GBT 43905.3-2024 焊接及相关工艺中烟尘和气体取样的实验室方法 第3部分：电弧焊中臭氧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3部分：电弧焊中臭氧排放速率的测定标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:LaboratoryMethodsforSamplingFumeandGasesinWeldingandAlliedProcesses—Part3:DeterminationofOzoneEmissionRateduringArcWelding摘要焊接作为现代制造业的基础工艺，在全球工业体系中占据举足轻重的地位。然而，焊接过程中产生的烟尘和有害气体对作业人员健康构成严重威胁，其中臭氧尤为突出——电弧焊接过程中的强烈紫外辐射会使周围空气中的氧分子分解并重新结合形成臭氧。为科学评估和有效控制焊接臭氧排放，亟需建立统一、规范的实验室测定方法标准。本文系统阐述了GB/T43905.3-2024《焊接及相关工艺中烟尘和气体取样的实验室方法第3部分：电弧焊中臭氧排放速率的测定》标准的立项背景、编制过程、关键技术内容和预期实施效益。该标准等同采用ISO15011-3:2017国际标准，规定了在实验室条件下测定电弧焊臭氧排放速率的系统化方法，涵盖试验装置、取样程序、分析方法和结果计算等核心技术要素。标准的发布实施填补了我国在焊接臭氧排放测定领域标准化空白，为焊接材料生产企业开展产品环保性能评价、焊接工艺设计与优化、职业健康风险评估及环保监管提供了统一的技术依据。关键词：焊接工艺；烟尘取样；臭氧排放速率；实验室方法；标准化；职业健康安全AbstractWelding,asafundamentalmanufacturingprocess,occupiesapivotalpositionintheglobalindustrialsystem.However,fumesandharmfulgasesgeneratedduringweldingoperationsposeseriousthreatstoworkers'health,amongwhichozoneisparticularlyprominent—theintenseultravioletradiationduringarcweldingcausesoxygenmoleculesinthesurroundingairtodecomposeandrecombineintoozone.Toscientificallyevaluateandeffectivelycontrolozoneemissionsfromweldingprocesses,thereisanurgentneedtoestablishunifiedandstandardizedlaboratorymeasurementmethods.Thispapersystematicallyelaboratestheprojectbackground,compilationprocess,keytechnicalcontents,andexpectedimplementationbenefitsofGB/T43905.3-2024"LaboratoryMethodsforSamplingFumeandGasesinWeldingandAlliedProcesses—Part3:DeterminationofOzoneEmissionRateduringArcWelding."ThisstandardidenticallyadoptstheinternationalstandardISO15011-3:2017,specifyingsystematicmethodsfordeterminingozoneemissionratesduringarcweldingunderlaboratoryconditions,coveringcoretechnicalelementssuchastestapparatus,samplingprocedures,analyticalmethods,andresultcalculation.ThepublicationandimplementationofthisstandardfillsthestandardizationgapinthefieldofweldingozoneemissiondeterminationinChina,providingunifiedtechnicalbasisforweldingconsumablemanufacturerstoconductproductenvironmentalperformanceevaluation,weldingprocessdesignandoptimization,occupationalhealthriskassessment,andenvironmentalprotectionsupervision.Keywords:weldingprocess;fumesampling;ozoneemissionrate;laboratorymethod;standardization;occupationalhealthandsafety1引言1.1研究背景焊接技术是现代工业制造的基石工艺，广泛应用于船舶制造、压力容器、钢结构建筑、汽车工业、管道工程及航空航天等国民经济重要领域。据不完全统计，我国焊接用钢材消耗量已超过全国钢材总产量的40%，焊接作业从业人员数量庞大。然而，焊接作业过程中产生的各类有害物质对作业人员健康构成持续威胁，其中焊接烟尘和有害气体是主要职业危害因素。在焊接有害气体中，臭氧（O₃）因其特殊的生成机理和高反应活性而备受关注。电弧焊接过程中，电弧产生的强烈紫外辐射（波长低于240nm）会使周围空气中的氧分子（O₂）发生光解反应生成氧原子（O），氧原子随后与氧分子结合生成臭氧（O₃）。臭氧具有强氧化性，对人体呼吸系统具有显著刺激性，即使在较低浓度下（0.1ppm）即可引起呼吸道黏膜刺激、胸闷、咳嗽等症状，长期暴露还可能导致肺功能下降和慢性呼吸系统疾病。国际劳工组织（ILO）和美国政府工业卫生师协会（ACGIH）均将焊接臭氧列为重点关注的职业危害因素。1.2标准立项的必要性当前，我国焊接有害气体排放的监测和评价体系尚不完善。虽然GBZ2.1-2019《工作场所有害因素职业接触限值第1部分：化学有害因素》对工作场所臭氧浓度限值作出了规定（短时间接触容许浓度PC-STEL为0.3mg/m³），但对于焊接工艺过程中臭氧排放速率的系统化测定方法，我国长期缺乏统一的国家标准。排污单位、焊接材料制造企业、检验检测机构和科研院所在实际工作中各自为政，采用的测试方法和装置各不相同，导致测试结果缺乏可比性，严重影响了焊接材料环保性能评价的科学性和公正性。以焊接材料环保性能评价为例，部分先进的焊接材料生产企业在产品研发和质量控制过程中，已逐步引入环保性能指标，其中臭氧排放速率是关键参数之一。然而，由于缺乏统一的测定方法标准，不同企业提供的臭氧排放数据难以进行横向比较，给下游用户的材料选型和工艺优化带来了困扰。此外，在焊接工艺设计阶段，缺乏可靠的臭氧排放数据也制约了通风排毒设施的精准设计和职业健康风险的科学评估。焊接领域标准化工作近年来取得显著进展。生态环境部发布的《焊接污染防治可行技术指南》等政策文件对焊接污染防治提出了总体要求，但具体的技术方法标准仍存在明显缺口。因此，制定电弧焊中臭氧排放速率的实验室测定方法国家标准，不仅是完善我国焊接标准化体系的内在要求，也是落实《中华人民共和国职业病防治法》《工作场所职业卫生管理规定》等法律法规，保障劳动者健康权益的重要技术支撑。1.3与现行标准体系的关系目前已发布的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：电弧焊中一氧化碳、二氧化碳、一氧化氮和二氧化氮排放速率的测定》与GB/T43905.3-2024共同构成了焊接有害气体排放测定的系列标准。其中第2部分侧重于碳氧化物和氮氧化物的测定，第3部分则聚焦于臭氧的测定。两部分在试验原理、装置框架和程序逻辑上保持协调一致，便于用户根据实际需求选择适用的测定项目，也便于检验检测机构整合资源开展综合测试服务。同时，该系列标准与焊接烟尘测定标准（如GB/T3323等）互为补充，共同构建起较为完整的焊接污染物排放评价标准体系。1.4标准主要内容概述GB/T43905.3-2024的发布实施，正是为解决上述问题而迈出的关键一步。该标准为焊接及相关工艺过程中臭氧排放速率的实验室测定提供了规范化的技术路径，对于推动焊接行业绿色发展和保障作业人员职业健康具有深远意义。