电弧焊的有害因素及防护

1、电弧焊的有害因素及防护Orga nize en terprise safety man ageme nt pla nning, guida nee, in spect ion and decisi on-mak ing,en sure the safety status, and unify the overall pla n objectives编制：审核：时间：电弧焊的有害因素及防护简介：该安全管理资料适用于安全管理工作中组织实施企业安全管理规划、指导、检查 和决策等事项，保证生产中的人、物、环境因素处于最佳安全状态，从而使整体计划目 标统一，行动协调，过程有条不紊。文档可直接下载或修改，

2、使用时请详细阅读内容。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v0.1 pm的称为烟;微粒直径为0.110 pm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 30006000 C。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。表1几种金属元素的沸点分析焊缝的化学成分，也

3、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。表2几种金属元素的蒸发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+0 v sub 2 v /sub 2FeO , Si+O v sub 2 v /sub SiO v sub 2 v /sub , 2Mn+O v sub 2 v/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。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

4、成Fev sub 2 v /sub O v sub 3 v /sub 、MnO、SiO v sub 2 v /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。表表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(5 pm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

5、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， 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

6、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 10 pm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3050%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210 pm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

7、， 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 0.050.5 pm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

8、，主要有臭氧、氮氧化物、一氧化碳和氟化物等气体。.臭氧 空气中的氧在短波紫外线的激发下生成臭氧(O v sub 3 v /sub ),其化学反应是：短波紫外线O v sub 2 v /sub 2020 v sub 2 v /sub +20=2 O v sub 3 v /sub 波长为2 X10 v sup -7 v /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

9、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。表表4熔化极气体保护焊母材和气体对臭氧浓度的影响表表5工艺参数对臭氧浓度的影响我国卫生标准规定，臭氧最咼容许浓度为0.3mg/m vsup 3 v /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。.氮氧化

10、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45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 v sup 3 v /sup 的二氧化氮，可引 起咽喉受刺激，浓度不超过700mg/m v sup 3 v

11、/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 v supv sup 3 v /sup3v/sup ;焊铝镁合金时为 6.04mg/m;焊铜合金时为 19.20mg/m v sup 3 v/sup ;熔化极 半自动焊接铝镁合金时平均浓度可达 120mg/m v sup 3v /sup ,手工电弧焊铝硅合金时为208.5mg/m v sup 3v/sup 。我国卫生标准规定，氮氧化物的最高容许浓度为 5mg/m v sup 3 v /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，

12、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1520倍。. 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。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 v sub 2 v /sub C0+ O v sub 2 v /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 v sub 2 v /sub 2FeOSi+O v sub 2 v /sub SiO v sub 2 v /

13、sub 2Mn+O v sub 2 v /sub 2MnOFeO+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 v sub 2 v/sub 气体保护焊时，血液中的碳氧血红 蛋白比正常人高，但采取通风措施后即显著下降。我国卫生标准规定，一氧化碳的最咼允许浓度为30mg/m v sup 3 v /sup 。.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 v sub 2 v /sub )和石英(SiO v sub 2 v /sub ),在电弧高温作用下，产生氟化氢气体。 反应式如下：2CaF v

14、sub 2 v /sub +3SiO v sub 2 v /sub 2CaSiO v sub 3 v /sub +SiF v sub 4 v /sub SiFv sub 4 v /sub +3H SiF+3HFSiF v sub 4 v /sub 2H v sub 2 v /sub O SiO v sub 2 v /sub +4H v sub 2 v /sub FCaF v sub 2 v /sub +H CaF+HFCaF v sub 2 v /sub +H v sub 2 v /sub OCaO+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

15、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/mv sup 3 v /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，须有咼频振荡器激发引弧。在引弧瞬间（23S ）有咼频磁场存在。 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

16、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a、B、y三种射线。基中a射线占90% , B射线占9% , y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产物呈气溶胶和气体形式进入人体内。钍的气溶胶具有很高的生物学活性，它们很难从人体内排出，而形成内照射。外照射危害较小。水分解吸收绝 大部

