용접 흄의 이해: 형성, 위험성 및 보호 메커니즘

요약

용접은 다양한 산업 제조 분야에서 널리 사용되는 기본 공정입니다. 하지만 아크 광선, 전자기 방사선, 유독 가스, 연기 입자 등 유해한 부산물이 발생합니다. 이러한 부산물은 환경을 오염시킬 뿐만 아니라 직원들의 건강에도 큰 위험을 초래합니다.

이러한 위험 요소 중 용접 흄은 용접 생산에서 가장 복잡하고 제어하기 까다로운 요소입니다. 따라서 용접 흄 제어에 대한 연구는 용접 생산 환경을 개선하고 직원의 건강을 보호하는 데 필수적입니다.

이 문서에서는 용접 흄의 형성 메커니즘, 위험성 및 처리 방법을 요약하여 설명합니다. 또한 엔지니어링 분야에서 용접 흄을 처리할 때 직면하는 문제를 분석하고 용접 흄 처리의 발전 방향을 파악합니다.

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서문

현대 제조업의 기본 프로세스입니다, 용접 기술 는 기존의 단일 연결 방식에서 전기, 기계, 재료, 컴퓨터를 통합하는 다분야 열간 성형 기술로 진화했습니다. 엔지니어링 기계, 수자원 관리 및 수력 발전, 조선, 운송, 군사 장비 등 다양한 분야에서 대체 불가한 역할을 하고 있습니다.

그러나 용접 공정에서는 아크 방사선, 고온, 소음, 용접 연기 및 유독 가스가 배출되어 환경을 오염시킬 뿐만 아니라 직원들의 건강도 위협합니다.

마스크와 귀마개는 아크 광선, 고온 및 소음으로부터 보호하는 데는 효과적이지만, 주요 발암 물질인 용접 연기에 대해서는 그다지 효과적이지 않습니다.

용접 연기에는 주로 독성 가스와 그을음 입자가 포함되어 있습니다. 그을음 입자는 천식, 기관지염, 폐렴, 폐부종, 급성 중독, 신경계 질환, 심지어 진폐증, 금속 흄 열, 호흡 기능 변화, 암 및 기타 질병을 유발할 수 있습니다.

질식성 가스인 일산화탄소, 오존, 불소, 염화물, 이산화황 등의 자극성 가스, 질소 산화물, 포스겐 등의 신경 독성 가스는 직원에게 두통, 현기증, 기침, 객담, 흉통, 이명, 긴장, 불안 등의 증상을 유발할 수 있습니다.

용접 연기 및 기타 관련 위험으로 인한 용접 환경의 열악함으로 인해 용접 작업에 종사하려는 사람의 수가 해마다 감소하고 있습니다. 이는 용접 산업의 건전한 발전을 제한하는 대표적인 문제 중 하나가 되었습니다.

최근 몇 년 동안 용접 제조 작업량이 크게 증가하고 효율적인 용접 방법플럭스 코어 와이어 및 기타 분진 발생이 많은 공정 및 재료와 같이 용접 연기로 인한 직업적 문제가 점점 더 두드러지고 있습니다.

초창기 중국의 작업장 공기 중 연기 및 먼지 허용 농도는 6mg/m였습니다._³.

현재 중국 용접 협회는 연기 및 먼지의 허용 농도를 4mg/m3로 낮추고 다음과 같은 먼지 발생량에 대한 명확한 요구 사항을 설정했습니다. 용접 재료. 용접 연기와 관련된 위험을 고려하여 미국 용접 협회에서는 작업장에서 용접 연기의 농도를 줄이기 위한 환기 매뉴얼도 개발했습니다.

세기가 바뀌면서 일본은 용접 작업장의 연기와 먼지 농도를 제한하기 위해 관련 기준을 마련하고 새로운 용접 재료의 연구 개발을 적극적으로 추진했습니다.

그러나 실제 생산 현장, 특히 조선소 작업장과 같이 용접 강도가 높고 상대적으로 밀폐된 공간에서 그을음 농도는 9~18mg/㎥, 심지어 선실 단면 밀폐 공간에서는 38~312mg/㎥에 달할 수 있으며 이는 기준에서 요구하는 최소 그을음 농도를 훨씬 초과하여 인체 건강에 매우 해롭습니다.

