焊接煙塵影響因素及淨化措施

焊接煙塵是在焊接過程中產生的高溫（wēn）蒸氣（qì）經氧化後冷凝而產（chǎn）生的，煙塵淨化器焊接煙塵主要來自焊條或焊絲端（duān）部的液態金屬及溶渣（zhā）。焊接材料的發塵量占焊接煙塵總量的80～90%，隻有部分來自母材（cái）。科（kē）學（xué）研究以及（jí）健康調查表明：焊接煙塵中（zhōng）存在著（zhe）大量的可吸入物質(如氧化（huà）錳、六價鉻、以及鉀、鈉的氧化物等)一旦這些物質進入人體，會對人（rén）體產生巨（jù）大的傷害。長期在（zài）焊接煙塵環境下作（zuò）業的焊接操作人（rén）員患有慢性支氣管（guǎn）炎等（děng）呼吸道疾病的（de）比例明顯高於（yú）其他人員（yuán），並且可吸入物（wù）質還會沉積（jī）在人體的骨骼和血液中，導致性能力下（xià）降，甚至引發癌症，尤其（qí）是近年來隨著大量含（hán）有Cr、Mn、Ni等化學成分的焊接材料的使用，使焊接煙塵對職業健康和環境（jìng）負（fù）荷的（de）影響日益嚴重。

國際上對焊（hàn）接衛生的研究開始於1920年，主要研究氮氧（yǎng）化（huà）物有害氣體的影響。從20世紀20~60年（nián）代主要對焊接煙塵（chén）的有害性進行研究。70年代主要有焊條全煙塵測定，焊接衛生標準的建議及焊條衛生標誌的設立；對焊接煙塵發生機理及影響因素進行研究。

一、焊（hàn）接煙（yān）塵的（de）影響因素

焊接煙塵的影響因素很（hěn）多，主要因素包括（kuò）焊接材料和工藝兩個（gè）方麵：材料指的是焊條藥皮的成（chéng）分（fèn）、煙塵淨化器焊絲鋼帶、藥粉的化學組成，以（yǐ）及保護氣體成分等；工藝是指焊接方法的（de）選擇及（jí）工藝參數的設定。N.J.HUDSON等人指出在（zài）低合金MIG焊接過程中產生（shēng）的以混合金屬氧化物和尖晶石結構為主的焊接煙塵主要是由電極材料、被焊合金材料、過程控製、保護氣（qì）體組分，以及電壓和電流（liú）值決（jué）定的。

1.焊接材（cái）料

焊接材料對焊接煙塵的（de）作用主要體現在以（yǐ）下兩個方麵：

(1)焊接材料是焊接煙塵產生的來源（yuán），焊接材（cái）料的成分直接影響焊接煙塵發塵量的多（duō）少和焊接煙塵的化（huà）學成分。

(2)焊接材（cái）料影響焊接電弧物理，通過改變熔滴過渡方式，控製焊接過程中產（chǎn）生的金屬（shǔ）蒸氣進入大氣的含量。施雨湘等通過對單組分和少組分（fèn）焊條的焊接煙塵試（shì）驗發現：大理石、氟石等物質本身產生的煙塵高，其組成焊條的煙塵也高；金紅石等物質本身產生的煙塵較低，其組成焊條的煙塵也低；菱苦土等物質本身產生的煙塵較高（gāo），但是組成焊條時不一（yī）定高。藥皮物質不僅各自影響焊接煙塵，而且相互之間存在複雜的關係，改變藥皮組分比（bǐ）例，有可能達到降塵的目的。

Zimmer和Biswas在對氣體金（jīn）屬氬弧焊過程中產生的氣溶膠進行研究（jiū）時發現（xiàn），被焊合金成分對於焊接煙塵顆粒的尺（chǐ）寸分布，以及焊接煙塵的形態和化學結構有顯著的影響。此外，焊接煙塵顆粒尺寸的分（fèn）布是多形態且（qiě）隨時間發生空氣動力學變化。

小林實等通過試驗發現，CO2保護藥芯焊絲的發塵（chén）量（liàng）同焊絲所用的鋼帶的含碳量成正（zhèng）比，如將鋼帶（dài）含碳量從通常的0.08%降（jiàng）到（dào）0.045%以下（xià）(最好0.02%)，可使（shǐ）發塵量減少30%左右，基本上與實芯焊絲發塵率相（xiàng）同。對於藥芯焊絲，如（rú）果降低鋼帶和潤滑（huá）劑裏的含（hán）碳量，可大幅度降低發（fā）塵率。J.H.Dennis等人發現在FCAW焊接過（guò）程中，所用焊接材（cái）料中添加1%的Zn能顯著降低Cr6+和臭氧的（de）生成。

