焊接車間環(huán)境污染及控制技術(shù)進(jìn)展
焊接車間環(huán)境污染及控制技術(shù)進(jìn)展
作者：孫大光 馬小凡
摘要 從焊接車間的環(huán)境污染因素分類、成因、特性及對(duì)操作者健康的危害機(jī)理入手，在充分借鑒國(guó)內(nèi)外相關(guān)處理技術(shù)與設(shè)計(jì)理念的基礎(chǔ)上，針對(duì)我國(guó)一般工業(yè)企業(yè)的實(shí)際情況提出相應(yīng)的治理方法。對(duì)焊接車間環(huán)境污染控制技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了展望。提出焊接車間環(huán)境污染控制工程的設(shè)計(jì)原則。為完善現(xiàn)有治理理論和提高現(xiàn)有設(shè)計(jì)的處理效率提供科學(xué)參考。
關(guān)鍵詞: 焊接車間 污染因素 防治對(duì)策
1 引言
焊接是利用電能加熱，促使被焊接金屬局部達(dá)到液態(tài)或接近液態(tài)，而使之結(jié)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(jiàn)的機(jī)械工藝方法。
焊接過(guò)程中產(chǎn)生的污染種類多、危害大，能導(dǎo)致多種職業(yè)?。ㄈ绾腹す璺巍㈠i中毒、電光性眼炎等）的發(fā)生，已成為一大環(huán)境公害。隨著相關(guān)研究的深入，治理技術(shù)日趨完善，焊接污染已得到了相對(duì)有效的控制。本文依據(jù)我國(guó)焊接車間具體情況，結(jié)合國(guó)內(nèi)外的研究成果及實(shí)用技術(shù)，從焊接污染的形成、特點(diǎn)及危害入手，提出切實(shí)可行的防治對(duì)策。
2 國(guó)內(nèi)外焊接車間污染控制技術(shù)的現(xiàn)狀分析
國(guó)外對(duì)焊接污染研究開(kāi)始得比我國(guó)早，處理技術(shù)相對(duì)*、成熟。焊接污染處理設(shè)備從單一性、固定式、大型化，向成套性、組合性、可移動(dòng)性、小型化、資源低耗方向發(fā)展。對(duì)主要污染焊接煙塵的處理采用局部通風(fēng)為主、全面通風(fēng)為輔的手段，以此改善作業(yè)環(huán)境的污染。
我國(guó)對(duì)焊接污染研究雖然起步較晚，但發(fā)展較快。在充分借鑒國(guó)外相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和研究成果的基礎(chǔ)上，形成了適合我國(guó)國(guó)情的設(shè)計(jì)思想。但由于整體水平上的差距，導(dǎo)致在處理設(shè)備設(shè)計(jì)制造、運(yùn)行費(fèi)用控制以及處理效果上與國(guó)外同類產(chǎn)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(xué)有害污染和物理有害污染兩大類。
3.1 化學(xué)有害污染
化學(xué)有害污染是指焊接過(guò)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(zhì)在過(guò)熱條件下產(chǎn)生的蒸氣經(jīng)氧化和冷凝而形成的。因此電焊煙塵的化學(xué)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(fā)的難易。不同成分的焊接材料和被焊接材料，在施焊時(shí)將產(chǎn)生不同成分的焊接煙塵(見(jiàn)表１)。
表1 常用結(jié)構(gòu)鋼焊條煙塵的化學(xué)成分(mg/m3)
煙塵成份 結(jié)421 結(jié)422 結(jié)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(diǎn)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(fēng)管道和濾芯內(nèi)，空氣溫度為60～80℃。
(4) 焊接過(guò)程的發(fā)塵量較大。一般來(lái)說(shuō)，1個(gè)焊工操作1d所產(chǎn)生的煙塵量約60～150g。幾種焊接（切割）方法施焊時(shí)（切割時(shí)）每分鐘的發(fā)塵量和熔化每千克焊接材料的發(fā)塵量(見(jiàn)表2)。
表2 幾種焊接（切割）方法的發(fā)塵量
焊接方法 焊接材料 施焊時(shí)發(fā)塵量 (mg/min) 焊接材料的發(fā) 塵量(g/kg)
手工電弧焊 低氫型焊條(結(jié)507，直徑4mm) 350～450 11～16
鈦鈣型焊條(結(jié)422，直徑4mm) 200～280 6～8
自保護(hù)焊 藥芯焊絲(直徑3.2mm) 2000～3500 20～25
