增材加工焊接助剂除尘回收系统设计及研究

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1、TheDesignandStudyonDedustandRecyclingSystemofAdditiveManufacturingWeldingAuxiliariesADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：DaiWenxiangSupervisor：AssociateProf.FengYiSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：X933学校代号：10561学号：201221003140华南理工大学硕士学位论文增材加工焊接助剂除尘回收系统设计及

2、研究作者姓名：戴文祥指导教师姓名、职称：冯毅副教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：安全工程论文形式：产品研发工程设计应用研究工程/项目管理调研报告研究方向：安全监控及装备故障诊断技术论文提交日期：2015年4月20日论文答辩日期：2015年6月7日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：徐三元委员：陈国华、姜立春、罗小平、冯毅、张永君摘要在某企业大尺寸金属构件增材制造（即3D加工）工艺过程中，大部分助剂并未熔化参与冶金制造，而只是附在工件表面，因而会浪费材料，并且产生大量粉尘，人长期吸入大量粉尘并在肺内沉积易导致尘肺病，危及工

3、人健康，所以需要对这部分未熔化的助剂进行回收再利用，并且需要除尘改善劳动卫生环境。因此，对焊接助剂除尘回收系统设计和研究是非常重要的。本文对某企业提供的增材制造工艺过程的焊接助剂使用环境进行分析，设计一套焊接助剂除尘回收系统。选择以旋风分离器作为首级助剂除尘回收装置，考虑旋风分离器分离出的气体温度较高且含有少量细小尘粒，选用喷淋塔作为实现对分离出来气体冷却及二级除尘装置。从设计要求、制造成本、安装环境等多个因素考虑，设计了各装置及连接管网的主体尺寸和空间布置。基于外压容器管道设计理论，对系统各部件壁厚及筒体开孔补强进行设计，确定各部件的结构尺寸和筒体开孔补强面积。结合

4、FLUENT软件数值模拟和流动阻力分析理论分析了各装置及管道摩擦阻力损失和局部阻力损失，得到系统在入口吸砂嘴处阻力损失为450Pa，系统在物料输送管路上的阻力损失为21292Pa，系统在排气管道上的阻力损失为332Pa，并以分析结果为依据，选择NXWNO56漩涡风机作为系统的动力设备。利用ANSYS软件对喷淋塔开孔处有无补强圈的结构进行了应力分析，无补强圈时喷淋塔筒体最大应力为18.97MPa，超过了稳定性安全系数下许用应力13.1MPa，会发生失稳破坏。当安装补强圈时，喷淋塔筒体最大应力为12.77MPa，小于稳定性安全系数下的许用应力，喷淋塔能保持稳定。根据上述分

5、析结果，具体设计了焊接助剂除尘回收系统，并安装调试运行，该系统在工作状态下，设备及管道能保持原有状态，满足刚度要求；助剂颗粒能稳定持续输送和分离，回收质量达6613kg/h；对车间粉尘浓度进行测定，系统投入使用前粉尘浓度值33为147.3mg/m，高于国家卫生标准规定的总粉尘浓度值10mg/m。系统投入使用后，车3间总粉尘浓度值为7.8mg/m，满足国家卫生标准规定总粉尘浓度要求。关键词：焊接助剂；除尘；结构设计；应力分析IAbstractInthelarge-sizemetalcomponentsadditivemanufacturing(3Dmanufacturi

6、ng)processofoneenterprise,majorityoftheweldingadditivesdonotmelttoparticipateinweldingmetallurgy,butonlyattachedtothesurfaceofworkpiece,whichwillwastematerialsandproducealotofdust.Peoplemaybeinhaleamountsofdust,andthedustwilldepositintheirlungs,whichwillcausepneumoconiosisandendangerthe

7、healthofworkers,sotheunmeltedweldingadditivesshouldberecycled.Therefore,itisveryimportanttodesignandresearchweldingauxiliarydedustandrecyclingsystem.Basedontheanalysisofoperatingenvironmentofweldingadditivesmadefromoneenterpriseincrementalmanufacturingprocess,authordesignasyste