چیزی که هنگام جوشکاری به شکل دود دیده می‌شود؛ فقط یک بخار ساده نیست. بخشی از آن را ذرات بسیار ریزی تشکیل می‌دهند، که اگر در محل کار پخش شوند؛ می‌توانند وارد محدوده تنفسی جوشکار شوند. کنترل این آلاینده‌ها با استفاده از سیستم تهویه جوشکاری و مکش هوا از محل تولید، یکی از مهم‌ترین بخش‌های تهویه کارگاه جوشکاری و برشکاری است.

فیوم جوشکاری چیست و چرا باید مکش شود؟

فیوم جوشکاری از ذرات بسیار ریزی تشکیل می‌شود، که هنگام ذوب و تبخیر فلز و سپس سرد شدن بخارات فلزی ایجاد می‌شوند. ترکیب این فیوم به نوع فلز، پوشش سطح، الکترود، سیم جوش و روش جوشکاری بستگی دارد.

ترکیب فیوم به فلز، پوشش سطح و مواد مصرفی بستگی دارد. برای نمونه، در بعضی عملیات جوشکاری ممکن است منگنز وارد فیوم شود و هنگام کار با فولاد زنگ نزن یا قطعات گالوانیزه نیز ترکیباتی مانند کروم یا اکسید روی اهمیت پیدا کنند. بنابراین در تهویه صنعتی در جوشکاری، شناخت آلاینده های احتمالی قبل از انتخاب فیلتر و تجهیزات مکش اهمیت دارد.

میزان فیوم در همه عملیات جوشکاری یکسان نیست. نوع فرایند، جنس قطعه، سیم یا الکترود، جریان و ولتاژ و حتی گاز محافظ می‌توانند روی مقدار آلاینده تاثیر بگذارند. به همین دلیل، دبی مکش باید با توجه به شرایط هر ایستگاه تعیین شود و نمی‌توان برای تمام کارگاه یک عدد ثابت در نظر گرفت.

در جوشکاری قوسی با الکترود مصرفی معمولا تولید فیوم بیشتر از TIG است؛ زیرا در TIG الکترود تنگستن مصرف نمی‌شود و فرایند با گاز محافظ انجام می‌شود. البته این موضوع به معنی بی خطر بودن TIG نیست و نوع فلز و مواد مصرفی همچنان باید بررسی شود.

حد مجاز مواجهه شغلی با فیوم جوشکاری

در ایران، حدود مجاز مواجهه شغلی برای عوامل زیان آور محیط کار باید بر اساس مقررات و جداول معتبر مورد استفاده در محل کار بررسی شود. بنابراین برای طراحی تهویه صنعتی در جوشکاری نباید یک عدد عمومی ‌را به عنوان حد مجاز تمام فیوم‌ها در نظر گرفت؛ هر آلاینده باید بر اساس ماده شیمیایی و حدود مجاز مربوط به خودش ارزیابی شود.

به همین دلیل، اگر جوشکاری روی فولاد زنگ نزن، قطعات گالوانیزه یا فلزات دارای پوشش انجام می‌شود، شناسایی آلاینده‌های احتمالی قبل از طراحی سیستم اهمیت زیادی دارد.

انتخاب بین مکش موضعی یا تهویه عمومی؟

در سیستم تهویه جوشکاری اصل مهم این است که آلاینده را تا حد امکان نزدیک محل تولید جمع کنیم. اگر فیوم ابتدا در کل سالن پخش شود و بعد با فن عمومی ‌تخلیه شود، کنترل آن سخت تر خواهد بود. در مکش موضعی، هدف این است که فیوم قبل از پخش شدن در سالن، همان نزدیکی محل جوش جمع شود.

هود بازویی را می‌توان نزدیک قوس قرار داد تا فیوم قبل از رسیدن به صورت و محدوده تنفسی جوشکار وارد سیستم مکش شود. در مقررات OSHA نیز برای مکش موضعی، نزدیک بودن هود متحرک به محل کار و توانایی سیستم برای جمع آوری فیوم در منبع مورد تاکید قرار گرفته است.

در کارهای ثابت و تکراری، میز مکش از پایین می‌تواند گزینه مناسبی باشد. این روش برای قطعاتی که روی سطح میز قرار می‌گیرند کاربرد دارد و فیوم را از محدوده کار به سمت پایین می‌کشد.

مکش روی تورچ هم در بعضی فرایندها کاربرد دارد. مزیت آن این است که مکش دقیقا نزدیک منبع تولید فیوم قرار می‌گیرد، اما وزن و طراحی تورچ و شیلنگ مکش باید با نوع کار سازگار باشد.