北京工業大學的王智（zhì）慧等人研究了鐵粉添（tiān）加量對焊絲（sī）發塵率的影響時發現：煙塵中鐵（tiě）的氧化物約占50%。當藥芯焊絲中的含鐵量為（wéi）19.5%～28.7%(質量分數)時，焊絲發塵量為5.5226～8.2326g；煙塵中鐵（tiě）和錳（měng）的氧化物所（suǒ）占的（de）比例很大。試驗條（tiáo）件下（xià）Fe粉（fěn）在藥芯中所占比（bǐ）例（lì）越小，單（dān）位質量的焊絲發塵量就越少；不同廠（chǎng）家、不同工藝生產的（de）鐵粉對發塵量沒有明顯的影響。此外他（tā）們還對（duì）焊條焊芯和部分輔料作了環境負（fù）荷影（yǐng）響評估，通（tōng）過數據采集，環境影響因子確定，以及（jí）結果分析等發現焊絲和焊帶的環境負荷較大，而礦物（wù）粉的生產過程環境負荷較小。

2.工藝因素

焊接參數會（huì）影響焊接煙塵的發塵率。不同焊接方法的選擇（zé），煙塵淨化器極性的改變，電流電壓的變化，以及送絲速度等都會對發塵量和焊接煙塵的（de）化學成分產生影響。

在研（yán）究Al-Mg合金直流和交流脈衝（chōng）惰性氣體保護焊過程（chéng）中產生的（de）焊接煙塵時發現，使用交流脈衝惰性氣體保護焊能從本質上抑製（zhì）煙塵的產生。在研究電弧電壓及送絲速度對GMAW中實芯焊絲和（hé）金屬芯焊材（cái）的焊（hàn）接煙塵的發（fā）塵（chén）量的影響時發現（xiàn）：對（duì）於f1.4mm的（de）實芯焊絲在直流正接的情況下，熱輸入超過臨界值9.5kW時煙塵發生率得到一個最小值；直流正（zhèng）接（jiē）的情況下，實芯焊絲（sī）和金屬（shǔ）芯焊絲具有相同的焊接煙塵發生率，但是（shì）金屬芯焊絲獲得最低煙塵發生率和最適宜的電弧穩定性調節範圍較（jiào）大。直流反接時，對於金屬芯焊絲來（lái）說，采用一個較高的送絲速度可以得到一個滿意的焊接煙塵發塵量（liàng）。

Hewitt等人通過一係列的試驗發現在（zài）FCAW焊接過程中，采（cǎi）用直流反接且電壓為40V時，發塵量（liàng）最大；電（diàn）壓為29V時采用直流正接並使用8%的助焊劑，煙（yān）塵發（fā）塵量降為原來的1/3。

對不鏽鋼藥芯焊絲CO2氣體（tǐ）保護焊時的（de）煙（yān）塵發塵率，以及Cr總量和Cr6+的濃度進行研究時發現：煙塵總量和輸入的能量有明顯的聯係。在低、最佳、高三種熱輸入條件下對應的發塵量分別是189～344mg/min、389～698mg/min和682～1157mg/min，Cr生成率分別為3.83～8.27mg/min、12.75～37.25mg/min、38.79～76.46mg/min；Cr6+生成率（lǜ）分別為0.46～2.89mg/min、0.76～6.28mg/min和1.70～11.21mg/min。煙塵發生率隨（suí）著熱輸（shū）入的增加呈1.19的指（zhǐ）數增長，隨著電流的變（biàn）化以1.75的指數增長；隨（suí）著熱輸入的增加，煙（yān）塵中（zhōng）Cr的（de）濃度從1.57%~2.65%增加到5.45%~8.13%，Cr6+的濃度從0.15%增加到（dào）1.08%，通過FCAW產生的Cr6+的溶解部（bù）分相當（dāng）於（yú）全部Cr6+的80%~90%。

