黄建明实战案例专栏 | 【案例46】小小常识 –什么是烟囱效应

文章来源:微信公众号:航空无损检测
46 什么是烟囱效应

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当钢管有高低时再加上焊接产生的热力,冷热温差大形成强劲的从下向上的气流,根部焊接时电弧被强劲的气流冲激下,肯定会造成气孔和虫状气孔。

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实战案例专栏 /   案例46

1989年我有个客户在香港尖沙咀一个码头,承包一项钢管桩焊接工程,将每根管长12M直径800MM厚度15.8MM的钢管对接焊缝,根据需要可连接4根至6根不等长度,然后用打桩机打入海底的作为码头的永久性地基。


钢管的焊缝很简单开V型坡口根部在背面加垫板用手工电弧焊,最初的几批我们用γ射线拍片时焊缝质量很好,可是后来却老是在焊缝根部出现大量虫状气孔造成不合格,多次返修拖延了工期,一直没办法解决,老板急忙打电话来叫我到现场帮他查找原因。


到达现场后向负责焊接的工人了解情况,问他以前那批焊得漂亮的焊缝和现在老是出现虫孔的焊缝是谁焊的?


他告诉我全部都是他焊的。


问他知道是什么原因吗?他说不知道。


这位焊接与我认识多年的焊工,他的焊接水准在香港工程界是响当当大师傅他怎么却焊不好?我都觉得纳闷。


详细查问下我们知道管材料、焊材、焊接方法、钢管尺寸、坡口型式、焊工等等都没有改变,为什么现在就焊不好呢?


大家都感到不可思议!


在现场度步思考慢慢离开焊接的位置,再回头从远处看过去,我突然看到问题了,原来码头现场环境随着工程的进展,场地越来越狭窄无法让钢管像最初那样横向平放焊接,而是一端靠地面另一端向天高高翘起,接得越长翘得越高,这不就是「烟囱效应」吗?


我们学过物理的都知道「烟囱效应」就是在有温差的情况下,冷热空气就自然地在管中形成空气对流,垂直向天的烟囱效果最明显,所以人们用它来形容这一自然现场叫「烟囱效应」。


钢管有高低时再加上焊接产生的热力,冷热温差大形成强劲的从下向上的气流,根部焊接时电弧被强劲的气流冲激下,肯定会造成气孔和虫状气孔。


横向平放时为什么没有「烟囱效应」呢?


因为平放时两端大气压一样,是无法形成空气对流的。


(图 1 现场查原因)


很高兴地走回到焊接位置告诉老板和焊工,我找到原因了,是「风水」问题,是因为钢管翘起来焊接时产生的「烟囱效应」造成的虫状气孔。


怎么解决呢?


当时现场正下着小雨我打伞老板穿着雨衣,我又找不到用来封闭管口的材料,就叫老板脱下雨衣给我,他半信半疑看着我说:“你说真的吗?”


我看他好像不相信我似的,我就把我自己的雨伞往后一丢大声说:“当然是真的啦!”


他看到我把雨伞丢掉站着淋雨很严肃地盯住他,他乖乖地把雨衣脱下来交给我,我拿着雨衣走到管下端用雨衣把管口完全封闭起来了,然后再叫焊工试下焊接,焊工一焊就很明显地感觉到电弧稳定了,我也拿起焊接眼镜看电弧产生的熔池很清晰稳定,我告诉老板问题解决,并且提醒他和焊工们以后在焊接管道时记住一定封闭下端,千万不要让它形成「烟囱效应」。


了我这个方法后焊缝再也没有出现虫状气孔了,最后工程得到顺利地完成。

 

在焊接的过程中我们经常会遇到这种问题,特别是造船、钻井平台以现场安装的钢结构时,由于结构的组合无论是圆形还是方形,只要形成空腔上下空气对流,再加上焊接时产生的热量,就更加明显产生强劲的「风动效应」。


所以经常要注意挡风


「风动效应」也可以很好利用的,我在荷兰看见他们用塑胶布做成蒙古包式的罩子将整座钢构件来进行焊接,在蒙古包下方留下间隙,而在靠顶部用小刀切割一个个方形可向上掀起的小窗帘,形成从下向上一个自然的排烟通道,烟雾大的时候就全掀起,烟雾小时就少掀起或者少掀开几个小窗帘。


即简单又便宜的好方法,全自然完全不用任何电力。


厂房的排烟系统也可以这样做,在厂房的最下层接近地面的位置开透气窗口,在接近顶部的位置也开透气窗口,让它形成自然的「烟囱效应」。


(图 2 吊起的钢管桩)


有个客户他在建第一批厂房时,我看到他是用一个圆球式自动旋转的排烟器准备装上厂房顶尖位置,每隔20米一个就像印度人的包头。


这种球形的排烟器也是利用冷热空气对流自动旋转达到抽气排烟雾效果,这在电子厂小型机加工厂是可以的,但是对大量焊接的厂房是不够的了。


我当时建议他更改设计改用我的方法,可是他说我的厂房是建筑设计院设计的,你又不是做厂房设计的我怎么相信你呢?


不听我的建议还不说,为了防止工人偷窃特别设计厂房下面用厚厚的密不透风混凝土墙完全封闭。


结果工厂开工后马上看到问题了,整个车间烟雾迷漫无法排出,他又在厂房顶端加了好几个强力抽风机,风机的噪音吵得没有办法说话,却仍然是抽不动烟雾


在这样的环境下工作所有的工人都是非常辛苦的,连他自己都无法忍受。


他想起我的建议把我找去帮他解决问题,我去后首先要求把靠近厂房两侧地面位置的砖墙开一排排窗口,并且在这些窗口中加上木栏栅倾斜向下,这样即透气也可以防止工人偷窃事件


厂房靠企立位的最上开一排窗口,同样装上木栏栅,这就形成冷热空气对流,借助大自然的力量达到排烟雾效果,完全不用电力即安静又舒适还不花钱,老板可高兴了。


生意好了赚到钱又扩充新建厂房,这次就聪明多了要求设计院按我的建议做成上下能自然对流厂房设计,设计院的果然是专家,他们的设计不仅仅是排烟还考虑解决二次污染问题,因为把烟雾就这样排出厂外,却把隔壁左右给污染了。


关于作者



黄建明 长期从事在役无损检测技术工作近40年。任职于香港安捷材料试验有限公司,北京理工大学珠海学院“应用物理(无损检测方向)”本科专业兼职教授。美国焊接学会会员,美国无损检测学会会员,中国机械工程学会会员暨无损检测分会理事。英国焊接和无损检测人员考试发证章程(CSWIP)焊接检验督察,英国无损检测人员考试发证章程(PCN)II级焊缝射线照相评片员,美国焊接学会(AWS)高级焊接检验督察,AWS焊接导师,美国无损检测学会(ASNT)NDT检验师-UT、RT、MT、ET III级(高级)技术资格,中国机械工程学会无损检测分会RT、UT 3级(高级)技术资格。


联系方式:

邮箱:kmwong@aes.hk

公司:香港安捷材料试验有限公司 


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