تهویه عمومی ‌سالن نقش دیگری دارد. این سیستم می‌تواند هوای آلوده باقی مانده را رقیق و تخلیه کند، اما معمولا جایگزین مکش موضعی مناسب در منبع تولید نیست.

در استانداردهای ایمنی نیز برای کنترل فیوم، هم تهویه عمومی ‌و هم مکش موضعی به عنوان روش‌های تهویه مطرح شده اند، اما مکش موضعی آلاینده را در همان محل تولید جمع می‌کند.

بر اساس راهنمای Health and Safety Executive (HSE) بریتانیا، کنترل فیوم جوشکاری بهتر است از همان محل تولید شروع شود. در این راهنما، کاهش تولید فیوم، استفاده از فرایند یا مواد کم خطرتر و سپس استفاده از مکش موضعی به عنوان بخشی از رویکرد کنترل مواجهه مطرح شده است.

HSE همچنین تاکید می‌کند، که عملکرد سیستم فقط با روشن بودن فن مشخص نمی‌شود و باید بررسی شود که آیا مکش واقعا می‌تواند فیوم را در شرایط واقعی کار جمع آوری کند یا خیر.

در برشکاری پلاسما و لیزر هم شرایط کمی ‌متفاوت است. در این فرایندها علاوه بر فیوم فلزی، حرارت و محصولات حاصل از برش نیز باید کنترل شوند. به همین دلیل میز مکش یا سیستم محصورکننده ممکن است نسبت به یک بازوی مکش ساده عملکرد بهتری داشته باشد.

محاسبات طراحی سیستم تهویه جوشکاری

برای انتخاب فن نمی‌توان فقط به عدد CFM نگاه کرد. ابتدا باید مشخص شود هر هود چه مقدار هوا نیاز دارد، این هوا با چه سرعتی در کانال حرکت می‌کند و کل مسیر چه مقدار افت فشار ایجاد می‌کند. این سه مورد در انتخاب فن به هم وابسته اند.

سرعت گیرش و فاصله هود از قوس

منظور از Capture Velocity سرعت هوایی است که باعث می‌شود فیوم از محدوده تولید به سمت هود حرکت کند. فاصله هود از قوس در اینجا اهمیت زیادی دارد؛ با افزایش فاصله، کنترل جریان آلوده سخت تر می‌شود و ممکن است برای رسیدن به مکش مناسب به دبی بیشتری نیاز باشد.

برای نمونه، در الزامات OSHA برای بعضی هودهای متحرک، حداقل سرعت و دبی مشخصی متناسب با فاصله هود از محل جوش در نظر گرفته شده است.

نکته مهم این است که با افزایش فاصله هود از قوس، برای حفظ عملکرد مکش ممکن است به دبی بیشتری نیاز باشد. در نتیجه، قبل از افزایش دبی فن بهتر است موقعیت هود بررسی شود. در بسیاری از موارد، نزدیک تر کردن هود به محل تولید فیوم می‌تواند موثرتر از افزایش صرف قدرت مکش باشد.

محاسبه دبی هر ایستگاه

برای یک ایستگاه جوشکاری، دبی را می‌توان با توجه به مشخصات هود و سرعت مورد نیاز در دهانه یا ناحیه گیرش محاسبه کرد. در ساده ترین حالت:

Q = V × A

در این رابطه، Q دبی هوا، V سرعت هوا و A سطح مقطع موثر دهانه هود است.

البته در یک پروژه واقعی، عدد به دست آمده از این فرمول به تنهایی برای انتخاب فن کافی نیست. شکل هود، فاصله آن از قوس، موانع اطراف و جریان های مزاحم هوا می‌توانند روی عملکرد مکش تاثیر بگذارند. به همین دلیل، محاسبات باید در کنار شرایط واقعی محل نصب بررسی شوند.

سرعت انتقال و افت فشار کانال

پس از تعیین دبی، باید سرعت هوا در کانال هم بررسی شود. سرعت خیلی پایین می‌تواند باعث ته نشینی ذرات در برخی سیستم‌ها شود و سرعت بیش از حد نیز افت فشار، صدا و مصرف انرژی را افزایش می‌دهد.

افت فشار فقط مربوط به طول کانال نیست. زانوها، سه راهی‌ها، دمپرها، فیلتر، هود و تغییرات قطر کانال همگی مقاومت ایجاد می‌کنند. در نتیجه فن باید در نقطه کاری واقعی خود بتواند؛ دبی مورد نیاز در برابر مجموع افت فشار سیستم را تامین کند. انتخاب فن فقط بر اساس عدد CFM، بدون بررسی فشار استاتیک، یکی از اشتباهات رایج در سیستم های تهویه جوشکاری است.

