電暈等離子體就地凈化焊接煙塵及有害氣體的研究.pdf

1、現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中廣泛應用電弧焊來焊接金屬，在電焊作業(yè)過程中會產(chǎn)生大量的焊接煙塵和有害氣體等，嚴重影響了焊接工人的健康，它們已成為污染環(huán)境的公害之一。該文將電暈等離子體凈化污染物的基本原理和煙塵控制方法結合起來，研究就地凈化焊接煙塵和有害氣體。論文的主要研究內(nèi)容及取得的結論如下：
　　 (1)研究了焊接煙塵粒子在擴散過程中所受到的各種力及荷電過程，通過有限元方法對針板電場進行數(shù)值計算，研究了電極結構、空間電荷及煙塵顆粒對電場分布

2、影響，研究發(fā)現(xiàn)：增加電極的數(shù)目，使電場的梯度更強，更有利于煙塵的就地沉積凈化；空間電荷會使得針板間的電場強度增強：煙塵顆粒物的存在使電極間的電場嚴重畸變，增加了電場不均勻度，從而容易擊穿。
　　 (2)通過試驗研究了電極直徑、電極形狀、電極環(huán)數(shù)、電極針數(shù)對電暈放電電流的影響，確定了電極的合理參數(shù)，其最佳放電效果為：0.3mm不銹鋼絲的5針雙環(huán)電極。
　　 (3)通過PIV實驗研究煙塵顆粒在電場下的運動情況，實驗發(fā)現(xiàn)，隨著

3、電壓的增加，煙塵顆粒在電場作用下上升速度下降，沉降效果增強。在-10kV時影響并不明顯，電壓達到-20kV以上時，沉降效果顯著。但隨著電壓的繼續(xù)升高到-35kV時，由于受到離子風的影響，會發(fā)生揚塵。針板間距越小，沉降效果也越明顯，針板間距為4cm和6cm的效果都相對比較明顯，在針板間距為8cm時，電場對煙塵顆粒的沉降效果大幅降低。
　　 (4)通過凈化效果實驗，考察了在不同工作參數(shù)下對焊接煙塵和有害氣體的凈化效果。實驗發(fā)現(xiàn)，5針

4、的電極凈化效率最好，雙環(huán)電極的凈化效率明顯高于單環(huán)的，而且其凈化效率都隨著電壓的升高而增加，隨著針板間距的減小而提高；對于0.8mm焊絲和1.2mm焊絲，針板間距為4cm時，在電壓為-30kV時其凈化效率都達最大值，分別為96.9％和96.6％。經(jīng)電暈等離子體凈化后，臭氧的濃度有所增加，對于0.8mm焊絲和1.2mm焊絲，在針板間距為4cm電暈電壓為-30kV時其臭氧濃度都達到最大，分別增加了70.9％和28.2％；氮氧化物和一氧化碳的

5、濃度明顯降低，在針板間距為4cm電暈電壓為-30kV時氮氧化物凈化效率分別達到最大為71.69％和76.03％，一氧化碳的凈化效率達到最高，分別為71.2％和64.03％，其濃度都低于國家規(guī)定的最高容許濃度。
　　 (5)對焊接煙塵和有害氣體的凈化機理進行了分析，并采用灰色關聯(lián)分析對綜合凈化效果進行評價，計算發(fā)現(xiàn)在電暈放電電壓為-30kV、針板間距為40mm時的試驗是最優(yōu)化組合方案，優(yōu)化了工作參數(shù)。
　　 (6)根據(jù)之前

6、的分析和實驗研究，研制了焊接煙塵和有害氣體的等離子體就地凈化裝置，并進行了凈化效果檢測，該裝置具有較好的綜合凈化效果。并對在該工作條件下凈化前后的煙塵成分進行分析，表明該凈化裝置對焊接煙塵中的氧化鐵和氧化錳去除率較高，氧化硅的凈化效率較差，但其凈化后的濃度都遠低于國家勞動衛(wèi)生部門制定的衛(wèi)生標準的容許濃度。另外通過金相組織分析，發(fā)現(xiàn)焊縫在凈化前后的金相組織沒有任何改變，故該裝置對焊接質量不會產(chǎn)生影響。
　　 (7)通過PIV實驗研

7、究探討了焊接煙塵顆粒在電場和磁場共同作用下的運動情況，驗證了電場與磁場協(xié)同凈化煙塵機理，表明在放電區(qū)引入磁場，有利于進一步提高凈化效率，而且加平行磁場比加垂直磁場的凈化效率有一定的提高。對焊接煙塵在不同電壓和不同磁場強度下的凈化效果進行了實驗。隨著磁場強度的增加，其協(xié)同電場凈化焊接煙塵的效果也越好。特別是電壓較低時，凈化效率的增加較明顯。電壓為-10kV時增加最明顯，在5110Gs時，相比與未加磁場時，凈化效率由53.2％增加到73.8