연기와 먼지 속 유해 물질을 줄이고 용접 전문가들의 작업 환경을 개선하는 것이 용접 산업에서 해결해야 할 시급한 과제가 된 것은 분명합니다.

현재 국내외에서 용접 흄의 처리는 주로 다음 세 가지 방향으로 이루어지고 있습니다:

(1) 개인 보호 강화, (2) 용접 공정 및 재료 최적화, (3) 적절한 환기 및 연기 배출 보장.

이 기사에서는 용접 흄의 발생 메커니즘을 분석하고 현재 주류 흄 제어 조치의 장단점을 비교합니다. 지능형 제조를 통한 용접 흄 제어의 새로운 개념을 제안하여 용접 흄 제어를 개선하는 데 유용한 참고 자료를 제공합니다.

용접 연기는 직원에게 물리적, 화학적 위험을 초래할 수 있기 때문에 용접 작업 환경의 건강을 보호하고 공기질을 유지하는 것이 중요합니다. 이는 용접 연기의 생성 메커니즘과 영향 요인을 이해하고, 생성, 성장 및 중합을 탐구함으로써 달성할 수 있습니다. 용접 과정 연기를 제어하고 원천에서 연기를 보호합니다.

또한, 이러한 접근 방식은 용접 연기에 대한 업계의 허용 기준의 이론적 토대를 마련합니다.

형성 메커니즘 용접 흄의

초기 연구에 따르면 용접 연기의 생성 메커니즘은 그림 1과 같이 과열, 증발, 산화 및 응축을 포함하는 과정으로 나타났습니다.

용접 공정에서 아크 중심의 온도가 높으면 액체 금속이 증발하고 비금속 물질과 결합하여 고온의 증기를 발생시키고 특정 입자 농도를 유지합니다.

고온의 증기가 아크 가장자리의 저온 영역에 도달하면 빠르게 산화되고 응축되어 "1차 입자"가 형성됩니다.

이러한 기본 입자는 일반적으로 구형이며 지름이 0.01~0.4μm이고, 대부분 0.1μm입니다.

1차 입자 자체의 정전기와 자성으로 인해 온도가 낮아지면 중합되어 '2차 입자'를 형성한 다음 특정 방식으로 확산됩니다.

우한교통과학기술대학교의 시유샹은 용접 연기의 형성 메커니즘에 대한 심층적인 연구를 수행했습니다. 그는 증기와 흄의 변형 과정을 설명하기 위해 용접 흄에 대한 에어로졸 메커니즘을 제안했습니다.

그는 아크 근처에서 용접 에어로졸 입자의 핵 형성 메커니즘이 균질 핵 형성과 이질 핵 형성으로 나뉜다고 제안했습니다.

1차 입자의 스펙트럼 분포, 형태, 구성 및 구조적 특성은 직접 샘플링 전자 현미경과 DMPS를 통해 실험적 및 이론적으로 체계적으로 조사되었습니다.

Fe3O4 결정은 주로 용접 에어로졸에서 발생한 0.01μm 크기의 입자로 구성되었으며, 0.1μm 크기의 연기 입자는 증기 입자 전이의 이질적인 응축 메커니즘에 의해 형성된 스피넬 형과 불소 형의 두 가지 결정 구조를 가지고 있음을 발견했습니다.

1μm 이상의 그을음 입자는 주로 버블 입자 전이 메커니즘에 의해 형성되었습니다. 또한 용접 아크 입자 핵 형성 영역의 모델을 제안하여 용접 에어로졸 입자의 형성 과정을 분석하는 데 큰 의미가 있습니다.

용접 시 발생하는 그을음 입자는 응집과 융합을 통해 확산 과정에서 성장합니다.

융합 과정에서 여러 개의 기본 입자가 하나의 큰 입자로 융합되는데, 이때 후자의 총 표면적은 기본 입자의 표면적의 합보다 작으며 그 사이에 경계가 존재하지 않습니다.

반면, 응집 과정은 표면에 부착되는 수십 개 또는 수백 개의 기본 입자로 구성되며 입자 간 경계가 뚜렷하게 나타납니다.

입자 응집 또는 융합 여부에 관계없이 용접 흄의 입자 크기, 모양 및 농도는 변화를 겪게 됩니다.

용접 흄의 위험성

용접 공정에서는 인체 건강에 해로운 다량의 연기와 유독 가스가 발생할 수 있습니다.

