焊接烟尘和电弧光:零件决定一切

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直接回答: 烟尘控制在工序开始前进行。封闭式工序会阻挡排气口,因此排气点必须沿着机器的作业开口布置,而固定式壁挂式排烟罩在设备移动后便无法正常工作。同样的工序在开放式车间进行,废气则直接向上排放,这就需要考虑顶部通风口的高度。电弧屏蔽并非位于机器占地面积之内:便携式屏蔽罩应放置在人员接近的位置。

本视频概述了应用场景。视频内容仅用于观察流程,不涉及特定型号的性能、安全性或验收声明。

这是给谁的: 为制造工程师和 EHS 协调员编写,用于指定机器人焊接站的提取、筛选和布局。

范围: 本EVST指南涵盖了在三种不同工况下(封闭式焊接、开放式焊接和多道焊接)需要验证的烟尘路径、电弧保护和热量积聚情况。本指南不提供烟尘浓度、空气流量、暴露限值或层间温度等具体数值;这些数值需通过测量和焊接工艺规程确定。

两台移动式焊接设备在大型钢制封闭空间的两侧相对作业,焊接烟尘被密封在封闭空间内。
两台移动式焊接设备在大型钢制封闭空间的两侧相对作业,焊接烟尘被密封在封闭空间内。

三个站点条件,一个过程

参考视频中并排展示了三个独立的焊接工位。它们并非同一条生产线,也不是同一个工件;之所以将它们放在一起展示,是因为同一种焊接工艺在不同地点会呈现出截然不同的效果。

第一张图中,两台移动焊接设备在大型三面钢结构围护结构的相对两侧作业。第二张图中,一台机器人正在开放式工作台上焊接一块弯曲的钢板,其后方设有可移动的遮挡板。第三张图中,特写镜头展示了多道焊接过程,焊缝一层层叠加。

综上所述,这些例子表明,不能仅根据焊接参数制定烟尘和保护规范。这三个案例的参数虽然相似,但条件却截然不同。

焊接烟尘、电弧光和热量控制首先取决于什么

封闭部分阻挡了出口。三面封闭箱体内产生的烟雾无处可去,因此会积聚而不是扩散,自然对流也无法以跟上工艺产生烟雾的速度将其清除。

这就使得抽吸点的位置成为决定性因素,而不仅仅是抽吸能力。视频中,一台设备停放在密闭空间的开口处,并向内焊接:烟雾只有一条排出路径,而收集点必须位于这条路径上。

固定在墙上的吸尘罩可以解决这个问题。但一旦设备重新定位——而移动式设备会不断重新定位——工作面和拍摄点之间的关系就会发生变化,之前有效的拍摄方法就不再适用。

根据 ISO 21904-1:2020用于捕获和分离焊接烟尘的设备,其预期捕获位置和工作条件均有明确规定,而移动工作站的这一部分恰恰是规范中不平凡的部分。

从部件外壳到抽气点、屏蔽层和热积聚的流程图
部件的封闭程度决定了下游的一切。

开放式海湾是另一种问题,并非更容易解决。

将同样的工艺流程移至开放式工位,烟雾就会直接向上逸出。此时需要控制的不再是如何将烟雾排出腔体,而是上方抽油烟机的高度和位置。

这个高度受到两侧的限制。太高的话,弧线上的捕捉速度会下降;太低的话,罩子会妨碍机器人的工作范围或零件的装载。

在实际操作中,顺序至关重要。应先根据工作站需要搬运的最大工件来设定遮罩的位置,然后再以此为基准检查机器人的伸展范围和姿态。如果反过来,则容易导致遮罩正好位于机械臂需要到达的位置。

EVST 每次的工作顺序都相同:先确定零件的烟雾路径,然后确定捕获位置,接着确定屏蔽,最后才确定布局。

车站状况与需要首先解决的问题之间的关系,可作为您自身评估的起点。
车站状况 烟雾去哪儿了 首先要解决什么问题
部件包围弧形结构(箱体、罐体、料斗) 被困;只能从开口处离开 捕捉开口处的点,以及它如何跟随机器运动。
开放式车站,固定站台 高于弧线 最大部件和机器人工作范围的顶部拉拔高度
开放式车库,移动单元 上升,但源头移动 无论捕获和筛查是否随该单位一起进行
厚截面多道次加工 上升,热量随之积聚。 通道间温度和停留时间与抽气过程

