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    Really? 乳品、焊接,原來是這樣的關系

    2021-09-02 13:51:44來源:乳業資訊網 閱讀量:7081

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    導讀:乳企有沒有這樣的現象?一條新產品線,前幾年運行得非常好,之后就經常出現一些壞包,采用管道清洗后得到了改善,但是過一段時間又出現了,又很難查出具體問題所在。這個時候,就需要注意設備與設備之間的連接點和網路構架上是不是出現了問題。
      【食品機械設備網 名企在線】乳企有沒有這樣的現象?一條新產品線,前幾年運行得非常好,之后就經常出現一些壞包,采用管道清洗后得到了改善,但是過一段時間又出現了,又很難查出具體問題所在。這個時候,就需要注意設備與設備之間的連接點和網路構架上是不是出現了問題。
     
    文 | 吳正紅
    山東碧海包裝材料有限公司副總經理
     
    焊點——很小的點,很大的影響
     
      人們常常關注,乳品企業有一臺多么好的灌裝機、一臺多么好的殺菌機,這些品牌的設備能夠保證乳制品達到一個不錯的技術安全指標和營養指標。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,上面有許多管、泵、閥,因此將它們連接起來的焊接技術就尤為重要(圖1)。重要到“自動焊”技術可以為乳品生產過程掃除質量盲區,成為一個關鍵的技術點。
     
    圖1 乳品企業擁有大量的不銹鋼管路系統
     
      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量風險點。我們和國內的一些乳企交流時發現,他們常常抱怨一條新的生產線前幾年運行較好,品質很不錯,但是幾年后當新廠變為老廠時,就經常出現一些壞包,在某一季節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,清洗過的設備品質有很大的改善,可用了一段時間之后,又會重復出現類似問題。
     
      問題根結點在哪里呢?其實和設備關系不大,我們都使用了很好的設備,能夠提供很穩定的品質,問題就出現在設備和設備之間的連接點或者管路系統的構架上,這一點確實很難排除、很難發現。
     
    別小看焊接技術
     
    國內和國際都有明確的標準要求
     
      國內乳品GMP對設備之間的連接有很明確的要求(圖2)。比如說產品接觸面應表面光滑、易于清洗和消毒,食品接觸面應平滑、無凹陷或裂縫,以減少食品碎屑、污垢及有機物的聚積。這些是乳品生產設備的技術性要求。
     
    圖2 國內乳品GMP要求
     
      藥品GMP指南上也提到(圖3),由于對工藝中的關鍵焊接參數有更高的要求,軌道自動焊接被認為是一種主要的管路連接施工方法。焊接后通常采用內窺鏡檢查,GMP指南要求如果采用手工焊接,使用內窺鏡的檢查比例是100%;如果使用“自動焊”技術,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蘇州工廠為例(圖4),許多國際乳品企業已經秉承了“以制藥的經驗制造奶粉”的理念。在國外的一些地區,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藥品的標準去規范嬰配粉的生產。
     
    圖4 惠氏營養品要求以制藥的經驗制造奶粉
     
      歐盟早在1993年就認識到了“自動焊”的優勢。歐洲衛生工程設計組織(EHEDG)是一個行業組織,它所制定的認證標準更高一些,且同行業內都會比較遵守EHEDG制定的技術規范。在《Doc 08 潔凈設備設計標準》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,應盡可能使用軌道焊接,通常認為80%-90%的焊接可以用軌道焊接工完成,根據安裝的等距圖,一定程度的預計劃將有助于更大限度地增加軌道焊接的焊縫數量,難以接近的焊縫應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量,又可以有效減少人為施工過程中造成的質量風險。
     
    圖5 EHEDG標準對自動焊的要求
     
      在我國,醫藥工程施工也是廣泛執行“自動焊”的。雖然目前還沒有國標強制要求執行,但是醫藥行業普遍已經這樣操作。2015年,我國發布了《食品工業用不銹鋼管道安裝及驗收規范》輕工行業標準(圖6),明確標出“管子對管子或管道元件之間組合焊接時,如位置許可應優先采用自動設備焊接”。從乳業看,高質量的乳品離不開好的奶源,也離不開高質量的設備,因此施工工藝是很重要的,但往往受傳統做法的影響,會被大家忽略掉。
     
