焊接煙塵影響因素及淨化措施

焊接煙塵是（shì）在焊接（jiē）過程中產生的高溫蒸氣經氧化（huà）後冷凝而（ér）產生的，煙塵淨化（huà）器焊接煙（yān）塵主要來自焊條或焊絲端部的（de）液態金屬及溶渣。焊（hàn）接材料的發塵量占焊接煙塵總（zǒng）量的80～90%，隻有部分來自（zì）母材。科學（xué）研究以及健康調查表明（míng）：焊接煙塵中存在著大量的可吸（xī）入物質(如氧化錳、六價鉻、以（yǐ）及鉀、鈉的氧化物等)一旦這些物質進入（rù）人體，會對人體產生巨大的傷（shāng）害。長期在（zài）焊接（jiē）煙塵環境下作業的焊（hàn）接操作人員患有慢性支氣管炎等呼吸道疾病（bìng）的比例明顯高於其他人員，並且可吸入物質還會沉積在人體的骨骼（gé）和（hé）血液中，導致性能力下降，甚至引發癌（ái）症，尤其是（shì）近年來隨著大量含有Cr、Mn、Ni等化學成分（fèn）的焊接材料的使用，使焊（hàn）接煙塵對職業（yè）健康和環境負荷的影響日益嚴重。

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

一、焊接煙塵的影（yǐng）響因素（sù）

焊接煙（yān）塵的影響因素很多，主要因素包括（kuò）焊接材料和工藝兩個方麵（miàn）：材（cái）料指的是焊條藥皮的成分、煙塵淨化器焊絲鋼帶、藥粉的化學組成，以及（jí）保護氣體成分等；工藝是指焊接方法的選擇及工藝參數的設定。N.J.HUDSON等人指出在低合金MIG焊接（jiē）過程中產生的以混合金屬（shǔ）氧化物和尖晶石結構為主的（de）焊接煙（yān）塵主要是由電極材料、被焊合金材料、過程控製、保護氣體組分，以及電壓（yā）和電流值決定的。

1.焊接材（cái）料（liào）

焊接材（cái）料對焊接煙塵（chén）的作用主要體現在以下兩個方麵：

(1)焊接材料是焊接煙塵產生的來源，焊接材料的成分直接影響焊接（jiē）煙塵發塵量的多少和焊接煙塵（chén）的化學成分。

(2)焊接（jiē）材料影響焊接電弧物理，通過改變熔滴過渡方式，控製（zhì）焊接過程中產生的金屬蒸氣進入（rù）大氣的含量。施（shī）雨湘等通過對單組分和少組分焊（hàn）條（tiáo）的焊接煙塵試驗發現：大理石、氟石等物質本身產生的（de）煙塵高，其組成（chéng）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，但是組成焊條時不一定高（gāo）。藥皮物質不僅各自影響（xiǎng）焊接煙塵，而且相互之間存在複雜的關係，改變藥皮組分比例，有可能達到降塵（chén）的（de）目的。

Zimmer和Biswas在對氣體金屬（shǔ）氬弧焊過程中產生的氣溶膠進行研究時發現（xiàn），被焊合金成分對於焊接煙塵顆粒的尺寸分布，以（yǐ）及焊接煙塵的形態和化學結構（gòu）有顯著的影響。此外，焊（hàn）接煙（yān）塵顆粒尺寸的（de）分布是多形態且（qiě）隨時間發生（shēng）空（kōng）氣動力學變化。

小（xiǎo）林實等通過試驗發現，CO2保護藥芯（xīn）焊絲的發塵量同（tóng）焊絲所用的鋼帶的（de）含碳量成正比，如將鋼帶含碳量（liàng）從通常的0.08%降（jiàng）到0.045%以下(最（zuì）好0.02%)，可使（shǐ）發（fā）塵（chén）量（liàng）減少30%左右，基本上與實芯焊絲發塵率相同。對於藥芯焊絲，如果降低鋼帶和潤滑劑裏的（de）含碳量，可大幅度降低發塵率。J.H.Dennis等人發現在FCAW焊接過程中，所用焊接材料中添加1%的Zn能顯著降低Cr6+和臭氧的生成。

