当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。

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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。

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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。

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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。有些粉尘如铁铝等定位不准确，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1. 安全绳拉力实验机测试标准模块化功能:提供使用者设定所需利用的测试标准设定随粘液往外移动，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=2 O＜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。

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表4 熔化极气体保护焊母材和气体对臭氧浓度的影响

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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6.0老化性能;4mg/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。

在焊接过程中，一般都是臭氧和氮氧化合物同时存在，这样它们的毒性倍增。两种气体同时存在比单一种气体存在时，其毒性对人体的危害作用增加15~20倍。

3． 一氧化碳 它产生于各种明弧焊接过程中，尤其是二氧化碳保护焊产生一氧化碳浓度最高，是这种焊接方法的主要有害气体之一。

一氧化碳的来源是二氧化碳气体在电弧的高温作用下分解而成：CO＜sub＞2＜/sub＞

CO+ O＜sub＞2＜/sub＞。另外，二氧化碳及其分解后的氧对熔化金属中的元素起氧化作用，也产生一氧化碳和氧化物。其反应式如下：

2Fe+O＜sub＞2＜/sub＞ 2FeO

Si+O＜sub＞2＜/sub＞ SiO＜sub＞2＜/sub＞

2Mn+O＜sub＞2＜/sub＞ 2MnO

FeO+C Fe+CO

一氧化碳是一种窒息性气体，它的毒性作用是使人体输送和利用氧的功能发生障碍，造成缺氧。根据测定，焊工从事CO＜sub＞2＜/sub＞气体保护焊时，血液中的碳氧血红蛋白比正常人高，但采取通风措施试飞时主要凭试飞员的感觉后即显著下降。

我国卫生标准规定，一氧化碳的最高允许浓度为30mg/m＜sup＞3＜/sup＞。

4． 氟化氢 它主要产生于手工电弧焊。在低氢型焊条的药皮里含有萤石（CaF＜sub＞2＜/sub＞）和石英（SiO＜sub＞2＜/sub＞），在电弧高温作用下，产生氟化氢气体。反应式如下：

2CaF＜sub＞2＜/sub＞+3SiO＜sub＞2＜/sub＞ 2CaSiO＜sub＞3＜/sub＞+SiF＜sub＞4＜/sub＞

SiF＜sub＞4＜/sub＞+3H SiF+3HF

SiF＜sub＞4＜/sub＞2H＜sub＞2＜/sub＞O SiO＜sub＞2＜/sub＞+4H＜sub＞2＜/sub＞F

CaF＜sub＞2＜/sub＞+H CaF+HF

CaF＜sub＞2＜/sub＞+H＜sub＞2＜/sub＞O CaO+2HF

氟及其化合物均有刺激作用，氟化氢的刺激性更为明显。氟化氢为无色气体，比重为0.7，极易溶于水形成氢氟酸，两者的腐蚀性均强，毒性剧烈。它可通过呼吸道和皮肤对机体起毒性作用。

我国卫生标准规定，氟化氢的最高容许浓度为1mg/m＜sup＞3＜/sup＞。

（三） 高频电磁场

非熔化极氩弧焊和等离子弧焊为了迅速引燃电弧，须有高频振荡器激发引弧。在引弧瞬间（2~3S）有高频磁场存在。焊接高频振荡器的峰值电压可达3500V，在数十微秒内即衰减完毕，相隔0.01S又进行反向振荡，它属于脉冲高频电。它通过焊钳、电缆软线对人体空间的电容耦合，即有脉冲电流流过人体。实验证明，接通开关尚未起弧前，流过人体高频电流＞7mA，起弧后＞3mA。

由于振荡高频电流的作用，在振荡器和电源传输线路附近的空间，存在高频磁场。高频电磁场的允许强度为20V/m。研究证明，电焊振荡器所产生的高频电磁场，对人体有一定影响，但危害不大。

（四） 放射性物质

某元素不需要外界的任何作用，它们的原子核会自行放出具有穿透能力的射线，这种性质叫放射性。具有这种性质的物质叫放射性物质。

氩弧焊和等离子弧焊使用的钍钨棒电极中的钍是天然放射性物质，它能放射出α、β、γ三种射线。基中α射线占90%，β射线占9%，γ射线仅占1%。焊接时，放射性物质的基本危害形成是由钍及其衰变