焊接材料对形成焊接烟尘影响的分析与研究

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　　【摘要】随着我国社会环境保护意识的增加，相关学者对于焊接材料产生的焊接烟尘问题也日益关注。在焊接中烟尘影响是保护环境的重要环节。分析研究焊接材料对于焊接烟尘产生的影响进行分析，具有重要的价值。
　　【关键词】焊接材料焊接烟尘影响因素
　　基于相关数据统计分析，随着我国工业领域的持续发展，我国消耗焊接材料为全球总量的50%以上。分析2020年国民经济发展目标，综合我国焊接行业发展趋势进行预测，焊接行业会呈现持续增长的发展趋势。而在焊接中会产生大量的烟尘，这些烟尘问题对于工作人员的身体健康以及自然环境会产生较为严重的影响。
　　1焊接烟尘的特点
　　焊接中会产生大量的污染物，会受到焊接材料材质以及焊接材料成分，焊接工艺以及工艺参数。而不同焊接工艺的焊接烟尘会存在一些有害物质以及有害气体，不同性质以及数量等也具有一定的差异性。熔焊是一种常见的焊接方式，基于熔焊为例可以分析烟尘强度，对其进行评估。
　　1.1烟尘粒径小
　　焊接烟尘粒径相对较小，焊接烟尘颗粒是通过0.01～5μm的球状颗粒通过聚集形成，在空气中悬浮，会聚集成互相连锁的树枝状态的微粒。焊接烟尘粒度极细，而手工电弧焊烟尘粒径约为0.1～ 1.25μm左右，通过自动埋弧焊通过“
　　氟碱型”焊剂中烟尘粒径约在2μm～0.28 mm中，CO2气体保护焊烟尘平均粒径数值大概为0.03μm。
　　1.2烟尘粘性大
　　焊接烟尘粘性较大，在温度、湿度变化之下会在空气中漂浮，在焊接中焊接烟尘漂浮高度大概在3-5 m的位置。
　　1.3变化特征
　　焊接烟尘会随着温度升高，在焊接中通过电能加热，会导致焊接金属的局部会接近与液态的状态，在空气或者排风管道稀释之后其温度大概在40-80℃左右。
　　2.焊接材料对形成焊接烟尘影响的分析与研究
　　综合焊接烟尘形成的主要机理规律，利用数值模拟的方式料及其主要形成过程，可以为控制焊接烟尘影响提供数据参考与支持。
　　2.1焊接材料对焊接发尘率的影响
　　焊接材料对焊接发尘率的影响在材料焊接中产生的烟尘量通过FFR表示。利用试验研究确定随着焊丝中铁含量的提升，FFR会呈现逐渐增加的发展态势；而随着氧化性气体数量的提升，FFR则就会逐渐升高。焊接烟尘产生中焊丝是最大的诱因，因为焊丝而造成的烟尘为整体的90%左右。如果母材没有高挥发性的元素，在焊接中如果其只有少部分材料是来源与母材中。在实践中插药芯焊丝整体的除尘率显著较高，在试验中即便是通过环保的方式进行优化，产生的发尘量相对于实心焊丝来说还是要高，大约高于1000mg/kg左右，而出现此种问题就是就是受到药芯中合金元素的影响，这些元素在焊接产生的反应物是烟尘的主要成分。药芯焊丝种类繁琐，不同种类焊丝中含有的微量元素也是不同的，而在药芯中铁粉以及无机化合物的比例越小则其发尘率也就越小。在现代化工艺支持之下药芯焊丝用量增长率逐渐增加，在在工艺性能、生产效率等领域上均具有一定的优势。
　　焊接发尘率也会受到焊丝种类的影响，其与保护气体成本之间有着较为密切的关系。保护气体是影响稳定性的关键严肃，而保护气体类型不同其物理性质也存在不同程度上的差异性，这些物理性质都会影响电弧稳定性，而随着电弧不稳定其发尘率会呈现增加的态势。CO2高导热性决定了其在相同的电压环境中必须要通过更高电压才可以提升穩定性，二氧化碳含量在不断增加中会降低整体的电弧稳定性，进而提升焊接发尘率。气体导热系数的不断提升则就会增加电弧中的阳极斑点，导致热量在此区域中集中，造成金属形成排斥过渡的问题，进而增加发尘率。
　　为了合理控制发尘量则就要对颗粒过渡形式进行有效调节。因为不同的气体会导致不同的过渡形式，为降低发尘率应尽量减少颗粒过渡形式。而因为GMAW焊中的保护气体中应用CO2气体成本低廉，加强对降低纯CO2气体保护状态中的发尘率是研究的重点内容。
　　2.2数值模拟分析
　　焊接烟尘问题就是金属在高温作用之下产生蒸发、冷凝作用，最终产生的物质形态。利用建模的方式模拟金属蒸发以及冷凝过程，研究焊接烟尘形成机理。分析焊接烟尘数值模拟，可以提升效率，减少费用支出。同时，可以实现对各种因素的定量分析。但是药芯焊丝受到结构特征影响，其具体复杂性，实心焊丝具有多变性的特征，导致其数据建模相对较为困难。对此，多数的研究均是基于实心焊焊丝自由过渡为主。
　　Ioffe等学者综合熔滴表面温度差异性进行理论模型分析，通过对滴状以及喷射过渡之间产生的频率变化进行分析，综合焊接烟尘形成，分析了降低发尘率的主要诱因。其中熔滴过渡频率是最为关键的因素。而A.B.Murphy等学者通过模拟电弧等离子自分析保护气体成分对焊接过程产生的影响，计算饱和蒸汽离子耦合模型模拟分析。研究人员基于热力学角度构建焊接烟尘模型，综合分析液态熔滴表面在不同的过渡状态中温度变化特征，综合液态熔滴蒸发速率以及表面温度等因素进行分析。学者M. Boselli等学者利用假设局部热力学生平衡方式构建理论模型，预测熔滴表面温度，分析模型结果以及试验数据性。熔滴过渡形式以及表面温度等因素都是影响发尘率变化的关键因素。
　　模拟数值在分析处理中受到多重因素作用影响，还是存在不同程度局限性，为了透彻分析了解焊接机理，达到降低发尘率的目的，通过构建数学模型的方式可以为焊接烟尘控制提供有效指导。
　　结束语：
　　我国焊接行业呈现高度发展的趋势，但是焊接作业中产生的环境污染问题也是有目共睹的。分析焊接烟尘对环境产生的不良影响，了解焊接材料对焊接烟尘的影响，通过数据模拟的分析了解焊接机理，可以有效的降低发尘率。因此，在今后要加强对焊接烟尘控制的研究，加强对焊接作业的烟尘治理，进而为构建和谐生态环境奠定基础。
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