北京工業大學的（de）王智慧等人（rén）研究了鐵粉（fěn）添（tiān）加量對焊絲發（fā）塵率的影（yǐng）響時發現：煙塵（chén）中鐵的氧化物約占50%。當藥（yào）芯焊絲中的含鐵量為19.5%～28.7%(質量分數)時，焊（hàn）絲發塵量為5.5226～8.2326g；煙塵（chén）中鐵和錳的氧化（huà）物所占（zhàn）的比例很大。試驗條件下Fe粉在藥芯中（zhōng）所（suǒ）占比例越小，單位質量的焊絲發塵量就越少；不同廠（chǎng）家、不同工藝生產的鐵粉對發塵量沒有明顯的影（yǐng）響。此外他（tā）們還對焊條焊芯和部分輔料作了環（huán）境負荷影響評估，通過數據采集，環境影（yǐng）響因子確定，以及結果分析等發現焊絲和焊帶的環境（jìng）負荷較（jiào）大，而礦物粉的生產（chǎn）過程（chéng）環境負（fù）荷較小。

2.工藝因素

焊（hàn）接參數會影響焊接煙塵的發塵率。不同焊（hàn）接方法的選擇，煙塵（chén）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化學成分產生影響。

在研究Al-Mg合金直流和交流脈（mò）衝惰性氣體保護焊過程中產生的焊接煙塵時發現，使用交流脈衝惰性氣體保護焊能從本質上抑製煙塵的產生。在研究電弧電壓（yā）及送絲速度對GMAW中實芯焊絲和金屬芯焊材的焊（hàn）接煙塵的發塵量（liàng）的影響時發現：對於f1.4mm的實芯焊絲在直流（liú）正接的情況下（xià），熱輸入超（chāo）過臨界（jiè）值9.5kW時（shí）煙塵發生率得到一（yī）個最小值；直流正接的情況下，實芯焊絲和金（jīn）屬（shǔ）芯焊絲具有相同的焊接煙（yān）塵發生率，但是金屬芯焊絲（sī）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（fǎn）接時，對於金屬芯焊絲來說，采用一個較高的送絲速（sù）度可以得到一個滿意的焊接煙塵發塵量。

Hewitt等人通過一係列的試驗發現在FCAW焊接過程中，采用直流反接且電（diàn）壓為40V時（shí），發塵（chén）量最大；電壓為29V時采用直流正接（jiē）並使用8%的助焊劑，煙塵發塵（chén）量降為原來的1/3。

對不鏽鋼藥芯焊絲CO2氣體保護（hù）焊時的煙（yān）塵發塵率，以（yǐ）及Cr總量和Cr6+的濃度進行（háng）研究（jiū）時發現：煙（yān）塵總量和輸入的能量有明（míng）顯的聯係。在低、最佳、高三種（zhǒng）熱輸入條件下對應的發塵量分別是189～344mg/min、389～698mg/min和（hé）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+生成率分（fèn）別為0.46～2.89mg/min、0.76～6.28mg/min和1.70～11.21mg/min。煙塵發生率隨著（zhe）熱輸入的增加呈1.19的指數增長，隨著電流的變化以1.75的指數增（zēng）長；隨（suí）著熱輸入的增加，煙（yān）塵中Cr的濃度從1.57%~2.65%增（zēng）加到5.45%~8.13%，Cr6+的濃度從0.15%增加到1.08%，通過FCAW產生的Cr6+的溶解（jiě）部分相（xiàng）當於全部Cr6+的80%~90%。

二、焊接煙塵淨化與通風

通風係統主要包括吸吹式通風（fēng）係統、局部式通風係統、全局式通風係統和個體防護麵罩（zhào）。通風係統的選擇原則是輕便性（xìng）、可移動性（xìng）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（lì）倡導全麵通風為輔，局部通（tōng）風為主的通風係（xì）統選擇（zé）原則。各種焊接煙（yān）塵收集、淨化裝置都向成套性、組合（hé）性、可移動（dòng）性、小型化及節省資源方向發展，並且取（qǔ）得了較好的成績，特別是可移（yí）動的各種焊接煙塵淨化裝置為各國廣泛采用。

