1. Descripción general del proceso y planteamiento del problema
El taller de soldadura generalmente se puede dividir en dos partes principales: preparación del material y soldadura de ensamblaje. Las sustancias nocivas generadas durante el proceso de preparación del material son mínimas.
La soldadura de ensamblaje de piezas generalmente incluye procesos de soldadura, ensamblaje de accesorios, soldadura por puntos temporal, prueba e inspección, aceptación, limpieza, pintura y secado.
Dependiendo de la estructura del producto, se utilizan diferentes métodos de soldadura, como soldadura manual, soldadura automática, soldadura semiautomática, soldadura protegida con gas dióxido de carbono, soldadura por arco de argón y soldadura por arco eléctrico.
La soldadura manual y la soldadura protegida con gas de dióxido de carbono se utilizan con mayor frecuencia en los talleres generales. La principal sustancia química peligrosa generada durante la soldadura son los humos de soldadura, seguidos de los gases nocivos. Los humos de soldadura son la principal sustancia química peligrosa en el taller de soldadura.
La “Norma de higiene para los humos de soldadura en el aire del taller” (GB16194-1996) estipulaba que la concentración máxima permitida de humos de soldadura en el aire del taller es de 6 mg/m 3 (siendo los principales componentes trióxido de hierro, óxido de hierro, manganeso, dióxido de azufre y calcio). óxido), y los gases nocivos incluyen ozono, óxidos de nitrógeno, monóxido de carbono, fluoruros y cloruros.
Además, la “Norma de higiene para proyectos de empresas industriales” (TJ36-79) especifica que la concentración de óxido de manganeso debe ser de 0,2 mg/ m3, el polvo general debe ser de 10 mg/ m3 y los fluoruros deben ser de 1 mg/ m3 .
La concentración máxima permitida de humos de soldadura en el taller de soldadura es de 6 mg/m 3 . La velocidad del viento para la soldadura manual debe ser inferior a 8 m/s y para la soldadura con protección de gas, debe ser inferior a 2 m/s. La humedad relativa debe ser inferior al 90%. La exposición prolongada a altas concentraciones de humos de soldadura puede causar enfermedades pulmonares en el soldador.
Por lo tanto, abordar los humos de soldadura en el taller de soldadura es un problema urgente. El control de los humos de soldadura debe comenzar con la promoción de procesos limpios, como la adopción de procesos de soldadura con pocos o ningún humo, el desarrollo y uso de materiales de soldadura con bajo contenido de polvo y baja toxicidad, y la mejora del nivel de mecanización y automatización. de operaciones de soldadura.
Además, un sistema de ventilación bien diseñado es una medida eficaz para combatir los humos de soldadura en el taller de soldadura.
Tabla 1: Composición química de los humos de soldadura de los electrodos comunes de acero estructural (%)
| Grado del electrodo de soldadura | Fe 2 Ó 3 | SiO2 | MnO | TiO2 | Perro | |
| 421 | 45.31 | 21.12 | 6,97 | 5.18 | 0,31 | |
| 422 | 48.12 | 17,93 | 7.18 | 2.61 | 0,95 | |
| 507 | 24,93 | 5.62 | 6.3 | 1.22 | 10.34 | |
| Grado del electrodo de soldadura | MgO | N/A 2 Oh | K2O | CaF2 | K.F. | En F |
| 421 | 0,25 | 5.81 | 7.01 | – | – | – |
| 422 | 0,27 | 6.03 | 6.81 | – | – | – |
| 507 | – | 6.39 | – | 18,92 | 7,95 | 13.71 |
2. Calentar
La temperatura interior de diseño para el taller de soldadura durante el invierno se fija en 14°C, con calefacción adicional de 5°C para turnos de trabajo. La calefacción se consigue mediante una combinación de radiadores y ventiladores de aire caliente.
Los radiadores garantizan una temperatura de calentamiento de 5°C para los turnos de servicio, mientras que los ventiladores de aire caliente trabajan junto con los radiadores para proporcionar calefacción interna al taller de soldadura durante el invierno.
La ubicación de los sopladores de aire caliente debe realizarse en áreas donde haya mayor actividad humana, y los flujos de aire de los sopladores deben coordinarse evitando un flujo de aire fuerte hacia las personas.
