電弧焊的有害因素及防護(hù)

1、電弧焊的有害因素及防護(hù)一、有害因素的來(lái)源及危害手工電弧焊、氣體保護(hù)焊和等離子弧等的有害因素主要有：金屬煙塵、有毒氣體、高頻電磁場(chǎng)、射線、電弧 輻射和噪聲等幾類(lèi)。一) 金屬煙塵焊接過(guò)程中，焊條和母材金屬熔融時(shí)所產(chǎn)生的蒸氣在空氣中迅速冷卻氧化形成微粒，微粒直徑V0.1卩m的稱(chēng)為煙；微粒直徑為 0.110卩m的稱(chēng)為粉塵。在空氣中飄浮的粉塵和煙等微粒統(tǒng)稱(chēng)為氣溶膠。1金屬煙塵的來(lái)源(1) 金屬元素加熱蒸發(fā)形成金屬煙塵焊接電弧的溫度較高，一般在30006000 C。焊接溫度都超過(guò)焊接金屬元素的沸點(diǎn)，所以焊接時(shí)必然有金屬蒸發(fā)。幾種金屬的沸點(diǎn)見(jiàn)表1。表1幾種金屬元素的沸點(diǎn)分析焊縫的化學(xué)成分，也可證明焊接時(shí)金屬

2、有蒸發(fā)。即相同成分的母料和焊絲，用光焊條焊接時(shí)，焊接后焊 縫中錳、碳、硅的含量減少了，如表 2 所示。收集和分析電弧中的氣體成分，可得到金屬沉淀，也證明金屬 蒸發(fā)。表 2 幾種金屬元素的蒸發(fā)(2)金屬氧化物形成煙塵在高溫作用下，金屬液體有氧化反應(yīng)，如：2Fe+0v sub 2v /sub 2FeO, Si+Ovsub2v/sub SiOv sub 2v /sub , 2Mn+O v sub2 v/sub 2MnO 等。這些氧化物，可能留在焊縫內(nèi)造成 缺陷，還會(huì)擴(kuò)散到大氣中。( 3)有藥皮焊條產(chǎn)生煙塵焊條的藥皮(含大理石、錳鐵、硅鐵等)在焊接過(guò)程中與金屬一同蒸發(fā)、氧化、生成 Fev sub 2

3、v /sub Ov sub 3 v /sub 、MnO、SiOv sub 2v /sub 等，這些有害物質(zhì)逸岀呈氣溶膠狀 態(tài)。金屬煙塵的成分和濃度，主要取決于焊接材料、焊接工藝及焊接規(guī)范。如焊鋁時(shí)可產(chǎn)生鋁粉塵、焊銅時(shí)可產(chǎn) 生銅和氧化鋅粉塵等。黑色金屬焊接時(shí)發(fā)塵量及主要毒物見(jiàn)表3。表 3 黑色金屬焊接時(shí)發(fā)塵量及主要毒物2金屬煙塵的危害金屬煙塵是明弧焊的一種主要有害因素。煙塵的成分復(fù)雜，主要成分有鐵、硅、錳，還有鋁、氧化鋅、銅等。其中主要毒物是錳。其它煙塵雖毒性不大，但其塵粒極細(xì)(5卩m以下)，在空中停留時(shí)間較長(zhǎng)，容易吸入肺中。因此在密閉容器、鍋爐、管道內(nèi)或面積狹小、門(mén)窗關(guān)閉的室內(nèi)焊接時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)

4、測(cè)定， 焊接煙塵濃度往往高于國(guó)家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)幾倍甚至幾十倍。在煙塵濃度較高的情況下，長(zhǎng)期從事焊接作業(yè)的工人 會(huì)形成焊工塵肺、金屬熱等職業(yè)病。( 1)焊工塵肺塵肺是由于長(zhǎng)期吸入超過(guò)規(guī)定濃度，并引起肺組織的彌漫性纖維化的粉塵所致。有些粉塵如鐵 鋁等，吸入后可沉積于肺組織中，呈現(xiàn)一般的異物反應(yīng)，對(duì)人體危害較小或無(wú)明顯影響，脫離粉塵后病變可 逐漸減輕或消失。這類(lèi)疾病稱(chēng)為肺粉塵沉著癥。但近一二十年來(lái)，由于焊接工藝的進(jìn)展，新的焊接材料，尤 其是手工電弧焊的焊藥成分復(fù)雜，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定分析，證明焊區(qū)周?chē)諝庵谐擞写罅垦趸F或鋁等粉塵外， 尚有多種具有刺激性和促使肺組織纖維化的有毒因素，例如硅、硅酸鹽、錳、鉻、氟化