용접 연기의 상당 부분은 공기 중에 확산되는 부유 입자로 구성되며, 다른 일부는 유독 가스로 분산됩니다.

용접 시 발생하는 그을음 입자는 주로 금속 산화물로 존재하며, 구성이 복잡하고 점성이 높으며 입자 크기가 균일하지 않고 온도가 높습니다.

일반적으로 용접 작업자의 호흡 용량은 용접 생산 환경에서 약 20L/min입니다. 따라서 1년 동안의 호흡 용량은 약 2300m3입니다.

In 용접 불량 생산 환경에서는 작업자가 하루에 100g의 입자를, 25년 동안 일할 경우 2.5kg의 유해 물질을 흡입할 수 있습니다.

표 1은 용접 시 발생하는 일반적인 금속 산화물 입자와 관련 위험을 보여줍니다.

표 1 용접 흄의 입자 위험성

용접 연기는 입자 크기에 따라 인체에 다양한 정도의 해를 끼칠 수 있습니다.

톈진대학의 양리쥔이 이끄는 연구팀은 MIG 용접 흄의 입자 크기 분포에 대한 연구를 수행하여 용접 매개변수와 액적 이동이 흄 입자 크기에 미치는 영향을 분석했습니다. 그 결과 그을음 입자는 대부분 0.1~1μm 범위에 속하는 입자 크기가 85% 이상을 차지하고 0.1μm 미만의 입자 크기가 약 10%를 차지하는 준정량화된 분포 특성을 나타냈습니다. 또한 용접 공정, 액적 이송 형태, 그리고 용접 매개변수 모두 그을음 입자의 크기에 특정 영향을 미쳤습니다. 특히 용접 전압 는 그을음 입자의 크기를 감소시켰습니다.

Gomes JF 등은 용접 공정에서 발생하는 용접 연기의 입자 크기가 약 0.5μm라고 계산했습니다.

연구에 따르면 공기 중 지름이 10㎛ 이상인 연기 입자는 비인두에 침착되고 지름이 10㎛ 미만인 입자는 인체에 흡입될 수 있다고 합니다. 직경이 2~10㎛인 연기 입자는 배출이 가능하지만 직경이 0.5㎛ 미만인 입자는 폐에 침착되어 제거하기 어렵습니다.

표 2는 며칠 동안 쥐 폐 조직에서 입자 크기가 다른 TiO2의 잔류량(단위: μg)을 보여줍니다. 입자 크기가 작을수록 더 잘 침투할 수 있고 체내에서 제거하기가 더 어렵습니다. 또한 연기 입자는 사람의 폐포에서 더 작은 1차 입자로 분산되어 신체에 미치는 해로운 영향을 악화시킵니다.

표 2 다양한 크기의 TiO 함량₂ 쥐 폐 조직에서 (μg)

Lauryn M. F. 등은 Fe2O3가 폐암을 촉진하는 유일한 금속 산화물이며 폐 염증을 유발하는 금속 산화물의 추세는 Fe2O3> Cr2O3 + CaCrO4> NiO라는 것을 발견했습니다. 그중 Fe2O3의 폐에 대한 독성 효과는 지속적이고 Cr2O3 + CaCrO4의 폐에 대한 독성 효과는 급성입니다.

Roth J. A. 등은 용접 연기에 장기간 노출되고 망간을 과도하게 흡입하면 폐, 간, 신장 및 중추 신경계 손상 등 인체 건강에 악영향을 미칠 수 있다는 사실을 발견했습니다. 남성 근로자는 불임의 위험이 더 높습니다.

망간 농도가 1mg/㎥를 초과하는 환경에 장기간 노출되면 파킨슨병과 유사한 망간 중독의 위험이 높아질 수 있습니다.

용접 시 발생하는 많은 유해 연기 입자 외에도 일산화탄소, 질소 산화물, 오존, 포스겐, 불화수소 및 기타 유해 성분을 포함한 많은 유해 가스를 배출합니다.

표 3에는 일부 용접 연기에 포함된 유해 가스가 인체에 미치는 유해성이 나열되어 있습니다.

표 3 용접 연기의 유해 가스 및 위험성

용접 흄 보호

용접 작업 환경을 정화하고 배출원으로부터의 배출을 줄이고 보호를 강화하며 기술 혁신을 촉진하여 직원의 건강을 보호하기 위한 종합적인 조치를 취해야 합니다. 이를 통해 용접으로 인해 발생하는 유해 물질의 농도가 허용 범위 내로 유지되도록 해야 합니다.

