專利名稱：電焊煙塵離子荷電就地凈化方法
本方法屬于高壓靜電技術(shù)在電弧焊煙塵凈化除塵中的應(yīng)用。應(yīng)用高壓靜電技術(shù)使電弧焊煙塵在靜電場中充分荷電，被就地抑制在母體上，實(shí)現(xiàn)電焊煙塵的就地抑制，就地凈化。
在機(jī)械加工過程中有相當(dāng)一部分是焊接工藝，特別是造船、汽車、自行車、鍋爐等生產(chǎn)制造以及金屬結(jié)構(gòu)加工過程中都離不開焊接工藝，其中應(yīng)用最多，最廣泛的是電弧焊。
在電弧焊接時(shí)，電弧焊接處的溫度高達(dá)4000度左右。對涂有藥層的焊條(絲)或者經(jīng)過化學(xué)處理的金屬進(jìn)行焊接時(shí)，由于電弧的高溫產(chǎn)生極細(xì)微的無定型錳、硅、鐵等殘?jiān)w粒，焊條涂層中含有錳約10～50%，電弧焊接產(chǎn)生大量錳煙塵，細(xì)微錳煙塵能達(dá)到肺胞最后被血液吸收。錳能引起人體的神經(jīng)系統(tǒng)，呼吸系統(tǒng)，內(nèi)分泌系統(tǒng)疾病。例如頭痛、頭暈、記憶力減退、失眠、四肢無力、心悸多汗等神經(jīng)衰弱癥及植物神經(jīng)功能紊亂病癥，呼吸道的炎癥，內(nèi)分泌功能紊亂。電弧焊接過程中錳煙塵對環(huán)境造成污染。在加工金屬結(jié)構(gòu)件、自行車、汽車、造船、鍋爐制造生產(chǎn)等焊接車間內(nèi)空氣中二氧化錳常常超過國家勞動(dòng)衛(wèi)生允許最高濃度0.2mg/m3，相當(dāng)一部分焊工患有錳中毒的職業(yè)病。急待解決，以便改善勞動(dòng)條件。
目前國內(nèi)外對電焊接產(chǎn)生煙塵采用引風(fēng)排氣凈化方法，對電焊部分實(shí)現(xiàn)局部封閉通風(fēng)除塵來實(shí)現(xiàn)，以足夠高的氣流經(jīng)工作臺面，用吸風(fēng)對準(zhǔn)電焊點(diǎn)，把電焊時(shí)產(chǎn)生的煙塵吸入再送入除塵器凈化。當(dāng)前應(yīng)用這些方法都要把載焊接煙塵的氣流輸送到袋式或者予荷電的袋濾式除塵器加以凈化。這些方法凈化電弧焊煙塵的作業(yè)環(huán)境效率不十分理想，通常在60%左右，雖然予荷電袋濾式除塵效率高達(dá)99%以上，但只有部分煙塵被引風(fēng)機(jī)送入除塵器，所以環(huán)境凈化效果差。工人們不愿意使用這些消除煙塵的傳統(tǒng)方法，因給操作者帶來麻煩，工人們認(rèn)可忍受煙塵污染，也不用傳統(tǒng)的除電焊煙塵方式。
應(yīng)用靜電就地抑制電弧焊煙塵技術(shù)是在不增加電焊工的工作量條件下不用吸風(fēng)機(jī)，吸風(fēng)罩，引風(fēng)管路，袋式濾塵器等。就可以把電焊煙塵抑制在焊接母體上，實(shí)現(xiàn)就地抑制，就地凈化。只在電焊槍增加幾倆重量，不增加操作者的麻煩，電焊煙塵就地抑制效率可達(dá)90%以上，電焊附近以及工人呼吸帶的二氧化錳煙塵含量低于國家勞動(dòng)衛(wèi)生允許標(biāo)準(zhǔn)0.2mg/m3以下。
該方法有效地改善了廣大電焊工人的勞動(dòng)條件，解除了錳中毒的疾苦，改善了周圍環(huán)境它將成為國際上提供一項(xiàng)治理電焊煙塵的理想方法和手段。據(jù)國際聯(lián)機(jī)檢索和國內(nèi)外資料查閱均沒有發(fā)現(xiàn)這項(xiàng)技術(shù)專利和文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)。
