手工电弧焊安全技术

手工电弧焊安全技术手工电弧焊安全技术 一 手工电弧焊基本原理和安全特点 手工电弧焊是利用焊条与工件间产生的电弧热将焊条和工件加 热熔化而进行的焊接 这种焊接方法可在室内 野外 高空等 各种场合下进行 它的设备简单 容易维护 焊钳小 使用灵 活 广泛适应于各种黑色金属和有色金属的焊接 手工电弧焊的主回路如图 1 所示 图 1 手工电弧焊主回路示意图 1 电焊机 2 软电缆 3 焊钳 4 焊条 5 电弧 6 工件 7 地线 一 焊接电弧的性质 焊接电弧是在加有一定电压的电极和焊件之间产生的一种长时 间而有力的气体放电现象 电焊条和焊件就是电极 产生电弧 的操作称引弧 通常是采用接触引弧 即先将电焊条与工件接 触 然后迅速分离 1 3mm 电流通过接触点产生很大的电阻热 此时在高温和电场发射等的作用下 促使两极间的气体发生剧 烈电离 而形成电弧 电弧引燃后 弧柱中充满高温电离气体 发出大量的热 其发热量与焊接电压和电流的乘积成正比 即 电流越大 产生的热量越多 电弧的各部位产生的热量不同 因而各部位的温度也不同 弧柱中心温度最高可达 6000 以上 两电极的温度可达 2100 2300 焊接就是利用这些热量加热 和熔化金属 开始引弧时 为加强气体的电离作用 电极间必须有较高的电 压 以便传递具有较大动能的电子 这个电压称为空载电压 直流电焊机一般为 55 90v 交流电焊机 60 80v 当气隙正常地 受热被电离时 所需电压就可低一些 为使电弧保持连续而稳 定 两极间的电压也要保持一定 一般为 16 35v 这个电压称 为工作电压 二 焊接设备 手工电弧焊的设备包括电源及控制 调节机构 1 电源 供给电弧焊的电源可以是直流的 也可以是交流的 为了引燃电弧和保持电弧稳定 保证正常地焊接 电源必须满 足以下基本要求 1 空载电压值应保证顺利地引燃电弧 2 焊接电流应可调 以满足焊接不同材料 厚度的工件所 需要电流的大小 3 保证工作安全 2 常用的电焊电源 1 交流电焊机 它也叫交流电焊变压器 它的优点是结构简 单 成本低 效率高 维护方便 应用广泛 图 2 所示是目前 使用最广泛的一种 bx1 330 型交流电焊机 它是一个结构特殊 的降压变压器 它可将电网 380v 或 220v 的电压变为空载电压 60 70v 工作电压 30v 电流调节范围为 50 450a 变压器的 次级线圈分为图中 2 3 两部位 2 绕在初级线圈的外部 起建 立电压的作用 3 绕在铁芯的另一侧 相当于电感线圈 焊接 时靠它获得较高的空载电压和较低的工作电压 电流的调节分 粗调和细调两档 粗调是改变次级绕组的匝数 细调是通过移 动图中铁饼 4 改变漏磁而实现 这类电焊机的缺点是 消耗 材料较多 体积大而且重 焊接时活动铁芯有震动 同时 电 流有波动 图 2 bx1 330 型交流电焊机 a 外形图 b 线路图 1 初级绕组 2 3 次级绕组 4 动铁 芯 5 静铁芯 6 接线片 2 旋转式直流电弧机 如图 3 所示 是常用的 ax 320 型旋 转式直流电焊机 它是由一个三相电动机和一个结构特殊的直 流发电机组成 由交流电路供电 使电动机拖动发电机电枢旋 转发出直流电 供焊接使用 这种直流焊接发电机按其结构特 点分为裂极式和差复极式及极间去磁式等形式 它是利用磁通 和电枢反应的相互作用 获得下降式的外特性 使电焊电流可 在较大范围内均匀调节 以满足焊接工艺的要求 图 3 ax 320 型旋转式直流电焊机 a 外形图 b 原理图 这种电焊机的主要优点是 电弧稳定性较高 触电危险性小 3 硅整流式直流电焊机 这种电焊机分为单相和三相两大类 按其构造特点又分为磁饱和电抗器式 动圈式和可控硅整流式 