焊接煙塵影響因素及（jí）淨化措施

焊接（jiē）煙塵是在焊接過程中產生的高溫蒸氣經氧（yǎng）化後冷凝（níng）而（ér）產生的，煙（yān）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（liào）的發塵量占焊接煙塵總量的80～90%，隻有部分來自母材。科學研（yán）究（jiū）以（yǐ）及健康調（diào）查表明：焊接煙塵中存在（zài）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)一旦這些物質進入人體，會對人體產生巨大的傷害。長期在焊接煙塵環境下作業的焊接操作人員患有慢（màn）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（zài）人體的（de）骨骼和血液中，導致性能力下降，甚至引發癌症，尤其是近年來隨著大量含有Cr、Mn、Ni等（děng）化（huà）學成分（fèn）的焊接材料（liào）的使用（yòng），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（jiū）開始於1920年，主要研究氮（dàn）氧化物有害氣體的影響（xiǎng）。從20世（shì）紀20~60年代主（zhǔ）要對焊接（jiē）煙塵的有害（hài）性進行研究。70年代（dài）主要有焊條全煙塵測（cè）定，焊接衛生標準的建議及焊條衛生標誌的設立；對焊（hàn）接煙塵發生機（jī）理及影響因素（sù）進（jìn）行研究。

一、焊接煙塵的影（yǐng）響因素

焊接煙塵的影響因（yīn）素很多，主（zhǔ）要因素包括（kuò）焊（hàn）接材料和工藝兩個方麵（miàn）：材料指的是焊條（tiáo）藥皮的成分、煙塵（chén）淨化器焊絲鋼帶、藥粉的化學組成，以及保護（hù）氣體成分等（děng）；工藝是指焊接方法的選擇及（jí）工藝參數的設定。N.J.HUDSON等人指出在低合金MIG焊接過程中產生的以混合金屬氧化物和尖（jiān）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（hù）氣體組分，以及電壓和電流值決（jué）定的。

1.焊（hàn）接材料

焊接材料對焊接煙塵的作用主（zhǔ）要體現在以下兩個方（fāng）麵：

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

(2)焊接材（cái）料影響焊接電弧（hú）物理，通過改變熔滴過渡方式（shì），控製焊接過（guò）程中產生的金屬蒸（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（tiáo）的焊接煙（yān）塵試驗發現：大理石、氟石等物（wù）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，但（dàn）是組成焊條時不一定高。藥皮物質不僅各自影響焊接煙塵，而且相互之間存在複（fù）雜的關係，改變（biàn）藥（yào）皮組分比例，有可能達到降（jiàng）塵的目的。

Zimmer和（hé）Biswas在對氣體金屬氬弧焊過（guò）程中產生的氣溶膠進行研究時發現，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（fā）生空氣動力學變化。

小林（lín）實等通過試驗發現，CO2保護藥芯焊絲（sī）的發塵量同焊絲所用的（de）鋼帶的含碳量成正（zhèng）比，如將鋼帶含（hán）碳量從通常的0.08%降到0.045%以下(最好0.02%)，可使發塵量減少30%左右，基本上與實芯焊（hàn）絲發塵率相（xiàng）同。對（duì）於藥芯焊絲，如果降低（dī）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（zhōng），所用焊接材料中添加1%的（de）Zn能顯著降低Cr6+和臭氧的生成。

北（běi）京工業大（dà）學的（de）王智（zhì）慧等（děng）人（rén）研究了鐵（tiě）粉添加量對焊（hàn）絲發塵率的影響時發現：煙塵中（zhōng）鐵（tiě）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)時（shí），焊絲發塵量為5.5226～8.2326g；煙塵中（zhōng）鐵和錳的氧化物所占的比例很大。試驗條件下Fe粉在藥芯中所占（zhàn）比例越小，單位質量的焊絲發塵量就越少；不同廠家、不同工藝生產的鐵粉對發塵量沒有明顯的影響。此外（wài）他們還對焊條焊芯（xīn）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（jí）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（shēng）產（chǎn）過程環境負荷（hé）較小。

2.工藝因素

焊（hàn）接參數會影響（xiǎng）焊接煙塵的發塵率。不同焊接方法的選擇，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（dōu）會對發塵量和（hé）焊接煙塵的（de）化學成（chéng）分產生影響。

