GBT 43905.2-2024 焊接及相关工艺中烟尘和气体取样的实验室方法 第2部分：电弧焊、切割及气刨中一氧化碳、二氧化碳、一氧化氮、二氧化氮排放速率的测定标准立项发展报告

焊接及相关工艺中烟尘和气体取样的实验室方法第2部分：电弧焊、切割及气刨中一氧化碳、二氧化碳、一氧化氮、二氧化氮排放速率的测定标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:LaboratoryMethodforSamplingofFumesandGasesinWeldingandAlliedProcesses,Part2:DeterminationofEmissionRatesofCarbonMonoxide,CarbonDioxide,NitrogenMonoxideandNitrogenDioxideduringArcWelding,CuttingandGouging摘要焊接及相关工艺过程中产生的有害气态污染物是职业健康危害的重要来源。随着我国制造业规模的持续扩大和焊接自动化水平的不断提升，焊接作业场所的空气质量管理与职业健康防护日益受到重视。在此背景下，GB/T43905.2-2024《焊接及相关工艺中烟尘和气体取样的实验室方法第2部分：电弧焊、切割及气刨中一氧化碳、二氧化碳、一氧化氮、二氧化氮排放速率的测定》于2024年4月25日由国家标准化管理委员会正式发布，并于2024年11月1日起实施。该标准为现行有效版本，分类号为“焊接工艺”，归属于国家标准体系。本标准为焊接烟尘和气体排放的实验室测定提供了系统、规范的技术方法，对一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO₂）、一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO₂）四种关键气态污染物的排放速率测定做出了明确规定。本报告的编制旨在全面阐述该标准的立项背景、研制过程、核心技术内容及预期应用效益，为相关行业企事业单位及标准化工作者提供系统性的技术参考与实施指引，推动该标准在焊接制造与职业健康防护领域的广泛应用，为完善我国焊接工艺领域的标准化体系提供有力支撑。关键词：焊接工艺；烟尘取样；气体排放速率；职业健康；实验室方法；标准化Keywords:weldingprocess;fumesampling;gasemissionrate;occupationalhealth;laboratorymethod;standardization一、引言1.1焊接工艺中气态污染物的危害与管控需求焊接是现代制造业不可或缺的关键工艺技术，广泛应用于船舶制造、轨道交通、压力容器、建筑工程、石油化工及能源装备等国民经济的众多重要领域。然而，焊接过程中焊条药皮、焊丝和母材在高温电弧作用下发生剧烈的冶金反应，不可避免地产生大量烟尘和气态污染物。其中，一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO₂）、一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO₂）是电弧焊、切割及气刨过程中最为典型的气态排放物。这些气体对人体健康具有显著危害：一氧化碳与血红蛋白的亲和力约为氧气的240倍，可导致组织缺氧，引发头痛、眩晕乃至昏迷；氮氧化物（NO和NO₂）具有强烈的刺激性，可深入呼吸道末梢引起肺水肿和化学性肺炎；二氧化碳在高浓度时会造成窒息风险。长期暴露于含有这些有害气体的焊接作业环境中，焊工罹患呼吸系统疾病的风险显著升高。世界卫生组织国际癌症研究机构已将焊接烟尘列为2B类可能致癌物。因此，准确测定焊接及相关工艺过程中有害气体的排放速率，科学评估焊接作业环境的污染程度，是实施有效职业健康防护的前提和基础。1.2国内外标准现状在国际层面，国际标准化组织ISO/TC44（焊接及相关工艺技术委员会）制定了ISO15011系列标准，其中ISO15011-2:2009即为电弧焊、切割及气刨中CO、CO₂、NO、NO₂排放速率测定的实验室方法。欧洲标准化委员会（CEN）等区域性标准化组织也采用了类似标准。该国际标准已在全球范围内得到广泛应用，为焊接气态污染物排放的实验室评估提供了重要的技术依据。在国内层面，随着我国焊接制造规模的持续扩大和环保健康要求的不断提高，焊接工艺中有害气体的检测与控制逐步被纳入标准化管理范畴。然而，在此之前，我国在焊接气态污染物排放测定的实验室方法方面尚缺乏统一的、与国际接轨的国家标准。这一标准空白导致了各检测机构和企业实验室在测定方法和数据处理上存在差异，检测结果缺乏可比性，不利于焊接工艺的环境健康评价和行业监管。