电弧焊的有害因素及防护

电弧焊的有害因素及防护电弧焊的有害因素及防护 一 有害因素的来源及危害 手工电弧焊 气体保护焊和等离子弧等的有害因素主要有 金 属烟尘 有毒气体 高频电磁场 射线 电弧辐射和噪声等几 类 一 金属烟尘 焊接过程中 焊条和母材金属熔融时所产生的蒸气在空气中迅 速冷却氧化形成微粒 微粒直径 0 1 m 的称为烟 微粒直径 为 0 1 10 m 的称为粉尘 在空气中飘浮的粉尘和烟等微粒统称 为气溶胶 1 金属烟尘的来源 1 金属元素加热蒸发形成金属烟尘 焊接电弧的温度较高 一般在 3000 6000 焊接温度都超过焊接金属元素的沸点 所以焊接时必然有金属蒸发 几种金属的沸点见表 1 表 表 1 几种金属元素的沸点 分析焊缝的化学成分 也可证明焊接时金属有蒸发 即相同成 分的母料和焊丝 用光焊条焊接时 焊接后焊缝中锰 碳 硅 的含量减少了 如表 2 所示 收集和分析电弧中的气体成分 可得到金属沉淀 也证明金属蒸发 表 表 2 几种金属元素的蒸发 2 金属氧化物形成烟尘 在高温作用下 金属液体有氧化反 应 如 2fe o sub 2 sub 2feo si o sub 2 sub sio sub 2 sub 2mn o sub 2 sub 2mno 等 这 些氧化物 可能留在焊缝内造成缺陷 还会扩散到大气中 3 有药皮焊条产生烟尘 焊条的药皮 含大理石 锰铁 硅 铁等 在焊接过程中与金属一同蒸发 氧化 生成 fe sub 2 sub o sub 3 sub mno sio sub 2 sub 等 这些有害物质逸出呈气溶胶状态 金属烟尘的成分和浓度 主要取决于焊接材料 焊接工艺及焊 接规范 如焊铝时可产生铝粉尘 焊铜时可产生铜和氧化锌粉 尘等 黑色金属焊接时发尘量及主要毒物见表 3 表 表 3 黑色金属焊接时发尘量及主要毒物 2 金属烟尘的危害 金属烟尘是明弧焊的一种主要有害因素 烟尘的成分复杂 主要成分有铁 硅 锰 还有铝 氧化锌 铜等 其中主要毒物是锰 其它烟尘虽毒性不大 但其尘粒极 细 5 m 以下 在空中停留时间较长 容易吸入肺中 因此 在密闭容器 锅炉 管道内或面积狭小 门窗关闭的室内焊接 时 根据现场测定 焊接烟尘浓度往往高于国家卫生标准几倍 甚至几十倍 在烟尘浓度较高的情况下 长期从事焊接作业的 工人会形成焊工尘肺 金属热等职业病 1 焊工尘肺 尘肺是由于长期吸入超过规定浓度 并引起肺 组织的弥漫性纤维化的粉尘所致 有些粉尘如铁铝等 吸入后 可沉积于肺组织中 呈现一般的异物反应 对人体危害较小或 无明显影响 脱离粉尘后病变可逐渐减轻或消失 这类疾病称 为肺粉尘沉着症 但近一二十年来 由于焊接工艺的进展 新 的焊接材料 尤其是手工电弧焊的焊药成分复杂 经现场测定 分析 证明焊区周围空气中除了有大量氧化铁或铝等粉尘外 尚有多种具有刺激性和促使肺组织纤维化的有毒因素 例如硅 硅酸盐 锰 铬 氟化物及其它金属氧化物 目前一般认为 焊工尘肺既不是铁末沉着症 也不同于矽肺 而是由于长期吸 入超过标准容许浓度 并以氧化铁为主的混合烟尘和有毒气体 对肺组织作用所致的混合性尘肺 人体呼吸道对粉尘有一定的防御功能 在鼻腔里通过分泌粘液 等 可使大于 10 m 的粉尘沉积下来 并排除体外 据研究 鼻腔的滤尘效能约为吸入粉尘总量的 30 50 在深呼吸道 支 气管逐渐分级 使气流速度逐渐减慢和改变方向 可使 