電焊煙塵污染問題一直是科技界十分重視的研究領(lǐng)域，因它嚴(yán)重危害電焊工身體健康，不少電焊工患有錳中毒職業(yè)病。所以國內(nèi)外科學(xué)技術(shù)工作者們把精力都集中到了引風(fēng)除電焊煙塵方法上，例如1、局部排氣通風(fēng)除煙塵，把吸風(fēng)罩跟隨在電弧焊點(diǎn)，以適當(dāng)風(fēng)速流經(jīng)電焊點(diǎn)，把煙塵吸入袋式濾塵器中加以凈化;
2、局部封閉通風(fēng)除塵;
3、以足夠高的氣流速度流經(jīng)電焊工作面進(jìn)行除塵凈化。
這些方法可以局部解決一些電焊煙塵污染，但電焊附近及電焊工呼吸帶的二氧化錳難以達(dá)到國家勞動(dòng)衛(wèi)生允許濃度標(biāo)準(zhǔn)0.2mg/m3以下，很明顯，上述幾種方法都給電焊工帶來操作麻煩，附加了不少工作量。所以電焊工認(rèn)可接受錳的污染中毒也不肯接受上述的引風(fēng)除塵方法。對于二氧化碳保護(hù)焊接，因引風(fēng)破壞了二氧化碳保護(hù)氣幕，所以傳統(tǒng)的除塵凈化方法難以應(yīng)用。
本發(fā)明的目的是提供一種電焊煙塵離子荷電就地凈化方法，應(yīng)用靜電就地抑制電弧煙塵是使在靜電場中充分荷電，在靜電場定向作用下，電焊煙塵就地抑制在母體上，實(shí)現(xiàn)就地凈化。剛剛蒸發(fā)，燃燒時(shí)浮起、揚(yáng)起的焊接煙塵就地被凈化在工件上。電焊操作附近以及工人呼吸帶的煙塵，二氧化碳以及其它有害的金屬、非金屬化合物殘?jiān)烤陀趪覄趧?dòng)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)最高含量以下。不增加電焊工的操作麻煩，只在電焊槍上增加50～100g重量，工人幾乎感覺不到重量增加。它將改善廣大電焊工勞動(dòng)條件，解除電焊工的煙塵中毒疾苦，有效解決了電焊煙塵污染。
結(jié)合附圖詳述本發(fā)明的具體內(nèi)容。
本發(fā)明是應(yīng)用離子荷電就地凈化技術(shù)，采用了一些技巧性很強(qiáng)的新技術(shù)是對塵?？刂萍夹g(shù)的一種變革。
加上交流、直流電源的焊條(絲)成為電極，與焊接母體(鋼板)縫間進(jìn)行弧光放電產(chǎn)生6000～8000°K左右高溫，使工件溶在一起，電弧焊的焊條(絲)外層涂有焊藥或者用惰性氣體形成氣幕，保護(hù)焊接過程免受氧化污染。在焊接過程中產(chǎn)生高溫焊藥中含有10～50%錳，揚(yáng)浮含有無定形狀的錳、硅、鉻、鎳、鐵、大理石、鈦白粉等等，產(chǎn)生極細(xì)微的無定型顆粒和有害氣體，其中二氧化錳遠(yuǎn)超過國家衛(wèi)生允許標(biāo)準(zhǔn)。
電焊時(shí)，直流電焊機(jī)5的電壓加到導(dǎo)電嘴10上，焊絲從導(dǎo)電嘴10上獲得電壓，成為電極與焊接工件縫隙間發(fā)生了弧光放電，焊條(絲)與工件同時(shí)熔化成為熔池，焊條，藥皮，工件的化學(xué)鍍層和污垢蒸發(fā)、燃燒，產(chǎn)生了極細(xì)微的無定型的金屬、非金屬化合物煙塵，以及O3、NOn、CO……等有害物質(zhì)，它們漂揚(yáng)彌漫空間。由離子發(fā)生環(huán)1產(chǎn)生高濃度離子霧(108個(gè)/cm3)，它是抑制煙塵的媒介物質(zhì)，浮蓋在熔池上空。電焊產(chǎn)生大量懸浮在電焊周圍的煙塵顆粒與離子相碰撞，使微細(xì)的煙塵粒徑增粗20～50倍，煙塵顆粒在1/100～1/10S內(nèi)充分飽和荷電，荷電量Q＝K·Ec·D2(1)式中Ec為電暈電場場強(qiáng)的峰值，D為塵粒的直經(jīng)，K為常數(shù)。