5、物及其它金屬氧化物。 目前一般認(rèn)為，焊工塵肺既不是鐵末沉著癥，也不同于矽肺，而是由于長(zhǎng)期吸入超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)容許濃度，并以氧 化鐵為主的混合煙塵和有毒氣體對(duì)肺組織作用所致的混合性塵肺。人體呼吸道對(duì)粉塵有一定的防御功能，在鼻腔里通過(guò)分泌粘液等，可使大于10卩m的粉塵沉積下來(lái)，并排除體外。據(jù)研究，鼻腔的濾塵效能約為吸入粉塵總量的3050%。在深呼吸道，支氣管逐漸分級(jí)，使氣流速度逐漸 減慢和改變方向，可使 210卩m的粉塵沉積在各級(jí)支氣管壁上，其中大部分能通過(guò)粘膜上皮的纖毛運(yùn)動(dòng)，伴隨 粘液往外移動(dòng)，并通過(guò)咳嗽排出體外。進(jìn)入肺泡的粉塵，一部分可隨呼吸排出，一部分通過(guò)吞噬作用而被清 除。雖然人體對(duì)粉具有防御功能

6、，但在粉塵超過(guò)允許濃度的情況下長(zhǎng)期作業(yè)，防塵措施又不好，吸入粉塵較 多，就會(huì)形成焊工塵肺。焊工塵肺的診斷目前尚未制訂有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。(2) 錳中毒錳蒸氣在空氣中能很快地氧化成一氧化錳、四氧化三錳呈煙狀。長(zhǎng)期吸入超過(guò)允許濃度的錳及其 化合物的微粒及蒸氣，則可造成錳中毒。(3) 焊工金屬熱焊接金屬中直徑為 0.050.5 的鐵、錳和氟等的氧化物，通過(guò)呼吸道、末梢細(xì)支氣管和肺泡, 再進(jìn)入機(jī)體，引起焊工金屬熱反應(yīng)。一般在密閉罐、船艙內(nèi)使用堿性焊條施焊時(shí)，容易得此癥。二) 有毒氣體在焊接的高溫和紫外線作用下，在弧區(qū)周?chē)a(chǎn)生多種有毒氣體，主要有臭氧、氮氧化物、一氧化碳和氟化物 等氣體。1 臭氧空氣中的氧在短波紫

7、外線的激發(fā)下生成臭氧(Ov sub 3 v /sub )，其化學(xué)反應(yīng)是：短波紫外線O v sub 2 v /sub 2O2Ov sub 2v /sub +2O=2Ov sub3v /sub 波長(zhǎng)為2X 10 -7 v/sup m以下的紫外線，對(duì)氧分子的破壞能力最強(qiáng)。臭氧呈淡藍(lán)色，是有刺激性氣味、有毒氣體。其濃度較高時(shí)，有腥臭味；濃度特高時(shí)，有腥臭并略帶酸味。臭氧對(duì)人體的危害主要是對(duì)呼吸道及肺有強(qiáng)烈的刺激作用。臭氧濃度超過(guò)一定限度時(shí)，可使焊工引起咳嗽、胸悶、食欲不振、疲勞無(wú)力、頭暈、全身無(wú)力等，嚴(yán)重時(shí)引起支氣管炎。焊接中臭氧的濃度與焊接方式、焊接材料、焊接電流、環(huán)境通風(fēng)條件以及焊接持續(xù)時(shí)間等因素

8、有關(guān)。熔化極 氣體保護(hù)焊時(shí)母材和保護(hù)氣體對(duì)臭氧濃度的影響見(jiàn)表4。工藝參數(shù)對(duì)臭氧濃度的影響見(jiàn)表5。表 4 熔化極氣體保護(hù)焊母材和氣體對(duì)臭氧濃度的影響表 5 工藝參數(shù)對(duì)臭氧濃度的影響我國(guó)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，臭氧最高容許濃度為0.3mg/m 3v /sup 。在沒(méi)有良好的通風(fēng)條件下，焊接工作地點(diǎn)的臭氣濃度往往高于衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)幾倍至十幾倍。但只要采取通風(fēng)措施，臭氧濃度就可大大降低。臭氧對(duì)人體呼吸系統(tǒng)引起的癥狀，一般在脫離接觸后均可恢復(fù)，恢復(fù)期的長(zhǎng)短，與受危害程度及人的體質(zhì)有 關(guān)。2氮氧化物氮氧化物是由焊接電弧的高溫作用，引起空氣中氮、氧分子分解，重新結(jié)合而成的。它的種類(lèi)很 多，在明弧焊中常見(jiàn)的為二氧化氮，其次是