2 10 m 的粉尘沉积在各级支气管壁上 其中大部分能通过粘膜上皮的 纤毛运动 伴随粘液往外移动 并通过咳嗽排出体外 进入肺 泡的粉尘 一部分可随呼吸排出 一部分通过吞噬作用而被清 除 虽然人体对粉具有防御功能 但在粉尘超过允许浓度的情 况下长期作业 防尘措施又不好 吸入粉尘较多 就会形成焊 工尘肺 焊工尘肺的诊断目前尚未制订有关标准 2 锰中毒 锰蒸气在空气中能很快地氧化成一氧化锰 四氧 化三锰呈烟状 长期吸入超过允许浓度的锰及其化合物的微粒 及蒸气 则可造成锰中毒 3 焊工金属热 焊接金属中直径为 0 05 0 5 m 的铁 锰和 氟等的氧化物 通过呼吸道 末梢细支气管和肺泡 再进入机 体 引起焊工金属热反应 一般在密闭罐 船舱内使用碱性焊 条施焊时 容易得此症 二 有毒气体 在焊接的高温和紫外线作用下 在弧区周围产生多种有毒气体 主要有臭氧 氮氧化物 一氧化碳和氟化物等气体 1 臭氧 空气中的氧在短波紫外线的激发下生成臭氧 o sub 3 sub 其化学反应是 短波紫外线 o sub 2 sub 2o 2o sub 2 sub 2o 2 o sub 3 sub 波长为 2 10 sup 7 sup m 以下的紫外线 对氧分子的破 坏能力最强 臭氧呈淡蓝色 是有刺激性气味 有毒气体 其浓度较高时 有腥臭味 浓度特高时 有腥臭并略带酸味 臭氧对人体的危害主要是对呼吸道及肺有强烈的刺激作用 臭 氧浓度超过一定限度时 可使焊工引起咳嗽 胸闷 食欲不振 疲劳无力 头晕 全身无力等 严重时引起支气管炎 焊接中臭氧的浓度与焊接方式 焊接材料 焊接电流 环境通 风条件以及焊接持续时间等因素有关 熔化极气体保护焊时母 材和保护气体对臭氧浓度的影响见表 4 工艺参数对臭氧浓度 的影响见表 5 表 表 4 熔化极气体保护焊母材和气体对臭氧浓度的影响 表 表 5 工艺参数对臭氧浓度的影响 我国卫生标准规定 臭氧最高容许浓度为 0 3mg m sup 3 sup 在没有良好的通风条件下 焊接工 作地点的臭气浓度往往高于卫生标准几倍至十几倍 但只要采 取通风措施 臭氧浓度就可大大降低 臭氧对人体呼吸系统引起的症状 一般在脱离接触后均可恢复 恢复期的长短 与受危害程度及人的体质有关 2 氮氧化物 氮氧化物是由焊接电弧的高温作用 引起空气中 氮 氧分子分解 重新结合而成的 它的种类很多 在明弧焊 中常见的为二氧化氮 其次是一氧化氮和四氧化氮 常以测定 二氧化氮的浓度来表示氮氧化物的存在 氮氧化物是具有刺激性的有毒气体 呈红褐色 比重为 1 539 有特殊臭味 其毒性为一氧化氮的 4 5 倍 但比臭氧毒性小 氮氧化物对人体的危害主要是对肺有刺激作用 高浓度的二氧 化氮吸入到肺泡后 因湿度大 反应加快 形成硝酸 亚硝酸 对肺组织产生强烈的刺激和腐蚀作用 可引起肺水肿 浓度为 120mg m sup 3 sup 的二氧化氮 可引起咽喉受刺激 浓度不超过 700mg m sup 3 sup 人接触可忍受几小时 影响氮氧化物生成浓度的因素与臭氧相同 以氩弧焊为例 手 工焊接铸铝时 氮氧化物的平均浓度 22mg m sup 3 sup 焊铝镁合金时为 6 04mg m sup 3 sup 焊铜合金时为 19 20mg m sup 3 sup 熔化极半自动焊接铝镁合金时平 均浓度可达 120mg m sup 3 sup 手工电弧焊铝硅合金 时为 