현재 개인 보호구 착용, 용접 공정 및 재료 최적화, 환기 및 연기 배출 시스템 구축 등 몇 가지 일반적인 치료 방법이 있습니다.

1. 개인 정보 보호

용접 연기에 대한 개인 보호 조치에는 주로 환기 및 먼지 제거 마스크와 기타 호흡기 보호 장비를 착용하여 용접 연기로 인한 작업자의 피해를 줄이는 것이 포함됩니다.

그림 2는 다양한 크기의 연기 및 먼지 입자에 대한 호흡보호구의 네 가지 필터링 메커니즘을 보여줍니다.

(1) 중력 효과:

먼지 입자가 포함된 공기가 필터 재료의 섬유층을 통과할 때 입자는 자체 중력에 의해 공기 흐름 방향에서 이동하여 필터 재료에 침전됩니다.

일반적으로 1μm 이상의 먼지 입자는 효과적으로 걸러지며, 그보다 작은 입자는 가스 유속 및 기타 요인에 비해 중력에 미치는 영향이 미미하기 때문에 무시할 수 있습니다.

(2) 차단 효과:

필터 재료 내의 섬유는 불규칙하게 쌓여 있고 서로 얽혀 있습니다.

공기 중의 고속 연기 입자가 섬유 소재와 접촉하면 섬유 표면에 결합하여 입자를 효과적으로 차단합니다.

(3) 관성 효과:

연기 입자는 필터 재료를 통과하는 동안 공기의 흐름이 자주 방향을 바꾸면서 관성력의 영향으로 섬유 표면에 침착되어 유선에서 이탈하게 됩니다. 이러한 현상은 주로 관성 효과에 의해 차단되는 입자 크기가 0.5~1.0μm인 연기 입자에서 특히 두드러집니다.

(4) 확산 효과:

실온에서 직경이 0.1μm 미만인 입자는 주로 브라운 운동을 통해 이동합니다. 입자가 작을수록 제거하기가 더 쉽습니다.

0.5μm보다 큰 입자는 주로 관성 운동을 합니다. 입자가 클수록 제거하기가 더 쉽습니다.

0.1㎛에서 0.5㎛ 사이의 입자는 확산 및 관성 효과가 뚜렷하지 않아 제거하기 어렵습니다.

용접 시 연기 입자의 크기는 10-3~102μm의 5단계로 나뉘며, 0.1~0.5μm 입자가 가장 침투력이 높습니다.

현재 모든 연기 입자에 대해 이상적인 필터링 효과를 얻을 수 있는 마스크는 없습니다.

현재 개인 보호 장비는 독성 가스에 대한 보호 효과가 낮으며, 개인 보호만으로는 독성 가스 예방을 달성할 수 없습니다.

2. 용접 공정 및 용접 재료 최적화

용접 공정 및 재료의 최적화는 주로 용접 연기의 발생률과 그 안의 독성 물질 함량을 줄여 용접 연기를 제어하는 것을 포함합니다.

용접 분진 발생량에 영향을 미치는 요인에는 여러 가지가 있습니다.

현재 국내외에서 용접 분진에 대한 연구는 주로 두 가지 측면에 초점을 맞추고 있습니다:

첫 번째는 다양한 용접 방법과 공정 파라미터가 분진 발생량에 미치는 영향을 연구하는 것이고, 두 번째는 용접 와이어, 코팅, 차폐 가스의 구성이 분진 발생량에 미치는 영향을 연구하는 것입니다.

2.1 용접 공정이 먼지 배출에 미치는 영향

먼지의 발생량은 사용된 용접 방법에 따라 다릅니다.

동일한 공정 파라미터를 사용하는 경우 MIG 용접은 비 MIG 용접보다 분진 발생률이 훨씬 높습니다. 반대로 서브머지드 아크 용접에서 발생하는 연기는 미미합니다.

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표 4는 동일한 사양에서 다양한 용접 방법에 따라 발생하는 먼지의 양을 표시합니다.

일반적으로 동일한 용접 방법을 사용할 때 발생하는 먼지의 양은 다음과 같이 증가합니다. 용접 전류 및 전압 상승.

