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＜0.1μm 的称为烟；微粒直径为 0.1~10μm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 （5μm 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 10μm 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2~10μm 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 0.05~0.5μm 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=2O＜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