1.吸氣式通風裝置（zhì）

吹（chuī）吸式通風裝置（zhì）是一種能有效控製汙染源擴散的通風裝置。在棚板焊（hàn）接上單純采（cǎi）用吸氣罩來排除大麵積焊接煙塵，存在著效果不理想及方式不夠合理等問題，因而提出了將吹吸式通風裝置用於棚板焊接煙塵控（kòng）製。

試驗發現，在棚板焊接上采取吹吸式通風裝置，使作業時散發的（de）電焊煙塵得到了有效控製（zhì），治理後棚板附近作業帶的煙塵平均質量濃度均符合國家（jiā）衛生（shēng）標準(低於6mg/m3)，煙塵淨化器而且由於必要風量小，故能（néng）降低動（dòng）力消耗（hào），節省設備的初投資（zī）和運行費。因此（cǐ）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（kě）借鑒的方法。

2.壓力（lì）引射式局部通風裝置

在密（mì）閉容器內焊接，電焊煙塵不斷凝聚，濃度不（bú）斷升高，有時可達800mg/m3，嚴重危害電焊工人的身體（tǐ）健康。密閉容器焊接作業的局部通風是改善作業環境的必要措施。密閉容器一般隻有1～2個孔（kǒng）口，且孔口麵積較小。一些密閉容（róng）器內部結構複雜，空間狹小；同時為了控（kòng）製焊接煙塵，要求通風設施設置在施（shī）焊點附近，並且能夠隨時移動。這就要求局部通風設施不但要（yào）有（yǒu）良（liáng）好的通風效果，而（ér）且要輕（qīng）便、簡單。

壓力引射式（shì）局部通風裝置主要由引射器、膠布風筒和磁性固定支座三部分組成。作為密（mì）閉容器焊接煙塵淨化的有效裝置，與（yǔ）煙塵（chén）除塵（chén）機組相比，壓力引射式局部通風裝置（zhì）的優勢體現在以下幾個方麵（miàn）：(1)安全可靠。(2)體積小，重量輕，便於攜（xié）帶。(3)控製焊接煙塵擴散的有效（xiào）範圍大，不（bú）必頻繁的移動通風口。(4)含塵空氣排放到密閉容器外，再利用車間通風設施進一步處理。但也有一些不足，會產（chǎn）生噪聲，需要壓縮空氣（qì）源。

3.風幕集煙塵風機

風幕集煙塵風（fēng）機利用其獨特的結構，造成合理的流場，即短路流場，有效控製、捕集焊接煙塵，增加了吸煙塵的有效吸程，去掉了傳統使用的固（gù）體吸塵罩。

該項（xiàng）技術經（jīng）對各種（zhǒng）型（xíng）式樣機的研製和多次煙塵試驗及（jí）大（dà）量測試（shì）分析，從理論上建立了（le）“短路流場”數學模型，實際煙塵試驗（yàn）驗證了其良好的集煙塵效果。實測與理論計算都表明（míng），采用（yòng）短流場控製煙塵擴散效果良（liáng）好，吸風（fēng）口有（yǒu）效吸程比（bǐ）傳統方法（fǎ）的有效吸程提高2～3倍，收塵率達到95%以上（shàng）。

三、結語

焊接煙塵使職業建康的危害和（hé）生態環境的惡化日益加深，針對解決焊接煙塵問題提出以下幾點建議：

(1)加強對各種藥芯焊絲焊（hàn）接煙塵機理及影響因素的研究，彌補（bǔ）現有研究的不足。

(2)繼續低塵、低毒焊（hàn）接材料的研發，控製焊接煙塵的產生來源，達到危害最小化（huà）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（dòng）化水平，加快（kuài）新型（xíng）焊接方法的研究，推廣焊（hàn）接機械人的使用。