직류 용접에 비해 교류 용접은 더 많은 양의 먼지를 발생시키지만, 먼지의 양은 다음과 같이 감소합니다. 용접 속도 가 증가합니다.

표 4 다양한 용접 방법의 먼지 발생률

플럭스 코어 와이어 용접으로 인한 다량의 먼지 발생, 차폐 금속 아크 용접은 용접사와 환경 모두에 심각한 영향을 미치기 때문에 국내외에서 주요 연구 대상이 되고 있습니다.

란저우 과학기술대학의 시첸과 동료들은 다양한 공정 파라미터에서 자체 차폐 플럭스 코어 와이어 용접에서 발생하는 먼지의 양에 대한 연구를 수행했습니다.

연구 결과에 따르면 소규격 용접에서는 단락 전이 및 슬래그 컬럼 전이 시 스패터의 증가로 인해 분진 발생량이 크게 증가했습니다. 대형 사양 용접에서는 입력 열량의 증가로 인해 가열된 액적과 모재의 증발 속도가 빨라져 분진 발생량이 증가했습니다. 액적 이송 모드는 먼지 발생량에 거의 영향을 미치지 않았습니다.

이러한 결과는 장준창의 자체 차폐 플럭스 코어 와이어 용접에서 발생하는 연기 및 먼지의 생성 메커니즘에 대한 연구에서도 확인되었습니다. 연구 결과, 스플래시 연기 및 먼지 영역과 물방울 연기 및 먼지 영역에서 발생하는 총 연기 및 먼지가 총 연기 및 먼지 양을 크게 증가시키는 것으로 나타났습니다.

야마모토 등은 26% 플럭스 코어 와이어로 용접할 때 CO2를 차폐 가스로 사용했습니다.

용접 전류가 증가하면 용접 분진의 양이 점차 감소합니다.

저자는 또한 펄스 전류 방식을 사용하여 액적을 제어하는 고급 순수 이산화탄소 가스 차폐 아크 용접 공정을 개발했습니다.

이 방법은 고전류를 사용하여 용접 와이어를 녹인 다음 액적 이송 중에 전류를 감소시킵니다. 이를 통해 액적은 일정한 길이로 용융 풀로 원활하게 이송되어 금속 액적이 규칙적으로 형성 및 분리되고 50%에서 발생하는 먼지의 양을 줄일 수 있습니다.

Scotti는 제어 변수 방법을 사용하여 아크 길이, 액적 직경 및 단락 전류가 GMAW에서 발생하는 먼지의 양에 미치는 영향을 연구했습니다.

결과는 단락 전이 중에 액적 직경, 단락 전류 및 아크 길이가 증가하면 먼지가 발생하는 양이 증가한다는 것을 보여줍니다. 단락 전류가 높을수록 액적이 용융 풀에 들어갈 때 액체 브리지 표면의 금속 증발이 더 심해져 먼지 발생량이 증가합니다. 이러한 요인이 함께 작용하면 먼지 배출량 증가가 더욱 두드러집니다.

후베이공과대학교의 부 지샹 등은 CO2로 직교 실험을 수행했습니다. 가스 차폐 용접 의 고체 용접 와이어를 연구 대상으로 삼고 용접 전류, 용접 전압, 용접 속도를 세 가지 실험 요소로 사용했습니다. 그리고 용접 분진 발생률과 양을 실험 지표로 삼았습니다.

직교 테스트 데이터의 분산 분석 및 범위 분석을 통해 용접 흄의 형성 속도에 영향을 미치는 주요 요인은 용접 전류와 용접 전압이며 용접 속도는 용접 흄의 형성 속도에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 나타났습니다. 용접 전압이 22-24V, 용접 전류가 290-320A, 용접 속도가 26cm/min일 때 용접 분진의 양이 가장 적습니다.

용접 흄의 양은 충전재와 관련이 있을 뿐만 아니라 차폐 가스의 구성과도 밀접한 관련이 있습니다.

K. R. 카펜터 등은 GMAW의 보호 가스에 O2와 CO2를 추가한 결과, 이원 Ar-CO2 혼합물에 2% O2를 추가해도 먼지 발생률에 영향을 미치지 않는다는 사실을 발견했습니다.

삼원 혼합물에서 O2가 증가하면 먼지 발생률은 5% CO2 수준에서 증가하지만 12% CO2 수준에서는 크게 증가하지 않습니다.