Para evitar pérdidas de calor en el interior del taller, se deben instalar cortinas de aire en las entradas. El sistema de calefacción que utiliza radiadores debe estar separado del sistema de calefacción que utiliza ventiladores de aire caliente y cortinas de aire.
3. Métodos de ventilación y comparación
3.1 Zona de máxima concentración de humos de soldadura
Durante la soldadura se genera una gran cantidad de humos y gases nocivos, que se distribuyen uniformemente por todo el taller a lo largo de su altura.
Sin embargo, dentro del taller de soldadura existe una zona de máxima concentración de humos de soldadura, a la que se puede denominar altura adecuada. Los valores para la altura adecuada se enumeran en la Tabla 2.
Tabla 2: "Altura adecuada" determinada por la fuerza actual
| Intensidad actual (A) |
Diámetro del electrodo de soldadura (mm) |
Altura de concentración máxima de polvo (metro) |
| 120 | 4 | 4 |
| 140 | 4 | 4.7 |
| 180 | 4,0 ~ 5,0 | 6 |
| 200 | 5 | 6.6 |
| 280 | 5,0 ~ 6,0 | 9.3 |
| 300 | 6 | 10 |
| 350 | 6,0 ~ 8,0 | 11.6 |
| 400 | 6,0 ~ 8,0 | 13.5 |
| 500 | 8,0 ~ 9,0 | 17 |
3.2 Estándares de emisión
El sistema de extracción de humos de soldadura generalmente no requiere medidas de purificación y puede descargarse directamente al exterior.
Si el sistema de escape circula en el interior se deberán tomar medidas de depuración y la concentración de sustancias nocivas en los gases de escape no deberá superar el 30% de la concentración máxima permitida en el taller.
3.3 Agotamiento local
En el taller de soldadura se debe implementar, en la medida de lo posible, ventilación por extracción localizada en los puntos donde se generan sustancias nocivas.
La extracción local se puede dividir en sistemas de extracción locales fijos y unidades portátiles de eliminación de humo y polvo a pequeña escala. Las velocidades de control del aire para diferentes tipos de extractores se muestran en la Tabla 3.
Tabla 3: Control de velocidad del aire para diferentes tipos de campanas
| tipo de capucha | Velocidad del aire controlada (m/s) | |
| Gabinete de ventilación | 0,7 | |
| Extractor de aire externo | succión lateral | 1.0 |
| Succión inferior | 1.0 | |
| Succión superior | 1.2 | |
3.4 Ventilación Integral
Cuando las posiciones de soldadura en el taller no son fijas y no se pueden utilizar extractores locales, se debe implementar una ventilación integral.
La ventilación integral es un tipo de ventilación por dilución que utiliza aire exterior limpio para diluir las sustancias nocivas en el interior y expulsarlas al exterior.
La eficacia de una ventilación integral depende de un flujo de aire de ventilación suficiente y de una organización adecuada del flujo de aire.
El caudal de aire de salida para una ventilación integral se determina en función del consumo de electrodos de soldadura. Sin embargo, en ausencia de estos datos, el flujo de aire de escape se puede calcular en 3500 m3/h por punto de soldadura.
En términos de abordar los peligros del polvo y las sustancias tóxicas en el taller de soldadura, si las medidas de ventilación pueden cumplir con los requisitos para la concentración más alta permitida de humos de soldadura, las concentraciones de diversos gases nocivos generados durante las operaciones de soldadura también se pueden reducir por debajo del máximo. permitido. concentración. El flujo de aire de escape para electrodos de soldadura fabricados internamente se puede encontrar en la Tabla 4.
Tabla 4: Flujo de aire de escape para electrodos de soldadura de producción propia
| Nota | Flujo de aire de escape (m 3 /kg de electrodos de soldadura) |
| T-46 | 2000 |
| T-47 | 2500 |
| T-48 | 4000 |
| T-49 | 4500 |
| T-45 | 2000 |
| T-51 | 4500 |
| TU-55 | 2000 |
| Electrodo de soldadura de acero inoxidable | 3.000 |
El consumo de electrodos de soldadura se puede estimar aproximadamente basándose en los siguientes indicadores cuando faltan datos:
- Soldadura de acero estructural para estructuras de edificación: 7kg/t a 8kg/t de estructura de acero
- Soldadura de placa de acero: 10kg/t a 15kg/t de estructura de acero
- Grúas tipo placa soldada: estructura de acero de 22kg/t
3.4.1 Ventilación Natural
En áreas de China donde no se dispone de calefacción centralizada, se puede lograr una ventilación integral utilizando tragaluces y ventiladores de cumbrera. Los talleres de un solo tramo son más fáciles de disponer de ventilación por extracción natural en comparación con los talleres de varios tramos.