在靜電場中，作用于荷電塵粒的庫侖力F＝K·Q·E(2)式中E為工件集塵電場強(qiáng)度的平均值，K為常數(shù)。由于塵粒直徑的增大，荷電量增加，作用于塵粒上的庫侖力將顯著增大，凈化效果也將明顯提高，塵粒在靜電場中驅(qū)向工件的驅(qū)進(jìn)速度ω＝K·E·Ec·D(3)從式中可知，增加工件集塵靜電場強(qiáng)度的平均值E可提高塵粒的驅(qū)進(jìn)速度，增加電暈靜電場強(qiáng)度的峰值Ec和塵粒的直徑D也可提高塵粒的驅(qū)進(jìn)速度。
在抑制煙塵的靜電場中。作用在塵粒上的力有五個(gè)庫侖力F，離子風(fēng)力Fg，塵粒自身重力P，顆粒凝聚力Fq和空氣對塵粒的浮力Ff。當(dāng)F+Fq+Fg+P＞Ff時(shí)，帶電的塵粒就迅速抵返工件上，從而實(shí)現(xiàn)對溶池外溢煙塵的抑制作用。
焊槍槍體11上的離子發(fā)生環(huán)1產(chǎn)生必要的靜電場強(qiáng)度及高濃度離子霧，才能實(shí)現(xiàn)焊接煙塵就地抑制，就地凈化。離子電源6為離子發(fā)生環(huán)1提供了200～700KV/m靜電場強(qiáng)度的靜電電源，同時(shí)提供了具有相當(dāng)豐富諧波的5KV-80KV直流、脈沖電源，脈沖寬度是10～100毫微秒，頻率是1000～5000周，使其產(chǎn)生高濃度離子霧。當(dāng)焊絲與工件發(fā)生電弧時(shí)，電流電抗器8把電流信號變換成電壓信號輸入到控制器7，根據(jù)電焊工藝要求離子電源6為離子發(fā)生環(huán)1提供必要的脈沖、靜電電壓。當(dāng)離子發(fā)生環(huán)1發(fā)生“真”“假”短路時(shí)，也就是與工件發(fā)生火花、弧光放電時(shí)，電流電感器9把信號輸入到控制器7，以便消除離子環(huán)1與工件的火花放電、弧光放電，放電停止后，離子電源6立即恢復(fù)正常供電。當(dāng)電焊停止時(shí)，離子電源6從電抗器8獲得信號，立即停止對離子發(fā)生環(huán)1供電，從而實(shí)現(xiàn)焊接煙塵離子荷電就地凈化，就地抑制。
脈沖電源產(chǎn)生前沿陡峭的脈沖，在空氣中發(fā)生十分激烈的電暈放電，產(chǎn)生的活潑原子團(tuán)，使CO、NOn、O3等有害氣體分解成無害物質(zhì)，使有害氣體濃度大大下降。
優(yōu)點(diǎn)及積極效果本發(fā)明離子荷電凈化電焊煙塵效率最佳值為95.4%，平均值達(dá)到88.9%。凈化后煙塵濃度在1.3～5mg/m3，低于國家勞動(dòng)衛(wèi)生最高允許車間內(nèi)粉塵濃度值。操作工人呼吸帶含塵量低于6mg/m3，其中二氧化錳煙塵量低于0.2mg/m3，低于國家勞動(dòng)衛(wèi)生允許標(biāo)準(zhǔn)值。應(yīng)用離子荷電就地凈化技術(shù)過程中，不但O3、NOn沒有增加，反而有所下降，由于高壓脈沖電壓前沿上升速率du/dt快，產(chǎn)生了活潑原子團(tuán)，由于它的作用使O3、NOn下降了。
在電焊槍上附加離子荷電附加部分重量50～100g，離子電源6產(chǎn)生的諧波脈沖電壓與電弧放電同步供給離子環(huán)1，電焊停止時(shí)延遲2秒停止供電，它不影響電弧焊質(zhì)量。
離子電源6具有恒流、火花控制特性，離子環(huán)1短路(人觸高壓電)時(shí)，在10～20ms內(nèi)息弧通過人體的電流不超過1mA，人體觸電時(shí)承受的能量遠(yuǎn)小于人體最大允許量1/100，不受到任何傷害。


圖1為凈化電焊煙塵裝置。
