乳企有沒(méi)有這樣的現(xiàn)象？一條新產(chǎn)品線，前幾年運(yùn)行得非常好，之后就經(jīng)常出現(xiàn)一些壞包，采用管道清洗后得到了改善，但是過(guò)一段時(shí)間又出現(xiàn)了，又很難查出具體問(wèn)題所在。這個(gè)時(shí)候，就需要注意設(shè)備與設(shè)備之間的連接點(diǎn)和網(wǎng)路構(gòu)架上是不是出現(xiàn)了問(wèn)題。
文|吳正紅
山東碧海包裝材料有限公司副總經(jīng)理
焊點(diǎn)——很小的點(diǎn)，很大的影響
人們常常關(guān)注，乳品企業(yè)有一臺(tái)多么好的灌裝機(jī)、一臺(tái)多么好的殺菌機(jī)，這些品牌的設(shè)備能夠保證乳制品達(dá)到一個(gè)不錯(cuò)的技術(shù)安全指標(biāo)和營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)。但是我們往往忽略，這些機(jī)器組成的乳品加工線上擁有大量的不銹鋼管路系統(tǒng)，上面有許多管、泵、閥，因此將它們連接起來(lái)的焊接技術(shù)就尤為重要(圖1)。重要到“自動(dòng)焊”技術(shù)可以為乳品生產(chǎn)過(guò)程掃除質(zhì)量盲區(qū)，成為一個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)點(diǎn)。
圖1 乳品企業(yè)擁有大量的不銹鋼管路系統(tǒng)
在一個(gè)工程上，焊接口就有幾萬(wàn)個(gè)，每個(gè)焊點(diǎn)都能成為一個(gè)質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。我們和國(guó)內(nèi)的一些乳企交流時(shí)發(fā)現(xiàn)，他們常常抱怨一條新的生產(chǎn)線前幾年運(yùn)行較好，品質(zhì)很不錯(cuò)，但是幾年后當(dāng)新廠變?yōu)槔蠌S時(shí)，就經(jīng)常出現(xiàn)一些壞包，在某一季節(jié)如夏季的壞包率還很高。于是，工程師們采取管道的cip清洗或高溫蒸汽清洗，清洗過(guò)的設(shè)備品質(zhì)有很大的改善，可用了一段時(shí)間之后，又會(huì)重復(fù)出現(xiàn)類似問(wèn)題。
問(wèn)題根結(jié)點(diǎn)在哪里呢？其實(shí)和設(shè)備關(guān)系不大，我們都使用了很好的設(shè)備，能夠提供很穩(wěn)定的品質(zhì)，問(wèn)題就出現(xiàn)在設(shè)備和設(shè)備之間的連接點(diǎn)或者管路系統(tǒng)的構(gòu)架上，這一點(diǎn)確實(shí)很難排除、很難發(fā)現(xiàn)。
別小看焊接技術(shù)
國(guó)內(nèi)和國(guó)際都有明確的標(biāo)準(zhǔn)要求
國(guó)內(nèi)乳品gmp對(duì)設(shè)備之間的連接有很明確的要求(圖2)。比如說(shuō)產(chǎn)品接觸面應(yīng)表面光滑、易于清洗和消毒，食品接觸面應(yīng)平滑、無(wú)凹陷或裂縫，以減少食品碎屑、污垢及有機(jī)物的聚積。這些是乳品生產(chǎn)設(shè)備的技術(shù)性要求。
圖2 國(guó)內(nèi)乳品gmp要求
藥品gmp指南上也提到(圖3)，由于對(duì)工藝中的關(guān)鍵焊接參數(shù)有更高的要求，軌道自動(dòng)焊接被認(rèn)為是一種主要的管路連接施工方法。焊接后通常采用內(nèi)窺鏡檢查，gmp指南要求如果采用手工焊接，使用內(nèi)窺鏡的檢查比例是100%；如果使用“自動(dòng)焊”技術(shù)，只需做20%的抽檢。
圖3 藥品gmp指南-2010版
