打磨集中在一个区域进行，并进行相应的净化处理。

焊接烟尘除尘设备
1.设备系统原理
焊装车间除尘设备系统主要由五部分组成：主机控制系统、风机、过滤器、管道、风口终端或吸气臂。

其基本原理为：在风机提供的动力作用下，风口终端或吸气臂捕捉焊接时产生的烟尘，通过管道传输到过滤系统，在滤芯的作用下，原本含有有害物质的焊接烟尘被净化，再通过风机排放。

系统简图如图1所示。

理，单元内部有吸声材料，所以设备运行的噪声控制在75d B以下。

一般过滤后的空气粉尘含量会低于国家指标，可直接通过系统出风口在室内排放，当然也可室外排放。

（2）过滤单元 大小不同颗粒的烟尘通过管道首先进入过滤单元（见图2b）内由飞溅挡板构成的内置大颗粒粉尘分离区，分离后的大颗粒粉尘包括飞溅由于流速的减慢而直接掉入粉尘收集箱，小颗粒烟尘通过气流流向过滤筒并被截留在过滤筒表面，再通过滤筒的反吹掉入粉尘收集箱。

为了增加过滤筒的表面积，滤材被折叠为角度只有5°以下的V形。

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2. 设备系统结构点
（1）主机 如图2a所示，中央烟尘净化系统主机一般为分体模块式设计。

整个系统由过滤单元和风机单元两大模块组成。

所有部件都被安置在表面经过喷漆处理的系统外壳内。

外壳设计针对日常操作和维护都有相应的操作维护门可开启。

风机单元的风机经过防振处
过滤单元是除尘设备的核心部件，它的性能直接影响到除尘效果。

据欧洲权威环保部门B G I A 检测统计：焊接与切割产生的烟尘颗粒中颗粒直径在0.1～1μm。

0.1～0.4μm直径的颗粒占总烟尘量的98.9%。

故使0.1μm以上烟尘颗粒过滤下来并保持过滤通畅是业内需攻克的难题。

某厂家主机材质过滤筒采用玻璃纤维材质，外表面经过热处理覆盖一层聚四氟乙烯（P T F E）薄膜层。

玻璃纤维结构筒壁薄，强度高，表面的P T F E 薄膜形成0.1μm以下孔径的网状结构。

如图3a所示，由
于目前受材质及加工工艺的限制，表面没有特殊处理的
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B 缓缓下落，下方有四个轮子，方便粉尘运输，上方的导流板可防止运输途中粉尘飞散。

当清洁后的收集箱推回位，反方向旋转，收集筒自动上升关闭。

在控制阀门处有一个带压力调节阀的油水分离器，可清洁客户工厂压缩空气。

（5）管道 除尘设备管道一般采用国内外资企业专业制造的螺旋式镀锌管道，特点是重量轻，强度高，耐腐蚀。

（6）活动式吸气臂 吸气臂由内部弹簧支撑的平行四边形支架、玻璃纤维管的P V C涂层和内部螺旋钢丝组成。

带有节气阀的吸气罩可以360°旋转至任意位
置。

这样吸气臂可以伸长到其臂长所能达到的任何位置发烟点，并自动固定某一状态位置吸收有害烟雾和粉尘，而不需要任何辅助设施。

吸气臂的长度在2～8m，可根据焊接工位的实际情况确定。

焊接烟尘除尘解决方案
在汽车制造焊装车间，焊接烟尘主要分为C O 2焊烟和打磨粉尘。

下面介绍两个案例，分别介绍某汽车厂家使用的CO 2及打磨除尘方法。

1. 某轻型客车除尘设施
（1）设施简介 某轻型客货车除尘，设计搭建焊接房间尺寸为17m×6m×4.5m（长×宽×高)，四个人在里面工作，两个人打磨，两个人焊接，采用K E M P E R 遮弧条将房间分隔为两个区域，焊接除尘区域为8.5m×6m×4.5m。

主机是一套由K E M P E R 公司生产的低压型吸收及过滤——中央烟尘净化系统K E M P E R 6100 系列
产品，型号为K E M P E R611200W B。

K E M P E R611200W B 吸气量约为24 000m 3/h，满足除尘房间焊接区域焊接时烟尘的吸收过滤及净化。

设施设计主体为房间＋主机设备＋遮弧帘，主机为中央烟尘净化器系统，除尘端采用四个5000m 3/h的主吸风口＋四个1000m 3/h的可伸缩吸气臂。

遮弧帘防弧光外泄。

设备除尘分两个方面。

普通过滤筒是由纤维压制而成，过滤精度最高到0.5μm 左右，对于颗粒细小的焊割烟尘过滤效率低，并容易在滤材内部堆积形成堵塞而使吸气量迅速下降。

如图3b所示，表面具有聚四氟乙烯（PTFE）薄膜的过滤筒由于表面的P T F E膜过滤掉了0.1μm以上的烟尘，而0.1μm以下的烟尘即使渗透过滤膜，也能顺利通过筒壁0.5μm的通道排除，故过滤筒不容易堵塞，使管道长时间保持良好的通透性。

