焊接烟尘

摘要：本文首先介绍了电焊烟尘的产生及污染特性、焊接车间现场焊接烟尘的污染检测数据，以及焊接烟尘的卫生控制标准；然后介绍了焊接烟尘的三级过滤净化技术和国内同类技术的研究成果；提出了应不断完善现有焊接烟尘净化技术的想法，以此希望我国的焊接烟尘净化工作能够广泛实施。1概述焊接工艺在机械、建筑、铁路、汽车、造船、航空等生产中占有极其重要的地位，目前世界上焊接构件的重量几乎占钢材总产量的一半。电弧焊是目前应用最普通的一种焊接方法。在施焊时，焊条、焊件和药皮在电弧高温下，发生蒸发、凝结和气化，产生大量的烟尘和气体，污染车间的作业环境，危及人们的身体健康。如手工电焊工人易患神经衰弱、头痛、头晕、疲倦无力、失眠、关节痛等疾病，咽喉痛的发病率也相当高，少数电焊工人还患有肝脏肿大和尘肺病。在国际上，各国的劳动安全卫生部门和环境保护部门都把焊接烟尘的污染问题，作为焊接作业的劳动安全和环境保护的重要内容考虑，并且制定了严格的规定。还制造出多种规格的焊接烟尘净化设备，从净化机理来看，有过滤式、静电式和吸附式等，其净化总效率达到99.97～99.999%。我国对于焊接烟尘的治理，以前大都采用全面换气的方式，设置排烟罩进行排烟；这种方式能将一部分烟尘排至室外，但排烟效果并不明显，在大部分工人操作地带的烟尘浓度都远远超过允许值，特别是在一些封闭的和半开放的设备中进行作业时情况更为严重。另外，由于车间的排风量大，在北方地区，采暖季节必然会使大量的热量排至室外，造成大量热损失。还有所排出的烟尘没有进行净化处理，造成车间及厂区周围的大气污染。在进入21世纪的今天，关心焊接烟尘的污染，越来越引起人们的重视。2焊接烟尘特性2．1焊接烟尘产生焊接烟尘的产生过程，是在高温电弧情况下，焊条端部及其母材相应被熔化，熔液表面剧烈喷射由药皮及焊芯产生的高温高压蒸汽（蒸汽压达0.5-100mmHg）并向四周扩散，当蒸汽进入周围的空气中时，被冷却并氧化，部分凝聚成固体微粒，这种由气体和固体微粒组成的混合物，就是所谓的焊件烟尘。药皮和焊芯的尘化比例相等，约为0.2-3%，母材的尘化率在1%以下。2．2焊接烟尘颗粒的形状和粒度分布焊接烟尘由0.1μm左右的球状颗粒集聚而成，而且这些球状颗粒物在空气中浮游，常会集聚成互相连锁的树枝壮微粒，一般非低氢型焊条较多，氢型焊条好些，CO2气体保护焊有比非氢型焊条更加明显的锁链状。钛铁矿型焊条的烟尘粒度很细，一般小于1微米的尘粒占50%以上（重量百分比）。表1、表2列出的是钛铁矿型焊条和低氢型焊条产生的粉尘粒度分布情况。表1钛铁矿型焊条的焊接烟尘粒度分布序号粒度范围μm粒度中央值：μm累计重量百分比：%重量百分比：%浓度分布mg∕m31＜111000.71.9527.0~119.099.161.383.8534.7~7.05.8591.522.426.7543.5~4.74.094.604.3812.2252.1~3.32.789.5611.8733.1261.1~2.11.676.6623.9766.8870.65~1.10.8853.7833.4593.3380.43~0.650.5421.9518.5851.8490.433.383.389.43表2低氢型焊条的焊接烟尘粒度分布序号粒度范围(μm)粒度中央值(μm)累计重量百分比%重量百分比%浓度分布mg/m31111000.962.8127.0~119.099.030.722.1134.7~7.05.8598.301.654.8343.3~4.74.096.673.5810.4852.1~3.32.793.059.1726.8461.1~2.11.683.9627.0279.0970.65~1.10.8856.8933.3397.5680.43~0.650.5423.5518.2253.3390.435.385.3815.752．