【摘要】：焊接是機(jī)械加工業(yè)的重要基礎(chǔ)技術(shù)之一,其作業(yè)過程中會伴隨產(chǎn)生大量有毒有害的的煙塵顆粒,這種煙塵產(chǎn)生后會擴(kuò)散并懸浮在作業(yè)空間中。長期暴露在濃度超標(biāo)的焊接煙塵中會對工作人員健康造成威脅,有引發(fā)塵肺等多種職業(yè)病的危險。通風(fēng)凈化是降低焊接煙塵濃度,保障作業(yè)環(huán)境衛(wèi)生條件的有效手段,但由于生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)增,工藝流程愈加繁復(fù),大型的機(jī)械制造加工廠越來越多的使用多跨廠房進(jìn)行聯(lián)合生產(chǎn),其空間高大,各工部開放聯(lián)通的特點,使其內(nèi)跨焊接工段的電焊煙通風(fēng)捕集難度增大,常用的全面通風(fēng)和局部通風(fēng)手段效果不佳。因此,研究電焊煙在空間內(nèi)擴(kuò)散和運動的規(guī)律,選取適宜的通風(fēng)方式,設(shè)計和優(yōu)化氣流組織對焊接煙塵進(jìn)行有效捕集,對降低工作人員罹患職業(yè)病的風(fēng)險具有極其重大的意義。本文采用CFD數(shù)值模擬手段,以某機(jī)械制造企業(yè)的聯(lián)合作業(yè)多跨廠房為研究對象,結(jié)合相關(guān)理論知識,分析了焊接煙塵在廠房自然通風(fēng)下的運動、擴(kuò)散特點,分析了原有局部通風(fēng)方案并進(jìn)行改進(jìn),采用正交模擬試驗法研究吹吸式通風(fēng)捕集效率的影響因素重要性排序并據(jù)此對改進(jìn)方案進(jìn)行優(yōu)化,基于正交模擬試驗結(jié)果通過多元線性回歸分析得出捕集效率的預(yù)測模型,主要內(nèi)容如下:(1)從理論方面分析和介紹了焊接煙塵的成分、性質(zhì)、形成過程、擴(kuò)散機(jī)理、受力及焊接煙塵局部通風(fēng)的氣流運動規(guī)律。焊接煙塵由金屬顆粒物及其氧化物、氯化物、氟化物以及有毒氣體等組成,離開高溫電弧區(qū)后進(jìn)行湍流擴(kuò)散。一般主要通過局部通風(fēng)氣流組織對焊接煙塵進(jìn)行通風(fēng)控制,可通過使用較小的風(fēng)量取得較好的控制效果,是防止工業(yè)有害物污染室內(nèi)空氣和改善作業(yè)環(huán)境的高效通風(fēng)方法。(2)建立物理模型,對自然通風(fēng)及原有局部通風(fēng)方案兩種工況下焊接煙塵濃度分布進(jìn)行模擬,得出濃度分布數(shù)據(jù)。模擬結(jié)果表明,自然通風(fēng)不能有效控制焊接煙塵的濃度,局部濃度超標(biāo)嚴(yán)重,可達(dá)7.0 mg/m~3以上。自然通風(fēng)下焊接煙塵先在垂直方向運動,上升至4.0~8.0 m處后再隨自然通風(fēng)氣流在水平方向擴(kuò)散,焊接工段上方煙塵積聚嚴(yán)重。現(xiàn)有局部通風(fēng)采用吹吸式通風(fēng)方式,吹吸風(fēng)口交替布置,取得了一定的煙塵控制效果,但因其風(fēng)量不足及吹、吸口尺寸不盡合理,對焊接煙塵的控制效果不佳,僅為3.0~4.0mg/m~3,接近職業(yè)衛(wèi)生接觸限值4.0 mg/m~3。(3)根據(jù)焊接煙塵在自然通風(fēng)及原有局部通風(fēng)方案下的擴(kuò)散特點,確定吹吸式通風(fēng)方式,設(shè)計通風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)。設(shè)計六因素三水平的正交表,通過正交模擬試驗方法研究影響吹吸式通風(fēng)捕集效率的因素,結(jié)果表明各因素的重要性排序為吸風(fēng)口風(fēng)速吸風(fēng)口高度吹風(fēng)口高度吸風(fēng)口安裝高度吹風(fēng)口風(fēng)速吹風(fēng)口安裝高度,對基于試驗分析得出的優(yōu)化方案進(jìn)行數(shù)值模擬,得到其捕集效率η為99.98%,驗證了正交模擬試驗分析結(jié)果的合理性。(4)基于正交試驗結(jié)果,采用多元回歸分析方法建立了捕集效率η的預(yù)測模型η=0.046×v_2+0.001×b_2-0.001×b_1-0.052,其中捕集效率η作為因變量,吸風(fēng)口風(fēng)速v_2、吹風(fēng)口高度b_1、吸風(fēng)口高度b_2作為自變量,為工程應(yīng)用預(yù)判斷提供參考。
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TU83
【圖文】：