二、焊接煙塵淨化與（yǔ）通風

通風係統主（zhǔ）要包括吸吹式通風係統、局部式通風係統、全局式通風係統和個體防護麵罩。通風係統的選擇原則是輕便性（xìng）、可移（yí）動性及實用性。在國外，焊工大量使用可移動的局部通風裝置。國外大力倡（chàng）導全麵通風為輔，局部（bù）通風為主的（de）通風係統選擇（zé）原則（zé）。各種焊接（jiē）煙塵收集、淨化裝置都向成套性（xìng）、組（zǔ）合（hé）性、可移動性、小型化及節省資源方向發展，並且取得了較好的（de）成績，特別是可移動的（de）各種焊接煙塵淨化（huà）裝置為各國廣泛（fàn）采用。

1.吸氣（qì）式通風裝置

吹吸式（shì）通風裝置是一種能（néng）有效控製汙染源擴散的通風裝置。在棚板（bǎn）焊接上單純采用吸氣罩來排除大麵積焊（hàn）接煙塵（chén），存在著（zhe）效果不理（lǐ）想（xiǎng）及方式不夠（gòu）合理等問題，因而提出了將吹吸式通風裝置用於棚板焊接煙塵控製。

試驗發現，在棚板焊接上采取（qǔ）吹吸式通風裝置，使作業時散（sàn）發的電焊煙塵得到（dào）了有效控製，治理後棚板附近作業帶的煙塵平均質量濃度均符合國家衛生標準(低於6mg/m3)，煙塵淨化器而且由（yóu）於必要風量小，故能降低動力消耗，節省設備（bèi）的初投資和運行費。因此較之於吸氣罩，不僅更為合理有效實用，而且具有一定先進性，同時為治理大件焊接煙塵汙染，提供了一種可借（jiè）鑒的方法。

2.壓力引射式（shì）局部通風（fēng）裝置

在密閉容器內焊接，電焊煙塵不斷凝（níng）聚，濃度不斷升高，有時可達800mg/m3，嚴重（chóng）危害電焊工人的身（shēn）體健康。密閉（bì）容器（qì）焊接作業的局（jú）部通風是改（gǎi）善作業環境的必要措施。密閉容器一般隻有1～2個（gè）孔口，且孔口麵積較（jiào）小。一些密閉容器內部結構複雜，空間狹小；同時為了控製焊接煙塵，要求通風設施設置在施焊點附近，並且能夠隨（suí）時移動。這就要求局部通風設施不但要有（yǒu）良（liáng）好的通風效果，而（ér）且要輕便、簡單。

壓力引射式局部通風裝置主要由（yóu）引射（shè）器、膠布風筒和磁性固定（dìng）支座三部（bù）分組成。作為密閉容器焊接煙塵淨化的有效裝置，與煙塵（chén）除塵機組相比，壓力引射式局部通風裝置的優勢體現在以下幾個方麵：(1)安全可靠。(2)體積小，重量輕，便於攜帶。(3)控（kòng）製焊接煙塵擴散的（de）有效範圍大（dà），不必頻繁的移動（dòng）通風（fēng）口。(4)含塵空氣（qì）排放到密閉容器外，再利用車間通風設施進一步處理。但也有一些不足，會產生噪聲，需要壓（yā）縮空氣源（yuán）。

3.風幕（mù）集煙塵風機

風幕集煙塵風機（jī）利用其獨特的（de）結構，造成（chéng）合理的流場，即短路流場，有效控（kòng）製、捕集焊接（jiē）煙塵，增加了吸煙塵的有效吸程，去掉了傳統（tǒng）使用的固體吸塵罩。

該項技術經（jīng）對各種型（xíng）式樣機的研製和多次煙塵（chén）試驗及大量測試分析（xī），從理論（lùn）上建立了“短路流場”數學模型，實際煙塵試驗驗證了其良好的集煙塵效果（guǒ）。實測與理論計算都表明，采用短流場控製煙塵擴散效果良好，吸風口有效吸程比（bǐ）傳統方法的有效吸程提高2～3倍，收塵率達（dá）到95%以上。

三、結語

焊接煙塵使職業建康的（de）危害和（hé）生態環境的惡化日益加深，針對（duì）解決焊接煙（yān）塵問題提出以下幾點（diǎn）建（jiàn）議：

(1)加強對各種（zhǒng）藥芯焊絲焊接煙塵機（jī）理及影響因素的（de）研究，彌補現有研究的不足。

(2)繼續低塵（chén）、低（dī）毒焊接材料的研發，控製焊接煙塵（chén）的產生來（lái）源（yuán），達到危害最小化的目的。

(3)規範焊接造作規範，消除影響焊接煙塵的人為因素。

(4)提高焊接的機械化自動化水平（píng），加快新（xīn）型焊接（jiē）方法的研究，推廣焊接機械人（rén）的使用。