베이징 공과대학교의 리 주오신 연구팀이 스테인리스강 용접 흄의 Cr(Ⅵ) 함량에 대해 연구한 바에 따르면, 혼합 가스에 첨가되는 CO2의 양을 조절하여 먼지의 발생량을 제어할 수 있다고 합니다.

연구 결과에 따르면 가스 차폐 용접 시 차폐 가스의 산화가 강할수록 흄 내 Cr (Ⅵ)의 질량 분율이 증가하는 것으로 나타났습니다. 또한 Cr (Ⅵ)은 전류(150~250A)가 높을수록 증가했습니다. MAG 용접의 질량 비율은 총 Cr에 대한 단락 이송 흄의 Cr(Ⅵ)의 질량 비율이 GMAW 중 제트 이송 흄의 질량 비율보다 높았습니다.

2022년 IIW 제8차 위원회 임시 회의에서 비샬 바츠가 발표한 보고서에 따르면 GMAW 보호 가스에 산소를 추가하면 Cr3+와 Cr6+의 형성을 촉진하고 연기 속 Mn, Fe, Ni와 같은 유해 원소가 증가한다고 지적했습니다.

이러한 연구 결과는 용접 분진의 양이 용접 공정 매개변수의 영향을 받으며, 적절한 매개변수를 선택하면 분진 배출을 줄이고 더 건강한 환경을 조성할 수 있음을 시사합니다. 그러나 용접 공정과 다음과 같은 변수들 사이에는 상호 연관성이 있습니다. 용접 품질 연기 배출을 줄이기 위해 품질과 효율성을 희생해야 할 수 있어 실제 적용에 한계가 있을 수 있습니다.

엔지니어링 분야에서 효율적인 용접 방법(이중 와이어/멀티 와이어 용접, 레이저 아크 하이브리드 용접)의 사용이 증가함에 따라 용접 사양 요구 사항이 더욱 높아지고 용접 흄 처리가 더욱 어려워지고 있습니다.

2.2 용접 재료가 먼지 배출에 미치는 영향

용접 과정에서 용접에 의해 생성되는 금속 산화물은 고온의 재료 다양한 발암물질과 섞여 있습니다. 작업자가 이러한 입자를 과도하게 흡입하면 다양한 질병을 유발할 수 있습니다.

이러한 위험을 완화하기 위해 친환경 용접 재료의 개발은 연기와 먼지의 유해 성분을 원천적으로 효과적으로 제어할 수 있습니다.

국내외 친환경 용접 재료에 대한 연구는 주로 세 가지 측면에 초점을 맞추고 있습니다:

(1) 약물 피부의 조성을 변경함으로써 재료에서 발생하는 먼지의 양을 줄일 수 있습니다.

(2) 무거운 음식의 함량을 줄이려면 금속 요소 용접 연기와 먼지에 노출됩니다.

(3) 용접 연기는 탈합금 용접 재료를 사용하여 처리해야 합니다.

용접 시 발생하는 먼지의 양은 전극의 코팅 성분, 분말의 화학 성분, 용접 와이어 강판의 영향을 받습니다. 영향을 미치는 요인은 복잡합니다.

형석과 규산나트륨은 전극 코팅에서 먼지를 발생시키는 주요 원인이며, 이들의 반응 생성물은 총 연기 및 먼지 발생량의 50% 이상을 차지합니다.

K와 Na가 포함된 물질은 먼지 발생량을 증가시키는 반면, 실리콘 칼슘 합금과 마그네슘 분말은 이를 억제할 수 있습니다.

베이징 공과대학교의 장젠민과 다른 연구진은 와이어 플럭스 코어의 철분 함량을 줄이면 용접 시 발생하는 먼지의 양을 33%에서 47%로 줄일 수 있다는 사실을 발견했습니다.

외국 용접 재료 제조업체인 Mruczek MF의 보고서에 따르면, 용접 흄의 Mn 함량을 효과적으로 줄일 수 있는 저망간 함량 플럭스 코어 와이어를 개발했다고 합니다. 그러나 이로 인해 용접의 기계적 특성이 저하될 수 있습니다.

노스 티에이치는 복합 입자를 코어에 첨가하면 Mn 산화를 방지하고 용접물에 더 많은 Mn을 남김으로써 용접 흄의 Mn 함량을 크게 줄일 수 있다는 사실을 발견했습니다.