在研究Al-Mg合金直流和交流脈衝惰性（xìng）氣體保護焊過程中產生的焊（hàn）接煙塵時發現，使用交流脈衝惰性氣體（tǐ）保護焊能從本質上（shàng）抑製煙（yān）塵的產（chǎn）生。在研究電弧電（diàn）壓及送絲速度對GMAW中實芯焊絲和金屬芯（xīn）焊材的焊接煙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，熱輸入超過臨界值9.5kW時煙塵發生率（lǜ）得到一個最小值（zhí）；直流正接的情況下，實芯（xīn）焊絲和金屬芯（xīn）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（jiē）範圍較大。直流反接時，對於金（jīn）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（chén）量。

Hewitt等（děng）人通過一係列的試驗發現在FCAW焊接過程（chéng）中，采用直流反接且電壓為40V時（shí），發塵量最大；電壓為29V時（shí）采用直流正接並使用8%的助焊劑，煙塵發塵量降為原（yuán）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（jiū）時發現（xiàn）：煙塵總量和輸入的（de）能量有明顯（xiǎn）的聯係（xì）。在（zài）低（dī）、最佳、高三種（zhǒng）熱輸入條件下對應的發塵量（liàng）分別是189～344mg/min、389～698mg/min和682～1157mg/min，Cr生成率（lǜ）分（fèn）別為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。煙塵（chén）發生率隨著熱輸入的（de）增加（jiā）呈1.19的指（zhǐ）數增長，隨著電流的變化（huà）以1.75的（de）指數增長；隨著熱輸入的增（zēng）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%，通過FCAW產生的Cr6+的溶解部分相當於全部Cr6+的80%~90%。

二、焊（hàn）接煙塵淨化（huà）與通風

通風係統主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（xì）統的選擇原則是輕便性、可移動性及實用性。在國外，焊工大量使用可移動的局部通風裝置。國外大力倡導全麵通風為輔，局部通風為主的（de）通（tōng）風係統選擇原則。各（gè）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，並且取得了（le）較好的成績，特別是可移動的各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（xī）式（shì）通風裝置是一種能有效控製汙染源擴散（sàn）的通風裝置。在棚板焊（hàn）接上單純采用吸氣（qì）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（tí），因而提出了將吹吸式通風裝置用於棚板焊接煙塵控製（zhì）。

試驗發現，在棚板焊接上（shàng）采取吹吸式通風（fēng）裝置，使作（zuò）業時散發的電焊煙塵得到了有效控（kòng）製（zhì），治理後棚（péng）板附近作業帶的（de）煙塵平（píng）均質量濃度均符合國家衛生標準(低（dī）於6mg/m3)，煙塵淨化（huà）器（qì）而且（qiě）由於必要風量小，故能降低動力消耗，節省設（shè）備的初投資和運行費。因此較之（zhī）於（yú）吸氣罩，不僅更為（wéi）合理有效實用，而且（qiě）具（jù）有（yǒu）一（yī）定先進性，同時為治理大件焊接煙塵汙染，提供（gòng）了一種可借鑒的（de）方法（fǎ）。

2.壓力引射式局（jú）部通風裝（zhuāng）置

在密閉容器內焊接，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身體健康。密（mì）閉容器（qì）焊（hàn）接作業的局部通風是改善作業環境的必要（yào）措施（shī）。密（mì）閉（bì）容器一般隻有1～2個孔口，且孔口麵（miàn）積較小。一些密閉容器內部（bù）結構複雜，空間狹小；同（tóng）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（gòu）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（ér）且要（yào）輕便（biàn）、簡單。

壓力引射式局（jú）部通（tōng）風裝置主要由引射器、膠布風筒和磁性固定（dìng）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（jī）組（zǔ）相比，壓（yā）力引射式局部通風裝（zhuāng）置的優勢體現在（zài）以下幾個方麵：(1)安全可靠。(2)體（tǐ）積小，重量輕，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)含塵空氣排放到密閉容器外，再利用車間通風（fēng）設施進一步處理。但也有一（yī）些不足，會產生噪聲，需要壓縮空氣（qì）源。

3.風幕（mù）集（jí）煙塵風機

風幕集煙塵風機利用其獨特的結（jié）構，造成合理的（de）流場，即短路流場，有效控製、捕（bǔ）集（jí）焊接煙塵，增加了吸煙塵的有效吸程，去掉了傳統使用的固體吸塵罩。

該項技術經對各種（zhǒng）型式樣機的研製和（hé）多次煙塵試驗及大量測試分析，從（cóng）理論上建立了“短路流場”數學模型，實際（jì）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（chén）擴散效果良好，吸風口有（yǒu）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（sān）、結語

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

(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）研究的不（bú）足。

(2)繼續低塵、低毒焊接材料的（de）研發，控製焊接煙塵的產生來源，達到危害最（zuì）小化的目的。

(3)規範焊接造作（zuò）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），加快新型焊接方法的研究，推廣焊接（jiē）機械人的使用。