Sin embargo, cuando la altura del edificio de la fábrica excede significativamente la altura adecuada, y cuando el área donde se ubica la fábrica sufre más de la mitad del año días lluviosos y nublados, se debe agregar ventilación mecánica.
Para pequeñas cantidades de soldadura y alturas más cortas, los talleres de un solo tramo ubicados cerca de las paredes exteriores pueden utilizar ventanas laterales altas para una ventilación de escape completa.
- Ventajas: No necesita energía, es relativamente económico.
- Desventajas: Susceptible a cambios ambientales, flujo de aire de ventilación inestable.
3.4.2 Ventilación mecánica
1) Escape por conductos:
Los conductos de escape se colocan horizontalmente sobre el área de soldadura en el taller, con salidas de escape instaladas a alturas adecuadas. Los conductos están conectados a extractores de aire para descargar el aire al exterior.
También se proporciona aire de reposición mecánica, con un 50 % a 80 % (considerando el límite superior en regiones extremadamente frías y el límite inferior en regiones generales) complementado por aire de reposición mecánica de las unidades de aire acondicionado, mientras que el aire de reposición restante el aire se filtra naturalmente a través de puertas y ventanas.
En las regiones con calefacción en invierno, el aire de reposición mecánica a menudo utiliza unidades de aire acondicionado con una sección de calefacción. El calor suministrado por la sección de calefacción del aire acondicionado no tiene en cuenta la carga de calor interior. El calor Q de la sección de calefacción se calcula de la siguiente manera:
Q = Consumo de calor del escape del taller + Consumo de calor de la infiltración de aire frío a través de aberturas de puertas y ventanas + Calor introducido por la sección de calefacción de la unidad (desde la temperatura ambiente hasta la temperatura del aire de suministro)
Cuando se suministra aire a estaciones de trabajo dentro de 2 metros o hasta 2 metros, la temperatura del aire suministrado no debe exceder los 45 °C ni ser inferior a 25 °C, y la velocidad de salida no debe exceder los 1,5 m/s 2,0 m/ s. Las salidas de aire de impulsión deben colocarse lo más bajas posible y cerca de la zona de soldadura.
En regiones sin calefacción, el aire de reposición mecánica en invierno no requiere calefacción, por lo que el aire de reposición del ventilador se puede utilizar directamente para ahorrar espacio en el taller. Los ventiladores se pueden instalar mediante métodos colgantes.
El aire de reposición debe dirigirse lejos del área de soldadura, permitiendo que el flujo de aire fluya hacia el área de soldadura. La velocidad del flujo de aire dentro de los conductos debe estar entre 6 m/s y 14 m/s (para conductos de acero).
Para talleres en regiones calefactoras con un alto flujo de aire de escape, si las condiciones lo permiten, se pueden usar dispositivos sensibles de recuperación de calor (como intercambiadores de calor de aire giratorios metálicos) para recuperar calor del aire de escape y proporcionarlo al aire complementario.
- Ventajas: este método de ventilación integral es más eficaz para la ventilación en talleres de soldadura y puede eliminar eficazmente los vapores de soldadura acumulados en las alturas adecuadas en el taller. Dado que el equipo de ventilación está ubicado dentro del taller, no afecta la apariencia externa del edificio del taller.
- Desventajas: Debido a la presencia de tuberías y grúas en el taller de soldadura, puede resultar complicado colocar conductos horizontales sobre el área de soldadura. Cuando se utilizan unidades de aire acondicionado para reponer el aire en regiones con calefacción en invierno, también se ocupa espacio en el taller.
2) Ventilador de techo y ventiladores de chorro para extracción:
Cuando no hay tragaluces en el taller de soldadura, se pueden instalar ventiladores de techo en el techo del taller para extraer el aire del techo. Es posible que este método por sí solo no expulse directamente el humo y el polvo a las alturas adecuadas en el taller, por lo que se pueden instalar múltiples ventiladores de chorro en las columnas del taller para perturbar el aire y ayudar a los ventiladores de techo a expulsar el humo.