等 与旋转式直流电焊机比较 它的优点是 噪声小 空载损 耗小 效率高 耗料少 成本低 容易制造和维修等 单相硅整流式直流电焊机原理 如图 4 所示 它由交流变压器 和单相桥式硅整流线路组成 其中 1 是焊接变压器 2 是电抗 器 通过它可以得到下降外特性 并可调节电流 3 是硅整流 器 其中 r 是电阻 c 是电容 通过它整流 可以把交流电变 为直流电 供焊接使用 4 是滤波电感 是一个串联在焊接回 路内的有间隙的铁芯式电抗器 可以进一步减小输出电流的脉 动程度 保证焊接电弧的稳定燃烧 此外 电焊机上还有通风 装置 可使硅整流组和焊机线圈得到良好的通风冷却 以避免 过热而损坏 图 4 单相硅整流下直流电焊机线路图 1 焊接变压器 2 电抗器 3 硅整流 4 滤波电感 目前使用的硅整流式直流电焊机大都是三相整流式的 这类焊 机供给的电流更平直稳定 所有电焊设备铭牌中都标有 额定暂载率 和 额定焊接电流 这 是保证电焊机安全使用的重要参数 暂载率 是表示电焊机连 续工作的参数 它是指在 5min 时间内焊接工作时间所占的比值 用百分数表示 如 暂载率 为 60 就是在 5min 内 焊接工作 时间不超过 3min 额定焊接电流 是在额定暂载率时所允许电流值 它大于连续 使用情况下的许用电流 在选择电焊机时 首先考虑电压种类 而后考虑电流大小及各 类电焊机的性能特点 三 电焊条 目前广泛应用的电焊条是一根外表涂有药皮的钢丝 钢丝的作 用 一是传导电流 产生电弧 二是本身熔化形成焊缝中的填 充金属 焊条药皮的作用是提高电弧燃烧的稳定性 保护焊接熔池 使 焊缝金属脱氧 去硫 去磷 改善焊接工艺性能等 目前国产 焊条根据熔化后渣的酸碱性分为两类 1 酸性焊条 药皮中主要含有氧化铁 氧化锰 氧化钛等 它 们对金属的氧化性较强 这种涂料对铁锈 油脂及水分的敏感 性不大 2 碱性焊条 药皮中含有较多的大理石 萤石 并有较多的铁 合金作为脱氧剂和合金剂 这种药皮有足够的脱氧性 碱性焊条与酸性焊条相比 保护气体中含氢很少 因此又称为 低氢型焊条 主要用于重要结构的焊接 各种型号焊接的药皮成分之间变化较大 综合起来构成药皮的 矿产化工原料和金属元素主要有大理石 caco sub 3 sub 石英 sio sub 2 sub 钛 白粉 tio sub 2 sub 锰铁 famn 硅铁 fesi 纯碱 na sub 2 sub co sub 3 sub 萤石 caf sub 2 sub 以及水玻璃等 焊接时各种金属元素 蒸发氧化 产生出各种有害物质 如三氧化二铁 氧化锰 二 氧化硅 氟化钠 氟化钙 氧化铬和氧化镍等 四 手工电弧焊的不安全因素 1 有触电的危险 手工电弧焊操作者接触电的机会较多 电源 是接在 220v 或 380v 的电路上 电焊机空载电压一般为 60 90v 左右 如果电焊设施的导线裸露 电线的绝缘损坏 电焊设备 外壳就会带电 若变压器的绝缘损坏 二次线圈带电 则电焊 钳 电焊条等部位都有危险因素 有发生触电事故的可能性 尤其在金属容器或管道里施焊 触电的危险性更大 2 有毒气体 粉尘危害 焊接电弧温度高 在高温作用下焊丝 和药皮产生气体和烟尘 有毒害的气体和烟尘有一氧化碳 二 氧化碳 氮氧化合物及铝 锌 铜的氧化物等 如果通风不良 焊工接触时间长 身体就会受危害 引起职业病 特别是在管 道 容器里作业危害更大 3 射线辐射危害 电焊弧光中有紫外线 红外线等射线 焊工 长期受辐射作用 会引起眼睛和皮肤疾病 4 有发生火灾 爆炸的危险 在焊接过程中 电焊机和供电线 路有毛病 作业场所有易燃易爆物品 燃料容器 管道补焊时 防爆措施不当等 都可能发生火灾或爆炸事故 二 焊接安全用电 一 