本文将从标准概况、编制过程、技术要点和应用前景等维度对该标准进行全面解析，以期为相关各方理解和实施该标准提供参考。2标准概况2.1标准基本信息GB/T43905.3-2024《焊接及相关工艺中烟尘和气体取样的实验室方法第3部分：电弧焊中臭氧排放速率的测定》是由国家标准化管理委员会于2024年4月25日正式发布的一项推荐性国家标准，标准自2024年11月1日起正式实施。该标准由全国焊接标准化技术委员会（SAC/TC55）提出并归口，按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。该项标准等同采用ISO15011-3:2017《Healthandsafetyinweldingandalliedprocesses—Laboratorymethodforsamplingfumeandgases—Part3:Determinationofozoneemissionrateduringarcwelding》。ISO15011-3:2017是国际标准化组织（ISO）在焊接健康安全领域的重要标准之一，该标准在国际上已得到广泛应用，为焊接臭氧排放评价提供了权威的测试方法依据。2.2标准适用范围本文件规定了电弧焊（包括手工电弧焊、熔化极气体保护电弧焊、钨极惰性气体保护电弧焊和等离子弧焊等）过程中臭氧排放速率测定的实验室方法。内容涵盖试验原理、试验装置、试验材料、试验程序、结果计算和试验报告等技术要素。该方法适用于在受控实验室条件下对焊接过程中产生的臭氧排放速率进行定量测定，测定结果可用于焊接材料环保性能比较、焊接工艺的环境影响评估以及通风设计的基础数据支撑。该标准不适用于施工现场焊接作业环境空气中臭氧浓度的直接测定和评价。现场监测应参照GBZ/T300.48《工作场所空气中有害物质测定第48部分：臭氧》等相应标准执行。标准规定了特定的焊接位置和试验条件，因此所获得的臭氧排放速率数据反映的是特定试验条件下的结果，实际生产环境中的臭氧浓度还受到焊接参数、保护气体类型、工件形状和环境通风等多重因素影响。2.3标准编制原则本标准的编制遵循以下原则：一是等同采用国际标准，与国际先进技术方法保持同步，促进我国焊接产品环保性能评价与国际接轨；二是注重方法的科学性、准确性和可操作性，确保不同实验室间的测试结果具有良好的可比性和复现性；三是充分考虑我国焊接行业实际，合理确定试验条件参数，兼顾标准和国内应用场景的匹配性；四是严格遵循标准化工作程序，保证标准编制全过程公开透明。3主要技术内容解析3.1术语和定义标准明确了以下关键术语和定义：（1）臭氧排放速率（ozoneemissionrate）：指在规定的试验条件下，单位时间内焊接过程排放的臭氧量，以质量单位表示（mg/min或mg/s）。该参数是评价焊接材料环保性能和焊接工艺绿色化水平的核心量化指标。（2）取样室（samplingchamber）：用于容纳焊接过程产生的烟尘和气体并进行采集的封闭或半封闭装置，其结构设计直接影响所采集臭氧排放数据的准确度和代表性。（3）焊接烟尘（weldingfume）：焊接过程中母材金属、焊丝或药皮在高温作用下蒸发、氧化和冷凝形成的固体微粒和气态产物的混合物。此外，标准还引用了GB/T3375《焊接术语》、GB/T16672《焊接及相关工艺中的健康与安全》等文件中的相关术语。3.2试验原理本标准的臭氧排放速率测定基于以下原理：将待测试焊材在规定的焊接工艺参数下于密闭取样室内进行焊接操作，持续抽取取样室内的气体，通过臭氧分析仪连续监测气流中的臭氧浓度。通过对浓度随时间变化曲线的积分计算，结合载气流量参数，得出单位时间的臭氧排放量。测定装置的核心技术要点在于平衡焊接烟尘对臭氧测定的干扰。焊接过程中同时产生的大量烟尘颗粒物会吸附或还原臭氧，影响测定精度。因此，取样系统需配置适当的过滤装置，在不显著损失臭氧的前提下有效去除颗粒物。3.3试验装置标准对试验装置提出了系统性的技术要求，主要包含：1.焊接试验系统：包括焊接电源、送丝机构、行走机构（或焊接机器人）、试验工件固定平台等，应能实现规定的焊接工艺参数稳定输出。2.取样室：建议采用内壁材料不与臭氧发生反应的密闭腔体（如不锈钢或聚四氟乙烯涂覆材料），容积经校准确定，配备气体均匀混合装置和温度监测装置。取样室应配备透明观察窗以便监控焊接过程，同时应具备安全泄压功能。