焊接煙塵是在焊接過(guò)程中產(chǎn)生的高溫蒸氣經(jīng)氧化后冷凝而產(chǎn)生的，煙塵凈化器焊接煙塵主要來(lái)自焊條或焊絲端部的液態(tài)金屬及溶渣。焊接材料的發(fā)塵量占焊接煙塵總量的80～90%，只有部分來(lái)自母材?？茖W(xué)研究以及健康調(diào)查表明：焊接煙塵中存在著大量的可吸入物質(zhì)(如氧化錳、六價(jià)鉻、以及鉀、鈉的氧化物等)一旦這些物質(zhì)進(jìn)入人體，會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生巨大的傷害。長(zhǎng)期在焊接煙塵環(huán)境下作業(yè)的焊接操作人員患有慢性支氣管炎等呼吸道疾病的比例明顯高于其他人員，并且可吸入物質(zhì)還會(huì)沉積在人體的骨骼和血液中，導(dǎo)致性能力下降，甚至引發(fā)癌癥，尤其是近年來(lái)隨著大量含有Cr、Mn、Ni等化學(xué)成分的焊接材料的使用，使焊接煙塵對(duì)職業(yè)健康和環(huán)境負(fù)荷的影響日益嚴(yán)重。

國(guó)際上對(duì)焊接衛(wèi)生的研究開(kāi)始于1920年，主要研究氮氧化物有害氣體的影響。從20世紀(jì)20~60年代主要對(duì)焊接煙塵的有害性進(jìn)行研究。70年代主要有焊條全煙塵測(cè)定，焊接衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的建議及焊條衛(wèi)生標(biāo)志的設(shè)立；對(duì)焊接煙塵發(fā)生機(jī)理及影響因素進(jìn)行研究。

一、焊接煙塵的影響因素

焊接煙塵的影響因素很多，主要因素包括焊接材料和工藝兩個(gè)方面：材料指的是焊條藥皮的成分、煙塵凈化器焊絲鋼帶、藥粉的化學(xué)組成，以及保護(hù)氣體成分等；工藝是指焊接方法的選擇及工藝參數(shù)的設(shè)定。N.J.HUDSON等人指出在低合金MIG焊接過(guò)程中產(chǎn)生的以混合金屬氧化物和尖晶石結(jié)構(gòu)為主的焊接煙塵主要是由電極材料、被焊合金材料、過(guò)程控制、保護(hù)氣體組分，以及電壓和電流值決定的。

1.焊接材料

焊接材料對(duì)焊接煙塵的作用主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

(1)焊接材料是焊接煙塵產(chǎn)生的來(lái)源，焊接材料的成分直接影響焊接煙塵發(fā)塵量的多少和焊接煙塵的化學(xué)成分。

(2)焊接材料影響焊接電弧物理，通過(guò)改變?nèi)鄣芜^(guò)渡方式，控制焊接過(guò)程中產(chǎn)生的金屬蒸氣進(jìn)入大氣的含量。施雨湘等通過(guò)對(duì)單組分和少組分焊條的焊接煙塵試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：大理石、氟石等物質(zhì)本身產(chǎn)生的煙塵高，其組成焊條的煙塵也高；金紅石等物質(zhì)本身產(chǎn)生的煙塵較低，其組成焊條的煙塵也低；菱苦土等物質(zhì)本身產(chǎn)生的煙塵較高，但是組成焊條時(shí)不一定高。藥皮物質(zhì)不僅各自影響焊接煙塵，而且相互之間存在復(fù)雜的關(guān)系，改變藥皮組分比例，有可能達(dá)到降塵的目的。

Zimmer和Biswas在對(duì)氣體金屬氬弧焊過(guò)程中產(chǎn)生的氣溶膠進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，被焊合金成分對(duì)于焊接煙塵顆粒的尺寸分布，以及焊接煙塵的形態(tài)和化學(xué)結(jié)構(gòu)有顯著的影響。此外，焊接煙塵顆粒尺寸的分布是多形態(tài)且隨時(shí)間發(fā)生空氣動(dòng)力學(xué)變化。

小林實(shí)等通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，CO2保護(hù)藥芯焊絲的發(fā)塵量同焊絲所用的鋼帶的含碳量成正比，如將鋼帶含碳量從通常的0.08%降到0.045%以下(0.02%)，可使發(fā)塵量減少30%左右，基本上與實(shí)芯焊絲發(fā)塵率相同。對(duì)于藥芯焊絲，如果降低鋼帶和潤(rùn)滑劑里的含碳量，可大幅度降低發(fā)塵率。J.H.Dennis等人發(fā)現(xiàn)在FCAW焊接過(guò)程中，所用焊接材料中添加1%的Zn能顯著降低Cr6+和臭氧的生成。