之所以提起藥品的要求，就是因?yàn)橐曰菔先闃I(yè)蘇州工廠為例(圖4)，許多國(guó)際乳品企業(yè)已經(jīng)秉承了“以制藥的經(jīng)驗(yàn)制造奶粉”的理念。在國(guó)外的一些地區(qū)，消費(fèi)者購(gòu)買奶粉的場(chǎng)所往往是藥店，而不是商超，這就意味著很多乳企要用生產(chǎn)藥品的標(biāo)準(zhǔn)去規(guī)范嬰配粉的生產(chǎn)。
圖4 惠氏營(yíng)養(yǎng)品要求以制藥的經(jīng)驗(yàn)制造奶粉
歐盟早在1993年就認(rèn)識(shí)到了“自動(dòng)焊”的優(yōu)勢(shì)。歐洲衛(wèi)生工程設(shè)計(jì)組織(ehedg)是一個(gè)行業(yè)組織，它所制定的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)更高一些，且同行業(yè)內(nèi)都會(huì)比較遵守ehedg制定的技術(shù)規(guī)范。在《doc 08 潔凈設(shè)備設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中，專門對(duì)焊接、軌道焊接、自動(dòng)焊接提出了具體要求，要求對(duì)于管道工程來(lái)說(shuō)，首選的方法是自動(dòng)軌道焊接，因?yàn)樗軌蛲瓿墒冀K如一的高質(zhì)量焊縫(圖5)。而在其1993年制定的《doc 09符合潔凈要求的焊接不銹鋼管》中要求，在安裝過(guò)程中，應(yīng)盡可能使用軌道焊接，通常認(rèn)為80%-90%的焊接可以用軌道焊接工完成，根據(jù)安裝的等距圖，一定程度的預(yù)計(jì)劃將有助于更大限度地增加軌道焊接的焊縫數(shù)量，難以接近的焊縫應(yīng)盡可能在工廠安裝前在車間完成(圖5)。由此可見(jiàn)，歐洲潔凈設(shè)備早就要求100%實(shí)行“自動(dòng)焊”，盡量避免手工焊接，這樣既可以始終如一的保證質(zhì)量，又可以有效減少人為施工過(guò)程中造成的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。
圖5 ehedg標(biāo)準(zhǔn)對(duì)自動(dòng)焊的要求
在我國(guó)，醫(yī)藥工程施工也是廣泛執(zhí)行“自動(dòng)焊”的。雖然目前還沒(méi)有國(guó)標(biāo)強(qiáng)制要求執(zhí)行，但是醫(yī)藥行業(yè)普遍已經(jīng)這樣操作。2015年，我國(guó)發(fā)布了《食品工業(yè)用不銹鋼管道安裝及驗(yàn)收規(guī)范》輕工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(圖6)，明確標(biāo)出“管子對(duì)管子或管道元件之間組合焊接時(shí)，如位置許可應(yīng)優(yōu)先采用自動(dòng)設(shè)備焊接”。從乳業(yè)看，高質(zhì)量的乳品離不開(kāi)好的奶源，也離不開(kāi)高質(zhì)量的設(shè)備，因此施工工藝是很重要的，但往往受傳統(tǒng)做法的影響，會(huì)被大家忽略掉。
圖6 國(guó)家輕工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求優(yōu)先采用自動(dòng)焊接設(shè)備焊接
“自動(dòng)焊”技術(shù)與手工焊接的比較
01手工焊后出現(xiàn)滲漏
圖7是國(guó)內(nèi)的某一個(gè)項(xiàng)目，該工程使用了一段時(shí)間后，在焊縫的位置發(fā)生了很嚴(yán)重的腐蝕，出現(xiàn)了漏點(diǎn)，肉眼可見(jiàn)從這個(gè)地方有很細(xì)的水珠流下來(lái)。
圖7 手工焊接口出現(xiàn)滲漏
02手工焊后出現(xiàn)漏點(diǎn)