17、分射线辐射能。人体内水分占体重的 7075% ，这样就只有一小部分辐射能直接作用于机体蛋白质。当人体受到辐 射剂量不超过容许值时，射线不会对人体产生危害。根据测 定，氩弧焊和等离子弧焊的放射性一般都低于最高容许浓度。 但是钍钨极磨尖、修理，特别是贮存地点，放射性浓度可达 到或接近最高容许浓度。所以对钍的危害应当重视，采取防 护措施，防止放射烟尘进入体内。（五）噪声在等离子喷焊、喷涂和切割等过程中，由于工作气体和保护气体以一定的速度流出，等离子焰流从喷枪口高速喷出，都会发生周期性的压力起伏、振动和摩擦，于是产生噪声。等离子流的喷射速度可高达 10km/min ，噪声强度最高，大多数在100dB以

18、上，喷涂作业的噪声可达 123dB，频谱也较宽，在31.532000Hz 之间，较强噪声的频率均在 1000Hz以上。这些噪声都超过了容许强度，对人体有危害。二、有害因素的防护措施（一） 焊接烟尘和有毒气体的保护改善1 .通风技术措施通风技术是消除焊接尘毒危害， 劳动条件的有效措施。它的作用是把新鲜空气送到作业地点， 并及时排出有害物质和被污染的空气，使作业环境符合劳动 卫生的要求。焊接所采用的通风措施为机械排风，并以局部机械排风 最为普遍。（1）焊接通风技术措施的设计要求1）在车间内施焊时，必须保证及时排出焊接过程中产 生的有害烟尘、毒气，达到劳动卫生的要求。2）有害气体、烟尘等抽排到室外大

19、气中之前，应经过净化处理，防止污染大气。3）采用通风措施，必须保证冬季室温在规定范围内4）要根据现场和工艺条件设计，不得影响正常施焊。5）应便于安装和拆卸，便于清理和修配（2）局部排气装置 焊接过程中，局部排气效果最好， 它方便灵活，设备费用少，在焊接作业中得到广泛应用。1）固定式排烟罩。它分为上抽、侧抽和下抽等三种。 如图1所示。它适用于焊接地点固定、焊接工件较小的作业 条件。此装置除满足通风措施的技术要求外，尚须符合下列 要求：整个装置的排气途径必须合理，勿使有毒气体、粉尘 经过焊工呼吸带；排出口的风速应为12m/s ;风量可以调节；排出口的高度必须高出作业厂房顶部12m，如图2所示。图1

20、固定式排烟罩a） 上抽b）侧抽c）下抽图2下抽式排风系统2）可移动式排烟罩。这类通风装置结构简单轻便，可以 根据焊接地点和操作位置的需要随意移动。在密闭船舱、化 工容器和管道内施焊，或在大作业厂房非定点施焊时，采用 这类装置有良好的效果。 图3是在化工容器内焊接时应用的 情况。图3化工容器内施用排烟罩1 排烟罩 2 软管 3 电机 4 风机 5 过滤器6化工容器可移动式排烟罩的排烟系统由小型离心风机、通风软管、 过滤器和排烟罩组成。目前应用较多、效果较好的有以下几 种型式：净化器固定吸头可移动式排烟系统。它的排烟系统见图4，风机和过滤装置是固定的，吸风头可以移动。它适用于大作业厂房非定点施焊。

21、图4净化器固定吸头可移动式排烟系统1 吸风头 2 软管3 过滤器 4 风机风机及吸头移动型。排烟系统见图 5所示。它的风机、过滤器和吸风头都可以根据焊接需要随意移动，使用方 便灵活，只要吸风头与焊弧间距离适当，效果就显著。图5风机和吸头移动式排烟系统软管2 吸风头3 净化器 4出气孔为了便于移动排烟装置，并省力，可采用图6所示的有活动支撑架的轴流风机排烟罩。使用移动式排烟罩时，必须有净化过滤设施，否则只是 有害物质“搬家”，仍有污染。另外，操作者应面对吸风口， 当操作所有一定风向时，应位于上风侧操作。图6轴流风机排烟系统1 风机2导风管3净化器4活动支撑架3）多吸头排烟罩。这类排烟罩如图 7所