二氧化碳焊 實(shí)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(shí)芯焊絲(直徑1.6mm) 100～200 2～5
埋弧焊 實(shí)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(shí)高溫電弧下產(chǎn)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(guò)程中產(chǎn)生的空氣動(dòng)力噪聲。它的大小取決于不同的氣體流量、氣體性質(zhì)、場(chǎng)地情況及焊槍噴嘴的口徑。這類噪聲大多數(shù)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(kuò)大應(yīng)用產(chǎn)生的。當(dāng)?shù)入x子焊和氬弧焊采用高頻振蕩器引弧時(shí)，振蕩器要產(chǎn)生強(qiáng)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(chǎng)，對(duì)局部環(huán)境造成污染。高頻電磁輻射強(qiáng)度取決于高頻設(shè)備的輸出功率、高頻設(shè)備的工作頻率、高頻振蕩器的距離、設(shè)備以及傳輸線路有無(wú)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(hù)不好的隱弧焊以及處于造渣階段的電渣焊，都要產(chǎn)生外露電弧，形成光輻射。光輻射的強(qiáng)度取決于以下因素：焊接工藝參數(shù)，焊接方法，距施焊點(diǎn)的距離以及相對(duì)位置，防護(hù)方法。
4 焊接車間污染對(duì)操作者的危害
焊接職業(yè)病的發(fā)生是各種焊接污染因素綜合作用的結(jié)果。焊工職業(yè)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(xué)污染(焊接煙塵和有害氣體)的醫(yī)學(xué)臨床表現(xiàn)為咳嗽、咯痰、胸悶、氣短以及有時(shí)咯血。物理污染的醫(yī)學(xué)臨床表現(xiàn)則多種多樣。噪聲可導(dǎo)致操作者煩躁、頭痛；高頻電磁輻射對(duì)人體的主要作用為神經(jīng)衰弱綜合癥，例如頭昏、頭痛、乏力、心悸、消瘦、脫發(fā)等；焊接過(guò)程中光輻射會(huì)導(dǎo)致電光性眼炎的發(fā)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(yè)病的發(fā)生主要取決于以下因素：焊接煙塵和氣體的濃度與性質(zhì)及其污染程度，焊工接觸有害污染的機(jī)會(huì)和持續(xù)時(shí)間，焊工個(gè)體體質(zhì)與個(gè)人防護(hù)狀況，焊工所處生產(chǎn)環(huán)境的優(yōu)劣以及各種有害因素的相互作用。只有在焊工作業(yè)環(huán)境很差或缺乏勞動(dòng)保護(hù)情況下*作業(yè)，才有引起職業(yè)病的可能。
5 焊接車間污染的防范、治理及發(fā)展方向
預(yù)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(gè)人防護(hù)。
5.1 污染源的控制
焊接過(guò)程中產(chǎn)生的各污染種類和數(shù)量取決生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備及操作者的技術(shù)能力。
5.1.1 生產(chǎn)工藝的優(yōu)化選擇
不同的焊接工藝產(chǎn)生的污染物種類和數(shù)量有很大的區(qū)別。條件允許的情況下，應(yīng)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(shè)備的改進(jìn)
在生產(chǎn)工藝確定的前提下，應(yīng)選用機(jī)械化、自動(dòng)化程度高的設(shè)備。應(yīng)采用低塵低毒焊條，以降低煙塵濃度和毒性。在選購(gòu)新設(shè)備時(shí)，應(yīng)注重設(shè)備的環(huán)保性能，多選用配有凈化部件的一體化設(shè)備。
5.1.3 提高操作者技術(shù)水平[2]
高水平的焊接工人在焊接過(guò)程中能夠熟練、靈活地執(zhí)行操作規(guī)章，如不斷觀察焊條烘干程度、焊條傾斜角度、焊條長(zhǎng)短及焊件位置情況，并作出相應(yīng)的技術(shù)調(diào)整。與非熟練工相比，發(fā)塵量減少20%以上，焊接速度快10％，且焊接質(zhì)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(fēng)和局部排風(fēng)。
