用于气体或烟、尤其是焊接烟的具有氧化装置的抽吸装置,焊接设备及相关方法

专利名称：用于气体或烟、尤其是焊接烟的具有氧化装置的抽吸装置,焊接设备及相关方法
用于气体或烟、尤其是焊接烟的具有氧化装置的抽吸装置，
焊接设备及相关方法本发明涉及一种抽吸装置，其具有用于抽吸包含金属颗粒的烟或尘的抽吸管。此外，本发明还涉及一种具有这种抽吸装置的焊接设备以及用于处理焊接烟或焊接尘的相应方法。在焊接某些金属材料时，释放出可燃金属颗粒构成的细尘或烟。尤其是在处理锆时所释放的焊接烟极其可燃并且易爆。降低燃烧或爆炸危险的一种可能是在封闭的焊接室内执行焊接过程。尽管如此，在焊接烟的干燥状态中以及在不正确的操作情况下还存在爆炸危险。根据目前的现有技术，在焊接时在焊接室内形成的包含可燃颗粒的烟或尘因此借助抽吸装置引导到蓄水设备中并且在那里部分被结合。然而，蓄水设备通常不能完全结合烟或尘，使得需要使用连接在蓄水设备之后的余尘过滤器，易燃材料进一步地积聚在该余尘过滤器中。通过将所吸取的空气氧引入到吸取段中或余尘过滤器中，始终存在潜在危险，其只能通过比较费事地处理在湿润或潮湿状态中的焊接烟而略微可靠地进行控制。因此，本发明基于的任务是提出一种方法和一种相关的装置，其在保持较小的装置和运行开销的情况下实现可靠地处理可燃的焊接烟。根据本发明，与装置有关的任务通过如下方式来解决设置有至少一个作用于在抽吸管中引导的烟或尘的氧化装置，该氧化装置选自微波辐射生成器、激光器尤其是二极管激光器或YAG激光器、加热灯或卤素灯、加热螺旋体、电感线圈、气火焰。本发明基于如下设计可燃的焊接烟对环境的危害可以通过使可燃颗粒尽可能早地并且尽可能完全地、受控地氧化来避免，由此使可燃颗粒不可燃。在此，应优选避免颗粒与明焰接触以及与热表面接触，以避免点燃，并且不通过氧化装置本身产生危险源。更确切地说，为了引入能量现在有利地设置了无接触的作用原理通过优选在前面尽可能远地定位在吸取段的起始区域中的氧化设备，将流经的金属颗粒尽可能早地加热到其氧化温度。由于颗粒的加热，在表面上出现与周围的空气氧(或与其他氧化剂)增多的但受控的氧化。如在根据模型粗略计算的范围中已证实的那样，焊接烟点燃的危险在该方案中在合适地控制或调节工作参数的情况下明显较低。能量引入焊接颗粒在此可以在其流动路径的比较短的路径内在抽吸管中无接触并且以比较高的效率来进行。根据所监控的并且可调节的参数例如抽吸管中的质量流密度或体积流密度、流动速度和/或在焊接烟中的空气或氧气比例，能够实现精确、可靠且特别符合需求地对能量弓I入定计量并且由此也对氧化率定计量。术语“抽吸管”在此不能限制性地在刚性管的意义下予以解释。更确切地说，例如也可以使用柔性的软管等等。氧化装置可以以不同的方式实施。尤其是可以使用磁控管(用于产生微波辐射) 或激光器譬如二极管激光器或者YAG激光器。可替选地或附加地，可以使用灯譬如卤素灯或者红外灯，以及加热螺旋体、电感线圈或气火焰。不同的实施或多种类似构建的部件也可以并联地和/或相继连接地工作。氧化装置有利地在结构上设置在抽吸管的区域中。氧化装置根据构型例如可以集成到抽吸管中，可以设置在抽吸管旁并且必要时通过通道与该抽吸管的内部区域连接，或可以围绕抽吸管地设置。有利地，氧化装置包括电磁辐射的生成器。优选的辐射形式在此是微波辐射。由于波长范围在大约Im和Imm之间，该辐射适于介电加热或者适于激发分子或者带电粒子的双极或多极振荡。微波辐射的发生器在此优选被使用为使得尽可能大的空间范围尽可能均勻地被微波辐射穿过。为此，抽吸管可以构建为微波频率范围中的谐振波导。对此可替选地或与其组合地，激光辐射可以用于加热颗粒，该激光辐射由至少一个激光器尤其是二极管激光器或YAG激光器产生。使用钕掺杂的YAG晶体作为活性介质的 Nd:YAG激光器产生波长为1064nm的红外范围中的辐射。