對(duì)焊接煙塵的化學(xué)成分調(diào)查

1、對(duì)焊接煙塵的化學(xué)成分調(diào)查焊接煙塵成分組成如下：從熔融電極尖端非石灰型覆蓋物，焊條金屬電極處的金屬蒸汽;從熔渣表面的石灰類(lèi)型覆蓋物氣化的熔渣表面金屬BY M. KOBAYASHI, S. MAKI, Y. HASHIMOTO, AND T. SUGA摘要：對(duì)煙塵元素的含量的變化進(jìn)行了研究，分別用測(cè)試電極試驗(yàn)不同的藥皮和電極的功能。依靠安裝了高速攝影機(jī)對(duì)焊接煙塵產(chǎn)生的現(xiàn)象和機(jī)制進(jìn)行了研究。在一般情況下，廢氣中的元素含量隨藥皮的含量的增加而線性增加。該蒸氣壓較高，回歸系數(shù)就越大。在氧化鐵和堿金屬的情況下，焊接煙塵和不同種類(lèi)藥皮之間的關(guān)系，即酸性焊條和堿性焊條而不同。尤其在堿性焊條藥皮中含有大量的Ca

2、，特別是CaF2。酸性焊條電弧從電極的尖端的熔融金屬?gòu)膲A性焊條電極電弧來(lái)通過(guò)覆蓋在尖端的懸滴熔渣產(chǎn)生。因此，煙塵混合物是通過(guò)在熔融金屬成分改變的，由熔渣后者。因此可以解釋堿性焊條和酸性焊條之間的差的機(jī)制。介紹在電弧焊接過(guò)程中，焊接煙塵的產(chǎn)生是不可避免的，焊工在一定程度上無(wú)法避免吸入煙塵，因?yàn)樗麄儾坏貌环浅＝咏鼰焿m的源頭。根據(jù)在1981年4月5-10時(shí)在俄亥俄州克利夫蘭市舉行的第62屆一個(gè)WS會(huì)議上提交的論文。M.小林，S. MAKI，Y.橋本和T.信佳與技術(shù)部，焊接事業(yè)部，神戶制鋼，航空航天研究所。就他們的危害性而言，從石灰型電極產(chǎn)生煙塵，這可能會(huì)導(dǎo)致焊工獲得急性癥狀如頭痛，發(fā)燒，這一直是研究

3、的主要課題。 近年來(lái)，各種類(lèi)型的煙塵已經(jīng)在進(jìn)行全面的研究，如果長(zhǎng)時(shí)間吸入煙塵，會(huì)導(dǎo)致塵肺病。為了保護(hù)電焊工的健康問(wèn)題，已采取步驟，當(dāng)然，為改善焊接工作環(huán)境的問(wèn)題;這些步驟包括總通風(fēng)系統(tǒng)的規(guī)定，以及局部排風(fēng)設(shè)備，并保護(hù)了呼吸。這也是必要的，但是，開(kāi)展研究焊接材料，包括關(guān)于如何抑制產(chǎn)生（參考文獻(xiàn)1-3，9，10）的煙氣的量或在煙塵如何可以轉(zhuǎn)化為危害較小的那些（研究參考文獻(xiàn)4，5）。這種先進(jìn)的結(jié)果已經(jīng)應(yīng)用在商業(yè)產(chǎn)品當(dāng)中。煙塵的數(shù)量或質(zhì)量的研究，研究煙塵的本質(zhì)特征是很重要的，特別是它們的形成機(jī)制。從這個(gè)角度來(lái)看，作者et al. （注釋6）已經(jīng)由高速攝像機(jī)觀察煙塵的產(chǎn)生;他們還通過(guò)所謂的示蹤方法，研究

4、了煙塵的產(chǎn)生來(lái)源。其結(jié)果如下：在煙塵主要來(lái)源作為蒸氣從所述熔融金屬在焊接電極的前端射出。換句話說(shuō)，高溫蒸汽被電弧下方空氣吹走，該蒸汽被氧化并迅速凝結(jié)成固體顆粒，以形成焊接煙塵-Fig. 1。似乎很多的煙塵的特性可以通過(guò)參照該原理進(jìn)行說(shuō)明。然而，想隔離金屬電弧焊的煙混合物是困難的，并且覆蓋物和煙塵成分之間的關(guān)系尚未充分詳細(xì)探討。因此，在本文中，在煙塵元素的含量的變化隨覆蓋各自的含量進(jìn)行了研究。 這里討論的實(shí)驗(yàn)是用44種不同的焊條進(jìn)行。包括，煙塵產(chǎn)生堿金屬和鐵的氧化物，它們都表現(xiàn)出特有的行為現(xiàn)象的調(diào)查，通過(guò)使用測(cè)試電極和一個(gè)高速攝影機(jī)進(jìn)行的。結(jié)果和討論，在適當(dāng)?shù)臉?biāo)題出現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)步驟采樣和煙塵分析煙氣