22、示。它的排气 支管可根据焊件大小和高低作调节，适用于大而长的焊件。图7多吸头排烟罩1 吸头2 通风排烟管路 3 风机4 过滤器 5 排风口 6 容器7 转动轮4）随机式排烟罩。这类排烟罩是固定在自动焊机头上 或附近，排风效果显著。一般采用微型风机为风源。它又分 为近弧和隐弧两种形式，如图8所示。隐弧排烟效果最佳。它对焊弧区密闭，减少臭氧等有害气体的扩散，同时把光辐 射、粉尘控制在一定空间内。 但必须掌握适当的风速和风压， 保证保护气体层不受破坏，保证焊接质量。图8随机式排烟罩 a）近弧排烟罩b）隐弧排烟罩等离子弧焊可采用图 9所示的密闭罩和净化系统。 观察窗装有反射型和吸收式光学玻璃的防护镜。

23、过滤器的过滤材料可用活性炭、分子筛或碱液等。其防护效果显著。图9等离子弧焊密闭罩及净化系统1 观察窗 2 罩体 3 导风管 4 风机5 过滤净 化器6 排烟调节板为适应手工电弧的操作特点，可采用图10所示的活动式排烟罩。它较好地解决了手工电弧焊的尘毒危害问题，使 用效果显著。图10活动式排烟罩1 排气管 2 滤光片 3 遮蔽体 4 焊条 5 滚轮5）强力小风机。它被广泛地应用于半自动焊接，图11所示为环缝半自动焊接时采用强力小风机排烟的示意图。所用风机为单相的36V、180V直流风机。图11环缝半自动焊接时采用强力小风机排烟6）低压风机排烟罩。这类排烟装置适用于密闭容器内施焊，它是有效的局部排

24、烟装置。这种排烟系统如图12所示。所用风机功率为180W，电压为36V，转数为2900rpm。 将它放在焊接部位附近，使有害气体和烟尘及时排出。风机 底座设有活动座，以使风机不随之转动。工作时处在最低部 位，便于排污。排气管道的排气口一端必须牢固的安置在孔 洞的外道边缘上，防止脱落。图12低电压风机排烟系统1 吸风口 2 风机 3 排气软管 4 孔洞 5 排出 口 6 容器 7 滚轮 8 活动座焊接排烟罩类型较多，应根据实际焊接方式、工作场所 和焊件等选用或自行设计适用有效的排烟罩。.个人防护措施 加强个人防护措施，对防止焊接过程 中产生的有毒气体和烟尘的危害有重要意义。个人防护措施是指对眼、

25、口鼻、耳、身体各部位作防护， 常用防护用品有眼镜、口罩、护耳器、头盔、手套、鞋、工 作服。特殊防护用品有通风帽，用于通风不易解决的特殊作 业场所，如密闭容器内的焊接作业。（1）送风防护头盔 如图13所示，它是在一般电焊工 头盔里面的呼吸部位固定一个由轻金属或有机玻璃板制成 的空气带，新鲜压缩空气经净化处理后，由输气管送进送风 带晨，经送风带的小孔喷出。多余的空气和呼出的废气自动 逸出。图13送风防护头盔a）外形图b）结构图对设计和制造防护头盔的原则要求是：保证供气量充足，噪声小；送风带拐角处圆滑，送风孔大小适度，直径为12mm 为宜，送风带表面处理良好；要保证喷出的空气均 匀密布，在送风带有送