關(guān)鍵參數(shù)的不同均可影響焊接煙塵的具體成分及占比。 J422 型焊條，作業(yè)時產(chǎn)生的焊接煙塵主要成分如表 2-1表 2-1 J422 型焊條產(chǎn)生的焊接煙塵性質(zhì)able 2-1 Properties of welding fumes produced by J422 welding 參數(shù)度（℃） 常溫度 （mg/Nm3） 304.5-346.2分(%)Fe 29.6 FeO 3.95 Fe2O337.31 8.19MnO 2.42 TiO21.52 MgO 1.370.43PbO 0.28 CuO 0.044度(μm) 0.1-1.25接煙塵特性的相關(guān)研究[27]，絕大部分焊接煙塵的粒徑處接煙塵的粒徑分布如圖 2-1 所示。

圖 2-2 氣體保護(hù)金屬電弧焊[27]Fig. 2-2 Gas shielded metal arc welding指出，焊接煙塵顆粒的形成有兩種途徑，分別是凝并和觀察采集的焊接煙塵后得到了顆粒物的成長主要有聚集論。熔合過程為幾個小的焊接煙塵顆粒結(jié)合成為一個較粒子之間不存在清晰的界限。通過這種結(jié)合方式形成的各小粒子的表面積總和。而由小粒子聚集形成的二次粒清晰的分界線，微觀下呈葡萄串形狀[29]。均質(zhì)形成機(jī)制是被廣泛認(rèn)可的焊接煙塵主要形成機(jī)制。的成分、形狀和結(jié)構(gòu)，表明焊接煙塵中 0.01μm 粒度大伴隨蒸汽——粒子的過程轉(zhuǎn)化和生成，應(yīng)視為均質(zhì)形成均質(zhì)形核機(jī)制發(fā)現(xiàn)于對焊接煙塵中較大粒子的研究中，煙塵顆粒物多是以蒸汽——粒子過程異質(zhì)凝結(jié)形成，普。氣泡——粒子過程是粒徑超過 1.0μm 的粒子形成過程形成機(jī)制。

第二章 焊接煙塵控制基本理論.5.1 吸氣口氣流運動規(guī)律以最簡單的吸氣口為例，當(dāng)一敞開管口進(jìn)行吸氣時，相應(yīng)地，負(fù)壓區(qū)域會生于其吸氣口周圍，各方向相鄰的空氣流向吸氣口，這就產(chǎn)生了吸氣氣流，就是所謂的匯流。如果吸氣口的尺寸較小，該氣流就被看作為點匯。等速面以吸氣口為球心的球面，各流線為以吸氣口為中心的徑向線。如圖 2-3(a)所。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉志云;賈艷艷;張玉潔;;焊接煙塵濃度分布規(guī)律實驗研究[J];科學(xué)技術(shù)與工程;2014年17期

2 李強(qiáng)民;;焊接煙羽控制的通風(fēng)方法[J];電焊機(jī);2011年02期

3 賈雪峰;劉東;劉傳聚;;某封閉焊接車間的置換通風(fēng)模擬研究[J];暖通空調(diào);2010年02期

4 孫金艷;劉靜;李梅莉;蔣琳;唐慧晶;;電焊作業(yè)環(huán)境健康危害狀況調(diào)查[J];環(huán)境與健康雜志;2009年09期

5 李強(qiáng)民;楊珂;;置換通風(fēng)在焊接煙塵治理中的應(yīng)用[J];金屬加工(熱加工);2008年04期

6 張艷君;;焊接煙塵的治理措施分析[J];環(huán)境科學(xué)與管理;2007年04期

7 梁彥星,王瑾,柳建華;汽車制造廠車身車間局部區(qū)域處理電焊煙塵的通風(fēng)設(shè)計[J];流體機(jī)械;2004年02期

8 蔡治平,徐宗古,施介寬;大型船體裝焊車間焊接煙塵擴(kuò)散模式理論探討[J];東華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2003年02期

9 施雨湘,喬亞霞,孭尀雅宏;焊接氣溶膠粒子譜分布特征[J];焊接學(xué)報;2003年01期

10 吳芳谷,汪彤,陳虹橋,劉青,呂琳;裝焊車間焊接煙塵的危害及治理[J];安全;2002年04期

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1 張朝民;旋轉(zhuǎn)圓筒內(nèi)熱驅(qū)動流[D];清華大學(xué);1992年

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1 薛銅輝;不銹鋼藥芯焊絲焊接煙塵的研究[D];中北大學(xué);2018年

2 崔騰;連跨大空間廠房電焊煙塵控制技術(shù)研究[D];安徽理工大學(xué);2016年

3 王淼;廚房結(jié)構(gòu)及布局對廚房空氣質(zhì)量影響的模擬研究[D];西安建筑科技大學(xué);2015年

4 李攀;鍛造車間火焰切割煙氣流動特性及控制方案研究[D];東華大學(xué);2014年

5 王云濤;大型汽輪發(fā)電機(jī)組軸承油膜特性分析[D];華北電力大學(xué);2014年

6 牛萍萍;通風(fēng)控制條件下電焊車間室內(nèi)污染物擴(kuò)散規(guī)律研究[D];西安建筑科技大學(xué);2013年

7 張翔宇;離心式通風(fēng)機(jī)的節(jié)能研究與數(shù)值分析[D];東北大學(xué);2012年

8 高志明;體育館空調(diào)氣流組織數(shù)值模擬及節(jié)能優(yōu)化研究[D];華南理工大學(xué);2012年

9 丁智翔;醋酸乙烯合成裝置中氧氣混合器的CFX模擬研究[D];華東理工大學(xué);2012年

10 陳金波;水平管外降膜流動特性的數(shù)值研究[D];大連理工大學(xué);2011年

本文編號：2787977