焊接車間環境污染及控制技術進展
摘要 從焊接車間的環境污染因素分類、成因、特性及對操作者健康的危害機理入手，在充分借鑒國內外相關處理技術與設計理念的基礎上，針對我國一般工業企業的實際情況提出相應的治理方法。對焊接車間環境污染控制技術的發展進行了展望。提出焊接車間環境污染控制工程的設計原則。為完善現有治理理論和提高現有設計的處理效率提供科學參考。
關鍵詞: 焊接車間 污染因素 防治對策
1 引言
焊接是利用電能加熱，促使被焊接金屬局部達到液態或接近液態，而使之結合形成牢固的不可拆卸接頭的工藝方法。它是一種在工廠極為常見的機械工藝方法。
焊接過程中產生的污染種類多、危害大，能導致多種職業病（如焊工硅肺、錳中毒、電光性眼炎等）的發生，已成為一大環境公害。隨著相關研究的深入，治理技術日趨完善，焊接污染已得到了相對有效的控制。本文依據我國焊接車間具體情況，結合國內外的研究成果及實用技術，從焊接污染的形成、特點及危害入手，提出切實可行的防治對策。
2 國內外焊接車間污染控制技術的現狀分析
國外對焊接污染研究開始得比我國早，處理技術相對*、成熟。焊接污染處理設備從單一性、固定式、大型化，向成套性、組合性、可移動性、小型化、資源低耗方向發展。對主要污染焊接煙塵的處理采用局部通風為主、全面通風為輔的手段，以此改善作業環境的污染。
我國對焊接污染研究雖然起步較晚，但發展較快。在充分借鑒國外相關產品設計和研究成果的基礎上，形成了適合我國國情的設計思想。但由于整體水平上的差距，導致在處理設備設計制造、運行費用控制以及處理效果上與國外同類產品相比還有一定的差距。
3 焊接車間污染
焊接車間的污染按不同的形成方式，可以分為化學有害污染和物理有害污染兩大類。
3.1 化學有害污染
化學有害污染是指焊接過程中形成的焊接煙塵和有害氣體。
3.1.1 焊接煙塵[1]
焊接煙塵是由金屬及非金屬物質在過熱條件下產生的蒸氣經氧化和冷凝而形成的。因此電焊煙塵的化學成分，取決于焊接材料（焊絲、焊條、焊劑等）和被焊接材料成分及其蒸發的難易。不同成分的焊接材料和被焊接材料，在施焊時將產生不同成分的焊接煙塵(見表１)。
表1 常用結構鋼焊條煙塵的化學成分(mg/m3)
煙塵成份 | 結421 | 結422 | 結507 |
Fe2O3 | 45.31 | 48.12 | 24.93 |
SiO3 | 21.12 | 17.93 | 5.62 |
MnO | 6.97 | 7.18 | 6.30 |
TiO2 | 5.18 | 2.61 | 1.22 |
CaO | 0.31 | 0.95 | 10.34 |
MgO | 0.25 | 0.27 | — |
Na2O | 5.81 | 6.03 | 6.39 |
K2O | 7.01 | 6.81 | — |
CaF2 | — | — | 18.92 |
KF | — | — | 7.95 |
NaF | — | — | 13.71 |
焊接煙塵的特點有：
(1) 焊接煙塵粒子小，煙塵呈碎片狀，粒徑為1µm左右。
(2) 焊接煙塵的粘性大。
(3) 焊接煙塵的溫度較高。在排風管道和濾芯內，空氣溫度為60～80℃。
(4) 焊接過程的發塵量較大。一般來說，1個焊工操作1d所產生的煙塵量約60～150g。幾種焊接（切割）方法施焊時（切割時）每分鐘的發塵量和熔化每千克焊接材料的發塵量(見表2)。
表2 幾種焊接（切割）方法的發塵量
焊接方法 焊接材料 | 施焊時發塵量 (mg/min) | 焊接材料的發塵量(g/kg) |
手工電弧焊 | 低氫型焊條(結507，直徑4mm) | 350～450 | 11～16 |
鈦鈣型焊條(結422，直徑4mm) | 200～280 | 6～8 |
自保護焊 | 藥芯焊絲(直徑3.2mm) | 2000～3500 | 20～25 |
二氧化碳焊 | 實芯焊絲(直徑1.6mm) | 450～650 | 5～8 |
藥芯焊絲(直徑1.6mm) | 700～900 | 7～10 |
氬弧焊 | 實芯焊絲(直徑1.6mm) | 100～200 | 2～5 |
埋弧焊 | 實芯焊絲(ф5) | 10～40 | 0.1～0.3 |
氧－乙炔切割 | | 40～80 | |
3.1.2 有害氣體
有害氣體是焊接時高溫電弧下產生的，主要有臭氧、氮氧化物、一氧化碳、氟化物及氯化物等。
3.2 物理有害污染
物理有害污染包括：噪聲、高頻電磁輻射和光輻射。
3.2.1 噪聲
焊接車間的噪聲主要是等離子噴涂與切割過程中產生的空氣動力噪聲。它的大小取決于不同的氣體流量、氣體性質、場地情況及焊槍噴嘴的口徑。這類噪聲大多數都在100dB以上。
3.2.2 高頻電磁輻射