9、一氧化氮和四氧化氮。常以測(cè)定二氧化氮的濃度來(lái)表示氮氧化物 的存在。氮氧化物是具有刺激性的有毒氣體，呈紅褐色，比重為1.539，有特殊臭味，其毒性為一氧化氮的45 倍。但比臭氧毒性小。氮氧化物對(duì)人體的危害主要是對(duì)肺有刺激作用。高濃度的二氧化氮吸入到肺泡后，因濕度大，反應(yīng)加快，形成硝酸、亞硝酸，對(duì)肺組織產(chǎn)生強(qiáng)烈的刺激和腐蝕作用，可引起肺水腫，濃度為120mg/m v sup 3v /sup 的二氧化氮，可引起咽喉受刺激，濃度不超過(guò)700mg/m v sup 3v /sup ，人接觸可忍受幾小時(shí)。影響氮氧化物生成濃度的因素與臭氧相同。以氬弧焊為例，手工焊接鑄鋁時(shí)，氮氧化物的平均濃度22mg/m vs

10、up 3v /sup ;焊鋁鎂合金時(shí)為 6.04mg/m v sup 3v/sup ;焊銅合金時(shí)為 19.20mg/m v sup 3 v /sup ;熔化極半自動(dòng)焊接鋁鎂合金時(shí)平均濃度可達(dá)120mg/m v sup 3v /sup ，手工電弧焊鋁硅合金時(shí)為208.5mg/m v sup 3v /sup 。我國(guó)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，氮氧化物的最高容許濃度為5mg/m v sup 3v /sup 。明弧焊在通風(fēng)不良的情況下，往往超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)幾倍至幾十倍。在焊接過(guò)程中，一般都是臭氧和氮氧化合物同時(shí)存在，這樣它們的毒性倍增。兩種氣體同時(shí)存在比單一種氣 體存在時(shí)，其毒性對(duì)人體的危害作用增加 1520 倍。3一氧化

11、碳它產(chǎn)生于各種明弧焊接過(guò)程中，尤其是二氧化碳保護(hù)焊產(chǎn)生一氧化碳濃度最高，是這種焊接方法 的主要有害氣體之一。氧化碳的來(lái)源是二氧化碳?xì)怏w在電弧的高溫作用下分解而成：COv sub 2v /sub CO+Ov sub 2v /sub 。另外，二氧化碳及其分解后的氧對(duì)熔化金屬中的元素起氧化作用，也產(chǎn)生一氧化碳 和氧化物。其反應(yīng)式如下：2Fe+Ov sub 2v /sub 2FeOSi+Ovsub2v /subSiOv sub2v /sub2Mn+Ov sub2v/sub2MnOFeO+CFe+CO一氧化碳是一種窒息性氣體，它的毒性作用是使人體輸送和利用氧的功能發(fā)生障礙，造成缺氧。根據(jù)測(cè)定，焊工從事C

12、O 2v /sub 氣體保護(hù)焊時(shí)，血液中的碳氧血紅蛋白比正常人高，但采取通風(fēng)措施后即顯著 下降。我國(guó)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，一氧化碳的最高允許濃度為30mg/m v sup 3v /sup 4.氟化氫它主要產(chǎn)生于手工電弧焊。在低氫型焊條的藥皮里含有螢石(CaFvsub 2v /sub )和石英(SiOv sub2v /sub )，在電弧高溫作用下，產(chǎn)生氟化氫氣體。反應(yīng)式如下：2CaFvsub2v/sub+3SiOvsub2v/sub2CaSiOvsub3v/sub+SiFvsub4v/subSiFv sub 4v /sub +3HSiF+3HFSiFvsub4v/sub2Hvsub2v/subOSiOv

13、sub2v/sub+4Hvsub2v/subFCaFv sub2v /sub+HCaF+HFCaFvsub2v/sub+Hvsub2v/subOCaO+2HF氟及其化合物均有刺激作用，氟化氫的刺激性更為明顯。氟化氫為無(wú)色氣體，比重為0.7，極易溶于水形成氫氟酸，兩者的腐蝕性均強(qiáng)，毒性劇烈。它可通過(guò)呼吸道和皮膚對(duì)機(jī)體起毒性作用。我國(guó)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，氟化氫的最高容許濃度為 1mg/m v sup 3v /sup 三) 高頻電磁場(chǎng)非熔化極氬弧焊和等離子弧焊為了迅速引燃電弧，須有高頻振蕩器激發(fā)引弧。在引弧瞬間(23S)有高頻磁場(chǎng)存在。焊接高頻振蕩器的峰值電壓可達(dá)3500V,在數(shù)十微秒內(nèi)即衰減完畢，相隔0.01S又進(jìn)行反向振蕩，它屬于脈沖高頻電。它通過(guò)焊鉗、電纜軟線對(duì)人體空間的電容耦合，即有脈沖電流流過(guò)人體。實(shí)驗(yàn)證明，接通開(kāi)關(guān)尚未起弧前，流過(guò)人體高頻電流7mA，起弧后3mA。由于振蕩高頻電流的作用，在振蕩器和電源傳輸線路附近的空間，存在高頻磁場(chǎng)。高頻電磁場(chǎng)