26、风软管的一侧小孔直径要大于另一侧 直径；送风软管的送风压力为 （0.51 ） X10 v sup 5 v /sup Pa，在头盔的送风管下端应设有供气调节阀，供焊工随时 调节气流；过滤器应设有压力调节阀；冬季使用时，可用电 阻丝或暖气管对所供压缩气加热。过滤器的过滤物质可采用 活性炭、焦炭等。由于盔内形成正压，盔外的有害气体不易进入盔内，保 证了良好的防护效果。这种送风头盔的防护效果见表6表6防护效果评价（2 ）送风封闭头盔 它的安装使用如图14所示。这种 头盔的重量轻，对头部、面部无压迫感，大小也适宜；头披 与盔裙用丝制品等耐腐蚀材料制成，并与头盔四周紧密连接； 观察镜靠弹力开启，施焊时能避

27、弧光辐射，停焊时打开观察 不必取下头盔。镜开闭时密封良好，开启灵活；压缩空气要 经过净化，通过压力调节阀， 以（0.51.2 ） X10 v sup 5 v /sup Pa的压力送入盔内；冬季应将压缩空气预热， 使焊工 呼吸不受刺激。图14送风封闭头盔工作系统 压缩空气进口 2压力净化控制器3送风管路4 加热（或冷却）器 5 封闭型送风头盔送风封闭头盔的防护效果较好。盔内空间压力比外部大， 有害气体不能进入盔内，有隔离作用。另外，头披和盔裙对 焊工的头部、颈部和上胸都有保护作用，免受辐射危害。这种头盔摘戴较麻烦，适于在密闭容器内施焊时使用。（3） 送风口罩 它的作用是供给焊工新鲜空气，并使呼

28、吸带呈正压，防止尘毒侵入。这种口罩的使用如图 15所示，这套设施较复杂，一般 在尘毒较严重时才使用。图15送风口罩工作系统a）系统图b）部件1空气过滤器的剖面图1空气过滤器 2调节阀 3塑料管 4空气加热 器5 口罩6压紧的棉花 7泡沫塑料 8焦炭粒9 瓷杯10 放水阀11 进气口 12 出气口（4）分子筛除臭氧口罩它的使用如图16所示，除臭氧效率可达（99100 ） %。图16分子筛口罩a）系统图b）分子筛罐体剖面1出气口2滤尘尼龙毡3分子筛4 进气孔5 罐体6 进气口.改革工艺和改进材产是改善条件的根本措施。改革焊接工艺，使焊接操作实现机械化、自动化，不仅 能降低劳动强度和提高劳动生产率，

29、而且大大减少焊工接触 焊接有害物的机会，改善作业环境的劳动卫生条件。例如用 自动电弧焊代替手工电弧焊，就可以消除弧光、有毒气体和 烟尘对焊工的危害。自动埋弧焊的电弧是在熔渣和金属液体 之间的空间燃烧，肉眼看不见。这种焊接方法的引弧、焊丝 送进和沿焊接方向移动，都是利用机械自动进行的。埋弧焊 用的焊丝不涂药皮，用焊剂代替药皮的作用。 在电弧焊接中， 应用各种形式的机械手，实现焊接过程的全自动化，将可从 根本上消除焊接有害因素对焊工的危害。合理设计焊接容器 的结构，采用单面焊双面成型新工艺，不用容器内部焊接， 减轻焊工受危害程度。采用无毒或毒性小的焊接材料代替毒性大的焊接材料， 也是防止焊接危害的有效措施。例如手工电弧焊产生危害与 焊条药皮的成分有关，因此改革焊条对消除手工电弧焊的尘 毒危害有重要作用。目前含锰量高的焊条已日趋淘汰。低氢 型碱性焊条危害也较大，因此应改革焊条药皮的成分，使其 含氟量和发尘量减少，既减少危害，又能保证焊接质量。我 国自制的116号焊条，其药皮具有低锰、低氟、低尘的特点（1977年甘肃省卫生防疫站编印“电焊职业毒害研