焊接（jiē）煙塵影響因素及淨化措（cuò）施

焊接煙塵是在焊接過程中產生的高溫蒸氣經氧化後冷凝而產生（shēng）的，煙塵淨化器焊接煙塵主要來自焊條或焊絲端部的液態金屬（shǔ）及溶渣。焊接材料的（de）發塵量占焊接煙塵總量的80～90%，隻有部分來自母（mǔ）材。科（kē）學研究以（yǐ）及健康調查表明：焊接煙塵中存在著大量的可（kě）吸入物質(如氧化錳、六價鉻、以及鉀、鈉的氧化物等)一旦這些物質進入人體，會對人體產生（shēng）巨大的傷害。長期在焊接煙（yān）塵環境下作業的焊接操作人員患有慢性支氣管炎等呼吸道疾病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（tǐ）的骨骼和血液中，導（dǎo）致性能力下降，甚（shèn）至引發癌症（zhèng），尤其是近年來隨著大（dà）量含有Cr、Mn、Ni等化學成（chéng）分的焊接（jiē）材料的使用（yòng），使焊接煙塵（chén）對職業健康和環境（jìng）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，主要研究氮氧化物有害氣體的影響。從20世紀20~60年代（dài）主（zhǔ）要對焊接煙塵的有害性進行（háng）研究。70年代主要有焊條全煙塵測定，焊接衛生標準（zhǔn）的建議及焊條衛生標誌的設立；對（duì）焊接煙（yān）塵（chén）發生機理及影響因素（sù）進行研究（jiū）。

一、焊接煙塵（chén）的影響因（yīn）素

焊接煙塵的影響（xiǎng）因（yīn）素很（hěn）多，主要因素包括焊接材料和工藝兩個（gè）方麵（miàn）：材（cái）料（liào）指的是焊條藥皮的成分（fèn）、煙塵淨（jìng）化器焊絲（sī）鋼帶、藥粉的化學組成，以及保護氣體成分等；工藝是指焊接方法的選擇及工藝（yì）參數的設定。N.J.HUDSON等人指出在低合金MIG焊接過程中產生的以（yǐ）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、保護氣體組分，以及電壓和電流（liú）值決（jué）定的（de）。

1.焊接材料（liào）

焊接材料對焊接煙塵的（de）作用（yòng）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（hàn）接材料的成分直接影響焊接煙塵發（fā）塵量（liàng）的多少和焊接煙塵（chén）的化學成分。

(2)焊接材料影響焊接電弧物理，通過改變熔滴過渡方式，控製焊接過程中產生的金（jīn）屬蒸（zhēng）氣進入大氣的含量。施雨湘等通過對單組分和少組分焊條的焊（hàn）接煙塵試驗發現：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（wù）質（zhì）本身產生的煙塵較低，其組成焊（hàn）條的煙塵（chén）也低；菱苦土等物質本身產生（shēng）的（de）煙塵較高，但是組成焊條時不一定高。藥皮物質不僅各自影響焊接煙塵，而且相互（hù）之間存在複雜的關係，改變藥皮組分比例，有可能達到降（jiàng）塵的目的。

Zimmer和Biswas在對（duì）氣體（tǐ）金（jīn）屬氬弧焊過（guò）程（chéng）中產生的氣溶（róng）膠（jiāo）進行研究時發現，被焊合金成分對於焊接煙塵顆粒的尺寸分布，以及焊（hàn）接煙塵的形態和化學結（jié）構有顯著的影響。此外（wài），焊接（jiē）煙（yān）塵顆粒尺寸的分布是多形態且隨時間發（fā）生空氣動力學（xué）變（biàn）化。

小林實等（děng）通過試驗發現，CO2保護藥芯焊絲的發塵量同焊絲所（suǒ）用的鋼帶的（de）含碳量成（chéng）正（zhèng）比，如將鋼帶含碳量從通常的0.08%降到0.045%以下(最好0.02%)，可使發塵量減（jiǎn）少30%左右，基本上與實芯焊（hàn）絲發塵率相同。對於（yú）藥芯（xīn）焊絲，如果降低（dī）鋼帶和潤滑劑裏的含碳量，可大幅（fú）度降低發塵（chén）率。J.H.Dennis等人發（fā）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。

北京工業大學的王智慧等人研究了鐵粉（fěn）添加量（liàng）對焊絲發塵率的影響時發現：煙塵中鐵的氧化物約占50%。當藥芯焊絲中的含鐵量為19.5%～28.7%(質量分數（shù）)時，焊絲發（fā）塵量為5.5226～8.2326g；煙塵中鐵和錳的氧化物所占（zhàn）的比例（lì）很大。試驗條（tiáo）件下Fe粉在藥芯中所（suǒ）占比例越小，單位質量的（de）焊（hàn）絲（sī）發塵量（liàng）就越少；不同廠家、不同工（gōng）藝生產的鐵粉對（duì）發塵量沒有明顯的影響。此外他們還對（duì）焊條焊芯和部分輔料作（zuò）了環境負荷影響（xiǎng）評估，通過數據采（cǎi）集，環境影響因子確定，以及結果分析等發現焊絲和焊帶的環境負荷較大，而礦物粉的生產過程環境負荷較小。

2.工藝因素

焊接參（cān）數（shù）會影響焊接煙塵的發塵率。不同焊接方法的選擇，煙塵淨（jìng）化器極性的改（gǎi）變，電流電壓的變化，以及（jí）送絲（sī）速（sù）度等都會對發塵量和焊（hàn）接煙塵的（de）化學成分產生影響。