Dennis J H 등은 플럭스 코어 와이어에 활성 원소(Zn, Al, Mg)를 첨가하여 활성 원소가 우선적으로 산화되도록 함으로써 용접 흄의 Cr6+ 함량을 크게 줄일 수 있습니다. 그러나 Zn을 추가하면 스테인리스 스틸 용접 와이어는 용접 흄의 Cr 함량을 낮추지만 연기 형성 속도를 가속화할 수 있습니다.

Mortazavi S B 등은 용접 재료의 K 함량을 줄이고 Li 함량을 늘리면 K2CrO4 함량을 줄이고 결과적으로 Li를 통해 용접 흄의 Cr6+ 함량을 줄일 수 있다는 사실을 발견했습니다.

또한 Topham N 등은 오스테나이트계 스테인리스강 용접 재료의 Na 및 K 함량을 줄이고 차폐 가스에 30% 테트라에틸실란(TEOS)을 첨가하면 스테인리스강 용접 흄의 Cr(VI) 함량을 줄일 수 있음을 입증했습니다.

그러나 용접 흄의 유해 성분을 줄이기 위해 사용되는 용접 재료의 탈합금 방식은 용접 구조물에 필요한 기계적 특성, 내식성 및 내마모성 요건을 충족하지 못할 수 있습니다.

현재 사용되는 모재 금속의 합금화 정도는 매우 높습니다. 저탄소 강철에서 저합금 강철로, 그리고 고엔트로피 합금에 이르기까지 합금화 수준이 높아지고 있습니다.

동시에 다음을 추가합니다. 합금 원소 용접 재료(모재+용접 와이어)에 Mn, Cr, Ni, Mo, Co 등을 첨가하면 용접 부품의 기계적 특성과 내식성을 크게 향상시키고 수명을 늘리며 금속 재료의 적용 범위를 확장할 수 있습니다.

따라서 실제 생산 과정에서 용접 재료를 탈합금하여 연기와 먼지를 처리하는 것은 실용적이지 않은 경우가 많습니다.

3. 환기 및 연기 배출

환기 및 연기 배출은 현재 생산 현장에서 가장 효과적인 치료 방법이며, 주로 두 가지 방법이 있습니다:

첫 번째 방법은 국소 연기 추출 장치를 설치하거나 용접 스테이션에 흡연 용접 건을 사용하여 용접 연기 및 유해 가스의 추가 확산을 제어하고 소스에서 제어하는 것입니다.

두 번째 방법은 공장의 종합적인 환기 및 변위 환기를 통해 용접 작업장의 작업 환경을 개선하는 것입니다.

3.1 국소 연기 추출

현재 국소 연기 추출을 위한 주요 방법은 주로 용접 총을 피우고 국소 환기 및 먼지 제거를 하는 것입니다.

스모킹 웰딩건의 원리는 그림 3에 설명되어 있습니다. 흡연 입구가 흡입력을 발생시켜 연기와 먼지를 포집하여 확산과 환경 오염을 방지합니다.

다른 현지 가공 장비에 비해 스모킹 용접 건은 위치 및 각도 조정 측면에서 더 큰 유연성을 제공하여 용접사가 더 적은 제약으로 작업할 수 있습니다.

국소 환기에는 특수 먼지 후드를 사용하여 용접 영역에서 용접 연기를 직접 추출한 다음 집진된 연기를 먼지 저감 처리 후 외부로 배출하는 방식이 포함됩니다. 국소 환기의 원리는 그림 4에 나와 있습니다.

연구에 따르면 국소 환기가 일반 환기보다 더 효율적이라고 합니다.

Flynn MR은 현지의 먼지 제거 효과를 비교하는 연구를 수행했습니다. 환기 시스템 실내 환기 없음, 자연풍, 기계식 환기 등 세 가지 조건에서 실험했습니다. 그 결과 국소 환기 시스템과 결합된 팬의 먼지 제거 효율이 가장 높은 것으로 나타났습니다.

또 다른 실험에서 미커 JD는 상업용 국소 환기 장치를 평가했습니다. 먼지 제거 장비. 연구 결과, 장비 사용 후 공기 중 Mn 농도는 25%, 입자상 물질은 40%, Cr6+는 68% 감소한 것으로 나타났습니다. 따라서 국소 환기 및 먼지 제거는 효과적인 환기 방법입니다.

