电弧焊的危害及其防护知识

1、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0.1m的称为烟；微粒直径为0.110m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30006000。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，也可证实焊接时金

2、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，也证实金属蒸发。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+Osub2/sub 2FeO，Si+Osub2/sub SiOsub2/sub，2Mn+Osub2/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、天生Fesub2/subOsub3/sub、MnO、SiOsub2/s

3、ub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。玄色金属焊接时发尘量及主要毒物见表3。表表3 玄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（5m以下），在空中停留时间较长，轻易吸进肺中。因此在密闭容器、锅炉、管道内或面积狭小、门窗封闭的室内焊接时，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

4、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 尘肺是由于长期吸进超过规定浓度，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，吸进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，证实焊区四周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。目前一般以为，焊工尘肺既不是铁末沉着症，也不同于矽肺，而是由于长期吸进超过标准

5、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10m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进粉尘总量的3050%。在深呼吸道，支气管逐渐分级，负气流速度逐渐减慢和改变方向，可使210m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。进进肺泡的粉尘，一部分可随呼吸排出，一部分通过吞噬作用而被清除。固然人体对粉具有防御功能，但在粉尘超过答应浓度的情况下长期作业，防尘措施又不好，吸进粉尘较多，就会形成焊工尘肺。焊工尘肺的诊断目前尚未制订

6、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。长期吸进超过答应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0.050.5m的铁、锰和氟等的氧化物，通过呼吸道、末梢细支气管和肺泡，再进进机体，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，轻易得此症。（二） 有毒气体在焊接的高温顺紫外线作用下，在弧区四周产生多种有毒气体，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天生臭氧（Osub3/sub），其化学反应是： 短波紫外线Osub2/sub 2O2Osub2/sub+

7、2O=2 Osub3/sub波长为2×10sup-7/supm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、疲惫无力、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、环境透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

8、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/msup3/sup。在没有良好的透风条件下，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。但只要采取透风措施，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，恢复期的是非，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45倍

9、。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进到肺泡后，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/msup3/sup的二氧化氮，可引起咽喉受刺激，浓度不超过700mg/msup3/sup，人接触可忍受几小时。影响氮氧化物天生浓度的因素与臭氧相同。以氩弧焊为例，手工焊接铸铝时，氮氧化物的均匀浓度22mg/msup3/sup；焊铝镁合金时为6.04mg/msup3/sup；焊铜合金时为19.20mg/msup3/sup；熔化极半自动焊接铝镁合金时均匀浓度可达120mg/msup3/sup，手工电弧焊铝硅

10、合金时为208.5mg/msup3/sup。我国卫生标准规定，氮氧化物的最高容许浓度为5mg/msup3/sup。明弧焊在透风不良的情况下，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1520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：COsub2/subCO+ Osub2/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

11、碳和氧化物。其反应式如下：2Fe+Osub2/sub 2FeOSi+Osub2/sub SiOsub2/sub2Mn+Osub2/sub 2MnOFeO+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COsub2/sub气体保护焊时，血液中的碳氧血红蛋白比正凡人高，但采取透风措施后即明显下降。我国卫生标准规定，一氧化碳的最高答应浓度为30mg/msup3/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（CaFsub2/sub）和石英（SiOsub2/sub），在电弧高温作用下，产生氟化氢气体。反应式

12、如下：2CaFsub2/sub+3SiOsub2/sub 2CaSiOsub3/sub+SiFsub4/subSiFsub4/sub+3H SiF+3HFSiFsub4/sub2Hsub2/subO SiOsub2/sub+4Hsub2/subFCaFsub2/sub+H CaF+HFCaFsub2/sub+Hsub2/subO 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/msup3/sup。（三） 高频电磁

13、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（23S）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。实验证实，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四周的空间，存在高频磁场。高频电磁场的答应强度为20V/m。研究证实，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

14、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自然放射性物质，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进人体内。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。水分解吸收尽大部分射线辐射能。人体内水分占体重的7075%，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，

15、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，防止放射烟尘进进体内。（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31.532000Hz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 透风技术措施 透风技术是消除焊接尘

16、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。焊接所采用的透风措施为机械排风，并以局部机械排风最为普遍。（1） 焊接透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） 采用透风措施，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，设备用度少

17、，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。此装置除满足透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公道，勿使有毒气体、粉尘经过焊工呼吸带；排出口的风速应为12m/s；风量可以调节；排出口的高度必须高出作业厂房顶部12m，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。这类透风装置结构简单轻便,可以根据焊接地点和操纵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

18、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、透风软管、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间隔适当，效果就明显。图5 风机和吸头移动式排烟系统1软管 2吸风

19、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，操纵者应面对吸风口，当操纵所有一定风向时，应位于上风侧操纵。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透风排烟管路 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四周，排风效果明显。一般采用微型风机为风源。它又分为近弧和

20、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。但必须把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。其防护效果明显。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纵特点，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题目，使用效果明显。图10 活动式

21、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。将它放在焊接部位四周，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沿上，防止脱落。图12 低电压风机

22、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。特殊防护用品有透风帽，用于透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

23、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12mm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（0.51）×10sup5/supPa，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，可用电阻丝或热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进盔内，保证了良好的

24、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（0.51.2）×10sup5/supPa的压力送进盔内；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

25、内空间压力比外部大，有害气体不能进进盔内，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，防止尘毒侵进。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（99100）%。图

26、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，使焊接操纵实现机械化、自动化，不仅能降低劳动强度和进步劳动生产率，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

27、自动化，将可从根本上消除焊接有害因素对焊工的危害。公道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代替钍钨棒，可以基本上消除放射性污染。（二） 放射性防