5、進(jìn)行取樣并分析根據(jù)在日本焊接學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)WES9005規(guī)定的方法，因?yàn)檫@是“用于焊接由焊條產(chǎn)生的煙氣的化學(xué)分析方法”，用金屬板單面焊接，使用170安培（A）交流電，具有約700立方毫米（0.043英寸3）體積通風(fēng)收集室。接著，產(chǎn)生的煙氣的總量上收集安裝在腔室頂部的高體積空氣采樣器的濾紙。最后，通過(guò)用軟毛刷清掃濾紙獲得用于分析的煙氣樣本。然后以這種方式獲得試樣進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)材料商業(yè)焊條。六種類(lèi)型，包括在表1所示的44個(gè)品牌焊條，從商業(yè)電極選擇具有在芯直徑為4mm的已知藥皮（0.16英寸），并進(jìn)行研究其藥皮和煙塵的混合物之間的關(guān)系。各藥皮通過(guò)使用元素的百分比來(lái)確定。是為了調(diào)查鈦鈣型焊條和酸性焊條哪種藥

6、皮顯著影響堿性元素的IOR中，以下三種進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，使用在芯4mm直徑（0.16英寸）的測(cè)試電極。芯線是低碳鋼，干燥，在130（266°F），1小時(shí)（H）中進(jìn)行。首先，測(cè)試電極的被覆混合物的編號(hào)為120于表2制備。在這些電極的情況下，K 2 CO 3或碳酸鈉溶液中加入作為堿元素石灰和鈦鐵礦類(lèi)型的不同比率的混合覆蓋物（兩種類(lèi)型的覆蓋物不含有與堿性元素的任何原料）。其中幾乎不含有堿性成分的膠體二氧化硅用作粘合劑。在表2中，在硅膠柱中的值包括的SiO 2包含在該膠體二氧化硅; K 2 CO 3和Na2CC> 3以這樣的方式加入該K2O和NA20的內(nèi)容分別達(dá)到2和4。使用上述測(cè)試電極，在

7、煙塵為涵蓋類(lèi)型的功能堿性含量的變化進(jìn)行了研究。氟化鈣的逐步添加到覆蓋物。測(cè)試覆蓋的電極通過(guò)添加氟化鈣（氟化鈣），逐步向石灰或鈦鐵礦類(lèi)型覆蓋物制成。碳酸鉀和碳酸鈉在這樣K20和NA20的含量分別可能達(dá)到4的方式加入。作為粘合劑，使用膠態(tài)二氧化硅。通過(guò)使用這些電極，在煙塵堿性含量的變化進(jìn)行了研究作為在覆蓋CaF2含有的功能。藥皮給出了號(hào)。 21-28在表2中鈣和F影響的分離。氟化鈣的影響被分別研究鈣和F考慮。鈦鐵礦型覆蓋物被檢查的CaCO 3和AlF 3的煙塵堿性含量的變化。在此情況下，鉀水玻璃用作粘合劑;此溶液中加入，使得在覆蓋中的K 2 O含量可能達(dá)到4。藥皮給出了號(hào)。 29-37表2中。觀察

8、高速攝像機(jī)為了調(diào)查在從弧現(xiàn)象的觀點(diǎn)考慮石灰型和非石灰型之間煙塵元素的不同，電弧產(chǎn)生石灰型和非石灰型焊條的現(xiàn)象進(jìn)行了用高速照相機(jī)觀察到。在拍攝中，背光方法采用超高壓汞燈作為一個(gè)通過(guò)光源;膜速度為每秒2000的照片。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論從商業(yè)焊條煙塵在煙塵和在覆蓋物元素的含量之間的關(guān)系示于圖2-10的SiO 2，的TiO 2，氧化鎂，氧化鈣，MnO的，女，F(xiàn)e203，NA20和K 2 O，分別為。此處，在涉及各種商業(yè)焊條的實(shí)驗(yàn)中獲得的數(shù)據(jù)?？紤]煙塵形成的方式示于圖1，似乎合理的結(jié)論是在煙氣中的每個(gè)元素的氧化物（部分，氟化物）的形式存在。它也可以推測(cè)，在煙塵元素的含量按照的元素含量在覆蓋的增加而增加。實(shí)驗(yàn)