圖8是某一個(gè)工程發(fā)現(xiàn)了很多這樣的焊接漏洞，很明顯是人工焊接施工過(guò)程中因多次焊接或者不熟練操作造成的。
圖8 焊道出現(xiàn)漏點(diǎn)
03手工焊后焊縫未滲透，出現(xiàn)焊縫扭曲、焊疤
圖9也是不良焊接的一個(gè)失敗案例。有些焊接在外面看是融合的，是沒(méi)問(wèn)題的，但是使用內(nèi)窺鏡看里面，或者把管道剖開(kāi)取樣看，里面根本沒(méi)有滲透，存在拼接縫隙，形成無(wú)法清洗的死角。
有些焊接氧化非常嚴(yán)重，已經(jīng)破壞奧氏體不銹鋼本體材質(zhì)的耐腐性、光潔度，易出現(xiàn)滋生細(xì)菌、抗腐蝕下降的結(jié)果，這就是一個(gè)很嚴(yán)重的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，因?yàn)檫@里永遠(yuǎn)隱藏著細(xì)菌，不斷的滋生細(xì)菌會(huì)影響很多批次的產(chǎn)品。
圖9 焊縫未熔透等失敗案例
04焊接不合格導(dǎo)致細(xì)菌滋生等問(wèn)題
圖10 焊口中容易存在的李斯特菌、沙門氏菌
在焊接不合格的位置，李斯特菌、沙門氏菌在反復(fù)污染著我們的產(chǎn)品。這兩個(gè)菌種小至0.5微米(圖10)，而管道系統(tǒng)的ra值(表面粗糙度值)國(guó)內(nèi)基本要求在0.5-1.0微米。這意味著，如果細(xì)菌過(guò)小，細(xì)菌不僅存在于管道縫隙和焊口，也存在于管路系統(tǒng)的內(nèi)表面。只有把表面打磨得更光滑，使管道系統(tǒng)的ra值低于細(xì)菌大小，比如說(shuō)達(dá)到0.5微米，細(xì)菌殘留的幾率才會(huì)更低。
理想的“自動(dòng)焊”是什么樣的？
理想的“自動(dòng)焊”是：無(wú)裂紋或氣孔，無(wú)臺(tái)階、無(wú)錯(cuò)邊，無(wú)內(nèi)部變色或電弧，無(wú)凹陷或凸起，無(wú)夾雜，表面粗糙度不增加，無(wú)相關(guān)的金相變化，無(wú)可見(jiàn)無(wú)咬邊，無(wú)燒穿。
不管是醫(yī)藥級(jí)還是食品級(jí)，焊接都有國(guó)際通用的允收標(biāo)準(zhǔn)，比如《ehedg doc 35 食品加工行業(yè)不銹鋼管的衛(wèi)生焊接》中要求，焊縫的凹陷、錯(cuò)邊有15%的允收標(biāo)準(zhǔn)，扭曲偏差在25%-75%，這些都是有據(jù)可查的。
圖11 焊縫的凹陷、錯(cuò)邊有15%的允收標(biāo)準(zhǔn)
圖12 扭曲偏差的國(guó)際允收標(biāo)準(zhǔn)在25%-75%
圖13是“自動(dòng)焊”下焊管內(nèi)外表面的理想焊縫照片，它的縫隙是*融合滲透的，沒(méi)有氣孔、沒(méi)有臺(tái)階、沒(méi)有錯(cuò)邊，沒(méi)有夾雜、沒(méi)有凸起和凹陷，焊縫的魚(yú)鱗片非常均勻，這就是“自動(dòng)焊”用機(jī)器保證高質(zhì)量焊縫的外觀表現(xiàn)。
圖13 “自動(dòng)焊”下焊管內(nèi)外表面的理想焊縫
如何實(shí)施理想的“自動(dòng)焊”？
首先，不論是在現(xiàn)場(chǎng)施工部分，還是工廠預(yù)制部分，在管道設(shè)計(jì)的過(guò)程中，優(yōu)先要考慮實(shí)施“自動(dòng)焊”的流程。比如，需要自動(dòng)焊接哪些管道，一個(gè)工程里哪些部位需要預(yù)制，哪些部位需要在現(xiàn)場(chǎng)完成。
其次，需要“自動(dòng)焊”的焊接設(shè)備，同時(shí)需要焊接工藝工程師在現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)施工作業(yè)。
再次，注意焊接時(shí)的細(xì)節(jié)操作。
