弧焊机器人的焊烟治理

作者:王有利 文章来源:陕西汽车集团有限责任公司车身厂 发布时间:2011-10-12
分享到

随着汽车装焊工艺自动化程度的提高,弧焊机器人的数量逐步增加,选择弧焊方式将不可避免地产生焊接烟尘。本文探讨了烟尘的产生机理,以及如何利用焊接烟尘的特性进行治理。

汽车行业广泛采用了压力焊、电弧焊及激光焊等技术。因各自的特点不同,被应用在不同场合。点焊作为压力焊的一种,不需要辅助材料,直接实现母材的熔合,焊接时间短,焊接点外观漂亮。此焊接工艺无污染,对人体没什么伤害,容易实现自动化,效率高,在汽车行业被广泛应用。点焊技术的应用情况可以反映汽车产品的工艺性,工艺性能好的产品点焊工艺比例高。CO2气体保护焊接是弧焊的一种,靠惰性气体保护焊接熔池,要耗掉气体及填充材料等完成焊接过程,在施焊过程中会产生有毒害的气体、金属颗粒以及弧光。弧焊作为点焊的补充,易于实现自动化生产,也被广泛使用,点焊不能实现的焊接部位需要弧焊工艺。激光焊表面成形美观、焊接热影响区小、强度高且环保,但生产成本高。目前,汽车工业中激光焊只被应用于轿车生产。

我公司生产重卡产品,驾驶室点焊使用率在70%左右,其余采用CO2保护焊。在驾驶室结构设计中,不可避免存在点焊无法实现的连接结构,这些部位就要选用焊接可达性好的弧焊方法,如德龙驾驶室的纵梁总成、仪表板总成等,其结构特点决定了只能使用弧焊方法而不能采用压力焊。车间共有9个弧焊工作站,每个工作站处于半封闭状态,均采用双工位结构,即其中一个工位人工装件,另一个工位机器人焊接,这种结构能够最大限度提升机器人的使用率。因机器人使用率高,带来了发尘量大的问题,在处于半封闭状态工作站中工作的工人吸入大量有害粉尘,不利于工人身心健康,甚至引起职业病。因此,需要加装除尘装置,改善作业区域工作环境。

烟尘特性

CO2气体保护焊属于闪光焊,使用φ1.2的实心焊丝焊接并加CO2气体保护 。CO2气体保护焊焊接烟尘成分主要为MnO2、Fe2O3与有害气体CO、NOx(氮氧化物)以及O3(臭氧)。施焊时焊丝发尘量约为400~600mg/min,焊接材料的发尘量约为5~8g/kg。烟尘的形成过程实质上是液态金属“过热-蒸发-氧化-冷凝”的过程。过热蒸发物的固体微粒直径小于0.1mm称为烟;直径在0.1~10mm之间称为粉尘。CO2焊接烟尘98%以上直径在 0.1~0.5mm之间,且主要是 0.1~0.3mm直径大小的颗粒。因所焊接工件表面含防锈功能的拉延油,在焊接时产生油性烟尘。焊接烟尘以气溶胶(悬浮在大气中的固态粒子或液态小滴物质)的形态存在,蒸气在焊接区附近先结成一次粒子,一次粒子随着温度降低再凝结成二次粒子,然后按一定的方式扩散出去。烟尘的扩散是一个复杂的运动过程,焊接烟尘在电弧高温下产生的同时,使电弧周围的气体膨胀而载着烟尘粒子上升。在上升过程中由于周围气体的不断卷入以及电弧的冲击作用形成各种涡旋运动即湍流运动,烟尘由连续孤立的烟团所组成,扩散速度较快,烟尘在上升过程中逐渐成发散状态的喇叭口形。在距地表4m处暂时处于悬浮的平衡状态,空气冷却后逐渐下沉,因此,在施焊的全过程地表上4m范围内均有焊烟存在。

因烟尘具有上述特性,即密度比空气大,烟尘受热悬浮在4m左右的高度范围内,可暂时处于平衡状态,因此不易被气流带走。故在高度16m的车间,顶部设计的上换气装置,无法将车间内部烟尘吸走,在机器人工作站内部和车间内滞留大量烟尘,影响作业环境。

治理方案

利用焊接烟尘在热作用下上浮的特性,在弧焊站顶部即距地表2.7m处收集烟尘,达到集中排放的目的。使用离心风机通过风管在工作站上方形成负压,烟尘通过管道口的负压区排出。

风量计算:Q=3600V×S。其中,V为风速;S为管道截面积。风速要求大于烟尘流速,取15m/s;风管半径定为125mm,故每个风口风量Q=3600×15×(3.14×0.1252)= 2650m3/h。

车间共9个弧焊工作站(见图1),受虑物流通道及厂房钢结构的影响,划分为2组进行组合,每组1台离心风机。一区:1~6号工作站,二区:7~9号工作站。

1.设备选型

1~6号工作站共12个工位,每个工位设独立风道,风量Q机=12Q=12×2650=31800m3/h;同理,7~9号工作站共6个工位,Q机=6Q=15900m3/h。

根据计算结果,我们选用某品牌风机2台,规格如表所示:

为了不改变原有的工位定置秩序及周边物流功能,需要将风机悬空安装,各区因地制宜采用不同的悬置方式,一区在5、6工作站间布置风机;二区在7号工作站一侧布置风机。风机安装位置如图2所示。

采用变径风管设计方案,使风机近端和远端风口获得一致的压力,在风管安装过程中采用45°弯管组合,避免了与车间钢结构的干涉。

结语

施工完成后,达成了预期目标,工作站内部绝大多数烟尘可以进入负压区,被排出厂房外部,消除了产品投产以来威胁员工职业健康的一大源头。由于先期策划得当,在设备安装后没有对产品加工、工位定置及物流线路造成影响,为将来工艺开发提供了经验积累。

收藏
赞一下
0
/
正在提交,请稍候…