208 5mg m sup 3 sup 我国卫生标准规定 氮氧 化物的最高容许浓度为 5mg m sup 3 sup 明弧焊在通 风不良的情况下 往往超过标准几倍至几十倍 在焊接过程中 一般都是臭氧和氮氧化合物同时存在 这样它 们的毒性倍增 两种气体同时存在比单一种气体存在时 其毒 性对人体的危害作用增加 15 20 倍 3 一氧化碳 它产生于各种明弧焊接过程中 尤其是二氧化碳 保护焊产生一氧化碳浓度最高 是这种焊接方法的主要有害气 体之一 一氧化碳的来源是二氧化碳气体在电弧的高温作用下分解而成 co sub 2 sub co o sub 2 sub 另外 二氧化碳及其分解后的氧对熔 化金属中的元素起氧化作用 也产生一氧化碳和氧化物 其反 应式如下 2fe o sub 2 sub 2feo si o sub 2 sub sio sub 2 sub 2mn o sub 2 sub 2mno feo c fe co 一氧化碳是一种窒息性气体 它的毒性作用是使人体输送和利 用氧的功能发生障碍 造成缺氧 根据测定 焊工从事 co sub 2 sub 气体保护焊时 血液中的碳氧血红蛋白比 正常人高 但采取通风措施后即显著下降 我国卫生标准规定 一氧化碳的最高允许浓度为 30mg m sup 3 sup 4 氟化氢 它主要产生于手工电弧焊 在低氢型焊条的药皮里 含有萤石 caf sub 2 sub 和石英 sio sub 2 sub 在电弧高温作用下 产生氟化氢气 体 反应式如下 2caf sub 2 sub 3sio sub 2 sub 2casio sub 3 sub sif sub 4 sub sif sub 4 sub 3h sif 3hf sif sub 4 sub 2h sub 2 sub o sio sub 2 sub 4h sub 2 sub f caf sub 2 sub h caf hf caf sub 2 sub h sub 2 sub o cao 2hf 氟及其化合物均有刺激作用 氟化氢的刺激性更为明显 氟化 氢为无色气体 比重为 0 7 极易溶于水形成氢氟酸 两者的腐 蚀性均强 毒性剧烈 它可通过呼吸道和皮肤对机体起毒性作 用 我国卫生标准规定 氟化氢的最高容许浓度为 1mg m sup 3 sup 三 高频电磁场 非熔化极氩弧焊和等离子弧焊为了迅速引燃电弧 须有高频振 荡器激发引弧 在引弧瞬间 2 3s 有高频磁场存在 焊接高 频振荡器的峰值电压可达 3500v 在数十微秒内即衰减完毕 相隔 0 01s 又进行反向振荡 它属于脉冲高频电 它通过焊钳 电缆软线对人体空间的电容耦合 即有脉冲电流流过人体 实 验证明 接通开关尚未起弧前 流过人体高频电流 7ma 起 弧后 3ma 由于振荡高频电流的作用 在振荡器和电源传输线路附近的空 间 存在高频磁场 高频电磁场的允许强度为 20v m 研究证 明 电焊振荡器所产生的高频电磁场 对人体有一定影响 但 危害不大 四 放射性物质 某元素不需要外界的任何作用 它们的原子核会自行放出具有 穿透能力的射线 这种性质叫放射性 具有这种性质的物质叫 放射性物质 氩弧焊和等离子弧焊使用的钍钨棒电极中的钍是天然放射性物 质 它能放射出 三种射线 基中 射线占 90 射 线占 9 射线仅占 1 焊接时 放射性物质的基本危害形成 是由钍及其衰变 产物呈气溶胶和气体形式进入人体内 