舉例1：焊接的彎頭有短彎頭、長(zhǎng)彎頭兩種。短彎頭一側(cè)壁厚、一側(cè)壁薄，因?yàn)樵诤附拥倪^(guò)程中在上沿和下沿涉及到材料的拉伸和堆積，所以上沿和下沿的壁厚應(yīng)該有一點(diǎn)差別。
圖14 焊接短彎頭、長(zhǎng)彎頭的技術(shù)區(qū)別
這就要求自動(dòng)焊接或手動(dòng)焊接過(guò)程中，厚的一側(cè)需要焊的時(shí)間更長(zhǎng)一點(diǎn)，速度慢一點(diǎn)，給足夠的熱量讓它融透；薄的一側(cè)，需要少一點(diǎn)時(shí)間、少一點(diǎn)熱量，以免造成燒壞或過(guò)度氧化。如果是長(zhǎng)彎頭，它有一個(gè)直管的部分，這部分就可以避免掉這種薄厚的差異，在自動(dòng)化焊接時(shí)，把軌道焊接頭加持在長(zhǎng)彎頭和焊管處轉(zhuǎn)360度，就會(huì)非常均勻地完成點(diǎn)焊工作。這就是長(zhǎng)光頭和短彎頭的區(qū)別技術(shù)細(xì)節(jié)。
舉例2：焊接氧化，就是在焊接過(guò)程中，沒(méi)有在焊縫的位置填充保護(hù)氣而造成的。焊縫周圍氧化后，破壞了不銹鋼原有耐腐的晶間組織，在日積月累使用下，被氧化焊縫的析出碳化物就不斷地掉到產(chǎn)品里。
圖15 無(wú)氣體保護(hù)的焊接
去年，某大集團(tuán)乳企購(gòu)買了一款磁性過(guò)濾器，專門吸附乳制品生產(chǎn)過(guò)程中的一些金屬離子，用一段時(shí)間之后，磁性過(guò)濾器上吸附了很多黑色金屬顆粒，我們充分懷疑這些顆粒是焊接不良的管路系統(tǒng)上掉落的碎屑。由于焊接時(shí)沒(méi)有填充保護(hù)氣體，造成氧化嚴(yán)重，根本不具備長(zhǎng)時(shí)間抗腐蝕的要求。
正確的做法是：“自動(dòng)焊”下，焊槍沿著焊縫360度旋轉(zhuǎn)，同時(shí)在焊縫周圍填充保護(hù)氣體，保證即使在高溫焊接下，也可以避免外焊縫的氧化；內(nèi)管用一種堵頭裝置，填充內(nèi)保護(hù)氣，把氧氣排除干凈，來(lái)避免氧化。
圖16 無(wú)氣體保護(hù)的焊接
圖16是ehedg標(biāo)準(zhǔn)中的一個(gè)圖譜，描述了氣體含氧量(橫坐標(biāo)：5-300 ppm)和焊接時(shí)間(縱坐標(biāo)：5-60秒)對(duì)外部焊接點(diǎn)內(nèi)表面的影響。由此可見(jiàn)，如果使用氬氣保護(hù)，把含氧量控制在很低的范圍內(nèi)，即使焊接時(shí)間很長(zhǎng)，也不會(huì)有很大的氧化現(xiàn)象出現(xiàn)。除了歐盟標(biāo)準(zhǔn)，美國(guó)也有焊接氧化的允收標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)然氧化導(dǎo)致的變色是越少越好(圖17)。
圖17 美國(guó)焊接氧化的允收標(biāo)準(zhǔn)
小結(jié)
近幾年，國(guó)家相繼出臺(tái)了乳品的一些相關(guān)政策，包括執(zhí)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖称窐?biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)格的質(zhì)量管控、嚴(yán)厲的處罰和嚴(yán)肅的問(wèn)責(zé)，這些政策都在規(guī)范著乳品企業(yè)。而乳品企業(yè)要達(dá)到最合要求的生產(chǎn)水平，也需要設(shè)備企業(yè)提供達(dá)到國(guó)際水平的*設(shè)備、*工藝和良好的技術(shù)解決方案。“自動(dòng)焊”技術(shù)就在細(xì)節(jié)處理上，助力乳企達(dá)到*的生產(chǎn)水平。
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