北京工業(yè)大學(xué)的王智慧等人研究了鐵粉添加量對(duì)焊絲發(fā)塵率的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)：煙塵中鐵的氧化物約占50%。當(dāng)藥芯焊絲中的含鐵量為19.5%～28.7%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí)，焊絲發(fā)塵量為5.5226～8.2326g；煙塵中鐵和錳的氧化物所占的比例很大。試驗(yàn)條件下Fe粉在藥芯中所占比例越小，單位質(zhì)量的焊絲發(fā)塵量就越少；不同廠家、不同工藝生產(chǎn)的鐵粉對(duì)發(fā)塵量沒(méi)有明顯的影響。此外他們還對(duì)焊條焊芯和部分輔料作了環(huán)境負(fù)荷影響評(píng)估，通過(guò)數(shù)據(jù)采集，環(huán)境影響因子確定，以及結(jié)果分析等發(fā)現(xiàn)焊絲和焊帶的環(huán)境負(fù)荷較大，而礦物粉的生產(chǎn)過(guò)程環(huán)境負(fù)荷較小。

2.工藝因素

焊接參數(shù)會(huì)影響焊接煙塵的發(fā)塵率。不同焊接方法的選擇，煙塵凈化器極性的改變，電流電壓的變化，以及送絲速度等都會(huì)對(duì)發(fā)塵量和焊接煙塵的化學(xué)成分產(chǎn)生影響。

在研究Al-Mg合金直流和交流脈沖惰性氣體保護(hù)焊過(guò)程中產(chǎn)生的焊接煙塵時(shí)發(fā)現(xiàn)，使用交流脈沖惰性氣體保護(hù)焊能從本質(zhì)上抑制煙塵的產(chǎn)生。在研究電弧電壓及送絲速度對(duì)GMAW中實(shí)芯焊絲和金屬芯焊材的焊接煙塵的發(fā)塵量的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)：對(duì)于f1.4mm的實(shí)芯焊絲在直流正接的情況下，熱輸入超過(guò)臨界值9.5kW時(shí)煙塵發(fā)生率得到一個(gè)最小值；直流正接的情況下，實(shí)芯焊絲和金屬芯焊絲具有相同的焊接煙塵發(fā)生率，但是金屬芯焊絲獲得煙塵發(fā)生率和宜的電弧穩(wěn)定性調(diào)節(jié)范圍較大。直流反接時(shí)，對(duì)于金屬芯焊絲來(lái)說(shuō)，采用一個(gè)較高的送絲速度可以得到一個(gè)滿意的焊接煙塵發(fā)塵量。

Hewitt等人通過(guò)一系列的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在FCAW焊接過(guò)程中，采用直流反接且電壓為40V時(shí)，發(fā)塵量；電壓為29V時(shí)采用直流正接并使用8%的助焊劑，煙塵發(fā)塵量降為原來(lái)的1/3。

對(duì)不銹鋼藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)焊時(shí)的煙塵發(fā)塵率，以及Cr總量和Cr6+的濃度進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)：煙塵總量和輸入的能量有明顯的聯(lián)系。在低、、高三種熱輸入條件下對(duì)應(yīng)的發(fā)塵量分別是189～344mg/min、389～698mg/min和682～1157mg/min，Cr生成率分別為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。煙塵發(fā)生率隨著熱輸入的增加呈1.19的指數(shù)增長(zhǎng)，隨著電流的變化以1.75的指數(shù)增長(zhǎng)；隨著熱輸入的增加，煙塵中Cr的濃度從1.57%~2.65%增加到5.45%~8.13%，Cr6+的濃度從0.15%增加到1.08%，通過(guò)FCAW產(chǎn)生的Cr6+的溶解部分相當(dāng)于全部Cr6+的80%~90%。

二、焊接煙塵凈化與通風(fēng)

通風(fēng)系統(tǒng)主要包括吸吹式通風(fēng)系統(tǒng)、局部式通風(fēng)系統(tǒng)、全局式通風(fēng)系統(tǒng)和個(gè)體防護(hù)面罩。通風(fēng)系統(tǒng)的選擇原則是輕便性、可移動(dòng)性及實(shí)用性。在國(guó)外，焊工大量使用可移動(dòng)的局部通風(fēng)裝置。國(guó)外大力倡導(dǎo)全面通風(fēng)為輔，局部通風(fēng)為主的通風(fēng)系統(tǒng)選擇原則。各種焊接煙塵收集、凈化裝置都向成套性、組合性、可移動(dòng)性、小型化及節(jié)省資源方向發(fā)展，并且取得了較好的成績(jī)，特別是可移動(dòng)的各種焊接煙塵凈化裝置為各國(guó)廣泛采用。