انتخاب فیلتر و ایمنی آتش در سیستم مکش فیوم

پس از جمع آوری فیوم، نوبت به جداسازی ذرات از جریان هوا می‌رسد. انتخاب فیلتر باید بر اساس نوع آلاینده، مقدار فیوم، دبی، شرایط کاری و الزامات ایمنی انجام شود.

در سیستم تهویه در فیوم های جوشکاری، فیلتر باید با نوع و اندازه ذرات، حجم هوای عبوری و شرایط فرایند سازگار باشد. برای مثال، شرایط یک ایستگاه جوشکاری سبک با یک خط تولید چند ایستگاهی یکسان نیست و نمی‌توان بدون بررسی مشخصات پروژه، یک نوع فیلتر را برای همه آنها مناسب دانست.

در بسیاری از سیستم های جمع آوری فیوم فلزی از فیلترهای کارتریجی همراه با سیستم تمیزکاری پالس جت استفاده می‌شود. این فیلترها سطح فیلتراسیون زیادی را در فضای نسبتاً فشرده فراهم می‌کنند و پالس هوا می‌تواند؛ بخشی از ذرات جمع شده را از سطح فیلتر جدا کند. انتخاب نهایی فیلتر باید با توجه به نوع و مقدار آلاینده، دبی هوا و شرایط کار انجام شود.

فیلتر کیسه‌ای هم در سیستم‌های صنعتی کاربرد دارد؛ اما انتخاب بین Bag Filter و Cartridge Filter نباید صرفا بر اساس قیمت انجام شود. جنس مدیا، دمای هوا، مقدار گردوغبار، رطوبت و شرایط جرقه باید در نظر گرفته شود.

یکی از نکات مهم در سیستم تهویه در فیوم های جوشکاری، خطر ورود جرقه یا ذرات داغ به داخل فیلتر است. در فرایندهای گرم، جرقه گیر یا Spark Arrestor می‌تواند؛ قبل از رسیدن ذرات داغ به بخش فیلتراسیون مورد استفاده قرار گیرد. البته انتخاب و جانمایی آن باید با ارزیابی خطر آتش و مشخصات سازنده تجهیزات انجام شود.

در مورد برگرداندن هوای فیلترشده به کارگاه نیز نباید فقط به تمیز به نظر رسیدن هوا اکتفا کرد. در الزامات OSHA آمده است که هوای آلوده تخلیه شده، نباید دوباره از مسیر ورودی هوای تازه وارد محیط شود و هوای جایگزین نیز باید تمیز و قابل تنفس باشد.

بنابراین در آلاینده‌های خطرناک، تصمیم درباره Recirculation باید بر اساس ارزیابی آلاینده، عملکرد واقعی فیلتر، کنترل‌های ایمنی و الزامات محل انجام شود.

اشتباهات رایج در اجرای تهویه کارگاه جوشکاری

خیلی از ایرادهای تهویه در محیط‌ های جوشکاری بعد از نصب سیستم خودشان را نشان می‌دهند؛ برای مثال ممکن است مکش یک هود ضعیف باشد، دبی بین انشعاب ها درست تقسیم نشود یا فیلتر زودتر از انتظار پر شود.

بعضی از این مشکلات به طراحی اولیه برمی‌گردند و بعضی دیگر نتیجه نگهداری نامناسب یا تغییر شرایط کارگاه هستند. مهم ترین خطاهایی که باید بررسی شوند عبارتند از:

• انتخاب فن فقط بر اساس دبی و نادیده گرفتن فشار استاتیک.
• قرار دادن هود در فاصله زیاد از قوس.
• کوچک گرفتن قطر یا سطح مقطع کانال.
• استفاده از زانوهای زیاد و مسیرهای غیرضروری.
• طراحی نامناسب انشعاب‌ها و تقسیم نادرست دبی بین ایستگاه‌ها.
• بی توجهی به هوای جبرانی مورد نیاز سالن.
• قرار دادن خروجی هوای آلوده نزدیک ورودی هوای تازه.
• استفاده از فیلتر نامناسب برای نوع و مقدار فیوم.
• نادیده گرفتن خطر جرقه و ذرات داغ در مسیر مکش.
• نداشتن برنامه منظم برای بررسی فیلتر، فن و کانال.

در سیستم های تهویه جوشکاری، پر شدن تدریجی فیلتر می‌تواند مقاومت مسیر هوا را افزایش دهد و باعث کاهش مکش شود. یکی از نشانه های این وضعیت، بالا رفتن اختلاف فشار روی فیلتر است. برای جلوگیری از افت عملکرد، فیلتر، فن، کانال و اتصالات باید طبق برنامه مشخص بررسی و سرویس شوند.