注1、離子發(fā)生環(huán)，2、噴嘴，3、送絲機(jī)構(gòu)，4、焊絲盤，5、直流電焊機(jī)，6、離子電源，7、控制器8、9、電流電抗器，10、導(dǎo)電嘴，11槍體。
就地凈化電焊煙塵裝置如圖1所示，從圖中可知直流電焊機(jī)5的電壓加在導(dǎo)電嘴10上，焊絲從導(dǎo)電嘴10上獲得電壓成為電極。與焊接工件縫隙間發(fā)生了弧光放電，焊條(絲)與工件同時(shí)熔化成為熔池。
離子發(fā)生環(huán)1產(chǎn)生必要的靜電場強(qiáng)度和高濃度離子霧，才能實(shí)現(xiàn)焊接煙塵就地抑制，就地凈化。離子電源6為離子發(fā)生環(huán)1提供了200～700KV/m的靜電電源，同時(shí)提供了具有相當(dāng)豐富的諧波脈沖電源，使其產(chǎn)生高濃度的離子霧。當(dāng)電焊絲與工件發(fā)生電弧時(shí)，電流電抗器8把電流信號變換為電壓信號輸入到控制器7，離子電源6為離子發(fā)生環(huán)1提供必要的脈沖。當(dāng)離子發(fā)生環(huán)1發(fā)生“真”“假”短路時(shí)，也就是與工件發(fā)生火花放電，弧光放電，電流電感器9把信號輸入到控制器7，消除放電。放電停止后，離子電源6立即恢復(fù)正常供電。當(dāng)電焊停止時(shí)，從電流電抗器8獲得信號，離子電源立即停止對離子環(huán)1供電。取得高凈化效率。
權(quán)利要求
1.一種解決電焊煙塵污染的電焊煙塵離子荷電就地凈化方法，本發(fā)明的特征是利用離子電源(6)為焊槍槍體(11)上的離子發(fā)生環(huán)(1)提供了必要電源和場強(qiáng)，離子發(fā)生環(huán)(1)產(chǎn)生的高濃度離子霧使焊接時(shí)產(chǎn)生的電焊煙塵在靜電場中充分荷電，就地抑制在母體上，實(shí)現(xiàn)了電焊煙塵的就地抑制、就地凈化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凈化方法，其特征在于離子電源(6)為離子發(fā)生環(huán)(1)提供了5KV-80KV的直流、脈沖電源，脈沖寬度是10～100毫微秒，頻率是1000～5000周。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凈化方法，其特征在于離子電源(6)可提供200～700KV/m的場強(qiáng)，使電焊煙塵顆粒，在電場的定向作用下，在1/100～1/10S內(nèi)充分飽和荷電、粒徑增粗20～50倍。并且產(chǎn)生的活潑原子團(tuán)，使CO、NOn、O3等有害氣體分解。使其濃度大大下降。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凈化方法，其特征在于離子電源(6)具有恒流、火花控制特性，當(dāng)人們觸及電源時(shí)，在10～20ms內(nèi)自動(dòng)斷電，通過人體的電流不超過1mA，使操作者正常、安全的工作。
全文摘要
一種適用于電焊煙塵的離子荷電就地凈化方法。采用離子電源為焊槍槍體上的離子發(fā)生環(huán)提供高濃度離子霧，使電焊煙塵充分飽和荷電，在靜電場定向作用下，就地抑制在工件本體上，實(shí)現(xiàn)就地抑制凈化；凈化效率達(dá)80～90％，抑制后煙塵、MnO
文檔編號B03C3/00GK1046694SQ9010041
公開日1990年11月7日 申請日期1990年1月25日 優(yōu)先權(quán)日1990年1月25日
發(fā)明者白希堯, 邵志勇, 張芝濤, 依成武, 姜長忠 申請人:鞍山靜電技術(shù)研究設(shè)計(jì)院