Really? 乳品、焊接，原來是這樣的關(guān)系
【化工儀器網(wǎng) 廠商動態(tài)】 乳企有沒有這樣的現(xiàn)象？一條新產(chǎn)品線，前幾年運行得非常好，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，但是過一段時間又出現(xiàn)了，又很難查出具體問題所在。這個時候，就需要注意設(shè)備與設(shè)備之間的連接點和網(wǎng)路構(gòu)架上是不是出現(xiàn)了問題。
文 | 吳正紅
山東碧海包裝材料有限公司副總經(jīng)理
焊點——很小的點，很大的影響
人們常常關(guān)注，乳品企業(yè)有一臺多么好的灌裝機、一臺多么好的殺菌機，這些品牌的設(shè)備能夠保證乳制品達(dá)到一個不錯的技術(shù)安全指標(biāo)和營養(yǎng)指標(biāo)。但是我們往往忽略，這些機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的焊接技術(shù)就尤為重要(圖1)。重要到“自動焊”技術(shù)可以為乳品生產(chǎn)過程掃除質(zhì)量盲區(qū)，成為一個關(guān)鍵的技術(shù)點。
圖1 乳品企業(yè)擁有大量的不銹鋼管路系統(tǒng)
在一個工程上，焊接口就有幾萬個，每個焊點都能成為一個質(zhì)量風(fēng)險點。我們和國內(nèi)的一些乳企交流時發(fā)現(xiàn)，他們常常抱怨一條新的生產(chǎn)線前幾年運行較好，品質(zhì)很不錯，但是幾年后當(dāng)新廠變?yōu)槔蠌S時，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，清洗過的設(shè)備品質(zhì)有很大的改善，可用了一段時間之后，又會重復(fù)出現(xiàn)類似問題。
問題根結(jié)點在哪里呢？其實和設(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)，問題就出現(xiàn)在設(shè)備和設(shè)備之間的連接點或者管路系統(tǒng)的構(gòu)架上，這一點確實很難排除、很難發(fā)現(xiàn)。
別小看焊接技術(shù)
國內(nèi)和國際都有明確的標(biāo)準(zhǔn)要求
國內(nèi)乳品GMP對設(shè)備之間的連接有很明確的要求(圖2)。比如說產(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、無凹陷或裂縫，以減少食品碎屑、污垢及有機物的聚積。這些是乳品生產(chǎn)設(shè)備的技術(shù)性要求。
圖2 國內(nèi)乳品GMP要求
藥品GMP指南上也提到(圖3)，由于對工藝中的關(guān)鍵焊接參數(shù)有更高的要求，軌道自動焊接被認(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，就是因為以惠氏乳業(yè)蘇州工廠為例(圖4)，許多國際乳品企業(yè)已經(jīng)秉承了“以制藥的經(jīng)驗制造奶粉”的理念。在國外的一些地區(qū)，消費者購買奶粉的場所往往是藥店，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 惠氏營養(yǎng)品要求以制藥的經(jīng)驗制造奶粉
歐盟早在1993年就認(rèn)識到了“自動焊”的優(yōu)勢。歐洲衛(wèi)生工程設(shè)計組織(EHEDG)是一個行業(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)計標(biāo)準(zhǔn)》中，專門對焊接、軌道焊接、自動焊接提出了具體要求，要求對于管道工程來說，首選的方法是自動軌道焊接，因為它能夠完成始終如一的高質(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，歐洲潔凈設(shè)備早就要求100%實行“自動焊”，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程中造成的質(zhì)量風(fēng)險。
圖5 EHEDG標(biāo)準(zhǔn)對自動焊的要求
在我國，醫(yī)藥工程施工也是廣泛執(zhí)行“自動焊”的。雖然目前還沒有國標(biāo)強制要求執(zhí)行，但是醫(yī)藥行業(yè)普遍已經(jīng)這樣操作。2015年，我國發(fā)布了《食品工業(yè)用不銹鋼管道安裝及驗收規(guī)范》輕工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(圖6)，明確標(biāo)出“管子對管子或管道元件之間組合焊接時，如位置許可應(yīng)優(yōu)先采用自動設(shè)備焊接”。從乳業(yè)看，高質(zhì)量的乳品離不開好的奶源，也離不開高質(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，會被大家忽略掉。
圖6 國家輕工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求優(yōu)先采用自動焊接設(shè)備焊接
“自動焊”技術(shù)與手工焊接的比較
01手工焊后出現(xiàn)滲漏
圖7是國內(nèi)的某一個項目，該工程使用了一段時間后，在焊縫的位置發(fā)生了很嚴(yán)重的腐蝕，出現(xiàn)了漏點，肉眼可見從這個地方有很細(xì)的水珠流下來。
