焊接環(huán)境健康與安全相關(guān)技術(shù)

1、焊接環(huán)境、健康與安全相關(guān)技術(shù)及其發(fā)展路線宋永倫北京工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程與應(yīng)用電子技術(shù)學(xué)院，北京 100124 摘要：遵從“以人為本、環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展”的理念和政策，我國(guó)在焊接生產(chǎn)環(huán)境、勞動(dòng)者健康與安全方面的工作已取得了一定進(jìn)展。本文對(duì)近年來國(guó)外先進(jìn)國(guó)家及其焊接制造業(yè)在相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、預(yù)防措施和技術(shù)作了分析對(duì)比，建議在“十二五”期間以及近十年內(nèi)我國(guó)焊接工作者在“綠色化”焊接生產(chǎn)中應(yīng)須作出的努力。關(guān)鍵詞：焊接 環(huán)境 健康 安全 路線圖1 前言如所周知，焊接生產(chǎn)過程中煙塵與有毒廢氣排放、噪聲、輻射、電擊和電磁干擾等危害因素一直是直接威脅著焊接工作者健康并劣化了賴以生存的環(huán)境。尤其是我國(guó)當(dāng)前較低的焊接機(jī)

2、械化和自動(dòng)化的總體水平（平均約占50%，而歐美及日本達(dá)到80%），較高的焊材占鋼產(chǎn)量的比例（我國(guó)焊材產(chǎn)量連續(xù)14年居全球首位，產(chǎn)量已達(dá)500萬噸，占世界總產(chǎn)量的一半），使焊接生產(chǎn)環(huán)境、焊接工人的健康與安全問題仍然十分突出。“十一五”期間，我國(guó)政府大力倡導(dǎo)的以人為本、環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的理念和政策有力地促進(jìn)和提高了工業(yè)與社會(huì)各界人士對(duì)工業(yè)污染控制與預(yù)防的意識(shí)，與此同時(shí)，也提升了對(duì)于包括焊接在內(nèi)的我國(guó)制造業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境、勞動(dòng)者健康與安全方面工作的重要性、現(xiàn)實(shí)性、緊迫性和長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略性的認(rèn)識(shí)，并積極采用現(xiàn)代科學(xué)與技術(shù)的成果和手段，不斷加強(qiáng)對(duì)焊接生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的有害物質(zhì)的深入研究，提出更有效的新方法和新措

3、施，更大限度地降低或消除有害物質(zhì)對(duì)焊接一線生產(chǎn)人員的身體健康及安全帶來的不良影響。因此，將依然是我國(guó)焊接工作者在“十二五”以及今后一個(gè)期間一項(xiàng)義不容辭的艱巨任務(wù)。2 技術(shù)進(jìn)展與特點(diǎn)根據(jù)近年來的研究報(bào)告檢索和跟蹤分析表明1,2，國(guó)外一些先進(jìn)工業(yè)國(guó)家對(duì)焊接生產(chǎn)過程中的健康與安全問題的進(jìn)展主要表現(xiàn)在對(duì)各種危害現(xiàn)場(chǎng)的定量檢測(cè)方法、危害產(chǎn)生條件及其程度的量化、對(duì)危害風(fēng)險(xiǎn)的分析與評(píng)估等方面。表1是對(duì)上述各項(xiàng)進(jìn)展的一個(gè)匯總，可以看出以定量檢測(cè)為基礎(chǔ)的分析與評(píng)估成為指導(dǎo)和認(rèn)識(shí)焊接過程危害以及實(shí)施相應(yīng)預(yù)防措施的依據(jù)。表1 各種危害現(xiàn)場(chǎng)的定量檢測(cè)方法、危害產(chǎn)生條件及其程度的量化和對(duì)危害風(fēng)險(xiǎn)的分析與評(píng)估1，2危害形