1.3标准立项的必要性与意义制定GB/T43905.2-2024标准的必要性体现在以下三个维度：产业需求维度：我国已成为全球最大的焊接制造大国，焊接作业从业人员数量庞大。焊接车间的空气质量直接关系到数百万劳动者的职业健康。建立一个全国统一的气态污染物排放测定方法标准，有助于各企业规范开展焊接工艺的健康风险评估，有针对性地采取通风排毒和个人防护措施。标准体系维度：本标准的制定填补了我国在焊接气态污染物排放测定领域的方法标准空白，完善了焊接工艺的标准体系结构。作为系列标准之一，本标准的实施为后续开展焊接烟尘中其他有害物质检测标准的制定提供了方法论基础。国际接轨维度：随着我国焊接装备和技术“走出去”步伐加快，采用与国际接轨的检测方法标准，有助于消除技术性贸易壁垒，提升我国焊接产品和工艺在国际市场的竞争力。本标准等同采用了ISO15011-2的技术内容，实现了与国际先进标准的技术对接。二、标准研制过程2.1立项与起草阶段GB/T43905.2-2024的制定工作由全国焊接标准化技术委员会（SAC/TC55）提出并归口管理。该技术委员会是负责全国焊接领域标准化技术工作的权威技术组织，秘书处设于哈尔滨焊接研究院有限公司。2019年，经国家标准化管理委员会批准，该标准制定项目正式立项，项目编号为20192141-T-469。项目立项后，由哈尔滨焊接研究院有限公司牵头，联合国内从事焊接工艺研究、职业健康检测及标准化工作的多家科研院所、高等院校和骨干企业组成了标准起草工作组。起草组首先系统收集和分析了ISO15011-2:2009国际标准文本、国内外相关技术文献和实验室检测数据，在此基础上确定了标准研制的总体技术路线：以国际标准ISO15011-2:2009为技术蓝本，结合我国焊接工艺特点、实验室装备条件和检测技术发展水平，对标准的技术内容进行适当调整和完善，使之既保持与国际标准的一致性，又符合国内实施的实际情况。2.2征求意见与审查阶段标准起草组经过多轮内部研讨和技术论证，形成了标准征求意见稿。2022年初，征求意见稿通过全国焊接标准化技术委员会发往各相关企事业单位、科研机构、检测机构及行业专家广泛征求意见。共收到来自焊接材料生产企业、焊接设备制造商、职业卫生检测机构、高等院校等各方的反馈意见数十条。起草组对收集到的意见逐条进行了认真的处理和分析，对标准文本进行了多次修改完善，形成送审稿。2023年，全国焊接标准化技术委员会组织召开了标准审查会，与会专家对标准送审稿进行了逐章逐条的技术审查，对排放速率的计算表达式、试验条件的控制要求、试验报告的内容规定等关键技术内容进行了充分的讨论和确认，最终一致同意通过审查。审查意见认为，该标准技术内容科学合理、可操作性强，达到了国际先进水平。2.3批准发布与实施2024年4月25日，国家市场监督管理总局（国家标准化管理委员会）正式批准发布GB/T43905.2-2024，标准自2024年11月1日起正式实施。三、标准主要内容3.1范围与适用领域本标准规定了电弧焊、切割及气刨过程中一氧化碳、二氧化碳、一氧化氮和二氧化氮排放速率测定的实验室方法。适用于在实验室受控条件下，对上述四种气体排放速率进行定量测定的试验方法。标准明确了其适用范围覆盖各种主要电弧焊方法（包括手工电弧焊、熔化极气体保护焊、钨极氩弧焊、埋弧焊等）以及热切割和气刨工艺。3.2规范性引用文件标准规范性引用了若干项相关国家标准，主要涉及焊接烟尘测定方法（GB/T43905.1等）、气体分析方法和实验室通风安全等方面的标准文件，为标准的正确实施提供技术配套支撑。3.3术语和定义标准对以下关键术语做出了明确规定：-排放速率：单位时间内焊接过程释放的某种气体的质量，通常以mg/min或mg/kg（每千克焊接材料消耗量对应的气体排放量）表示；-焊接烟尘：焊接过程中母材和填充材料在高温作用下蒸发、氧化和凝结形成的固体微粒和气态产物的混合物；-试验焊炬/焊枪：标准规定的用于在实验室条件下进行焊接试验的标准化工具；-采集室/烟尘收集系统：用于在受控条件下收集焊接过程中产生的全部烟尘和气体的密闭装置。3.4试验原理本标准规定的测定方法基于以下原理：在密闭的试验舱（采集室）中，按照规定的焊接工艺参数进行焊接操作，焊接过程产生的全部气体排放物被载气（通常为洁净空气）以恒定流量携带通过气体分析系统。通过连续监测采集室内四种目标气体的浓度变化，依据物料平衡原理计算出单位时间内各气体的排放速率。核心的计算原理可表示为：$$q_m=Q\times\frac{C\timesM}{V_m}$$式中：$q_m$为气体排放速率（mg/min），$Q$为载气体积流量（L/min），$C$为目标气体的体积分数（μL/L），$M$为目标气体的摩尔质量（g/mol），$V_m$为标准状态下气体的摩尔体积（L/mol）。3.5试验装置与设备标准对试验装置的各组成部分做出了系统性规定：焊接试验系统：包括焊接电源、送丝机构、行走机构（如需自动焊接）等，应能保证焊接过程稳定和工艺参数可控。