焊接触电的原因 1 人体碰到带电的接线头 接线柱 极板 导线及绝缘失效 的电线而触电 2 在更换焊条时 人体接触焊钳带电部分 而脚和其它部位 以地在或金属结构之间绝缘不好 在金属容器 管道或金属结 构上雨天潮湿的地方焊接时 容易发生这类触电事故 3 电焊变压器的一次绕组对二次绕组之间的绝缘损坏时 人 体碰到二次线路的裸导体就会发生触电事故 4 电焊设备的罩壳漏电 人体碰触外壳而触电 电焊设备罩壳漏电的原因 1 线圈受潮或雨淋使绝缘损坏而漏电 2 电焊机长期超负荷使用或内部短路发热使绝缘降低而漏电 3 电焊设备安装地点和安装方法不符合安全要求 受到振动 碰击而使线圈和引线的绝缘受机械性损伤 而且这些导线与铁 芯 罩壳相联造成漏电 4 工作场所管理混乱 铁丝 铜丝等小金属物把带电体与不 带电体联通 人体接触而触电 5 由于利用厂房的金属结构 管道 轨道或其它金属物体搭 接作为焊接回路而发生触电事故 二 防止焊接触电事故的措施 防止焊接触电事故的安全措施 主要是采用绝缘 屏护 间隔 自动断电及个人防护等 1 绝缘 它是保证电焊设备正常工作的必要条件 也是防止触 电事故的重要措施 电焊设备和线路的绝缘必须与所采用电压 等级相适应 还要防止周围环境和运行条件损坏绝缘 电工绝 缘材料的电阻系数一般在 10 sup 9 sup cm 以上 2 屏护 它是在电焊设备 线路的带电部分 如果不便于绝缘 或绝缘不足以保证安全时采取的措施 主要是用遮栏 护罩 护盖 箱匣等 3 间隔 它是使电焊设备 线路等带电体与人体或其它设备与 带电体保持一定距离 防止发生触电事故 4 电焊机的安全自动断电装置和加强个人防护等 也都是防 止人体触及带电体的重要安全措施 5 接地 接零 为了防止电焊操作时人体接触意外带电体而发 生事故 一般可以采用保护接地或保护接零安全措施 所谓意外带电体 是指与电器设备有连接的导体 正常时是与 带电部体绝缘的 由于绝缘破坏或其他原因而带电者 如电焊 机外壳等 下面介绍几种具体安全措施 1 焊接电源的安全措施 为了防止电焊设备因漏电而造成触 电事故 所有电焊机及其它焊接设备的外壳都必须接地 在三 相三线制或单相制电源 应安 装保护接地线 在三相四线制电源中性点接地系统中 应安装 保护接零线 接地电阻不得超过 4 自然接地极电阻值超过 此数值时 应采用人工接地极 必须注意 电焊机二次线圈一端接地或接零时 则焊件就不要 接地 也不应接零 如果焊件再接地或接零 一旦电焊回路接 触不良 较大的焊接电流就可能通过接地线或接零线 会将地 线或零线熔断 这不但使人身安全受到威胁 而且容易引起火 灾 为此规定 凡是在有接地或接零的工件上进行焊接时 应 将焊件上的接地线或接零线暂时拆除 焊接完后再恢复 在焊 接与大地紧密相联的工件时 如果焊件本身接地电阻 4 则 应将电焊机二次线圈一端的接地线或接零线的接头暂时断开 焊接完毕后再恢复 总之 变压器二次端与焊件不应同时存在 接地或接零 移动式电焊机在工作前必须接地 并且在接通电源之前接好 接地时先将接地导线接到接地线上 后将其接到设备上 拆除 接地线时的顺序则相反 先拆断接地导线与设备的连接 后拆 断与接地极的连线 电焊机的接地装置必须定期检查 保证其可靠性 电焊机必须绝缘良好 绕组或线包引出线穿过设备外壳时应设 绝缘板 如直接引出时 应有套管加强防护 接线柱应加设绝 缘套和垫圈 还应设有防护盖 焊机的工作负荷应遵守设计规定 不得任意长时间超载运行 电焊变压器的一次线圈与二次线圈之间 绕组与引线和外壳之 间 绝缘电阻不小于 1m 2 焊接电缆的安全要求 焊接电缆是连接电焊机与焊钳等的 绝缘导线 它应符合以下安全要求 1 具有良好的导电能力和绝缘外层 一般是用紫铜线外包橡 