電弧焊的有害因素及防護(hù)

電弧焊的危害因素及防護(hù)一、有害因素的來源和危害手工電弧焊、氣體保護(hù)焊和等離子弧等有害因素主要包括：金屬粉塵、有毒氣體、高頻電磁場、射線、電弧輻射和噪聲等幾類。（一）金屬粉塵焊接過程中，焊條和母材熔化時(shí)產(chǎn)生的蒸汽在空氣中快速冷卻和氧化形成顆粒，微粒直徑v0.1mm的稱為煙；微粒直徑為0.1~10mm的稱為粉塵。在空氣中飄浮的粉塵和煙等微粒統(tǒng)稱為氣溶膠。金屬粉塵的來源（1）金屬元素加熱蒸發(fā)形成金屬粉塵焊接電弧的溫度較高，一般在3000~6000°C。焊接溫度超過焊接金屬元件的沸點(diǎn)，所以焊接時(shí)必然有金屬蒸發(fā)。幾種金屬的沸點(diǎn)見表面面面面面1。表面面面面面表面面面面面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，如表面面面面面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)。表面面面面面表面面面面面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+OVsub〉2V/sub〉2FeO，Si+OVsub〉2V/sub〉SiOVsub〉2V/sub〉，2Mn+OVsub〉2V/sub〉2MnO等。這些氧化物，它可能留在焊縫中并導(dǎo)致缺陷，還會(huì)擴(kuò)散到大氣中。有藥皮焊條產(chǎn)生煙塵焊條的藥皮(含大理石、錳鐵、硅鐵等)在焊接過程中與金屬一同蒸發(fā)、氧化、生成FeVsub〉2V/sub〉OVsub〉3V/sub〉、MnO、SiOVsub〉2V/sub〉等，這些有害物質(zhì)以氣溶膠狀態(tài)逸出。金屬粉塵的成分和濃度，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。黑色金屬焊接過程中產(chǎn)生的粉塵和主要毒物見表面面面面面3。表面面面面面表面面面面面3黑色金屬焊接過程中的粉塵排放和主要毒物金屬粉塵的危害金屬粉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)(5um以下)，在空中停留時(shí)間較長，容易吸入肺中。因此在密閉容器、鍋爐、管道內(nèi)或面積狹小、門窗關(guān)閉的室內(nèi)焊接時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場測定，焊接煙塵的濃度通常比國家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)高出幾倍甚至幾十倍。在煙塵濃度較高的情況下，長期從事焊接作業(yè)的工人會(huì)形成焊工塵肺、金屬熱等職業(yè)病。焊工塵肺塵肺是由于長期吸入超過規(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)，對人體危害較小或無明顯影響，脫離粉塵后病變可逐漸減輕或消失。這類疾病稱為肺粉塵沉著癥。但近一二十年來，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)場測定分析，證明焊區(qū)周圍空氣中除了有大量氧化鐵或鋁等粉塵外，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、銘、氟化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，而是由于長期吸入超過標(biāo)準(zhǔn)容許濃度，由氧化鐵為主的混合煙霧和有毒氣體對肺組織的影響引起的混合性塵肺。人體呼吸道對粉塵有一定的防御功能，在鼻腔里通過分泌粘液等，可使大于10mm的粉塵沉積下來，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30~50%。在深呼吸道，支氣管逐漸分級，使氣流速度逐漸減慢和改變方向，可使2~10mm的粉塵沉積在各級支氣管壁上，其中大部分能通過粘膜上皮的纖毛運(yùn)動(dòng)，伴隨粘液往外移動(dòng)，并通過咳嗽排出體外。進(jìn)入肺泡的粉塵，一部分可隨呼吸排出，一部分通過吞噬作用而被清除。雖然人體對粉具有防御功能，然而，當(dāng)粉塵濃度超過允許濃度時(shí)，就會(huì)發(fā)生長期運(yùn)行，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。長期吸入超過允許濃度的錳及其化合物的顆粒和蒸汽，則可造成錳中毒。（3）焊工金屬熱焊接金屬中直徑為0.05~0.5mm的鐵、錳和氟等的氧化物，通過呼吸道、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、在機(jī)艙內(nèi)使用堿性焊條焊接時(shí)，容易得此癥。（二）有毒氣體在焊接的高溫和紫外線輻射下，在弧區(qū)周圍產(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。臭氧空氣中的氧氣在短波紫外線的激發(fā)下產(chǎn)生臭氧（OVsub〉3V/sub〉），其化學(xué)反應(yīng)是：短波紫外線O₂2020₂+20=20₃波長為2X10^-7m以下的紫外線，它對氧分子具有最強(qiáng)的破壞能力。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)，聞起來有魚腥味，有點(diǎn)酸。臭氧對人體的危害主要是對呼吸道和肺部的強(qiáng)烈刺激。