二极管激光器由于其紧凑结构而特别适于作为氧化装置。在有利的扩展方案中，颗粒的加热也可以通过具有合适设计的辐射功率的卤素灯等等来实现。氧化装置的另一有利的实施形式包括电加热螺旋体(电阻加热)。流经加热螺旋体的电流导致加热螺旋体的加热，并且因此引起在抽吸管中的颗粒流或气体流的加热。加热螺旋体可以围绕抽吸管盘绕。该加热螺旋体也可以插入到抽吸管中。如果加热螺旋体围绕抽吸管，则该加热螺旋体优选由如下材料构成该材料将由加热螺旋体发出的热尽可能无损耗地弓丨导到抽吸管的内部空间中。优选地，可施加以交变电流的电感线圈用作氧化装置。通过可简单地实现的参数 (电流强度、电压和流经电感线圈的交变电流的频率)的变化，可以将氧化所需的能量传递到颗粒上。为了在焊接烟颗粒中的涡流感应的特别高的效率，电感线圈有利地具有多个绕着抽吸管盘绕的线匝。可替选地，电感线圈在相应的管区段中也可以本身形成管壁。与仅利用在边缘上或者在线圈绕组外的散射场的布置不同，因此实际上在线圈内部中的整个电磁场对于能量传递是有效的，其中在该线圈内部中可达到的场强最大。如果电感线圈围绕抽吸管，则抽吸管有利地由如下材料制成该材料尽可能少地屏蔽或者减弱感应场，例如由塑料构成。为了加热颗粒，在氧化装置的有利的扩展方案中，替代或者附加于已经提及的方案，可以使用气火焰。气火焰在此在如下强度和温度范围中工作在该强度和温度范围中保证了颗粒的加热和后续的氧化，并且同时避免了颗粒流的爆炸性或不受控的点燃。在所吸取的焊接烟中存在的氧气成分可能已经足以让颗粒在抽吸管中进行所希望的氧化。然而有利地，焊接过程在相对于周围环境在很大程度上封闭的焊接室内进行，尤其是在具有降低的氧气成分或甚至不存在氧气成分的惰性气体气氛中进行，使得在任何情况下在焊接室内使爆炸和燃烧危险最小化。在该情况下会是必要的或至少有利的是，通过抽吸管从焊接室吸取的焊接烟或尘在到达氧化装置之前有目的地添加氧化剂、尤其是含氧的环境空气。为此，抽吸管有利地具有一个或多个进气孔或进气缝，其在烟或尘的流动方向上看设置在氧化装置之前，使得在运行时由于吸气作用而符合需求地一同吸取对于所希望的氧化反应适量的环境空气，并且在达到加热和氧化区之前与焊接烟混合。在具有焊接室和抽吸装置的焊接设备方面，上面提及的任务通过抽吸装置的抽吸管连接到焊接室的方式来解决。在方法方面，所提及的任务通过如下方式来解决包含金属颗粒的烟或尘被吸取到抽吸管中，并且在该抽吸管中通过能量输入来加热并且在此受控地氧化。有利地，烟或尘在此作为连续的气流通过抽吸管中的加热和氧化区。借助本发明实现的优点尤其是在于通过优选无接触的加热引起可燃的烟或尘颗粒的受控的完全氧化，其使颗粒对于进一步的处理(至少在燃烧或爆炸危险方面)不危险。 装置上的必要条件较少，对于所需的技术部件的位置需求同样非常低。可以省去对烟或尘的费事的湿处理。同样并不产生附加的处理时间。完全氧化的尘的收集将处理这些废物时的危险降低到绝对最小值。该系统易于维护。仅仅比较少地需要清洗抽吸设备或者过滤设备，这将与其相联系的机器停工期保持较短。从事该处理过程的工作人员或机器操作者暴露于比目前更小的潜在危险。所描绘的方案优选地使用在焊接烟的处理中，但并不限于此。另一应用领域例如可以是金属工件的机械加工(钻孔、旋转铣削、锯割、研磨等等)。燃烧危险的降低也不必一定是兴趣的重点。更确切地说，也可能出于其他技术目的而以所描述的方式进行无接触并且必要时无火焰地加热烟颗粒等等。主要的前提条件因此仅仅是可在载体气流中输送的颗粒的释放或存在，其一般而言对于根据本发明所使用的作用原理是可达到的，通常即基于金属或具有金属成分的颗粒。借助附图更为详细地阐述了本发明的实施例。其中分别在极其示意性的视图中示出