4、式基本數(shù)據(jù)與認(rèn)識(shí)分 析電擊人體的電阻一般在1×105至6×105歐姆，但由于出汗使電阻減少1000歐姆或更多。當(dāng)電流在16至50毫安，胸部肌肉會(huì)收縮并會(huì)導(dǎo)致窒息。超過50毫安，則導(dǎo)致心肌震顫，血循環(huán)停止。當(dāng)電流在80至90毫安,持續(xù)3-4秒是致命的。50-60Hz交流電流100毫安通過人體的重要器官是致命的。（詳見表2）煙氣與灰塵在一般焊接生產(chǎn)場(chǎng)合，焊工的呼吸約為20升/分，如工作一年則呼吸量為2300 m3。而在較差焊接生產(chǎn)環(huán)境下，一天將吸入100g的微粒，如工作25年則會(huì)吸入2.5公斤的有害物資。在無通風(fēng)的焊接車間，一個(gè)焊工每天相當(dāng)于抽煙25支。含氮的氣體(NOx) ，

5、其中NO 產(chǎn)生對(duì)眼睛、皮膚和粘膜的刺激，而NO2 是劇毒的刺激性氣體。其濃度允許限值均為 1ppm。臭氧在空氣中正常含量為0.005 到0.05ppm。在8小時(shí)時(shí)間平均權(quán)重的限值是0.1 ppm (=0.2 mg/m3) 或10分鐘限值是 0.3 ppm (=0.6 mg /m3)。焊接煙氣和生產(chǎn)灰塵必須在其發(fā)生源抽排，以1米的焊接高度為例，焊接煙塵和懸浮粒子將停留4小時(shí)，而打磨灰塵的停留時(shí)間為3分鐘。因此，要針對(duì)不同的煙塵性質(zhì)采取不同的抽排措施。（詳見圖1、圖2、表3、表4）防飛濺噴劑內(nèi)含二氯甲烷，是一種有毒的化學(xué)致癌物質(zhì)。已表明能導(dǎo)致操作人員神經(jīng)系統(tǒng)、肝、血、眼睛和皮膚的損傷。長(zhǎng)期接觸者有

6、發(fā)生癌癥的風(fēng)險(xiǎn)。紫外光輻射對(duì)電光性眼炎的預(yù)防已有大量數(shù)據(jù)。不同電弧光輻射與危害距離的關(guān)系，如在TIG氬弧焊1米處、CO2氣保焊2米處、等離子弧切割的2.5米處，停留時(shí)間不得大于1分鐘。鉻化物Cr(VI)濃度允許限值 5mg/m3, 8小時(shí)內(nèi)為0.005 mg/m3。（由美國(guó)OSHA2006年2月提出）烏克蘭巴頓焊接所對(duì)鈦-硅型焊劑（或涂層）開展了長(zhǎng)達(dá)十年的研究。該種類型的焊劑在焊接中的煙塵總量、Cr(VI)以及錳的濃度均為最低。采用此類涂層的不銹鋼焊條的產(chǎn)量目前在歐洲、美國(guó)和韓國(guó)等一直在上升，并在脫渣性、飛濺率、焊縫成形與外觀等方面均取得了顯著進(jìn)步。鎳允許限值1 mg/m3(美國(guó)OSHA)；0

7、.5 mg/m3(英國(guó)COSHH)?，F(xiàn)代工業(yè)對(duì)鎳的應(yīng)用日益增加。鎳及其氧化物存在在焊接電弧的煙氣中，并存在導(dǎo)致癌癥的風(fēng)險(xiǎn)。錳對(duì)人的中樞神經(jīng)的影響，現(xiàn)已表明帕金森神經(jīng)機(jī)能障礙癥與錳有直接聯(lián)系。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施限值：對(duì)于從呼吸進(jìn)入人體內(nèi)微粒的限值為0.1 mg/m3對(duì)于可能吸入微粒的限值為0.5 mg/m3時(shí) 期 限值（mg/m3 ，TLV-TWA）1948-1959 61960-1969 51970-1991 51995-2002 0.2在2009年，對(duì)含錳物質(zhì)分別給出了兩個(gè)限值：1) 0.2 mg/m3 （可吸入的微粒），2) 0.02 mg/m3 （通過呼吸進(jìn)入人體內(nèi)的微粒）銅鍍銅焊絲的兩個(gè)問