圖7 手工焊接口出現(xiàn)滲漏
02手工焊后出現(xiàn)漏點
圖8是某一個工程發(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
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失敗案例。有些焊接在外面看是融合的，是沒問題的，但是使用內(nèi)窺鏡看里面，或者把管道剖開取樣看，里面根本沒有滲透，存在拼接縫隙,形成無法清洗的死角。
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，這就是一個很嚴(yán)重的質(zhì)量風(fēng)險點，因為這里永遠(yuǎn)隱藏著細(xì)菌，不斷的滋生細(xì)菌會影響很多批次的產(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)國內(nèi)基本要求在0.5-1.0微米。這意味著，如果細(xì)菌過小，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，比如說達(dá)到0.5微米，細(xì)菌殘留的幾率才會更低。
理想的“自動焊”是什么樣的？
理想的“自動焊”是：無裂紋或氣孔，無臺階、無錯邊，無內(nèi)部變色或電弧，無凹陷或凸起，無夾雜，表面粗糙度不增加，無相關(guān)的金相變化，無可見無咬邊，無燒穿。
不管是醫(yī)藥級還是食品級，焊接都有國際通用的允收標(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、錯邊有15%的允收標(biāo)準(zhǔn)
圖12 扭曲偏差的國際允收標(biāo)準(zhǔn)在25%-75%
圖13是“自動焊”下焊管內(nèi)外表面的理想焊縫照片，它的縫隙是完全融合滲透的，沒有氣孔、沒有臺階、沒有錯邊，沒有夾雜、沒有凸起和凹陷，焊縫的魚鱗片非常均勻，這就是“自動焊”用機器保證高質(zhì)量焊縫的外觀表現(xiàn)。
文圖13 “自動焊”下焊管內(nèi)外表面的理想焊縫
如何實施理想的“自動焊”？
首先，不論是在現(xiàn)場施工部分，還是工廠預(yù)制部分，在管道設(shè)計的過程中，優(yōu)先要考慮實施“自動焊”的流程。比如，需要自動焊接哪些管道，一個工程里哪些部位需要預(yù)制，哪些部位需要在現(xiàn)場完成。
其次，需要“自動焊”的焊接設(shè)備，同時需要焊接工藝工程師在現(xiàn)場指導(dǎo)施工作業(yè)。
再次，注意焊接時的細(xì)節(jié)操作。
舉例1：焊接的彎頭有短彎頭、長彎頭兩種。短彎頭一側(cè)壁厚、一側(cè)壁薄，因為在焊接的過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)該有一點差別。
圖14 焊接短彎頭、長彎頭的技術(shù)區(qū)別
這就要求自動焊接或手動焊接過程中，厚的一側(cè)需要焊的時間更長一點，速度慢一點，給足夠的熱量讓它融透；薄的一側(cè)，需要少一點時間、少一點熱量，以免造成燒壞或過度氧化。如果是長彎頭，它有一個直管的部分，這部分就可以避免掉這種薄厚的差異，在自動化焊接時，把軌道焊接頭加持在長彎頭和焊管處轉(zhuǎn)360度，就會非常均勻地完成點焊工作。這就是長光頭和短彎頭的區(qū)別技術(shù)細(xì)節(jié)。
舉例2：焊接氧化，就是在焊接過程中，沒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 無氣體保護(hù)的焊接
去年，某大集團(tuán)乳企購買了一款磁性過濾器，專門吸附乳制品生產(chǎn)過程中的一些金屬離子，用一段時間之后，磁性過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。由于焊接時沒有填充保護(hù)氣體，造成氧化嚴(yán)重，根本不具備長時間抗腐蝕的要求。
正確的做法是：“自動焊”下，焊槍沿著焊縫360度旋轉(zhuǎn)，同時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，來避免氧化。
圖16 無氣體保護(hù)的焊接
圖16是EHEDG標(biāo)準(zhǔn)中的一個圖譜，描述了氣體含氧量(橫坐標(biāo)：5-300 ppm)和焊接時間(縱坐標(biāo)：5-60秒)對外部焊接點內(nèi)表面的影響。由此可見，如果使用氬氣保護(hù)，把含氧量控制在很低的范圍內(nèi)，即使焊接時間很長，也不會有很大的氧化現(xiàn)象出現(xiàn)。除了歐盟標(biāo)準(zhǔn)，美國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 美國焊接氧化的允收標(biāo)準(zhǔn)
小結(jié)
近幾年，國家相繼出臺了乳品的一些相關(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)到國際水平的先進(jìn)設(shè)備、先進(jìn)工藝和良好的技術(shù)解決方案。“自動焊”技術(shù)就在細(xì)節(jié)處理上，助力乳企達(dá)到先進(jìn)的生產(chǎn)水平。
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