在研究Al-Mg合金直（zhí）流和交流脈衝惰性氣體保護焊過程中產（chǎn）生的焊接煙塵（chén）時發現，使用交（jiāo）流脈衝惰性氣體保護焊能從本質上（shàng）抑製煙塵的（de）產生。在研（yán）究電弧電壓及送（sòng）絲速度對GMAW中實芯焊絲和金屬芯焊材的焊接煙塵的發塵量的影（yǐng）響（xiǎng）時發現：對於（yú）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（lǜ）得到一個最小值；直流正接的情況下，實芯焊絲和金屬芯焊絲具有相同（tóng）的（de）焊接煙（yān）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大。直流反接時（shí），對於（yú）金屬芯焊絲來（lái）說，采（cǎi）用一個較高的送（sòng）絲速度可以得到一個滿意（yì）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（chéng）中，采用直流（liú）反接且電壓（yā）為40V時，發塵量最大；電（diàn）壓為29V時采用直（zhí）流正接（jiē）並使用8%的助焊劑（jì），煙（yān）塵發（fā）塵量降為原來的1/3。

對不鏽鋼藥芯焊絲CO2氣體保護焊時的煙塵發塵率，以（yǐ）及Cr總量和Cr6+的濃度進行研究時發現：煙塵總（zǒng）量和輸入（rù）的能量有明顯的聯係。在低、最佳、高（gāo）三（sān）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（fèn）別（bié）為3.83～8.27mg/min、12.75～37.25mg/min、38.79～76.46mg/min；Cr6+生成率分別為0.46～2.89mg/min、0.76～6.28mg/min和1.70～11.21mg/min。煙（yān）塵發生率隨著熱輸入的增加呈1.19的指數增長，隨著電流（liú）的變化以1.75的指（zhǐ）數增長；隨著熱輸入的增加，煙塵中Cr的（de）濃度（dù）從（cóng）1.57%~2.65%增加到5.45%~8.13%，Cr6+的濃（nóng）度（dù）從（cóng）0.15%增加到（dào）1.08%，通過FCAW產生的Cr6+的溶解部分相當於全部Cr6+的80%~90%。

二、焊接煙塵淨化與通風

通風係統主要包括（kuò）吸吹式通風係統、局部（bù）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（yuán）則是輕便性、可移動性（xìng）及實（shí）用性。在國外，焊工大量使用（yòng）可移動的局部通風（fēng）裝置。國外大力倡導全麵通風為輔，局（jú）部通風為主的通風係（xì）統選擇原則。各種焊接煙塵收集、淨化裝置都向成套性、組合性、可移動性、小型化及節省資源方向發展，並且取得（dé）了較好的成績，特（tè）別是可移動（dòng）的（de）各（gè）種焊接煙塵淨化裝置為各國廣泛采用（yòng）。

1.吸氣式通風裝置

吹吸式通（tōng）風裝置是一種能有效控製（zhì）汙染源擴散的通風裝置。在（zài）棚板焊接上單（dān）純采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（ér）提出了將吹吸式通（tōng）風裝（zhuāng）置（zhì）用於（yú）棚板焊（hàn）接煙塵控製。

試驗發現，在棚板焊接上采（cǎi）取吹吸（xī）式通風裝置，使作業時散發的電焊煙塵得到了有效控製，治理後棚板附近作業帶的煙塵平均質量濃度均符合（hé）國家衛生標（biāo）準(低於6mg/m3)，煙塵淨化器而且由於必要風量小，故能降低動力消耗，節（jiē）省設備的初投資和運行費。因此較之於吸氣罩，不僅更為合理有效實用，而且具有（yǒu）一定先進性，同時為（wéi）治理大件焊接（jiē）煙塵汙染，提供了一種可借鑒的（de）方法。

2.壓力引射式局部通風（fēng）裝置

在密（mì）閉容器（qì）內焊（hàn）接，電焊煙塵不斷凝聚，濃度不斷升高，有時（shí）可達800mg/m3，嚴重危害（hài）電焊工人的身體健康。密閉容器（qì）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（jī）較小。一些密閉容（róng）器內部結構複雜，空間狹小；同（tóng）時為了控製焊接煙（yān）塵，要求通風設施設置在施焊點附近，並且能夠隨時移動。這就要求（qiú）局部通風設施不但要有良好（hǎo）的通風效果，而且要（yào）輕便、簡單。

壓（yā）力引射式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。作為密閉容器焊接煙塵淨化的有效裝置，與煙塵除塵機組相比，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（kào）。(2)體積小，重（chóng）量輕，便於攜帶。(3)控製焊接煙塵擴散的有效範圍大，不必頻繁的移動通風口。(4)含塵空氣排（pái）放到密閉容器外（wài），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，需要壓縮空氣源。

3.風幕集煙塵風機

風幕集煙塵風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（bǔ）集焊接煙塵，增加了吸（xī）煙塵的有效吸程，去掉了傳（chuán）統使用的（de）固體吸塵罩。

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

三、結語

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

(1)加強對各（gè）種藥芯焊（hàn）絲焊接煙塵機（jī）理及影響因（yīn）素的研究（jiū），彌補現有研究的不（bú）足。

(2)繼續低（dī）塵、低毒焊接材（cái）料的研（yán）發，控製焊（hàn）接煙塵（chén）的產生來（lái）源，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（hàn）接的機械化自動化水平，加快新型焊接方法的研究，推廣焊接機（jī）械人（rén）的使用。