También se requiere aire de reposición mecánica, siguiendo el mismo método que el escape por conductos (consulte la Figura 1).
- Ventajas: Este método de ventilación integral evita la dificultad de tender tuberías en el taller de soldadura.
- Desventajas: Dado que los puntos de escape no se ajustan directamente a la altura adecuada en el taller de soldadura, la efectividad del escape es relativamente menor en comparación con el escape por conductos. Los ventiladores de techo se instalan en el techo del taller y, debido al gran flujo de aire de escape en el taller, el número de ventiladores de techo es mayor, lo que tiene un cierto impacto en la apariencia externa del edificio del taller.
3) Extractor del ventilador de ventilación del techo:
Cuando no hay tragaluces en el taller de soldadura, también se pueden instalar ventiladores de techo en el techo del taller para extraer el aire. Sin embargo, es necesario extender un conducto desde el ventilador de techo hasta la altura adecuada en el taller de soldadura para eliminar una gran cantidad de humos de soldadura acumulados a la altura adecuada para el escape. También se requiere aire de reposición mecánica, siguiendo el mismo método que el escape por conductos.
- Ventajas: Este método de ventilación integral también ayuda en cierta medida a solucionar el problema de una gran acumulación de humos de soldadura en el taller de soldadura.
- Desventajas: Debido a la presencia de tuberías y grúas en el taller de soldadura, puede resultar complicado extender un conducto de ventilador de techo por encima del área de soldadura. Los ventiladores de techo se instalan en el techo del taller y, debido al gran flujo de aire de escape en el taller, el número de ventiladores de techo es mayor, lo que tiene un cierto impacto en la apariencia externa del edificio del taller.
4) Unidad de purificación de humos de soldadura: Las unidades de purificación de humos de soldadura se instalan en las columnas del taller de soldadura. El aire del taller que contiene humos de soldadura ingresa a la unidad por la parte trasera, pasa a través de filtros para eliminar los humos y se descarga por la parte delantera.
- Ventajas: Configuración sencilla del equipo.
- Desventajas: Equipo relativamente caro.
5) Extractor de ventilador axial: para talleres de un solo tramo, área pequeña y baja altura o cuando el área de soldadura está ubicada cerca de las paredes exteriores del taller, se pueden instalar múltiples ventiladores axiales en posiciones más altas en las paredes exteriores cerca de el área de soldadura por agotamiento. Este método se utiliza comúnmente en pequeñas empresas.
Por lo tanto, al diseñar la ventilación para talleres de soldadura, se debe considerar una combinación de ventilación mecánica integral, extracción mecánica local y ventilación natural integral en función de las condiciones reales.
4. Aislamiento Térmico y Refrigeración
Los ventiladores eléctricos de pared y los ventiladores eléctricos portátiles son métodos comúnmente utilizados para enfriar y mejorar el ambiente de trabajo en el taller durante el verano.
5. Organización del flujo de aire
Al considerar el flujo de aire de entrada y salida en talleres de soldadura de uno o varios tramos, la entrada natural debe ser desde ambos lados a través de puertas y ventanas, se debe suministrar aire de reposición mecánica a la zona de soldadura y se deben instalar conductos horizontales para escape mecánico encima de la zona de soldadura. Se deben instalar ventiladores de área o de techo en el techo para facilitar el movimiento del flujo de aire en el taller y eliminar de manera más efectiva los humos de soldadura generados durante la soldadura.
6. Conclusión
1) La gestión de los humos de soldadura en los talleres de soldadura ha sido un tema desafiante durante mucho tiempo. El autor cree que una combinación de extracción local y ventilación integral, especialmente el uso de conductos horizontales colocados sobre el área de soldadura para extracción mecánica integral cuando las condiciones lo permitan, es actualmente un método eficaz.
2) Con los avances tecnológicos, un número cada vez mayor de talleres de soldadura a gran escala de nueva construcción utilizan techos de acero livianos y estéticamente agradables. Esto requiere una estrecha coordinación con los profesionales de la ingeniería civil al instalar ventiladores de techo y ventiladores de techo para resolver los problemas de vibración y carga de los equipos.
3) Para los usuarios, el uso correcto de equipos de extracción local y ventilación integral también es fundamental para garantizar la calidad del aire en el taller.