8、題：1、 在焊接中釋放銅蒸氣；2、 會(huì)使低溫沖擊韌性下降。在氣保焊時(shí)，當(dāng)CO2的比例增加則鍍銅焊絲的銅蒸氣濃度亦將增加，尤其是藥芯焊絲焊接時(shí)，鍍銅焊絲會(huì)釋放出更多的銅蒸氣。焊接煙塵中的銅蒸氣有50%來自于焊絲的鍍銅層。（詳見表5、表6）注：OSHA： 美國(guó)職業(yè)安全衛(wèi)生署 COSHH：有害健康物質(zhì)的控制（規(guī)范） TLV：限定值 TWA：時(shí)間權(quán)重平均值可吸入人體的微粒是通過嘴和鼻進(jìn)入人體內(nèi)。其尺寸可達(dá)到或超過100m。以往對(duì)該類顆粒組分稱為“煙塵總體”?？蛇M(jìn)入人體呼吸系統(tǒng)的微粒能滲入肺泡內(nèi)。其尺寸可達(dá)10m。焊接產(chǎn)生的懸浮在空氣中的微粒非常小，一般其尺寸小于1m（大多數(shù)情況下小于0.1m）， 因此

9、是“可呼吸”的，并稱之為焊接煙氣。表2 電流對(duì)人體的影響圖1. 不同保護(hù)氣體在不銹鋼TIG焊時(shí)焊工呼吸區(qū)的臭氧濃度表 3 不同焊接工藝的煙塵排放率表4 不同焊接工藝和材料的焊接煙塵化學(xué)組分（質(zhì)量百分比%）圖2 不同焊接工藝的煙塵排放率表5 鍍銅與不鍍銅焊絲在兩種保護(hù)氣體下的焊縫金屬成分對(duì)比表6 采用鍍銅與不鍍銅焊絲在CO2氣保焊時(shí)銅蒸氣濃度的對(duì)比3 焊接生產(chǎn)危害預(yù)防與控制技術(shù)發(fā)展路線的建議綠色焊接材料和綠色清潔生產(chǎn)是我國(guó)焊接制造發(fā)展的必然方向，而焊接生產(chǎn)環(huán)境與危害預(yù)防問題和其他環(huán)保問題一樣，需要從源頭減排、過程監(jiān)控和技術(shù)創(chuàng)新等多方面進(jìn)行綜合治理。表7是今后一段時(shí)期對(duì)焊接生產(chǎn)危害預(yù)防與控制技術(shù)發(fā)

10、展路線的建議。從技術(shù)發(fā)展的可行性，以下途徑正已成為業(yè)內(nèi)人士的共識(shí)，即：（1）在能源、造船、交通運(yùn)輸、航空航天、工程機(jī)械、國(guó)防等重點(diǎn)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，焊接的機(jī)械化、自動(dòng)化率將從目前的50%左右提高到70%。加強(qiáng)信息技術(shù)在焊接制造中的應(yīng)用，自主研發(fā)具有智能的高端焊接裝備，在體力和腦力兩方面減輕焊接一線生產(chǎn)人員承受的壓力。（2）要從生產(chǎn)環(huán)境為基本出發(fā)點(diǎn)，依靠技術(shù)進(jìn)步和創(chuàng)新，切實(shí)加強(qiáng)和鼓勵(lì)對(duì)低塵、低毒、防潮、防銹等新一代焊接材料的研發(fā)，開發(fā)具有環(huán)境協(xié)調(diào)性的新產(chǎn)品。使焊材的工藝性、焊縫成形質(zhì)量與性能同時(shí)能滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。（3）擴(kuò)大高效電弧焊、高能束焊、摩擦焊等先進(jìn)焊接技術(shù)的應(yīng)用范圍。制定嚴(yán)格的焊接生產(chǎn)環(huán)