钍的气溶胶具有很高的 生物学活性 它们很难从人体内排出 而形成内照射 外照射 危害较小 水分解吸收绝大部分射线辐射能 人体内水分占体 重的 70 75 这样就只有一小部分辐射能直接作用于机体蛋白 质 当人体受到辐射剂量不超过容许值时 射线不会对人体产 生危害 根据测定 氩弧焊和等离子弧焊的放射性一般都低于 最高容许浓度 但是钍钨极磨尖 修理 特别是贮存地点 放 射性浓度可达到或接近最高容许浓度 所以对钍的危害应当重 视 采取防护措施 防止放射烟尘进入体内 五 噪声 在等离子喷焊 喷涂和切割等过程中 由于工作气体和保护气 体以一定的速度流出 等离子焰流从喷枪口高速喷出 都会发 生周期性的压力起伏 振动和摩擦 于是产生噪声 等离子流 的喷射速度可高达 10km min 噪声强度最高 大多数在 100db 以上 喷涂作业的噪声可达 123db 频谱也较宽 在 31 5 32000hz 之间 较强噪声的频率均在 1000hz 以上 这些 噪声都超过了容许强度 对人体有危害 二 有害因素的防护措施 一 焊接烟尘和有毒气体的保护 1 通风技术措施 通风技术是消除焊接尘毒危害 改善劳动条 件的有效措施 它的作用是把新鲜空气送到作业地点 并及时 排出有害物质和被污染的空气 使作业环境符合劳动卫生的要 求 焊接所采用的通风措施为机械排风 并以局部机械排风最为普 遍 1 焊接通风技术措施的设计要求 1 在车间内施焊时 必须保证及时排出焊接过程中产生的有 害烟尘 毒气 达到劳动卫生的要求 2 有害气体 烟尘等抽排到室外大气中之前 应经过净化处 理 防止污染大气 3 采用通风措施 必须保证冬季室温在规定范围内 4 要根据现场和工艺条件设计 不得影响正常施焊 5 应便于安装和拆卸 便于清理和修配 2 局部排气装置 焊接过程中 局部排气效果最好 它方便 灵活 设备费用少 在焊接作业中得到广泛应用 1 固定式排烟罩 它分为上抽 侧抽和下抽等三种 如图 1 所示 它适用于焊接地点固定 焊接工件较小的作业条件 此 装置除满足通风措施的技术要求外 尚须符合下列要求 整个 装置的排气途径必须合理 勿使有毒气体 粉尘经过焊工呼吸 带 排出口的风速应为 1 2m s 风量可以调节 排出口的高度 必须高出作业厂房顶部 1 2m 如图 2 所示 图 1 固定式排烟罩 a 上抽 b 侧抽 c 下抽 图 2 下抽式排风系统 2 可移动式排烟罩 这类通风装置结构简单轻便 可以根据焊 接地点和操作位置的需要随意移动 在密闭船舱 化工容器和 管道内施焊 或在大作业厂房非定点施焊时 采用这类装置有 良好的效果 图 3 是在化工容器内焊接时应用的情况 图 3 化工容器内施用排烟罩 1 排烟罩 2 软管 3 电机 4 风机 5 过滤器 6 化工容器 可移动式排烟罩的排烟系统由小型离心风机 通风软管 过滤 器和排烟罩组成 目前应用较多 效果较好的有以下几种型式 净化器固定吸头可移动式排烟系统 它的排烟系统见图 4 风机和过滤装置是固定的 吸风头可以移动 它适用于大作业 厂房非定点施焊 图 4 净化器固定吸头可移动式排烟系统 1 吸风头 2 软管 3 过滤器 4 风机 风机及吸头移动型 排烟系统见图 5 所示 它的风机 过滤 器和吸风头都可以根据焊接需要随意移动 使用方便灵活 只 要吸风头与焊弧间距离适当 效果就显著 图 5 风机和吸头移动式排烟系统 1 软管 2 