9、結(jié)果表明，這推定可視為一般的事實(shí)。上述各氧化物，以及在F的，被認(rèn)為是在下面詳細(xì)：1.的SiO 2（圖2）。含有作為Fe-Si系在覆蓋金屬硅是不占計(jì)算在覆蓋的SiO 2含量時(shí)。如果這是考慮到，該組石灰類(lèi)型的向右移動(dòng)，并在圖中分散。 Heile等人。 （參考7）報(bào)道，在熔化極氣體保護(hù)焊接煙塵高的SiO 2含量是由于在高溫下的SiO分子的形成;這樣的過(guò)程會(huì)自然也出現(xiàn)在屏蔽金屬電弧焊接。此外，在屏蔽金屬電弧焊的反應(yīng)過(guò)程焊接是因被覆的復(fù)雜混合物的更加復(fù)雜。因此，它是很難討論根據(jù)硅酸鹽的共存有金屬硅的蒸發(fā)過(guò)程。除了在覆蓋金屬硅，可以認(rèn)識(shí)到，在覆蓋在SiO2含量正比于它在約1 2的TiO 2的系數(shù)（圖3）的

10、煙氣的內(nèi)容。一個(gè)相當(dāng)直的相關(guān)性所用的煙塵的TiO 2含量之間以及在覆蓋中看到。在這種情況下，的TiO 2在覆蓋中存在的TiO 2或FeTi03的形式。自的TiO 2的蒸氣壓較低時(shí)，回歸系數(shù)為低至約0.1，并在煙塵TO2含量在覆蓋物的十分之一。 3.氧化鎂（圖4）。的回歸系數(shù)是約0.4。三點(diǎn)這是不適當(dāng)?shù)南蛏洗?，其中的金屬鎂被包含在覆蓋的情況。幾乎所有的金屬鎂是可能憑借其高蒸氣壓的和高的化學(xué)活性被轉(zhuǎn)化成氣體。 4.氧化鈣（圖5）。 CaO的主要來(lái)源是的CaCO 3和氟化鈣，但鈣行為任何顯著差別不太可能這兩種原料之間存在，只要該圖表示。的回歸系數(shù)是約0.3。 5. MnO的（圖6）。在煙塵的MnO

11、的量是沿著圖2的縱坐標(biāo)軸上。 6，并在覆蓋Mn含量沿從MnO的源的很大一部分是鐵 - 錳的觀點(diǎn)出發(fā)，橫軸作圖。 因?yàn)榻饘俚腗n也含在芯線，回歸線不通過(guò)原點(diǎn)，和在煙塵MnO的量，這是在芯線最初由金屬的Mn，在煙塵共用約3.5。 6. F（圖7）。含氟焊條主要限于那些石灰類(lèi)型。如圖8中所示。 7，表達(dá)從材料改變成煙塵（“煙塵可行性”）的比率是與F比為任何先前描述的其它元件高。此外，在煙氣F含量之間以及在覆蓋的相關(guān)性呈現(xiàn)特有的性質(zhì)。有很多關(guān)于f的行為，將在未來(lái)提供一個(gè)研究的主題有趣的事實(shí)。 7. Fe203（圖8）。金屬鐵不占計(jì)算覆蓋Fe203內(nèi)容時(shí)。如從該圖清晰，鮮明的分組石灰型和非石灰

12、型之間進(jìn)行比較。在從非石灰型煙塵的Fe203含量不論在覆蓋氧化鐵含量約50;該在從石灰型煙塵Fe203含量甚至不超過(guò)非石灰型半之一。由于芯線和在覆蓋鐵粉應(yīng)當(dāng)視為氧化鐵的來(lái)源，這是徒勞通過(guò)在覆蓋與該討論中的煙塵的Fe203內(nèi)容。然而，這是，值得注意的是，在廢氣中的Fe203內(nèi)容表示的恒定值，被劃分為兩個(gè)大組！石灰型和非石灰型。 8. NA20和K20（圖9和10）。在石灰型相關(guān)性是從在非石灰型明顯不同，正如在Fe203的情況。石灰類(lèi)型的“煙塵可行性”表示一個(gè)顯著高的值，由一個(gè)事實(shí)，即回歸系數(shù)為大約10。作為堿金屬能在這些實(shí)驗(yàn)中處理的元素中，“煙塵可行性”的最高蒸汽壓所示堿金屬的，可以說(shuō)是最顯著的