    圖6 國家輕工行業標準要求優先采用自動焊接設備焊接

     
      “自動焊”技術與手工焊接的比較

     
      01手工焊后出現滲漏
     
      圖7是國內的某一個項目,該工程使用了一段時間后,在焊縫的位置發生了很嚴重的腐蝕,出現了漏點,肉眼可見從這個地方有很細的水珠流下來。
     
    圖7 手工焊接口出現滲漏
     
      02手工焊后出現漏點
     
      圖8是某一個工程發現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 焊道出現漏點
     
      03手工焊后焊縫未滲透,出現焊縫扭曲、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重,已經破壞奧氏體不銹鋼本體材質的耐腐性、光潔度,易出現滋生細菌、抗腐蝕下降的結果,這就是一個很嚴重的質量風險點,因為這里永遠隱藏著細菌,不斷的滋生細菌會影響很多批次的產品。
     
    圖9 焊縫未熔透等失敗案例
     
      04焊接不合格導致細菌滋生等問題
     
    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、沙門氏菌在反復污染著我們的產品。這兩個菌種小至0.5微米(圖10),而管道系統的Ra值(表面粗糙度值)國內基本要求在0.5-1.0微米。這意味著,如果細菌過小,細菌不僅存在于管道縫隙和焊口,也存在于管路系統的內表面。只有把表面打磨得更光滑,使管道系統的Ra值低于細菌大小,比如說達到0.5微米,細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,無相關的金相變化,無可見無咬邊,無燒穿。
     
      不管是醫藥級還是食品級,焊接都有國際通用的允收標準,比如《EHEDG Doc 35 食品加工行業不銹鋼管的衛生焊接》中要求,焊縫的凹陷、錯邊有15%的允收標準,扭曲偏差在25%-75%,這些都是有據可查的。
     
    圖片
     
    圖11 焊縫的凹陷、錯邊有15%的允收標準
     
    圖12 扭曲偏差的國際允收標準在25%-75%
     
      圖13是“自動焊”下焊管內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”用機器保證高質量焊縫的外觀表現。
     
    圖13 “自動焊”下焊管內外表面的理想焊縫
     
    如何實施理想的“自動焊”?
     
      首先,不論是在現場施工部分,還是工廠預制部分,在管道設計的過程中,優先要考慮實施“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制,哪些部位需要在現場完成。
     
      其次,需要“自動焊”的焊接設備,同時需要焊接工藝工程師在現場指導施工作業。
     
      再次,注意焊接時的細節操作。
     
      舉例1:焊接的彎頭有短彎頭、長彎頭兩種。短彎頭一側壁厚、一側壁薄,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該有一點差別。
     
    圖14 焊接短彎頭、長彎頭的技術區別
     
      這就要求自動焊接或手動焊接過程中,厚的一側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,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別技術細節。
     
      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品里。
     
    圖15 無氣體保護的焊接
     
      去年,某大集團乳企購買了一款磁性過濾器,專門吸附乳制品生產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上掉落的碎屑。由于焊接時沒有填充保護氣體,造成氧化嚴重,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,同時在焊縫周圍填充保護氣體,保證即使在高溫焊接下,也可以避免外焊縫的氧化;內管用一種堵頭裝置,填充內保護氣,把氧氣排除干凈,來避免氧化。
     
    圖16 無氣體保護的焊接
     
      圖16是EHEDG標準中的一個圖譜,描述了氣體含氧量(橫坐標:5-300 ppm)和焊接時間(縱坐標:5-60秒)對外部焊接點內表面的影響。由此可見,如果使用氬氣保護,把含氧量控制在很低的范圍內,即使焊接時間很長,也不會有很大的氧化現象出現。除了歐盟標準,美國也有焊接氧化的允收標準,當然氧化導致的變色是越少越好(圖17)。
     
    圖17 美國焊接氧化的允收標準
     
      小結
     
      近幾年,國家相繼出臺了乳品的一些相關政策,包括執行嚴謹的食品標準、嚴格的質量管控、嚴厲的處罰和嚴肅的問責,這些政策都在規范著乳品企業。而乳品企業要達到最合要求的生產水平,也需要設備企業提供達到國際水平的先進設備、先進工藝和良好的技術解決方案。“自動焊”技術就在細節處理上,助力乳企達到先進的生產水平。
     
     

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