吸风头 3 净化器 4 出气孔 为了便于移动排烟装置 并省力 可采用图 6 所示的有活动支 撑架的轴流风机排烟罩 使用移动式排烟罩时 必须有净化过滤设施 否则只是有害物 质 搬家 仍有污染 另外 操作者应面对吸风口 当操作 所有一定风向时 应位于上风侧操作 图 6 轴流风机排烟系统 1 风机 2 导风管 3 净化器 4 活动支撑架 3 多吸头排烟罩 这类排烟罩如图 7 所示 它的排气支管可 根据焊件大小和高低作调节 适用于大而长的焊件 图 7 多吸头排烟罩 1 吸头 2 通风排烟管路 3 风机 4 过滤器 5 排风口 6 容器 7 转动轮 4 随机式排烟罩 这类排烟罩是固定在自动焊机头上或附近 排风效果显著 一般采用微型风机为风源 它又分为近弧和隐 弧两种形式 如图 8 所示 隐弧排烟效果最佳 它对焊弧区密 闭 减少臭氧等有害气体的扩散 同时把光辐射 粉尘控制在 一定空间内 但必须掌握适当的风速和风压 保证保护气体层 不受破坏 保证焊接质量 图 8 随机式排烟罩 a 近弧排烟罩 b 隐弧排烟罩 等离子弧焊可采用图 9 所示的密闭罩和净化系统 观察窗装有 反射型和吸收式光学玻璃的防护镜 过滤器的过滤材料可用活 性炭 分子筛或碱液等 其防护效果显著 图 9 等离子弧焊密闭罩及净化系统 1 观察窗 2 罩体 3 导风管 4 风机 5 过滤净化器 6 排 烟调节板 为适应手工电弧的操作特点 可采用图 10 所示的活动式排烟罩 它较好地解决了手工电弧焊的尘毒危害问题 使用效果显著 图 10 活动式排烟罩 1 排气管 2 滤光片 3 遮蔽体 4 焊条 5 滚轮 5 强力小风机 它被广泛地应用于半自动焊接 图 11 所示为 环缝半自动焊接时采用强力小风机排烟的示意图 所用风机为 单相的 36v 180v 直流风机 图 11 环缝半自动焊接时采用强力小风机排烟 6 低压风机排烟罩 这类排烟装置适用于密闭容器内施焊 它是有效的局部排烟装置 这种排烟系统如图 12 所示 所用风 机功率为 180w 电压为 36v 转数为 2900rpm 将它放在焊接 部位附近 使有害气体和烟尘及时排出 风机底座设有活动座 以使风机不随之转动 工作时处在最低部位 便于排污 排气 管道的排气口一端必须牢固的安置在孔洞的外道边缘上 防止 脱落 图 12 低电压风机排烟系统 1 吸风口 2 风机 3 排气软管 4 孔洞 5 排出口 6 容器 7 滚轮 8 活动座 焊接排烟罩类型较多 应根据实际焊接方式 工作场所和焊件 等选用或自行设计适用有效的排烟罩 2 个人防护措施 加强个人防护措施 对防止焊接过程中产生 的有毒气体和烟尘的危害有重要意义 个人防护措施是指对眼 口鼻 耳 身体各部位作防护 常用 防护用品有眼镜 口罩 护耳器 头盔 手套 鞋 工作服 特殊防护用品有通风帽 用于通风不易解决的特殊作业场所 如密闭容器内的焊接作业 1 送风防护头盔 如图 13 所示 它是在一般电焊工头盔里 面的呼吸部位固定一个由轻金属或有机玻璃板制成的空气带 新鲜压缩空气经净化处理后 由输气管送进送风带晨 经送风 带的小孔喷出 多余的空气和呼出的废气自动逸出 图 13 送风防护头盔 a 外形图 b 结构图 对设计和制造防护头盔的原则要求是 保证供气量充足 噪声 小 送风带拐角处圆滑 送风孔大小适度 直径为 1 2mm 为宜 送风带表面处理良好 要保证喷出的空气均匀密布 在送风带 