그러나 국소 연기 추출 장비는 소형 공작물 용접에만 적합하며 무거운 작업에는 적용이 제한적이라는 점에 유의해야합니다. 구조 용접 작업장. 이는 무거운 구조물의 용접 스테이션이 이동식이고 연기와 먼지가 발생하는 지점이 계속 변하기 때문에 국소 먼지 제거를 통해 전체 공간을 고려하기 어렵기 때문입니다.

3.2 일반 환기 및 변위 환기

희석 환기라고도 하는 일반 환기는 문, 창문, 지붕 등을 사용하여 실내의 오염된 공기를 깨끗한 공기로 희석하는 과정을 말합니다. 이는 실내 공기 중 유해 물질의 농도를 낮추고 실내 공기 환경이 공기질 기준을 충족하도록 하기 위해 시행됩니다.

그 원리는 그림 5에 나와 있습니다.

일반 환기는 유해 물질의 농도가 낮은 환경에 적합하며 일반적으로 국소 환기 및 먼지 제거를 위한 보조 모드로 사용됩니다.

C. E. 페이글리 등은 희석 환기를 위한 공기량 계산 공식에서 안전 계수 K를 연구하고 논의했으며, 실험 측정을 기반으로 보다 객관적인 혼합 계수 Km를 제안했습니다.

리우 시얀 등은 용접 작업장에서 기계적 환기 처리 전후의 화학적 유해물질 농도를 평가하는 테스트를 실시했습니다. 환기 처리 후 작업장 내 망간 및 그 화합물, 용접 흄, 오존, 일산화탄소, 질소 산화물의 공기 함량이 감소했으며, 망간 및 그 화합물의 농도가 82%로 가장 크게 감소한 것으로 나타났습니다.

변위 환기는 일반 환기를 기반으로 개발되었으며, 그 원리는 그림 6에 설명되어 있습니다.

용접 과정에서 발생하는 열로 인해 용접 작업장에는 안정적인 온도 구배가 형성되어 풍속이 감소하고 실내 작업 공간에 직접 공급되는 신선한 공기와 온도 차이(ΔT=2~4 ℃)가 발생합니다.

결과적으로 차가운 공기는 중력의 영향을 받아 먼저 하강하고 점차 바닥에 퍼지면서 신선한 공기 층을 형성합니다. 온도가 상승함에 따라 이 신선한 공기가 상승하여 오염된 공기를 지속적으로 제거합니다.

또한 공기 덕트를 통해 실내에 신선한 공기가 지속적으로 공급되고, 작업장 위의 공기 환기구는 여러 요인에 의해 실내 공기를 끌어들입니다.

작업 공간의 지상 위 신선한 공기는 천천히 위로 이동하여 균일한 상향 기류를 형성합니다. 이는 작업장의 오염된 공기를 서서히 대체하여 공기를 정화합니다.

변위 환기 탈진 방식은 에너지 소비를 절약할 뿐만 아니라 정화 효율도 높습니다. R. Nienel 등은 대형 용접 공장의 변위 환기 시스템에 대한 연구를 수행했습니다.

용접 공정에서 발생하는 입자의 공간 분포를 분석한 결과, 공장 하부 인력 활동 구역의 입자 농도가 공장 상부 농도보다 현저히 낮아 용접 공장에서 입자를 배출하는 변위 환기의 효과를 확인할 수 있었습니다.

현재 변위 환기에 대한 연구는 주로 CFD 수치 시뮬레이션을 사용하여 변위 환기의 공기 분배, 공기 공급 매개 변수 및 배출구 위치를 최적화하는 데 중점을 둡니다. 이 연구는 환기 효율을 개선하고 변위 환기 설계 최적화를 위한 이론적 지침을 제공하는 것을 목표로 합니다.

결론

(1) 용접 연기의 발생과 유해성은 복잡한 물리적 및 화학적 공정에 의해 결정되며, 이를 처리하기 위해서는 종합적인 조치가 필요합니다.

(2) 수동적 보호만으로는 용접 연기 및 기타 위험 요소를 완벽하게 제어할 수 없습니다.

(3) 지능형 자동 용접 공정 및 용접 시스템의 혁신은 친환경적이고 효율적인 용접 및 청정 생산을 달성하는 새로운 길을 열었습니다.