胶绝缘套制成 2 要轻便柔软 能任意弯曲和扭转 便于操作 一般由多股 细导线组成 如果没有电缆 可用同样截面积的硬导线代替 但是在焊钳处至少用 2 3m 长的软线连接 否则操作不便 3 长度要适当 电焊机与电力网连接的导线 因电压较高 不仅绝缘要好 而且长度尽量短 一般不超过 2 3m 如果必须 用较长的导线 要采取取间隔措施 即离地面的高度在 2 5m 以 上 沿墙或架杆布设 不得放在工作现场地面上 电焊机与焊 钳连接导线的长度也不宜太长 以减少电压降 一般为 20 30m 适宜 4 要选择合理的截面积 一般是根据焊接电流和导线长度 按规定选用较大截面的电缆 以保证不致过热而损坏绝缘 5 焊机的导线最好用整根的 如需要用短线连接为长线 中 间接头最多不超过 2 个 各接头部位应用铜导体作成 连接要 牢固可靠 并保证绝缘良好 6 严格禁止利用厂房的金属结构 管道 道轨或其它金属结 构物搭接起来作为导线使用 返回导线要直接在焊接的工件上 7 要防止电弧 焊缝或其它炽热物损坏导线的绝缘 并避免 导线受碾压磨损等 3 焊钳的安全要求 焊钳的作用是传导电流 并夹持焊条 它是焊工直接操作的工具 与安全有直接关系 1 要保证对焊条夹紧 牢靠 并且更换方便 更换焊条时 不必接触导电部位 又可迅速更换 2 绝缘和隔热能力良好 焊接时间长 使用大电流 电阻发 热会烫手 故手柄要有良好的绝缘和隔热性 3 结构要简单 轻便 易于操作 其重量不应超过 400 700g 4 焊钳与导线连接简便可靠 5 要及时检查 钳口要经常保护清洁 发现弹簧等部件失效 时 要及时修理 4 焊接的安全操作 1 焊接前要作检查 主要检查焊机 设备和工具是否正常 安全 如电焊机各接线点及外壳接地是否良好 电缆及导线的 绝缘有无损坏等 2 检修时要切断电源 焊机发生故障时需要修理 例如改变 焊机接头 需要改变二次回路 转移工作地点 更换保险丝等 必须切断电源 3 更换焊条时 必须戴绝缘手套 对于空载电压和工作电压 较高的焊接以及操作现场潮湿时 还应在工作台附近地面上铺 上橡胶垫子 身体有汗 衣服潮湿时 不要接触工作台和焊件 以免触电 为避免更换焊条时接触二次回线造成触电事故 可安装电焊机 空载自动断电保护装置 既消除了触电危险 又可节约用电 图 5 所示为晶体管式空载自动断电装置 它利用一个晶体三级 管作成开关电路控制高灵敏继电器 控制交流接触器 达到自 动关闭开启电焊机的目的 图 5 晶体管式空载自动断电装置 bk 控制变压器 cj 接触器 j 高灵敏继电器 dw 稳压管 d sub 1 sub d sup 2 sub 二极管 bg 三极管 lh 交流互感器 bh 焊接变压器 4 触电危险性大的工作地点 必须采用专门防护措施 在油 槽 气柜 管道 锅炉 金属结构及其它狭小工作场所施焊时 应采用橡胶垫或其它绝缘衬热 如戴皮手套 穿胶底鞋等防护 措施 加强绝缘性 还应有两人轮换工作 或设一名监护人员 互相照顾 有危险时 立即切断电源 及时组织抢救 不允许 采用无绝缘外壳的简易焊钳在以上这些场所焊接 使用于焊接 照明的手提工作灯 其电压一般是 12v 不应超过 30v 5 加强电焊工个人防护 电焊工的个人防护用品包括 工作 服 绝缘手套 绝缘鞋及绝缘垫板等 焊工的手套不得短于 300mm 应用较柔软的皮革或帆布制作 并保持完好 干燥 穿 的鞋不应有铁钉 不易潮湿 工作服必须符合规定 普通焊工 穿帆布工作服 6 电焊设备的安装 修理和检查须由电工承担 非电工不得 擅自拆修 7 发生了触电事故 要按照触电急救的要求及时抢救 三 电焊弧光的防护 一 弧光辐射对人体的危害 电焊弧光辐射主要包括 红外线 紫外线和可见光线 它们是 