電弧增材制造（DED-Arc）技術(shù)利用金屬惰性氣體（MIG）或氣體金屬電弧焊（GMAW）工藝，為大型鈦合金構(gòu)件的制造提供了一種高效且經(jīng)濟(jì)的解決方案。然而，鈦合金DED-Arc工藝在實(shí)施過(guò)程中存在顯著的安全隱患，尤其是在惰性氣體保護(hù)、密閉空間操作及鈦煙塵處理等方面。本文旨在系統(tǒng)探討這些安全隱患及其相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制措施。
電弧增材工藝示意圖&標(biāo)準(zhǔn)金屬惰性氣體焊槍 來(lái)源：ORNL
一、安全隱患分析
鈦合金因其優(yōu)異的比強(qiáng)度及耐腐蝕性能，在航空航天、醫(yī)療器械等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。然而，鈦元素對(duì)氧具有極高的化學(xué)親和力，在高溫條件下易與氧氣發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致焊接區(qū)域氧化，進(jìn)而影響焊縫質(zhì)量。因此，DED-Arc工藝需采用惰性氣體（如氬氣）對(duì)焊接熔池進(jìn)行保護(hù)，以防止大氣中的氧氣污染。
電弧增材鈦合金樣件 來(lái)源：克蘭菲爾德&BAE
此外，鈦合金在焊接過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生微細(xì)的鈦煙塵顆粒。這些顆粒具有高度可燃性，在零件清理或設(shè)備拆卸過(guò)程中，若暴露于空氣中可能引發(fā)自燃甚至爆燃，造成嚴(yán)重的火災(zāi)隱患。
MIG鈦鍍層與煙灰副產(chǎn)品（左）&鈦煙灰爆燃（右）來(lái)源：ORNL
二、安全防護(hù)措施
1
惰性氣體保護(hù)系統(tǒng)的安全控制
持續(xù)氧氣監(jiān)測(cè)：在封閉空間內(nèi)外安裝氧氣傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氧氣含量。一旦氧氣水平低于安全閾值，立即觸發(fā)警報(bào)，以便工作人員及時(shí)采取措施。
通風(fēng)系統(tǒng)：配備主動(dòng)通風(fēng)系統(tǒng)，及時(shí)排出氬氣，維持安全的呼吸環(huán)境，有效降低缺氧風(fēng)險(xiǎn)。
密閉空間規(guī)程：惰性封閉空間符合受限空間的特征，必須執(zhí)行嚴(yán)格的進(jìn)入程序。包括進(jìn)入前的全面檢查、通風(fēng)系統(tǒng)的有效性驗(yàn)證，以及人員進(jìn)入后的持續(xù)監(jiān)測(cè)。同時(shí)，確保工作人員接受受限空間安全培訓(xùn)，并制定完善的救援預(yù)案。
惰性氣體外殼 來(lái)源：ORNL
2
鈦煙塵的風(fēng)險(xiǎn)控制
此外，針對(duì)DED-Arc過(guò)程中具有自燃風(fēng)險(xiǎn)的的鈦煙灰殘留物，可采取以下措施：
煙塵收集系統(tǒng)：采用干式閉環(huán)煙塵去除系統(tǒng)，能夠高效捕獲和收集鈦煙，最大程度減少其在封閉空間內(nèi)的積聚。采用干式閉環(huán)煙塵收集裝置，高效捕獲鈦煙塵顆粒，減少其在工作區(qū)域的積聚。
分步清潔程序：
· 第一步：在惰性氣體環(huán)境下，使用防爆工具（如黃銅刷）進(jìn)行初步清理，同時(shí)作業(yè)人員需佩戴全面罩呼吸器等個(gè)人防護(hù)裝備（PPE）。
第二步：在恢復(fù)大氣環(huán)境后，使用接地的防爆真空吸塵器進(jìn)行最終清理。
個(gè)人防護(hù)裝備：作業(yè)人員需配備完整的PPE，包括全面罩呼吸器、阻燃服及防護(hù)手套等。在手套箱等封閉操作環(huán)境中，仍需配備次級(jí)防護(hù)裝備以確保合理防護(hù)。
鈦煙塵特性分析：對(duì)收集的煙塵進(jìn)行粒度分布和可燃性分析，評(píng)估其燃燒及爆炸風(fēng)險(xiǎn)，為安全操作提供數(shù)據(jù)支持。
PPE裝備展示 來(lái)源：ORNL
3
通用焊接安全規(guī)范
除上述特殊風(fēng)險(xiǎn)外，鈦合金DED-Arc作業(yè)還需遵循標(biāo)準(zhǔn)焊接安全規(guī)程：
電氣安全：確保設(shè)備接地可靠，嚴(yán)格執(zhí)行停機(jī)/掛牌程序，并定期進(jìn)行設(shè)備維護(hù)，防止電氣事故。
弧光防護(hù)：作業(yè)人員需佩戴符合標(biāo)準(zhǔn)的眼部及面部防護(hù)裝備，并穿著阻燃服以抵御弧光輻射。
壓力系統(tǒng)安全：定期檢查氣瓶、調(diào)節(jié)器及軟管，確保壓力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，防止氣體泄漏。
機(jī)械安全：為機(jī)械臂設(shè)置合理的安全限位，并安裝碰撞檢測(cè)系統(tǒng)，避免機(jī)械碰撞事故。
煙塵控制：即使在惰性氣體保護(hù)環(huán)境下，也需確保通風(fēng)系統(tǒng)正常運(yùn)行，特別是在清理作業(yè)時(shí)，有效控制煙塵濃度，保護(hù)作業(yè)人員呼吸系統(tǒng)健康。
綜上所述，鈦合金DED-Arc工藝的安全管理需綜合考慮惰性氣體保護(hù)、鈦煙塵處理及通用焊接安全等多方面因素。通過(guò)實(shí)施全面的風(fēng)險(xiǎn)控制措施，包括實(shí)時(shí)環(huán)境監(jiān)測(cè)、高效通風(fēng)系統(tǒng)、分步清理程序及嚴(yán)格的個(gè)人防護(hù)，可有效降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，保障人員安全。這種系統(tǒng)化的安全管理模式不僅有助于提升生產(chǎn)效率，也為鈦合金DED-Arc技術(shù)的長(zhǎng)期發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