电弧屏蔽层跟随的是人,而不是机器轮廓。

在开放式作业区的画面中,防护措施是几个放置在作业台后方的便携式焊接屏风。它们的摆放位置是出于人员考虑,而非设备本身:它们应该放在人员实际进出的一侧。

同一个车站,如果设置在楼层中间和靠墙放置,所需的遮蔽措施就不同。设置在楼层中间,人们可以从三个方向接近;而靠墙放置,则只能从一个方向接近。这些在布局设计阶段就应该确定下来,而不是事后添加。

移动设备又带来了新的问题。固定筛分设备保护的是固定的筛分站;当设备驶向作业地点时,筛分设备必须随之移动,或者在每个作业地点重新安装。

根据 ISO 25980:2014透明焊接帘和屏风是根据其在特定工艺和观察条件下的防护性能来选择的,因此其选择与电弧和视线相关,而不是通用的。

多通道烟囱会产生热量和烟雾。

特写镜头展示了多道焊接过程:焊缝一层层叠加,焊缝间可见烟雾和飞溅物。这种焊接方式的共同特点是热量的累积,因为每一道焊缝都是在前一道焊缝已经加热的材料上进行的。

这使得排气和热管理成为同一个设计问题,而不是两个独立的问题。排气会带走热量和烟雾,因此,如果设置得当,可以将层间温度降至工艺要求的范围以下;而设置不当,则会将热量和烟雾都留在反应室中。

焊接工艺规程中对材料和接头规定了层间温度和层间停留时间,并通过对零件进行测量来检查,而不是从焊缝外观推断。

测量和车站周边安全属于哪些范畴?

烟尘浓度、风量、捕集速度和层间温度均为测量值。这些数值无法从焊接录像中读取,因此本文不予引用。

根据 ISO 10218-2:2025集成工作站的安全空间取决于整个系统的移动。对于移动式焊接单元而言,这不仅包括其移动路径和拖曳设备,还包括其机械臂。

根据 ISO 12100:2010电弧辐射、烟雾、高温表面和电缆路径与机器人运动属于同一风险评估范围,耗材更换的通道也属于其中。

每个 EVST 应用审查都是从相同的项目输入开始的——部件几何形状、站台条件和现有通风——因此选择取决于证据,验收是根据您自己的站点而不是数据表来达成的。

常见问题

为什么一个封闭部件会对排气设计产生如此大的影响?

因为烟雾无法扩散。在箱体或罐体内部,唯一的排出途径就是开口,因此收集装置必须位于该通道上,而固定在车间其他位置的罩子只能收集到极少的烟雾。如果焊接设备在作业过程中移动,收集点也必须随之移动。

更大的排气扇能解决这个棘手的问题吗?

并非如此。弧形处的捕获速度更多地取决于源点和捕获点之间的距离和几何形状,而不是总流量,这就是为什么捕获点的位置是在容量之前确定的。

焊接防护屏应该如何摆放?

这取决于人们实际接近站点的路径。位于海湾中央的站点可以从三面接近,而靠墙的站点只能从一面接近,因此即使使用相同的设备,它们也需要不同的屏蔽措施。对于移动式站点,屏蔽装置必须随站点移动或在每个位置重新建立。

我们应该发送什么信息才能得到有用的回复?

零件几何形状,包括零件是否包围弧形、工作站必须容纳的最大尺寸、工位高度和现有通风情况,以及设备是固定式还是驱动式。

项目输入内容以供申请审核

要将此结果与您自己的站点而非通用单元格进行比对,请发送:

  • 零件几何形状,以及零件是否包含圆弧
  • 工作站需要处理的最大工件
  • 车间高度和已安装的通风设备
  • 无论焊接设备是固定式还是移动式,都应考虑焊接部件。

提供零件几何形状和舱位条件后,即可据此设计出排气和屏蔽布局。相关阅读: 自动焊接系统解决方案, 大型工件机器人焊接.

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