在焊接加热时产生的 属于热线谱 凡物体的温度达到 1200 以上时 辐射光谱中间即可有紫外线 它随着温度的升高波长 变短 强度增大 焊接电弧温度在 3000 时波长 290nm 温 度在 3200 时波长 230nm 氩弧焊 等离子焊的温度较高 其产生的紫外线波长较短 焊接弧光辐射波长见表 1 见表 表 1 焊接弧光波长范围 光辐射是能量的一种传播方式 辐射波长与能量成反比关系 即波长越短 传播的能量越大 即对人体的作用也越大 例如 波长为 4 10 sup 7 sup m 的光辐射量子能为 4 9 10 sup 19 sup j 波长为 8 10 sup 7 sup m 时 其量子能降为 2 45 10 sup 19 sup j 减少了近一倍 光辐射作用到人体上 被机体组织吸收 会引起热作用 光化 学作用或电离作用 使人体组织发生急性或慢性的损伤 1 紫外线 它可分为长波 400 320nm 中波 320 275nm 和短波 275 180nm 中波和短波紫外线 具有明显的生物学 作用 尤其是波长为 290 180nm 的紫外线有更强烈的作用 手工电弧焊 氩弧焊 等离子弧焊等三种电弧焊的紫外线强度 不同 见表 2 在波长 290nm 以下 等离子弧焊的紫外线强度 最强 氩弧焊次之 手工电弧焊最小 另外 手工电弧焊 等 离子弧焊的紫外线强度随着波长的变化而有明显的变化 而且 氩弧焊较稳定 见表 表 2 手工电弧焊 氩弧焊和离子等弧焊的紫外线相对强度 紫外线对人体的危害主要是光化学作用 使皮肤和眼睛受损害 1 对皮肤的作用 紫外线的波长不同 对皮肤的作用也不同 波长为 220 以下几乎全部被角质层吸收 波长为 220 300nm 为 深部组织真皮吸收 波长为 297 298 的紫外线对皮肤作用最强 可为波长 366nm 的 1 千倍 皮肤受紫外线照射的反应随波长不同而异 受强烈紫外线作用 可引起皮炎 弥慢性红斑 有时出现小水泡 渗出液和浮肿 有发痒 烧灼感 波长较长的 通常是经 6 8h 后出现红斑 持 续 24 30h 慢慢消失 并有长期不退的色素沉积 波长较短时 红斑的出现和消失都快 疼痛较重 几乎不留色素沉积 作用 强烈时会出现全身症状 头痛 头晕 易疲劳 神经兴奋 发 烧 失眠等 2 电光性眼炎 紫外线对人体过度照射 可引起眼睛急性角 膜结膜炎 称为电光性眼炎 这是明弧焊工人的一种职业病 波长很短的紫外线 尤其是 320nm 以下的 能损害结膜和角膜 有时甚至侵及虹膜和网膜 焊接时眼睛受紫外线损害的主要原因 1 几部焊机联合作业或相距太近 焊工容易受临近弧光的照 射 2 点弧前未戴好面罩 或熄弧前过早揭开面罩 3 焊接辅助工配合不协调 在焊工引燃电弧后尚未作好防护 导致光照射 4 防护镜片破损漏光 5 工作地点照明不良 看不清焊缝 先引弧后戴面罩等 紫外线损害眼睛的程度与受照射时间成正比 与照射源距离的 平方成反比 并且与光线的投射角有关 光线与角膜成直角时 作用最大 强烈的紫外线照射 即使时间短也可使眼睛致病 多数是照射 后 4 12h 发病 首先出现两眼高度羞明 流泪 异物感 刺痛 眼睑红肿痉挛 并伴有头痛和视物模糊 一般经过治疗和护理 数日后即恢复 不致造成永久性损伤 3 对纤维的破坏 紫外线辐射以对纤维的破坏力最强 其中 对棉织品损坏最甚 2 红外线 它对人体的危害主要是引起组织的热作用 波长较 长的红外线被皮肤吸收后产生热的感觉 短波的红外线被人体 组织吸收后使血液和深部组织灼伤 眼部受强烈的红外线辐射 立即感到强烈的灼伤和灼痛 发生闪光幻觉 长期接触红外线 可造成白内障 视力减退 严重者能失明 有的还造成视网膜 灼伤 氩弧焊时的红外线强度约为手工电弧焊的 1 5