试验舱（采集室）：标准规定了试验舱的容积、材质和密封性能要求。试验舱应具备良好的气密性，舱体内壁应采用不与目标气体发生吸附或反应的材料制作，以避免气体损失和交叉污染。气体采样与分析系统：标准对气体采样管路、流量控制装置、气体分析仪器（包括非分散红外分析仪、化学发光分析仪或电化学传感器等）的性能指标做出了明确规定。分析仪器的量程、精度、响应时间等应满足测定要求。辅助设备：包括温度传感器、压力计、湿度计等环境参数监测设备，用于记录和修正试验条件对测定结果的影响。3.6试验条件与程序标准对试验条件做出了明确规定：环境条件：试验环境温度宜控制在（20±5）℃，相对湿度不超过80%。环境空气中目标气体的本底浓度应低于检出限，必要时需对采集气体进行净化处理。焊接工艺参数：标准规定了焊接电流、电弧电压、焊接速度、保护气体种类及流量等参数的设定原则和允许波动范围。标准还要求对焊丝/焊条的牌号、规格、批号等信息进行完整记录，以确保试验结果的溯源性和可重复性。试验步骤：试验程序包括试验舱预清洗、本底浓度测定、焊接试验、过程气体监测、数据记录等若干规定步骤。焊接试验应从引弧开始至熄弧结束，整个过程连续监测目标气体浓度，记录完整的浓度-时间曲线。3.7排放速率的计算与表示标准规定了基于试验数据的排放速率计算方法，包括：-稳态阶段（浓度-时间曲线线性段）的气体浓度变化速率计算；-基于载气流量和浓度变化速率的排放速率计算；-试验结果以多次平行试验的算术平均值表示，并给出标准偏差。3.8试验报告标准规定试验报告应至少包含以下内容：试验目的和依据的标准编号；焊接材料及母材的详细信息；焊接工艺参数的完整记录；试验环境条件记录；各目标气体的排放速率测定值及平均值；试验过程中的异常情况及处理说明；试验日期、人员和机构信息。四、标准主要参与单位介绍4.1哈尔滨焊接研究院有限公司哈尔滨焊接研究院有限公司（以下简称“哈尔滨焊接研究院”）是本标准制定的牵头单位和主要起草单位。该研究院成立于1956年，是中国焊接技术领域成立最早、综合实力最强的国家级专业科研机构之一，现隶属于中国机械科学研究总院集团有限公司，是国务院国资委监管的中央企业下属科技型企业。作为全国焊接标准化技术委员会（SAC/TC55）的秘书处挂靠单位，哈尔滨焊接研究院长期以来承担着全国焊接领域标准化技术归口管理工作，负责组织制修订焊接基础、焊接材料、焊接工艺、焊接设备及焊接质量检测等各专业领域的国家标准和行业标准。截至目前，该院已组织制修订并归口管理的焊接领域国家标准和行业标准达数百项，为我国焊接行业的技术进步和标准化体系建设做出了不可替代的贡献。在焊接烟尘与气体检测领域，哈尔滨焊接研究院拥有深厚的技术积淀。研究院建有焊接烟尘分析实验室和职业健康检测实验室，配备了气体分析仪、烟尘采样装置、颗粒物粒径分析仪等先进的检测设备，长期开展焊接烟尘和气体的成分分析、排放特征及控制技术研究。多年来，该院承担了多项国家科技支撑计划、科研院所技术开发研究专项等国家级和省部级科研项目，在焊接烟尘治理、低烟尘焊接材料开发、焊接作业环境评价等领域取得了一系列具有先进水平的科研成果。在本标准的研制过程中，哈尔滨焊接研究院负责组建标准起草工作组并提供全面的技术支撑和条件保障。研究院的标准化工作团队和技术专家全程参与了标准草案的起草、试验验证、意见汇总处理和标准文本的修改完善，为标准的科学性、先进性和可操作性提供了有力的技术保障。五、标准实施意义与前景展望5.1标准实施的技术与经济意义GB/T43905.2-2024的实施具有多方面重要意义。促进职业健康防护水平提升：标准的实施为焊接作业环境中有害气体浓度的评估提供了统一的技术依据。焊接材料和工艺的使用单位可以据此开展系统的排放检测与评估，有针对性地优化焊接工艺、改进通风排毒措施、选择合适的个人防护装备，从而有效降低焊工的职业健康风险。支撑焊接材料绿色评价：随着绿色制造理念深入人心，焊接材料的环保性能日益受到关注。本标准规定的气体排放速率测定方法可作为焊接材料环保性能评价的重要技术手段，为低毒低害焊接材料的研发和推广应用提供定量化的评价工具。推动行业技术进步：通过建立统一的检测方法标准，有利于在行业内形成公平竞争的技术环境，推动焊接材料和焊接工艺的技术创新与质量提升。5.2未来标准化工作展望展望未来，焊接工艺领域的气体排放标准化工作可在以下方向持续深化：进一步完善系列标准体系：以本标准为基础，逐步完善焊接烟尘和气体取样的实验室方法系列标准，增加对其他有害气体（如臭氧、氟化物等）的测定方法标准，形成完整的焊接气态污染物检测方法标准体系。推动标准在行业中的推广应用：通过组织标准宣贯培训、编写标准实施指南、建立标准实施效果评价机制等方式，推动本标准在焊接材料生产、焊接结构制造、职业卫生检测和安全生产监管等领域