图1示出了具有用于焊接烟的抽吸装置和作为氧化装置的电感线圈的焊接设备， 以及图2示出了具有用于焊接烟的抽吸装置和替选的氧化装置例如微波辐射生成器的焊接设备。图1中示出的焊接设备2包括未详细示出的焊接装置4/焊接机器人，其设置在焊接室8的内部空间6中。在那里，由锆或锆合金构成的或包含这些材料作为主要组成部分的工件彼此焊接(例如在制造核能技术领域中的燃料棒包络管的情况下)。焊接过程在相对于环境气密封闭的焊接室8的内部空间6中在至少部分惰性化的、缺氧的气氛下进行，该气氛通过这里未示出的供给系统来提供。在焊接工件时，在焊接气体气氛中存在非常细小的锆颗粒或其他颗粒构成的有损健康的并且在与氧气接触时容易可燃的尘(所谓的焊接烟)。在该设备运行时，焊接烟不间断并且连续地从焊接室8抽吸出。为此，设置有带有抽吸管12的抽吸装置10。例如也可以实现为柔性软管的抽吸管12用其第一端部14连接到焊接室8上。可替选地，活塞也可以设置在未完全通过焊接室与周围环境屏蔽的焊接区上。抽吸管12的背离焊接室8的第二端部16连接到这里仅仅示意性示出的真空抽吸器18或者真空泵或抽吸通风机(例如以径向密封器的方式)。在焊接烟的流动方向20上看，在真空泵之前或在抽吸通风机之前存在这里同样仅仅示意性表示的气体可透过的过滤单元22或集尘袋等等，在其中被吸取的固体颗粒(与孔大小或过滤材料的类型有关)被抓住并且聚集。抽吸装置10针对在处理焊接烟或其在过滤单元22中的固体剩余物时特别低的燃烧危险和爆炸危险来设计。针对此目的，在抽吸管12中的加热和氧化区M内设置有目的并且受控地将焊接烟中存在的含锆的颗粒氧化。也就是说在那里设置电感线圈沈，其具有多个围绕抽吸管12盘绕的线环或线匝观。所有线匝观一起形成线圈绕组30。电感线圈 26的对称轴与抽吸管12的中轴31重合。电感线圈沈在电流回路32中与交流电源34连接，使得在电流回路32闭合时在线圈绕组30内产生随时间变化的优选周期性的交变电磁场，该交变电磁场穿过抽吸管12的内部空间。在线圈绕组30的起始区和终端区中，感生的电场和磁场在空间上较为不均勻。在含锆的颗粒流经抽吸管12中的加热区或氧化区M时，在其中触发电涡流，该电涡流导致颗粒的加热。由此，促使与体积流中存在的空气氧的强烈反应(例如氧化)。在合适地调整工作温度的情况下，氧化非常有效地在短的路径内并且仍然非常受控地以低的燃烧危险或者爆炸危险来进行，使得在过滤器装置22中仅仅积聚相对无害的并且可良好处理的、完全被氧化的颗粒。为了积聚所吸取的带有氧气的焊接烟，抽吸管12在流动方向20上看在电感线圈 26之前具有多个进气孔36，其例如如这里在该实施例中那样可以具有在两个彼此对置的管区段和管片段之间的环状缝的构型。当然也可以是其他入口几何形状。尤其是通过引导流动的几何形状、压力比和通过(必要时可调节的)真空抽吸器 18的抽吸功率确定的主要工作参数是含有颗粒的焊接烟在加热和氧化区M内的流动速度以及体积流密度或质量流密度。此外，在体积流中的氧气比例对氧化率有显著影响。例如根据可通过合适的传感器监控的前述量，可良好控制并且可按需调节电流强度、电压和施加于电感线圈26的交变电流的频率。可替选地或附加地，在预先给定的或已知的电特征量的情况下也可能的是，以可变化方式例如通过在进气孔36中的可调整的节流阀等等来控制空气输送或氧气输送。图2中所示的抽吸装置10与图1所示的实施形式的不同仅在于氧化装置60的构造。该氧化装置在此例如通过微波辐射生成器40来提供，其包含磁控管。在磁控管中生成的微波辐射从微波辐射生成器40通过通道44引导到抽吸管12中。在微波辐射生成器44 与抽吸管12之间的通道44例如可以通过波导实现。在加热和氧化区M中由微波辐射加热在流动方向20上流动的颗粒，于是在其表面上执行氧化。加热和氧化区在该实施中恰好对应于抽吸管12的被微波穿过的区域。抽吸管12在该情况中也可以理解为空心体，其内表面(部分)反射微波辐射。