（3）全自动清灰反吹装置 全自动清灰反吹装置是通过一个由两根距滤筒内壁2c m左右，从筒口延伸到筒底的金属管组成的旋转喷嘴组成的。

金属管上有一排密集的喷气孔。

除尘主机内部有压力感应器，当滤筒表面堆积一定的粉尘影响滤筒通透性导致内部负压值升高到设定值时，电磁阀自动打开，将压缩空气通过喷嘴的两排喷气孔贴近筒壁旋转，对整个筒进行均匀地反吹。

反吹持续时间的一般设定值为1.5s，该值可以根据需要通过控制系统的操作面板进行重新设定。

（4）粉尘收集箱 如图5所示，收集箱有一个特殊的盖板。

盖板上有一排“众”字形的粉尘导流板。

导流板的作用是万一有未熄灭的飞溅跌落下时，直接接触导流板，由导流板挡住，避免其直接进入满是粉尘的收集箱。

打开门，可看到收集箱是通过一个下方的气垫托
起紧贴收尘漏斗口的。

只要旋转下方的旋转杆，收集箱
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B 大T形房间顶部吸尘：设计在焊接区域顶部均匀开四个直径为350m m的吸尘口，每个吸尘口的吸风量在4000m 3/h左右，保证轻客白车身在内外几十处焊接点焊接后，房间内的粉尘吸收至主管道起到净化的目的。

大T形房间内部吸尘：考虑到焊接白车身除外部焊接外，内部也有几十处焊接点。

由于车顶无天窗，车窗上檐距离车顶也有约500m m的距离，故车体内焊接后的粉尘极易聚拢至车顶。

故设计在焊接房间区域四个角落安装K E M P E R柔性3m长的吸气臂。

吸气臂吸风量为1200m 3/h，可任意点进行停留。

车体进入焊接区域后，入口处的两根吸气臂由车体后门拉伸至车内，罩口贴于车顶针对车内焊接后聚拢的粉尘进行捕捉。

其余吸气臂也对准车辆的窗口，在焊接烟尘上升的过程中通过气流捕捉烟尘。

当工作人员在车外焊接时，也可利用吸气臂进行烟尘的捕捉。

不用时关闭吸气臂阀门，可加大顶部吸尘口的吸风量，如图7所示。

采用不制作打磨间的方案，打磨工位(两套打磨工具) 大约在5m×3m范围内，用高真空系统收集打磨产生的金属粉尘可以取得较好的效果（见图8）。

本系统压力能保持在－25～－15k P a之间，最大风量为500m 3 /h，可以满足两处打磨的金属粉尘回收。

在生产现场，吸风罩口技术是非常重要的，它决定粉尘吸入的多少。

决定采用现场试配的方式，来满足现场使用要求。

（2） 效果评价 据德国B G I A 组织（G e r m a n government safetyorganization德国政府安全组织）对焊
接烟尘颗粒组成的检测报告如附表所示。

颗粒/μm <0.2<0.4<0.6<0.8<1.0>1.0数量8002519012数量（%）75.323.60.900.10.2质量（%）
15.9
38.7
7.5
8.2
29.7
焊接烟尘大小组成
经检测，对于B G I A 报告中0.1μm以下的颗粒粉尘，PTFE 过滤材质过滤掉总尘量的98.9%。

2 .某商务车除尘设施
（1）设施简介 某商务车车身的前门柱和侧围是两个件拼焊而成，在接头部位形成缝隙要进行填平处理。

工艺采用铜钎焊技术，对前门柱和前风窗两处A面的缝隙进行焊接。

焊缝采用打磨处理，打磨的粉尘必须进行净化除尘，否则对现场作业人员和环境都将造成严重危害。

（2）设施特点 该设备安装在该车型调整线上，由于流水作业及车身造型，该设备具有如下特点：吸风罩口特殊，和车身相互贴合；用气路来控制罩口的贴合与离开，当线体运行时罩口自动退出，操作方便，安全可靠。

（3）效果评价 工程改造结束后，对操作工的身体健康提供了有利的保障；通过透明的防护帘辅助隔离，现场的粉尘去除率可达98 %以上。

结语
造成焊接生产工作人员职业病的原因很多，使用口罩、眼罩和手套等防护用品，同时安装如上述所说的通风除尘系统，将会把有害物质浓度降到极限允许值范围之内，大大改善焊接车间工人的劳动环境。

本文所述解决方案在不影响工人正常操作的条件下，采用“集中除尘房间＋主机净化系统+活动式吸气臂”的模式，使车间内有毒有害烟尘控制在工人呼吸带以下，并使作业环境达到车间卫生标准，排放浓度达到
地方排放标准，治理效果明显。