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焊接烟尘中的颗粒物产生原因及危害

发布时间:2018/6/20 17:07:37      点击次数:576

    颗粒物是指悬浮在空气中的尺寸很小的固体物质。烟尘就是颗粒物的具体典型实例。颗粒物包括普通房间内的灰尘、尘土、花粉、烟雾、飞灰及研磨粉尘。最小尺寸小于0.1μm,而最大尺寸大于100μm。最小尺寸的颗粒物必须用显微镜才能看到,而最大尺寸的可用肉眼看到。焊接颗粒物的类型取决于焊接方法、焊条或填充金属的类型、所用的焊接电流、焊接场所、环境条件及风的大小等,还取决于母材的成分、母材表面的涂层等。焊接烟尘的成分和浓度会随着具体条件的不同而剧烈变化。
    为了确定烟雾的成分,美国曾进行了大量的研究和试验。研究结果见美国焊接学会的出版物《焊接环境》,这些研究是针对各种焊接及相关方法进行的。《焊接环境中的烟尘及废气》中给出了大部分数据。关于电弧焊烟尘的研究结论,参见《电弧焊烟尘成分鉴定》。一般情况下,利用低碳钢焊条/焊丝焊接洁净钢所产生的焊接烟尘中主要是氧化铁,另外还有少量的氧化钙、氧化钛及氧化硅。利用低氢型焊条焊接时所产生的烟尘之主要成分也是上述氧化物和少量的氟化物。利用不锈钢焊条焊接时,烟尘中的氧化铁含量降低,但增加了氧化铬、氧化镍及氟化物等成分。焊条制造商随焊条或焊剂提供的材料安全数据表中会详细说明焊条药皮、药芯焊丝药芯和焊剂的成分。有些焊条/焊丝的安全数据表中还可能会包含其他的颗粒物。由于焊接电弧的温度很高,颗粒物的成分与药皮、药芯或焊剂的成分是不同的。
    药芯焊丝电弧焊似乎是产生颗粒物和烟雾最多的焊接方法。但是,按照颗粒物和烟雾重量与熔敷金属重量之比来看,实际上药芯焊丝电弧焊产生的颗粒物和烟雾与手工电弧焊是相当的。熔化极气体保护焊产生的颗粒物较少,而埋弧焊、钨极氩弧焊和等离子弧焊产生的颗粒物更少。最新研究表明,对于脉冲熔化极气体保护焊,适当控制熔滴过渡方式可减少焊接烟尘生成量。但这需要使用控制性能良好的电源,通过控制溶滴过渡方式可防止熔滴过热并降低熔滴过渡过程中的金属蒸发,从而降低焊接烟尘生成量。
    母材是颗粒物的另一个来源。被电弧熔化后,母材会蒸发并形成悬浮在空气中的污染物。焊接不锈钢时,烟尘中会出现铬和镍的化合物,美国焊接学会制定了适合于不同焊按方法的标准颗粒物测定方法。AWS文件《焊接及相关方法产生的悬浮颗粒之取样方法》,简要说明了该测定方法。利用该方法可测定烟尘中的颗粒污染物。
    有些金属易产生具有潜在危害性的金属蒸气,这类金属必须在使用机械排气系统的情况下进行焊接,焊接时产生有害悬浮物的金属有:铍、青铜、黄铜、锡、铬、钻、紫铜、铅、锰、镍、钒及锌。只能在采用机械通风装置或以某种保护方式保护焊工的情况下,才能对这些金属进行电弧焊。上述金属中某些金属常用作钢的涂层,例如,锡、锌、铅、铬、镍和铜等。焊接有这些徐层的钢材时,也必须使用机械通风装置。此外,使用含有镉的钎料钎焊时,也应采取保护措施。

    焊接或气割有涂层的材料时,会产生悬浮污染物。涂有上述金属的母材在焊接时必须十分小心,必须采用机械通风设备。其他涂层,例如油漆、清漆、塑料及油类也会产生污染物。焊接前必须去除掉焊接部位及其附近的涂层,或采用机械通风措施口焊接或切割废旧的钢结构时会遇到一个严重的问题,这是因为年代久的钢结构通常涂有含铅的油漆层,而电弧或火焰的热量会使油漆层蒸发并产生含铅的烟雾。新型的管道中通常涂有保护材料。焊接这类管道前必须将焊接部位的保护材料去除。在任何情况下均必须对焊工提供足够好的通风或保护。

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