3.取样与输送系统：采用不吸附臭氧的材料（如聚四氟乙烯管）连接取样口和分析仪。取样管路应尽可能短，以减少臭氧在管壁上的分解损失。管路中配置颗粒物过滤器以截留焊接烟尘。4.臭氧分析仪：推荐采用紫外光度法或化学发光法原理的臭氧分析仪，测量范围应覆盖预期臭氧浓度区间，检测下限不大于0.01ppm，响应时间不超过10s。5.气体流量控制与计量系统：包括质量流量控制器、转子流量计和气体累积流量计等，确保取样流量稳定可计量。6.数据采集与记录系统：实现臭氧浓度和时间的同步连续记录，建议数据采样频率不低于1Hz。3.4试验条件与程序标准对试验条件的要求体现为以下几个关键方面：（1）环境条件：试验环境温度控制在20℃±5℃范围内，相对湿度不超过70%。环境空气中背景臭氧浓度应低于0.02ppm。试验前需对取样室进行清洁处理，防止残余污染物影响测定结果。（2）焊接参数设定：标准规定了典型焊接方法的推荐参数范围，包括焊接电流、电弧电压、焊接速度、保护气体种类及流量、焊丝伸出长度等。具体试验参数应结合焊材制造商的推荐值和实际应用工况合理确定。对于特定焊材的对比评价，所有试样应在相同的焊接参数下进行测试，以确保结果的可比性。（3）试验程序：标准规定每次试验前应进行系统气密性检查和分析仪零点校准，测定背景臭氧浓度。焊接过程中持续记录臭氧浓度、焊接电流、电弧电压和时间等参数。焊后继续监测至臭氧浓度降至背景水平为止，以确保臭氧排放总量计算的完整性。3.5结果计算与表达臭氧排放速率的计算依据取样流量和臭氧浓度来确定，计算公式为：\[ER_{O_3}=Q\timesC_{O_3}\times\frac{M}{V_m}\times10^{-6}\]式中：ER_O₃为臭氧排放速率（mg/min）；Q为取样气体流量（L/min）；C_O₃为臭氧浓度（ppm）；M为臭氧摩尔质量（48g/mol）；V_m为气体摩尔体积（22.4L/mol）。标准规定至少进行3次平行试验，以算术平均值作为最终测定结果，并要求报告各次试验结果的标准偏差或相对标准偏差。试验报告应完整记录焊接条件、环境参数、分析仪信息及校准记录等原始信息，确保测试过程的可追溯性。4主要参与单位介绍本标准的制定得到了行业主管部门、科研院所和骨干企业的大力支持。全国焊接标准化技术委员会（SAC/TC55）负责本标准的组织起草和归口管理工作，在标准立项论证、草案讨论、征求意见和技术审查等各阶段发挥了核心作用。该技术委员会秘书处设于哈尔滨焊接研究所有限公司，是我国焊接领域标准化工作的权威技术组织。哈尔滨焊接研究所有限公司作为本标准的牵头起草单位，是中国焊接技术领域成立最早、规模最大的综合性研究机构之一。该所始建于1956年，经过六十余年的发展，已形成涵盖焊接工艺、焊接材料、焊接设备、焊接检验与标准化的完整研发体系，在焊接烟尘与有害气体治理方面积累了丰厚的科研积淀。研究所建有国家焊接材料质量检验检测中心，配备先进的焊接烟尘分析实验室和气体检测仪器设备，具备开展各类焊接环保性能测试的技术能力和丰富经验。在本标准的研制过程中，哈尔滨焊接研究所有限公司承担了方法验证试验、实验室间比对等关键工作，组织多家实验室开展了协同试验，验证了标准方法的精密度和适用性，为标准技术指标的确定提供了翔实的数据支撑。此外，北京工业大学、上海交通大学等高校的焊接与安全领域专家也参与了标准的研讨和评审工作，为标准的技术先进性和学术严谨性提供了保障。5标准实施的意义与展望5.1实施意义GB/T43905.3-2024的发布实施具有多方面的重要意义：推动焊接材料环保性能评价科学化。标准的实施为焊接材料生产企业提供了统一、规范的产品环保性能测试方法。焊接材料制造商可以在产品研发阶段将臭氧排放速率作为重要评价指标，推动低臭氧排放环保型焊接材料的研发，从源头上降低焊接作业的职业健康风险。为焊接工艺选择和设计提供数据支撑。焊接工艺设计人员可借助该标准对不同焊接工艺方案进行臭氧排放定量评估，在满足焊接质量要求的前提下优先选择低排放工艺。这对于通风设计优化、个人防护装备选配和职业健康风险评估均具有重要参考价值。促进技术标准与国际接轨。等同采用ISO15011-3:2017国际标准，使得我国焊接臭氧排放测试方法与国外先进水平保持一致，有助于消除技术性贸易壁垒，促进焊接材料和设备的国际贸易与技术交流，提升我国焊接产品在国际市场上的竞争力。完善焊接标准化体系