13、。同時(shí)，顯著性差異在氧化鐵和石灰與非石灰覆蓋物之間的堿金屬的行為表明，必須有在通風(fēng)生成處理一明顯的差異。為了討論的元素的“煙塵可行性”，在高溫下各自的蒸汽壓力應(yīng)予以考慮。不幸的是，在高溫下的無(wú)機(jī)化合物的蒸氣壓力的數(shù)據(jù)是如此之差，這是不可能使每個(gè)元件的“煙塵可行性”一個(gè)精確的討論。它也很難猜出每個(gè)元素，的氣態(tài)的形式，例如一個(gè)氧化硅分子的形成。因此，只有定性的評(píng)估已在本文中進(jìn)行。煙氣測(cè)試電極組成石灰和非石灰形式混合覆蓋該分析為在從具有石灰和非石灰類(lèi)型之間的中間混合物中的測(cè)試電極產(chǎn)生的煙塵堿性CON-帳篷結(jié)果示于圖11.石灰類(lèi)型的鈦鐵礦類(lèi)型的比率增加，在煙塵中堿性含量注冊(cè)一個(gè)緩慢增加。達(dá)到相同的水平

14、在100的石灰型的情況下獲得的，當(dāng)石灰型占混合物的約75。該結(jié)果指出，在煙塵增加堿性含量的原因是石灰本身，或在石灰型覆蓋一個(gè)專(zhuān)用元件。它也證實(shí)，在煙塵中的氧化鐵含量的石灰型增加從0到75的比例逐漸減小。從測(cè)試電極與煙塵氟化鈣逐步加入石灰型從鈦鐵礦型最具特色的差異包括氟化鈣。的，其中氟化鈣逐漸加入石灰或鈦鐵礦型覆蓋實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，示于圖12.當(dāng)加入氟化鈣鈦鐵礦型覆蓋物，在煙塵增加氟化鈣的堿性內(nèi)容，并在5左右，達(dá)到相同水平的石灰型的情況下。另一方面，如在石灰型覆蓋CaF2含有降低，在煙塵堿性內(nèi)容開(kāi)始于5氟化鈣減少，“但是，它是即使在氟化鈣含量達(dá)到零相當(dāng)從鈦鐵礦型堿性含量不同。這個(gè)結(jié)果告訴我們，氟化鈣起

15、在覆蓋堿性元素的“煙塵可行性”增長(zhǎng)的重要組成部分。另外，必須有影響除氟化鈣的存在這一現(xiàn)象的其他因素。從鈣單獨(dú)測(cè)試電極和F煙塵添加在從其中的Ca和F分別加到覆蓋在電極中產(chǎn)生的煙塵K 2 O含量的分析結(jié)果示于呸。 13When的CaCO 3形成覆蓋物的10，在煙塵堿性內(nèi)容作為在覆蓋CaF2含有升高明顯增加，但存在即使加入AlF 3沒(méi)有本質(zhì)變化。當(dāng)?shù)腃aCO 3被添加到對(duì)應(yīng)于氟化鈣Ca含量的量覆蓋在煙塵堿性含量也增加;然而，這種增加的程度比與氟化鈣添加小。該結(jié)果指出，堿中的煙塵的增加是基于鈣的在覆蓋的影響，并且這種效果是最顯著的，當(dāng)鈣的來(lái)源是氟化鈣。觀察高速攝像機(jī)圖14示出的與兩個(gè)鈦鐵礦和石灰型覆蓋

16、電弧產(chǎn)生的情況下的典型例子。在鈦鐵礦型，電弧從焊劑鞘的內(nèi)部在幾乎所有的情況下產(chǎn)生。另一方面，石灰型的圓弧來(lái)自懸掛液滴的小費(fèi)。在圖中所示的機(jī)構(gòu)。 1表示煙塵生成是由汽化從熔融液體在電極的尖端調(diào)節(jié)。電弧在電極的前端發(fā)生面是最顯著的vaporiza化表面，因?yàn)樗谋砻媸怯呻娀∽罴ち壹訜?。然后，如果電弧生成區(qū)是主要由熔融金屬，煙塵的主要成分變成氧化鐵。如果在電弧產(chǎn)生區(qū)或在其附近存在熔渣，爐渣元件量大將轉(zhuǎn)向煙塵。在鈦鐵礦型的情況下，電弧總是從fluxsheath的內(nèi)部產(chǎn)生，并且不來(lái)自在前端的懸滴。據(jù)推測(cè)，因此，使電弧從熔融金屬在該芯線的前端產(chǎn)生，并且該懸掛液滴主要由熔渣。換句話說(shuō)，它是在熔渣低和富含熔融