有送风软管的一侧小孔直径要大于另一侧直径 送风软管的送 风压力为 0 5 1 10 sup 5 sup pa 在头盔的送风管 下端应设有供气调节阀 供焊工随时调节气流 过滤器应设有 压力调节阀 冬季使用时 可用电阻丝或暖气管对所供压缩气 加热 过滤器的过滤物质可采用活性炭 焦炭等 由于盔内形成正压 盔外的有害气体不易进入盔内 保证了良 好的防护效果 这种送风头盔的防护效果见表 6 表 表 6 防护效果评价 2 送风封闭头盔 它的安装使用如图 14 所示 这种头盔的 重量轻 对头部 面部无压迫感 大小也适宜 头披与盔裙用 丝制品等耐腐蚀材料制成 并与头盔四周紧密连接 观察镜靠 弹力开启 施焊时能避弧光辐射 停焊时打开观察不必取下头 盔 镜开闭时密封良好 开启灵活 压缩空气要经过净化 通 过压力调节阀 以 0 5 1 2 10 sup 5 sup pa 的压 力送入盔内 冬季应将压缩空气预热 使焊工呼吸不受刺激 图 14 送风封闭头盔工作系统 1 压缩空气进口 2 压力净化控制器 3 送风管路 4 加热 或冷却 器 5 封闭型送风头盔 送风封闭头盔的防护效果较好 盔内空间压力比外部大 有害 气体不能进入盔内 有隔离作用 另外 头披和盔裙对 焊工的 头部 颈部和上胸都有保护作用 免受辐射危害 这种头盔摘戴较麻烦 适于在密闭容器内施焊时使用 3 送风口罩 它的作用是供给焊工新鲜空气 并使呼吸带呈 正压 防止尘毒侵入 这种口罩的使用如图 15 所示 这套设施较复杂 一般在尘毒较 严重时才使用 图 15 送风口罩工作系统 a 系统图 b 部件 1 空气过滤器的剖面图 1 空气过滤器 2 调节阀 3 塑料管 4 空气加热器 5 口罩 6 压紧的棉花 7 泡沫塑料 8 焦炭粒 9 瓷杯 10 放水阀 11 进气口 12 出气口 4 分子筛除臭氧口罩 它的使用如图 16 所示 除臭氧效率 可达 99 100 图 16 分子筛口罩 a 系统图 b 分子筛罐体剖面 1 出气口 2 滤尘尼龙毡 3 分子筛 4 进气孔 5 罐体 6 进气口 3 改革工艺和改进材产是改善条件的根本措施 改革焊接工艺 使焊接操作实现机械化 自动化 不仅能降低 劳动强度和提高劳动生产率 而且大大减少焊工接触焊接有害 物的机会 改善作业环境的劳动卫生条件 例如用自动电弧焊 代替手工电弧焊 就可以消除弧光 有毒气体和烟尘对焊工的 危害 自动埋弧焊的电弧是在熔渣和金属液体之间的空间燃烧 肉眼看不见 这种焊接方法的引弧 焊丝送进和沿焊接方向移 动 都是利用机械自动进行的 埋弧焊用的焊丝不涂药皮 用 焊剂代替药皮的作用 在电弧焊接中 应用各种形式的机械手 实现焊接过程的全自动化 将可从根本上消除焊接有害因素对 焊工的危害 合理设计焊接容器的结构 采用单面焊双面成型 新工艺 不用容器内部焊接 减轻焊工受危害程度 采用无毒或毒性小的焊接材料代替毒性大的焊接材料 也是防 止焊接危害的有效措施 例如手工电弧焊产生危害与焊条药皮 的成分有关 因此改革焊条对消除手工电弧焊的尘毒危害有重 要作用 目前含锰量高的焊条已日趋淘汰 低氢型碱性焊条危 害也较大 因此应改革焊条药皮的成分 使其含氟量和发尘量 减少 既减少危害 又能保证焊接质量 我国自制的 116 号焊 条 其药皮具有低锰 低氟 低尘的特点 1977 年甘肃省卫生 防疫站编印 电焊职业毒害研究 介绍 又如当前正在研制 用铈钨棒