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(yīng)用電弧焊來焊接金屬，在電焊作業(yè)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的焊接煙塵和有害氣體等，嚴(yán)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(jié)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?jī)?nèi)容及取得的結(jié)論如下：
　　 (1)研究了焊接煙塵粒子在擴(kuò)散過程中所受到的各種力及荷電過程，通過有限元方法對(duì)針板電場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，研究了電極結(jié)構(gòu)、空間電荷及煙塵顆粒對(duì)電場(chǎng)分布

2、影響，研究發(fā)現(xiàn)：增加電極的數(shù)目，使電場(chǎng)的梯度更強(qiáng)，更有利于煙塵的就地沉積凈化；空間電荷會(huì)使得針板間的電場(chǎng)強(qiáng)度增強(qiáng)：煙塵顆粒物的存在使電極間的電場(chǎng)嚴(yán)重畸變，增加了電場(chǎng)不均勻度，從而容易擊穿。
　　 (2)通過試驗(yàn)研究了電極直徑、電極形狀、電極環(huán)數(shù)、電極針數(shù)對(duì)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(shí)驗(yàn)研究煙塵顆粒在電場(chǎng)下的運(yùn)動(dòng)情況，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著

3、電壓的增加，煙塵顆粒在電場(chǎng)作用下上升速度下降，沉降效果增強(qiáng)。在-10kV時(shí)影響并不明顯，電壓達(dá)到-20kV以上時(shí)，沉降效果顯著。但隨著電壓的繼續(xù)升高到-35kV時(shí)，由于受到離子風(fēng)的影響，會(huì)發(fā)生揚(yáng)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(duì)比較明顯，在針板間距為8cm時(shí)，電場(chǎng)對(duì)煙塵顆粒的沉降效果大幅降低。
　　 (4)通過凈化效果實(shí)驗(yàn)，考察了在不同工作參數(shù)下對(duì)焊接煙塵和有害氣體的凈化效果。實(shí)驗(yàn)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(duì)于0.8mm焊絲和1.2mm焊絲，針板間距為4cm時(shí)，在電壓為-30kV時(shí)其凈化效率都達(dá)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(duì)于0.8mm焊絲和1.2mm焊絲，在針板間距為4cm電暈電壓為-30kV時(shí)其臭氧濃度都達(dá)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(shí)氮氧化物凈化效率分別達(dá)到最大為71.69％和76.03％，一氧化碳的凈化效率達(dá)到最高，分別為71.2％和64.03％，其濃度都低于國(guó)家規(guī)定的最高容許濃度。
　　 (5)對(duì)焊接煙塵和有害氣體的凈化機(jī)理進(jìn)行了分析，并采用灰色關(guān)聯(lián)分析對(duì)綜合凈化效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，計(jì)算發(fā)現(xiàn)在電暈放電電壓為-30kV、針板間距為40mm時(shí)的試驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(jìn)行了凈化效果檢測(cè)，該裝置具有較好的綜合凈化效果。并對(duì)在該工作條件下凈化前后的煙塵成分進(jìn)行分析，表明該凈化裝置對(duì)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(yuǎn)低于國(guó)家勞動(dòng)衛(wèi)生部門制定的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)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(duì)焊接質(zhì)量不會(huì)產(chǎn)生影響。
　　 (7)通過PIV實(shí)驗(yàn)研

7、究探討了焊接煙塵顆粒在電場(chǎng)和磁場(chǎng)共同作用下的運(yùn)動(dòng)情況，驗(yàn)證了電場(chǎng)與磁場(chǎng)協(xié)同凈化煙塵機(jī)理，表明在放電區(qū)引入磁場(chǎng)，有利于進(jìn)一步提高凈化效率，而且加平行磁場(chǎng)比加垂直磁場(chǎng)的凈化效率有一定的提高。對(duì)焊接煙塵在不同電壓和不同磁場(chǎng)強(qiáng)度下的凈化效果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，其協(xié)同電場(chǎng)凈化焊接煙塵的效果也越好。特別是電壓較低時(shí)，凈化效率的增加較明顯。電壓為-10kV時(shí)增加最明顯，在5110Gs時(shí)，相比與未加磁場(chǎng)時(shí)，凈化效率由53.2％增加到73.8