全面通風(fēng)也稱稀釋通風(fēng)，它是用清潔空氣稀釋室內(nèi)空氣中的有害物濃度，使室內(nèi)空氣中有害物濃度不超過(guò)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的zui高允許濃度，同時(shí)不斷地將污染空氣排至室外或收集凈化。全面通風(fēng)包括自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)2種方式[3]。在國(guó)外，對(duì)于戶外焊接作業(yè)或敞開(kāi)的空間焊接，一般采用自然通風(fēng)方式，對(duì)于室內(nèi)作業(yè)通常采用機(jī)械通風(fēng)方式。通過(guò)安裝在墻上或天花板上的軸流風(fēng)機(jī)，把車間內(nèi)焊煙排出室外，或者經(jīng)過(guò)凈化器凈化后在車間內(nèi)循環(huán)使用，達(dá)到使車間煙塵濃度降低的目的。循環(huán)被凈化的空氣，解決了車間內(nèi)的能量損失，此種方式在國(guó)外普遍采用。
局部排風(fēng)是對(duì)局部氣流進(jìn)行治理，使局部工作地點(diǎn)不受有害物的污染，保持良好的空氣環(huán)境。一般局部排風(fēng)機(jī)組由集氣罩、風(fēng)管、凈化系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)4部分組成。局部排風(fēng)按集氣方式的不同可以分為固定式局部排風(fēng)系統(tǒng)和移動(dòng)式局部排風(fēng)系統(tǒng)。固定式局部排風(fēng)系統(tǒng)主要用于操作地點(diǎn)和工人操作方式固定的大型焊接生產(chǎn)車間，可根據(jù)實(shí)際情況一次性固定集氣罩的位置。移動(dòng)式局部排風(fēng)系統(tǒng)工作狀態(tài)相對(duì)靈活，可根據(jù)不同的工況，采用不同的工作姿態(tài)，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(tǒng)通常采用袋式或靜電除塵與吸附劑相結(jié)合的凈化方式，處理效率高、工作狀態(tài)穩(wěn)定。
5.2.2 噪聲控制
焊接車間的噪聲主要為反射聲。因此，應(yīng)在條件允許的情況下，在車間內(nèi)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(yīng)當(dāng)保證工件接地良好。同時(shí)加強(qiáng)通風(fēng)降溫，控制作業(yè)場(chǎng)所的溫度和濕度。
5.2.4 光輻射的控制
焊接工位應(yīng)設(shè)置防護(hù)屏，防護(hù)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(xiàng)措施均可起到減少弧光的反射、保護(hù)操作者眼睛健康的作用。
5.3 個(gè)人防護(hù)
在一些特定的場(chǎng)所如水下、高空中、罐中或船倉(cāng)中進(jìn)行焊接工作時(shí)，由于受到場(chǎng)所的限制，整體防護(hù)難以實(shí)現(xiàn)，這時(shí)，個(gè)人防護(hù)成為主要的防護(hù)措施。個(gè)人防護(hù)用品根據(jù)各種危害因素的特點(diǎn)設(shè)計(jì)，針對(duì)性強(qiáng)、種類多,如面罩、頭盔、防護(hù)眼鏡、安全帽、耳罩、口罩等。
6 結(jié)語(yǔ)
焊接車間的污染種類多，應(yīng)從污染源、傳播途徑、個(gè)人防護(hù)3個(gè)方面進(jìn)行綜合治理。污染的治理應(yīng)結(jié)合車間工位的具體情況制定方案，不能脫離實(shí)際，影響正常的生產(chǎn)操作。治理方案的設(shè)計(jì)應(yīng)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(shè)計(jì)采用一體化設(shè)備、設(shè)施，從而達(dá)到減少場(chǎng)地占用、節(jié)約投資的目的。
7 參考文獻(xiàn)
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2 任效乾,王榮祥.焊接煙塵的危害及防治措施.礦山機(jī)械，2000，(6):68～69.
3 楊璇. 國(guó)外焊接煙塵治理情況介紹.鐵道勞動(dòng)安全衛(wèi)生與環(huán)保，1997，(4):277～299.
*作者孫大光，男，1973年生，1996年畢業(yè)于長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)，工程師。
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