为了实现被微波辐射穿过的尽可能大的且均勻的空间区域， 抽吸管12可以在加热和氧化区M中通过反射微波辐射的部件来补充。抽吸管也可以在加热和氧化区M的范围中在其形状和/或其材料特性方面与其在流动方向20上在该区之前或之后的构造不同。微波辐射生成器40也可以在结构上集成到抽吸管12中。在可替选的实施中，图2中示意性示出的氧化装置60可以包括激光器，尤其是二极管激光器或YAG激光器、卤素灯、电加热螺旋体或气火焰，其作用于抽吸管12中流动的烟并且实现该烟的加热和受控的氧化。所述的能量源或热源中的多个的组合是可能的。为了提高氧化效率，抽吸管12在氧化装置60的区域中可以具有所谓的集尘箱形式的类似迷宫的结构，为此例如在管路中可以设置相应的分离板和/或引导板和/或偏转件。尘或烟的流动方向应(至少在氧化装置60的直接作用区域中)优选垂直地、尤其是从下向上地对准。附图标记表2焊接设备4焊接装置
6内部空间
8焊接室
10抽吸装置
12抽吸管
14第一端部
16第二端部
18真空抽吸器
20流动方向
22过滤单元
24加热和氧化区
26电感线圈
28线绕组
30线圈绕组
31中轴或对称轴
32电流回路
34交流电源
36进气孔
40微波辐射生成器
44通道
60氧化装置
权利要求
1.一种抽吸装置(10)，具有用于抽吸包含金属颗粒的烟或尘的抽吸管(12)，其中设置有至少一个作用于抽吸管(12)中流动的烟或尘的氧化装置(60)，所述氧化装置选自微波辐射生成器、激光器、尤其是二极管激光器或YAG激光器、加热灯或商素灯、加热螺旋体、电感线圈( )、气火焰。
2.根据权利要求1所述的抽吸装置(10)，其中作为氧化装置(60)设置有能够施加以交变电流的电感线圈(26)，借助所述电感线圈能够在抽吸管(12)内生成交变电磁场，其中所述电感线圈06)具有多个围绕所述抽吸管(12)盘绕的线匝08)。
3.根据权利要求1或2所述的抽吸装置(10)，其中抽吸管(12)具有一个或多个进气孔(36)，所述进气孔在烟或尘的流动方向00)上看设置在氧化装置(60)之前。
4.一种焊接设备O)，具有焊接室(8)和根据权利要求1至3之一所述的抽吸装置 (10)，所述抽吸装置的抽吸管(12)连接到焊接室(8)上。
5.一种用于处理包含金属颗粒的烟或尘的方法，其中将烟或尘吸取到抽吸管(12)中， 并且在所述抽吸管(12)中通过能量输送来加热并且由此氧化所述烟或尘。
6.根据权利要求5所述的方法，其中能量通过至少一个氧化装置(60)来输送，所述氧化装置选自微波辐射生成器、激光器、尤其是二极管激光器或YAG激光器、加热灯或卤素灯、加热螺旋体、电感线圈(26)、气火焰。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其中烟或尘作为连续的气流通过抽吸管(12)中的加热和氧化区04)。
8.根据权利要求5至7之一所述的方法，其中烟或尘在加热之前添加包含氧化剂的气体或气体混合物，尤其是添加环境空气。
9.根据权利要求5至8之一所述的方法，其中待处理的烟或尘作为在焊接含金属的材料、尤其是焊接基于锆的材料时的焊接烟被释放。
全文摘要
本申请涉及一种抽吸装置(10)，其具有用于抽吸包含金属颗粒的烟、尤其是焊接烟的抽吸管(12)，该抽吸装置在保持低的装置和运行开销的情况下应能够实现可靠的烟处理。为此根据本发明设置有氧化装置(60)。在运行时流经氧化装置(60)的颗粒通过能量输送被加热并且由此被氧化。
文档编号B23K9/32GK102348526SQ201080011150
公开日2012年2月8日 申请日期2010年3月2日 优先权日2009年3月10日
发明者伯恩特·布罗克, 托马斯·舒伯特, 米夏埃尔·盖斯勒, 马库斯·明特 申请人:先进核能燃料有限公司