11、境標(biāo)準(zhǔn)，提高焊接危害物質(zhì)的監(jiān)測(cè)手段，應(yīng)用和推廣焊接煙塵治理技術(shù)和裝備。在焊接生產(chǎn)中貫徹落實(shí)高效、清潔、節(jié)能、節(jié)材的綠色制造理念、政策、新方法和新技術(shù)。表7 焊接生產(chǎn)危害預(yù)防與控制技術(shù)發(fā)展路線建議背景與需求現(xiàn)代制造業(yè)一方面對(duì)焊接生產(chǎn)提出了高效化、信息化、高品質(zhì)的迫切要求，另一方面，以人為本、環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的理念已成為社會(huì)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)。盡快轉(zhuǎn)變制造業(yè)的發(fā)展模式、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、優(yōu)化升級(jí)、建立完善的技術(shù)創(chuàng)新體系、節(jié)能減排走新型工業(yè)化道路已經(jīng)迫在眉睫。焊接生產(chǎn)自動(dòng)化目標(biāo)1：提升焊接自動(dòng)化水平，將重點(diǎn)制造領(lǐng)域的機(jī)械化、自動(dòng)化率從目前50% 提高到近70%。技術(shù)途徑1：焊接機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用；焊

12、接自動(dòng)化專機(jī)以及數(shù)字化焊接電源等裝備及其軟件技術(shù)的研發(fā)。技術(shù)途徑2：基于網(wǎng)絡(luò)的焊接工藝、過程在線監(jiān)控、順序與路徑自規(guī)劃、焊接生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)庫(kù)，人工智能在線應(yīng)用技術(shù)。目標(biāo)2：加強(qiáng)對(duì)智能焊接制造模式的研發(fā)，逐步實(shí)現(xiàn)具有自適應(yīng)、自規(guī)劃能力的焊接生產(chǎn)方式。焊接材料綠色化3目標(biāo)1：合理焊材結(jié)構(gòu)：焊條從目前50% 下降到30%，實(shí)心焊絲從目前10%上升到 35%，藥芯焊絲從目前10%上升到25%。技術(shù)途徑1：藥粉及合金劑預(yù)處理，提高抗潮性，焊絲表面改性及焊材的綠色制造。目標(biāo)2：高端焊材及低塵、低毒、防潮、防銹（不鍍銅）等新一代焊接材料的研發(fā)。技術(shù)途徑2：克服現(xiàn)有酸、堿渣系固有缺點(diǎn)，開發(fā)實(shí)用化新渣系。開發(fā)具有

13、環(huán)境協(xié)調(diào)性的新產(chǎn)品。焊接生產(chǎn)環(huán)境保護(hù)的專業(yè)化目標(biāo)：在焊接生產(chǎn)環(huán)境治理方面做到“接近于零污染”。 加強(qiáng)對(duì)各類焊接危害物質(zhì)限值的定量監(jiān)測(cè)與控制，完善焊接生產(chǎn)的各項(xiàng)勞動(dòng)保護(hù)。標(biāo)準(zhǔn)。技術(shù)途徑：提供工程化應(yīng)用的焊接危害物質(zhì)在線監(jiān)測(cè)分析儀器。開發(fā)節(jié)能、便攜型焊接煙塵抽排凈化設(shè)備、除塵設(shè)備、供氣式呼吸保護(hù)系統(tǒng)。2020年2015年2010年 參考文獻(xiàn)：1 D. S. HONAVAR. FUMES, HEALTH & SAFETY IN ARC WELDING. KEY NOTE ADDRESS，INTERNATIONAL WELDING SYMPOSIUM，10-12 FEBRUARY, 20102

14、 Arc welding safety: National AG Safety Database (NASD) (/nasd/docs/docs)3 栗卓新 連接技術(shù)路線圖高端焊材,2010 年12月 Related technology and its development mapfor environment, health & safety in weldingAbstract: Based on the idea and the policy of “people oriented, environment protection and sustainable development”, the tasks in the field of welding production environment, welder health and safety have been in progress. Some standand and protection method implemented in advanced industrial countries are discribed an