臭氧濃度超過一定限度時(shí)，可使焊工引起咳嗽、胸悶、食欲不振、疲勞無力、頭暈、全身無力等，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)間等因素有關(guān)。MIG焊接過程中母材和保護(hù)氣體對臭氧濃度的影響如表面面所示面面面4。工藝參數(shù)對臭氧濃度的影響見表面面面面面5。表面面面面面表面面面面面4母材和氣體對氣體保護(hù)焊中臭氧濃度的影響表面面面面面表面面面面面5工藝參數(shù)對臭氧濃度的影響我國衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，臭氧最高容許濃度為0.3mg/mVsup>3V/sup〉。在沒有良好的通風(fēng)條件下，焊接工作場所的臭氣濃度通常比衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)高出幾到十倍。但只要采取通風(fēng)措施，臭氧濃度就可大大降低。臭氧對人體呼吸系統(tǒng)造成的癥狀，一般在脫離接觸后均可恢復(fù)，恢復(fù)期的長短，與受危害程度及人的體質(zhì)有關(guān)。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。它的種類很多，在明弧焊中常見的為二氧化氮，其次是一氧化氮和四氧化氮。常以測定二氧化氮的濃度來表面面面面面示氮氧化物的存在。氮氧化物是刺激性有毒氣體，呈紅褐色，比重為1.539，有特殊臭味，其毒性為一氧化氮的4~5倍。但比臭氧毒性小。氮氧化物對人體的危害主要是肺部刺激。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/mVsup>3V/sup〉的二氧化氮，可引起咽喉受刺激，濃度不超過700mg/mVsup〉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/mVsup〉3V/sup〉；焊鋁鎂合金時(shí)為6.04mg/mVsup〉3V/sup〉；焊銅合金時(shí)為19.20mg/mVsup〉3V/sup〉；鋁鎂合金的平均濃度可以達(dá)到120mg/mVsup〉3V/sup〉，手工電弧焊鋁硅合金時(shí)為208.5mg/mVsup〉3V/sup〉。我國衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，氮氧化物的最高容許濃度為5mg/mVsup〉3V/sup〉。明弧焊在通風(fēng)不良的情況下，往往超過標(biāo)準(zhǔn)幾倍至幾十倍。在焊接過程中，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。當(dāng)兩種氣體同時(shí)存在時(shí)，它比單一氣體存在時(shí)更好，其毒性對人體的危害作用增加15~20倍。一氧化碳它產(chǎn)生于各種明弧焊接過程中，特別是，二氧化碳保護(hù)焊產(chǎn)生的一氧化碳濃度最高，是這種焊接方法的主要有害氣體之一。一氧化碳的來源是二氧化碳?xì)怏w在電弧高溫下的分解：COVsub〉2V/sub〉CO+OVsub〉2V/sub〉。另外，二氧化碳及其分解的氧會(huì)氧化熔融金屬中的元素，也產(chǎn)生一氧化碳和氧化物。其反應(yīng)式如下：2Fe+OVsub〉2V/sub〉2FeOSi+OVsub〉2V/sub〉SiOVsub〉2V/sub〉2Mn+OVsub〉2V/sub〉2MnOFeO+CFe+CO一氧化碳是一種窒息性氣體，其毒性作用是阻礙人體運(yùn)輸和利用氧氣的功能，造成缺氧。根據(jù)測定，焊工從事COVsub〉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。我國衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，一氧化碳的最大允許濃度為30mg/mVsup>3V/sup〉。氟化氫它主要產(chǎn)生于手工電弧焊。低氫電極涂層中含有螢石（CaFVsub〉2V/sub〉）和石英（SiOVsub〉2V/sub〉），在電弧高溫作用下，產(chǎn)生氟化氫氣體。反應(yīng)式如下：2CaFVsub〉2V/sub〉+3SiOVsub〉2V/sub〉2CaSiOVsub〉3V/sub〉+SiFVsub〉4V/sub〉SiFVsub〉4V/sub〉+3HSiF+3HFSiFVsub〉4V/sub〉2HVsub〉2V/sub〉OSiOVsub〉2V/sub〉+4HVsub〉2V/sub〉FCaFVsub〉2V/sub〉+HCaF+HFCaFVsub〉2V/sub〉+HVsub〉2V/sub〉OCaO+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。它可以通過呼吸道和皮膚對身體有毒。我國衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，氟化氫的最大允許濃度為1mg/mVsup〉3V/sup〉。（三）高頻電磁場非自耗電極氬弧焊和等離子弧焊，以快速點(diǎn)燃電弧，須有高頻振蕩器激發(fā)引弧。在引弧瞬間（2~3S）有高頻磁場存在。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。它通過焊鉗、電纜軟線對人體空間的電容耦合，即有脈沖電流流過人體。實(shí)驗(yàn)證明，接通開關(guān)尚未起弧前，流過人體高頻電流〉7mA，起弧后〉3mA。由于振蕩高頻電流的作用，振蕩器和輸電線路附近的空間，存在