برای نگهداری، وضعیت فیلتر و افت فشار باید طبق برنامه مشخص بررسی شود. فن نیز از نظر لرزش، صدا، وضعیت تسمه یا کوپلینگ و عملکرد موتور باید کنترل شود. کانال‌ها و اتصالات هم باید از نظر نشتی و تجمع احتمالی ذرات بررسی شوند.

در سیستم های تهویه جوشکاری، هوای جبرانی را هم نباید فراموش کرد. اگر مقدار زیادی هوا از سالن مکیده شود اما هوای تازه جایگزین آن نشود، فشار منفی ایجاد می‌شود و ممکن است مکش واقعی هودها کاهش پیدا کند.

در کارگاه‌های بزرگ، فقط مکش فیوم از ایستگاه های جوشکاری مطرح نیست و جریان کلی هوا در سالن نیز باید بررسی شود. برای مثال، هنگام طراحی سیستم تهویه سوله صنعتی باید محل ورود هوای تازه، مسیر حرکت هوا و محل خروج هوای آلوده در کنار مکش موضعی ایستگاه های کاری در نظر گرفته شود. تهویه عمومی‌ می‌تواند مکمل مکش موضعی باشد، اما جای آن را در محل تولید فیوم نمی‌گیرد.

یک نکته مهم درباره تهویه کارگاه جوشکاری و برشکاری

تهویه نباید به این شکل طراحی شود که هوا از کنار صورت جوشکار عبور کند و سپس به سمت هود برود؛ چون در این حالت ممکن است آلاینده از محدوده تنفسی کارگر عبور کند. هدف تهویه کارگاه جوشکاری و برشکاری این است که جریان هوا تا حد امکان آلاینده را از همان منبع به سمت سیستم مکش هدایت کند.

در بعضی پروژه ها علاوه بر بازوی مکش، استفاده از هود صنعتی مناسب تر است؛ مخصوصا زمانی که منبع تولید آلاینده بزرگ، ثابت یا همراه با حرارت قابل توجه باشد. شکل هود باید با فرایند و نحوه قرارگیری قطعه هماهنگ باشد و نمی‌توان یک مدل را برای همه عملیات جوشکاری و برشکاری مناسب دانست.

برای بررسی طراحی و اجرای تخصصی سیستم تهویه جوشکاری نیز می‌توان از خدمات مجموعه‌هایی مانند تهویه سازان صنعت کار کمک گرفت؛ به‌خصوص زمانی که چند ایستگاه، کانال کشی مشترک و سیستم فیلتراسیون مرکزی در پروژه وجود دارد.

چه زمانی سیستم تهویه جوشکاری عملکرد مناسبی دارد؟

یک سیستم مناسب فقط زمانی موفق نیست که فن روشن باشد. باید مشخص شود آیا فیوم واقعا در محل تولید جمع می‌شود یا خیر. برای بررسی عملکرد، ابتدا مکش هر هود و وضعیت فیلتر را کنترل کنید.

سپس در شرایط واقعی کار، مسیر حرکت دود را بررسی کنید. اگر فیوم قبل از ورود به هود در اطراف صورت جوشکار پخش می‌شود، صرفا افزایش دور فن راه حل مطمئنی نیست و باید موقعیت هود، جهت جریان و هوای جبرانی بررسی شود.

استانداردهای ایمنی نیز بر این موضوع تأکید دارند که سیستم مکش موضعی باید ظرفیت و آرایش مناسبی برای جمع آوری فیوم در محل تولید داشته باشد.

مقایسه روش‌های تهویه

روش	مزیت	عیب
بازوی مکش	نزدیک شدن به منبع و کنترل مناسب فیوم	نیاز به جابه‌جایی صحیح هود
میز مکش	مناسب کارهای ثابت و قطعات روی میز	محدودیت برای قطعات بزرگ
مکش روی تورچ	جمع آوری نزدیک قوس	نیازمند تجهیزات و تورچ مناسب
تهویه عمومی	ساده تر برای کنترل هوای کلی سالن	جایگزین مناسبی برای مکش منبع نیست
سیستم مرکزی با فیلتر	مناسب چند ایستگاه و کارگاه بزرگ	طراحی، کانال کشی و نگهداری پیچیده تر

سخن پایانی درباره تهویه صنعتی در جوشکاری

در یک سیستم تهویه جوشکاری خوب، فقط قدرت فن تعیین کننده نیست. محل قرارگیری هود، دبی و فشار مورد نیاز، مسیر کانال، نوع فیلتر و هوای جبرانی همگی روی عملکرد سیستم تاثیر دارند.

در نهایت، هدف از تهویه فیوم های جوشکاری این است که آلاینده تا حد امکان در محل تولید کنترل شود و وارد محدوده تنفسی جوشکار نشود.