17、金屬在電弧產(chǎn)生的面積。作為石灰型覆蓋物，由于熔渣的任何個(gè)人轉(zhuǎn)移辨別，懸掛液滴的表面被推測(cè)覆蓋有爐渣。電弧產(chǎn)生，在這種情況下，大多是從該懸掛液滴的前端;因此，熔渣量大總是可能?chē)@電弧產(chǎn)生區(qū)域存在。在上述中，在鈦鐵礦型或一般在非石灰型的光，從熔融金屬表面煙塵發(fā)生將成為主導(dǎo)，而來(lái)自煙塵發(fā)生上懸滴熔渣表面會(huì)石灰型占主導(dǎo)地位。因此，在非石灰型，煙氣成分氧化鐵股半不顧藥皮。在石灰型椅套，氧化鐵的量顯著降低，并產(chǎn)生主要由覆蓋元件構(gòu)成的煙塵。相比于其他元素的堿性元件具有非常高的蒸氣壓在堿性元素的顯著的差別必須是由于這樣的事實(shí)。煙氣發(fā)電模式的轉(zhuǎn)換時(shí)，如示于圖11，連續(xù)地從非石灰型石灰類(lèi)型。在一定的被覆混合物的突

18、然轉(zhuǎn)變尚未分辨。據(jù)報(bào)道，熔渣的電導(dǎo)率通常上升與呈堿性的增加，并且該導(dǎo)電性由于加入的氟化物的上升是在酸較大熔化比最基本的（參考文獻(xiàn)8）。在熔渣高電導(dǎo)率產(chǎn)生該焊接電流流過(guò)熔融爐渣層（即，電弧從爐渣表面上產(chǎn)生一個(gè)懸掛液滴）的可能性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果在圖11表示爐渣元件占據(jù)煙塵作為爐渣堿度增加的主要部分。圖的結(jié)果。 12表明，氟化鈣添加效果是在鈦鐵礦型（酸）比石灰型（基本）覆蓋大。這些結(jié)果似乎表明，在熔渣的電導(dǎo)率的增加是煙塵的石灰型模式的主要原因圖。 ！電弧產(chǎn)生對(duì)鈦鐵礦和石灰型覆蓋物14（左）高速照片（每秒2000幀）：一種-ilmenite類(lèi)型;乙！石灰型焊接研究補(bǔ)充1195-SUJ TX。 Ø_

19、i UJ> LU Q代。這個(gè)問(wèn)題的進(jìn)一步調(diào)查預(yù)期。結(jié)論涉及各種元件覆蓋和煙塵的混合物之間的關(guān)系，通過(guò)分析從各種商業(yè)焊條煙塵研究。結(jié)果然后一起通過(guò)一個(gè)高速照相機(jī)的裝置焊接電弧的觀測(cè)研究，并考慮的煙產(chǎn)生的現(xiàn)象和機(jī)制，導(dǎo)致以下結(jié)論：1.在一般情況下，元件在煙塵的含量增加線性地增加在覆蓋元件的內(nèi)容。的蒸氣壓越低，較小的回歸系數(shù)越大。 2.在氧化鐵和堿金屬的情況下，回歸特征是根據(jù)覆蓋！即，石灰或非石灰型的類(lèi)型大不相同。氧化鐵股從非石灰煙氣幾乎50的覆蓋，無(wú)論藥皮中，而它總是在從石灰被覆煙塵低于25。堿性含量多在石灰煙塵比非石灰煙塵更高，即使在覆蓋的含量幾乎相同。 3.氧化鐵和堿金屬的行為成為中間如

20、果覆蓋在于石灰和非石灰型的中間的組成。 4.堿金屬在煙塵的增加是由鈣在覆蓋的影響引起的;當(dāng)氟化鈣含有鈣作為一個(gè)源這種影響會(huì)更有效5. nonlime型覆蓋的煙混合物是通過(guò)從在所述電極的尖端的熔融金屬表面的蒸發(fā)調(diào)節(jié);石灰型是由從熔渣表面的蒸發(fā)調(diào)節(jié)。這一事實(shí)可以通過(guò)在電弧產(chǎn)生現(xiàn)象的差異進(jìn)行說(shuō)明;這似乎是一個(gè)原因，在石灰式煙塵成分似乎是一個(gè)奇特的性質(zhì)。參考1.五代，T;林，K：和嘔惡，T. 1976年低煙塵焊條（Zerode系列）。神戶制鋼技報(bào)26（4）：44-47。 2.森田，N.，谷垣禎一和，1977年T.調(diào)查從焊接焊條，低煙塵電極的發(fā)展煙塵。焊接實(shí)況的國(guó)際學(xué)院彪11-818-77（-724-77）。 3.小林，男;酒井，T;林和，K煙塵1978年控制電極的發(fā)展。焊接文檔的國(guó)際學(xué)院U-865-78（VIII-775-78）。 4.川田，K。; Iwano的，K。;