电弧增材制造（DED-Arc）技术利用金属惰性气体（MIG）或气体金属电弧焊（GMAW）工艺，为大型钛合金构件的制造提供了一种高效且经济的解决方案。然而，钛合金DED-Arc工艺在实施过程中存在显著的安全隐患，尤其是在惰性气体保护、密闭空间操作及钛烟尘处理等方面。本文旨在系统探讨这些安全隐患及其相应的风险控制措施。

电弧增材工艺示意图&标准金属惰性气体焊枪 来源：ORNL

一、安全隐患分析

钛合金因其优异的比强度及耐腐蚀性能，在航空航天、医疗器械等领域得到广泛应用。然而，钛元素对氧具有极高的化学亲和力，在高温条件下易与氧气发生反应，导致焊接区域氧化，进而影响焊缝质量。因此，DED-Arc工艺需采用惰性气体（如氩气）对焊接熔池进行保护，以防止大气中的氧气污染。

电弧增材钛合金样件 来源：克兰菲尔德&BAE

此外，钛合金在焊接过程中会产生微细的钛烟尘颗粒。这些颗粒具有高度可燃性，在零件清理或设备拆卸过程中，若暴露于空气中可能引发自燃甚至爆燃，造成严重的火灾隐患。

MIG钛镀层与烟灰副产品（左）&钛烟灰爆燃（右）来源：ORNL

二、安全防护措施

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  惰性气体保护系统的安全控制

持续氧气监测：在封闭空间内外安装氧气传感器，实时监测氧气含量。一旦氧气水平低于安全阈值，立即触发警报，以便工作人员及时采取措施。

通风系统：配备主动通风系统，及时排出氩气，维持安全的呼吸环境，有效降低缺氧风险。

密闭空间规程：惰性封闭空间符合受限空间的特征，必须执行严格的进入程序。包括进入前的全面检查、通风系统的有效性验证，以及人员进入后的持续监测。同时，确保工作人员接受受限空间安全培训，并制定完善的救援预案。

惰性气体外壳 来源：ORNL

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  钛烟尘的风险控制

此外，针对DED-Arc过程中具有自燃风险的的钛烟灰残留物，可采取以下措施：

烟尘收集系统：采用干式闭环烟尘去除系统，能够高效捕获和收集钛烟，最大程度减少其在封闭空间内的积聚。采用干式闭环烟尘收集装置，高效捕获钛烟尘颗粒，减少其在工作区域的积聚。

分步清洁程序：

· 第一步：在惰性气体环境下，使用防爆工具（如黄铜刷）进行初步清理，同时作业人员需佩戴全面罩呼吸器等个人防护装备（PPE）。

第二步：在恢复大气环境后，使用接地的防爆真空吸尘器进行最终清理。

个人防护装备：作业人员需配备完整的PPE，包括全面罩呼吸器、阻燃服及防护手套等。在手套箱等封闭操作环境中，仍需配备次级防护装备以确保合理防护。

钛烟尘特性分析：对收集的烟尘进行粒度分布和可燃性分析，评估其燃烧及爆炸风险，为安全操作提供数据支持。

PPE装备展示 来源：ORNL

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  通用焊接安全规范

除上述特殊风险外，钛合金DED-Arc作业还需遵循标准焊接安全规程：

电气安全：确保设备接地可靠，严格执行停机/挂牌程序，并定期进行设备维护，防止电气事故。

弧光防护：作业人员需佩戴符合标准的眼部及面部防护装备，并穿着阻燃服以抵御弧光辐射。

压力系统安全：定期检查气瓶、调节器及软管，确保压力系统运行稳定，防止气体泄漏。

机械安全：为机械臂设置合理的安全限位，并安装碰撞检测系统，避免机械碰撞事故。

烟尘控制：即使在惰性气体保护环境下，也需确保通风系统正常运行，特别是在清理作业时，有效控制烟尘浓度，保护作业人员呼吸系统健康。

综上所述，钛合金DED-Arc工艺的安全管理需综合考虑惰性气体保护、钛烟尘处理及通用焊接安全等多方面因素。通过实施全面的风险控制措施，包括实时环境监测、高效通风系统、分步清理程序及严格的个人防护，可有效降低作业风险，保障人员安全。这种系统化的安全管理模式不仅有助于提升生产效率，也为钛合金DED-Arc技术的长期发展奠定了坚实基础。