3焊接烟尘的物理化学成分焊接烟尘是一种十分复杂的物质，已在烟尘中发现的元素多达20种以上，曾对几种焊条烟尘进行化学分析，其结果见表3所示。焊接烟尘不仅化学元素种类繁多，就含量而言，氧化铁一般占烟尘总量的35~56%，其次是氧化硅，其含量占10~20%，氧化锰占5~20%左右；对几种焊条烟尘的化学成分进行分析的结果见表4所示。表3国产几种焊条烟尘化学元素分析表焊条牌号No大量中等量少量微量J507FeNa，CaMn，K，SiMg，Al，Zn，Sb，TiAg，CrJ402FeNa，Ca，SiMn，K，Al，MgZn，Ti，Sn，Sb，BaCu，AgJ707FeMg，NaCaSi，MnPb，Al，Ti，Zn，AgBi，SnJ507FeMg，CaSi，Mn，CrPb，Ni，Ti，Zn表4几种焊接烟尘的化学成分（%）成分J507J422J502X单位Y单位Z单位X单位Y单位Z单位Al2O31.322.472.141.192.753.28MnO5.765.457.276.998.107.4TiO21.191.990.85.225.677.5MgO0.38___0.381.680.380.64CaO16.0726.714.350.902.155.7SiO29.6312.37.4421.3620.758.6Fe2O336.0232.933.6050.8345.6056.6Cu0.130.2Pb，Sn0.070.18ΣF18.27.57挥发物3.993.953焊接作业环境卫生标准及环境现状3．1焊接烟尘容许浓度世界各国对控制焊接烟尘都十分重视，规定了焊接工作区烟尘的容许浓度及其检测方法，如日本的《JISZ3930》，就是日本焊接协会焊条分会制订的《电弧焊焊条的总粉尘测试方法》。很多国家采用的烟尘允许浓度标准是TLV或MAK公布的数值，(TLV是美国ACGIH发布的，MAK是德国发布的)。早在1974年国际焊接学会第八分会就按焊条的种类提出了焊接烟尘的允许浓度，表6所示为几个组织公布的焊件烟尘允许浓度。表6几个国际组织公布的焊件烟尘允许浓度值组织名称烟尘种类允许浓度mg/m3日本焊接协会(WES)焊接微细灰尘、粉尘5美国劳动卫生协会（ACGIH）氧化铁焊接微细粉尘5国际焊接学会（JIW）非合金钢、非低氢型焊条粉尘非合金低氢型焊条粉尘合金钢低氢型、非铁合金1052.5我国的[车间空气中电焊烟尘卫生标准](GB16194-1996)中规定：车间空气中电焊烟尘最高容许浓度为6mg/m3；另外在[工业企业设计卫生标准](TJ36-79)中规定：氧化锰为0.2mg/m3。一般粉尘为10mg/m3。氟化物为1mg/m3。3．2焊接作业环境现状我国以前不少企业的焊接工艺，机械化程度不高，仍是手工电弧焊和半自动焊，工位移动工件不动，使得烟尘产生点不断变化，给车间设置排烟净化装置造成一定困难，加上过去重视程度不够，所以许多焊接工艺操作没有排烟净化装置，产生的烟尘全部散在室内，造成车间烟雾弥漫，可见度低，有些工厂的吊车工人都无法操作。从某些工厂测定的资料来看，其电焊作业环境中有害物质远远超过了国家的卫生标准，少者几倍，多者几十倍、几百倍。表7所示为几组车间现场焊件烟尘测定的最高浓度。表7几组车间现场焊件烟尘的最高浓度值名称现场焊件烟尘的最高浓度（mg/m3）国家规定的允许浓度（mg/m3）xx1xx2xx3厂厂厂氧化锰821267730.2氟化物36911701烟尘2761/810010氮氧化物11330955臭氧1.1/11.80.2从此可知，我国焊接作业区的有害气体污染是比较严重的，焊接工人的健康受到很大的威胁，必须引起高度的重视，采取有力措施，使焊件烟尘得以净化，同时满足劳动保护和环境保护的要求。但是，近年来，随着焊接工艺和设备的改善，尤其是一些自动化程度很高的焊接机器人的采用，与此相配套的焊接烟尘的净化设备也得到了长足的发展。