焊接煙（yān）塵影響因素及淨化措（cuò）施

焊接煙塵是在焊接（jiē）過程中產（chǎn）生的高溫蒸氣經氧化後冷凝（níng）而產生的，煙（yān）塵淨化器焊接煙塵主要來自焊條或焊絲（sī）端部（bù）的液態金屬及溶（róng）渣。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（mǔ）材。科學研究以（yǐ）及健康調查表明：焊接煙塵中存在著大量的可吸入物質(如氧化錳、六價鉻、以及鉀、鈉的氧化物等)一（yī）旦（dàn）這些物質進入人體，會對人體產生巨大的傷害。長期在焊接煙塵環境（jìng）下作業的焊接（jiē）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的骨（gǔ）骼和血液中，導致性（xìng）能力下降，甚至引發癌症，尤其是近年來隨著大量含有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（yǐng）響。從20世紀20~60年代主要對焊接煙塵的有害性進行研究。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（de）設立；對（duì）焊接煙塵發生機理及影響因素進行研究。

一、焊接（jiē）煙塵的影響因素

焊接煙塵的（de）影響因（yīn）素很多，主要因（yīn）素包括焊接材料和工藝兩個方麵：材料指的是焊條藥皮的成分、煙塵淨化器焊絲鋼帶、藥粉（fěn）的化學組成，以及保護氣體（tǐ）成分等；工藝是指焊接（jiē）方（fāng）法的選擇及工藝（yì）參數的設定。N.J.HUDSON等（děng）人指出在低合金（jīn）MIG焊接過程中產生的（de）以混合金屬氧化物和尖晶石結構為主的焊接（jiē）煙塵主（zhǔ）要是由電極材料、被焊合金材（cái）料、過程控製、保護氣體組分，以（yǐ）及電壓和電流值決定的。

1.焊接材料

焊接材料對焊（hàn）接（jiē）煙塵的作用主要體現在以下兩個方麵：

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

(2)焊接材料影響焊接電弧物理，通（tōng）過改變熔（róng）滴過渡方式，控製焊接過程中產生（shēng）的金屬蒸氣進入大氣的含（hán）量。施雨湘等通（tōng）過（guò）對（duì）單組分和少組分焊條的焊接煙塵試驗發現：大（dà）理石、氟石等物質本身產（chǎn）生的煙塵高，其（qí）組成焊條的煙（yān）塵也高；金紅石（shí）等物質本身產生的煙塵較低，其組成焊條的煙塵也（yě）低；菱苦土等物質本身產生的煙塵較高，但是組成焊條時（shí）不（bú）一定高。藥皮物質不僅各自影響焊接（jiē）煙塵（chén），而且相互之間存在複雜的關係（xì），改變藥皮組分比例，有可能達到降塵的目（mù）的。

Zimmer和（hé）Biswas在對氣體金屬氬弧焊（hàn）過程中產生的氣溶膠進（jìn）行研究時發現，被焊合金成（chéng）分對於（yú）焊接煙塵顆粒的尺寸分布，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（de）分布是多形態（tài）且隨時間發生空氣動力（lì）學變化。

小林實等通（tōng）過試驗發現，CO2保護藥芯焊絲的發塵量同焊絲所用的鋼帶的含碳量成正比（bǐ），如將鋼帶含碳量從通常的0.08%降（jiàng）到0.045%以（yǐ）下(最好0.02%)，可（kě）使發塵量減少30%左右，基本上（shàng）與實芯焊絲發塵率相同（tóng）。對於藥（yào）芯焊絲，如果（guǒ）降低鋼帶和潤滑劑裏的含碳量，可大幅度（dù）降低發塵率。J.H.Dennis等（děng）人（rén）發現在FCAW焊接過程中，所用焊接材（cái）料中添（tiān）加1%的Zn能顯著降低Cr6+和臭氧的生成。

北京工（gōng）業大學的（de）王智慧等人研究了鐵粉添加量對焊絲發塵率（lǜ）的影響（xiǎng）時發現：煙塵中鐵的氧化物約占50%。當藥芯（xīn）焊絲中的含鐵量為19.5%～28.7%(質量（liàng）分數)時，焊絲發塵（chén）量為5.5226～8.2326g；煙塵中鐵和錳的（de）氧化物所占的比例很大。試驗條件下Fe粉在藥芯中（zhōng）所占比例越小，單位質量的焊絲發塵量就（jiù）越少；不同廠家、不同工藝生產的（de）鐵（tiě）粉對發塵量沒有明顯（xiǎn）的（de）影響。此外（wài）他們還對焊條焊芯和部分輔料作了環境負荷影響評估，通過數據采集，環境影響因子確定，以及結果分析等發現焊絲和焊帶的（de）環（huán）境負荷（hé）較大（dà），而礦物粉的（de）生產過程（chéng）環境負荷較小。

2.工藝因（yīn）素

焊接參數會影響焊（hàn）接煙塵的發塵率。不同焊（hàn）接方（fāng）法的選擇，煙塵淨化器極性的（de）改變，電流電壓的變化，以及送絲速度（dù）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（liú）和交流脈衝惰性氣體保護焊過程中產（chǎn）生的（de）焊接煙塵（chén）時發現，使用（yòng）交流脈衝惰性氣體保護焊能從本質上抑製煙塵的產生。在（zài）研究電弧電壓及送絲速（sù）度對GMAW中（zhōng）實（shí）芯焊絲和金屬芯（xīn）焊材的焊（hàn）接煙（yān）塵的發塵量的影響時發現：對於f1.4mm的實芯焊絲在直流正（zhèng）接的情況下，熱輸（shū）入（rù）超過臨界值9.5kW時煙塵發生率得到一個最小（xiǎo）值；直流正接（jiē）的情況下，實芯焊（hàn）絲和金屬芯焊絲具有相同的焊接煙塵發生率，但是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（wéi）較大。直流反接時，對（duì）於金屬芯焊（hàn）絲來說，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。