高頻電磁輻射是伴隨著氬弧焊接和等離子焊接的擴大應用產生的。當等離子焊和氬弧焊采用高頻振蕩器引弧時，振蕩器要產生強烈的高頻振蕩，擊穿釷鎢極與噴嘴之間的空氣隙，引燃等離子弧。另外，又有一部分能量以電磁波的形式向空間輻射，形成了高頻電磁場，對局部環境造成污染。高頻電磁輻射強度取決于高頻設備的輸出功率、高頻設備的工作頻率、高頻振蕩器的距離、設備以及傳輸線路有無屏蔽。
3.2.3 光輻射
在各種焊接工藝中，特別是各種明弧焊、保護不好的隱弧焊以及處于造渣階段的電渣焊，都要產生外露電弧，形成光輻射。光輻射的強度取決于以下因素：焊接工藝參數，焊接方法，距施焊點的距離以及相對位置，防護方法。
4 焊接車間污染對操作者的危害
焊接職業病的發生是各種焊接污染因素綜合作用的結果。焊工職業病包括焊工塵肺、錳中毒、氟中毒、金屬煙熱及電光性眼炎等。其中化學污染(焊接煙塵和有害氣體)的醫學臨床表現為咳嗽、咯痰、胸悶、氣短以及有時咯血。物理污染的醫學臨床表現則多種多樣。噪聲可導致操作者煩躁、頭痛；高頻電磁輻射對人體的主要作用為神經衰弱綜合癥，例如頭昏、頭痛、乏力、心悸、消瘦、脫發等；焊接過程中光輻射會導致電光性眼炎的發生，輕者眼部不適、有異物感，重者眼部有燒灼感和劇痛。
焊工職業病的發生主要取決于以下因素：焊接煙塵和氣體的濃度與性質及其污染程度，焊工接觸有害污染的機會和持續時間，焊工個體體質與個人防護狀況，焊工所處生產環境的優劣以及各種有害因素的相互作用。只有在焊工作業環境很差或缺乏勞動保護情況下長期作業，才有引起職業病的可能。
5 焊接車間污染的防范、治理及發展方向
預防焊接車間污染的3條途徑是污染源的控制、傳播途徑的治理、個人防護。
5.1 污染源的控制
焊接過程中產生的各污染種類和數量取決生產工藝、生產設備及操作者的技術能力。
5.1.1 生產工藝的優化選擇
不同的焊接工藝產生的污染物種類和數量有很大的區別。條件允許的情況下，應選用成熟的隱弧焊代替明弧焊，可大大降低污染物的污染程度。
5.1.2 設備的改進
在生產工藝確定的前提下，應選用機械化、自動化程度高的設備。應采用低塵低毒焊條，以降低煙塵濃度和毒性。在選購新設備時，應注重設備的環保性能，多選用配有凈化部件的一體化設備。
5.1.3 提高操作者技術水平[2]
高水平的焊接工人在焊接過程中能夠熟練、靈活地執行操作規章，如不斷觀察焊條烘干程度、焊條傾斜角度、焊條長短及焊件位置情況，并作出相應的技術調整。與非熟練工相比，發塵量減少20%以上，焊接速度快10％，且焊接質量好。
5.2 傳播途徑治理
5.2.1 焊接煙塵及有害氣體的控制
焊接煙塵及有害氣體的治理在傳播途徑上的控制方式有2種：全面通風和局部排風。
全面通風也稱稀釋通風，它是用清潔空氣稀釋室內空氣中的有害物濃度，使室內空氣中有害物濃度不超過衛生標準規定的zui高允許濃度，同時不斷地將污染空氣排至室外或收集凈化。全面通風包括自然通風和機械通風2種方式[3]。在國外，對于戶外焊接作業或敞開的空間焊接，一般采用自然通風方式，對于室內作業通常采用機械通風方式。通過安裝在墻上或天花板上的軸流風機，把車間內焊煙排出室外，或者經過凈化器凈化后在車間內循環使用，達到使車間煙塵濃度降低的目的。循環被凈化的空氣，解決了車間內的能量損失，此種方式在國外普遍采用。
局部排風是對局部氣流進行治理，使局部工作地點不受有害物的污染，保持良好的空氣環境。一般局部排風機組由集氣罩、風管、凈化系統和風機4部分組成。局部排風按集氣方式的不同可以分為固定式局部排風系統和移動式局部排風系統。固定式局部排風系統主要用于操作地點和工人操作方式固定的大型焊接生產車間，可根據實際情況一次性固定集氣罩的位置。移動式局部排風系統工作狀態相對靈活，可根據不同的工況，采用不同的工作姿態，保證處理效率及操作人員的便利。焊接煙塵和有害氣體的凈化系統通常采用袋式或靜電除塵與吸附劑相結合的凈化方式，處理效率高、工作狀態穩定。
5.2.2 噪聲控制
焊接車間的噪聲主要為反射聲。因此，應在條件允許的情況下，在車間內的墻壁上布置吸聲材料。在空間布置吸聲體，可降低噪聲30dB左右。
5.2.3 高頻電磁輻射控制
施焊工作應當保證工件接地良好。同時加強通風降溫，控制作業場所的溫度和濕度。
5.2.4 光輻射的控制
焊接工位應設置防護屏，防護屏多為灰色或黑色；車間墻體表面采用吸收材料裝飾。以上2項措施均可起到減少弧光的反射、保護操作者眼睛健康的作用。
5.3 個人防護
在一些特定的場所如水下、高空中、罐中或船倉中進行焊接工作時，由于受到場所的限制，整體防護難以實現，這時，個人防護成為主要的防護措施。個人防護用品根據各種危害因素的特點設計，針對性強、種類多,如面罩、頭盔、防護眼鏡、安全帽、耳罩、口罩等。
6 結語
焊接車間的污染種類多，應從污染源、傳播途徑、個人防護3個方面進行綜合治理。污染的治理應結合車間工位的具體情況制定方案，不能脫離實際，影響正常的生產操作。治理方案的設計應充分考慮各種污染的治理方式在保證處理效果的前提下，設計采用一體化設備、設施，從而達到減少場地占用、節約投資的目的。