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

對不鏽鋼藥芯焊絲CO2氣體（tǐ）保護焊時（shí）的（de）煙（yān）塵發塵率，以及Cr總（zǒng）量和Cr6+的濃度進行研（yán）究（jiū）時發現：煙塵總量和輸入的能量有明顯的聯係。在低（dī）、最佳、高三種熱輸入條（tiáo）件下對應的（de）發塵（chén）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+生成率分（fèn）別為0.46～2.89mg/min、0.76～6.28mg/min和1.70～11.21mg/min。煙塵發生（shēng）率隨著熱輸入的（de）增加呈1.19的指數增（zēng）長，隨（suí）著電（diàn）流（liú）的變化以1.75的指數（shù）增長；隨著熱（rè）輸（shū）入的增加，煙塵中Cr的濃度從1.57%~2.65%增加到（dào）5.45%~8.13%，Cr6+的濃度從0.15%增（zēng）加到1.08%，通（tōng）過FCAW產（chǎn）生的Cr6+的溶解部分相（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（yào）包括吸吹式通風係（xì）統、局部式通風係統、全局式通風係（xì）統和個體防護麵罩。通風係統的選擇原則是輕便性、可移動性（xìng）及實用性。在國外，焊工大量使用可移（yí）動的（de）局部通風（fēng）裝置。國外大力倡導全麵通風為輔，局部通風為主的通風（fēng）係統選擇原則。各（gè）種焊接煙塵收（shōu）集（jí）、淨化裝置（zhì）都向成（chéng）套性、組合性、可移動性、小型化及節省資源方向發展，並且（qiě）取得了較好的成（chéng）績，特別是可移（yí）動的各種焊（hàn）接煙塵淨化裝置為各國廣泛采用。

1.吸氣式通風裝置

吹吸式通風裝置是（shì）一種能有效控製汙染源擴散的通風裝置。在棚板焊接上單純采用吸氣罩來排除大麵（miàn）積焊接煙塵，存在著效果不理想及方式不夠（gòu）合理（lǐ）等問題，因（yīn）而提出了將吹吸式通風裝置（zhì）用於棚板焊（hàn）接（jiē）煙塵控製。

試驗發（fā）現，在棚板焊接上采取吹吸式通風裝置，使作業時散發的電（diàn）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（jun1）質量（liàng）濃度均符（fú）合國家衛生標（biāo）準（zhǔn）(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，節省設備的初投資（zī）和運行費。因此（cǐ）較之於（yú）吸氣罩，不僅更為合理有效實用（yòng），而且具有一定（dìng）先（xiān）進（jìn）性，同時為治理大件焊接煙塵汙染，提供了一種可借鑒的方法（fǎ）。

2.壓力引射式局部通風裝置

在密閉（bì）容器內焊接，電焊煙塵不斷凝聚，濃度不斷升高，有（yǒu）時可達800mg/m3，嚴重危害電焊工人的（de）身體（tǐ）健康。密閉容器焊接作（zuò）業的局部通風是改善作業（yè）環境的必要措施。密（mì）閉容器一（yī）般隻有1～2個孔口，且（qiě）孔口（kǒu）麵積較小。一些密閉容器內部（bù）結（jié）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（zhì）在施焊點附近，並且能夠隨時移動。這就要求局部通風設施不但要有良好的通風效果，而且要輕便（biàn）、簡單。

壓（yā）力引射式局部通風裝置主要由引射器（qì）、膠布風（fēng）筒和磁性固定支座三部分組成。作為密閉容器焊（hàn）接煙塵淨化（huà）的有效裝（zhuāng）置，與煙塵除（chú）塵機組相比，壓力引射式局部通風裝置的優勢體現（xiàn）在以下幾個方麵：(1)安全（quán）可靠。(2)體積小（xiǎo），重量輕（qīng），便於攜帶。(3)控（kòng）製焊接煙（yān）塵擴散的有效（xiào）範圍大，不必頻繁（fán）的移動通風口。(4)含塵空氣排放到密閉容（róng）器外，再利用車間通風設（shè）施進一步處理。但也有一些不足，會（huì）產（chǎn）生噪聲，需要壓縮空氣源。

3.風幕集煙塵風機

風幕集煙塵風（fēng）機利用其（qí）獨特的結構，造成合理的流場，即短路流（liú）場，有效控製、捕集（jí）焊接煙塵，增加了吸煙塵的有效吸程，去掉了傳統（tǒng）使（shǐ）用的（de）固體吸塵罩。

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

三、結語

焊接煙（yān）塵使職業建康的危（wēi）害和生態環境的惡化日益加（jiā）深（shēn），針對解決焊接煙塵問題提出以（yǐ）下幾點建議：

(1)加強對各種藥芯焊絲焊接煙塵機理及影響因素的研究，彌補現有（yǒu）研究（jiū）的不足（zú）。

(2)繼續低塵、低毒焊接材料的研發，控（kòng）製焊接煙（yān）塵的產生來源，達到危（wēi）害最小化的目的。

(3)規範焊接造作規範，消除影響焊接煙（yān）塵的人為因素。

(4)提高焊接的機械化自動化水平，加快新型焊接方法的（de）研究，推廣焊接機械（xiè）人的使用。