1.吸氣式通風(fēng)裝置

吹吸式通風(fēng)裝置是一種能有效控制污染源擴(kuò)散的通風(fēng)裝置。在棚板焊接上單純采用吸氣罩來(lái)排除大面積焊接煙塵，存在著效果不理想及方式不夠合理等問(wèn)題，因而提出了將吹吸式通風(fēng)裝置用于棚板焊接煙塵控制。

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在棚板焊接上采取吹吸式通風(fēng)裝置，使作業(yè)時(shí)散發(fā)的電焊煙塵得到了有效控制，治理后棚板附近作業(yè)帶的煙塵平均質(zhì)量濃度均符合國(guó)家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(低于6mg/m3)，煙塵凈化器而且由于必要風(fēng)量小，故能降低動(dòng)力消耗，節(jié)省設(shè)備的初投資和運(yùn)行費(fèi)。因此較之于吸氣罩，不僅更為合理有效實(shí)用，而且具有一定*性，同時(shí)為治理大件焊接煙塵污染，提供了一種可借鑒的方法。

2.壓力引射式局部通風(fēng)裝置

在密閉容器內(nèi)焊接，電焊煙塵不斷凝聚，濃度不斷升高，有時(shí)可達(dá)800mg/m3，嚴(yán)重危害電焊工人的身體健康。密閉容器焊接作業(yè)的局部通風(fēng)是改善作業(yè)環(huán)境的必要措施。密閉容器一般只有1～2個(gè)孔口，且孔口面積較小。一些密閉容器內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，空間狹?。煌瑫r(shí)為了控制焊接煙塵，要求通風(fēng)設(shè)施設(shè)置在施焊點(diǎn)附近，并且能夠隨時(shí)移動(dòng)。這就要求局部通風(fēng)設(shè)施不但要有良好的通風(fēng)效果，而且要輕便、簡(jiǎn)單。

壓力引射式局部通風(fēng)裝置主要由引射器、膠布風(fēng)筒和磁性固定支座三部分組成。作為密閉容器焊接煙塵凈化的有效裝置，與煙塵除塵機(jī)組相比，壓力引射式局部通風(fēng)裝置的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)安全可靠。(2)體積小，重量輕，便于攜帶。(3)控制焊接煙塵擴(kuò)散的有效范圍大，不必頻繁的移動(dòng)通風(fēng)口。(4)含塵空氣排放到密閉容器外，再利用車間通風(fēng)設(shè)施進(jìn)一步處理。但也有一些不足，會(huì)產(chǎn)生噪聲，需要壓縮空氣源。

3.風(fēng)幕集煙塵風(fēng)機(jī)

風(fēng)幕集煙塵風(fēng)機(jī)利用其*的結(jié)構(gòu)，造成合理的流場(chǎng)，即短路流場(chǎng)，有效控制、捕集焊接煙塵，增加了吸煙塵的有效吸程，去掉了傳統(tǒng)使用的固體吸塵罩。

該項(xiàng)技術(shù)經(jīng)對(duì)各種型式樣機(jī)的研制和多次煙塵試驗(yàn)及大量測(cè)試分析，從理論上建立了“短路流場(chǎng)"數(shù)學(xué)模型，實(shí)際煙塵試驗(yàn)驗(yàn)證了其良好的集煙塵效果。實(shí)測(cè)與理論計(jì)算都表明，采用短流場(chǎng)控制煙塵擴(kuò)散效果良好，吸風(fēng)口有效吸程比傳統(tǒng)方法的有效吸程提高2～3倍，收塵率達(dá)到95%以上。

三、結(jié)語(yǔ)

焊接煙塵使職業(yè)建康的危害和生態(tài)環(huán)境的惡化日益加深，針對(duì)解決焊接煙塵問(wèn)題提出以下幾點(diǎn)建議：

(1)加強(qiáng)對(duì)各種藥芯焊絲焊接煙塵機(jī)理及影響因素的研究，彌補(bǔ)現(xiàn)有研究的不足。

(2)繼續(xù)低塵、低毒焊接材料的研發(fā)，控制焊接煙塵的產(chǎn)生來(lái)源，達(dá)到危害最小化的目的。

(3)規(guī)范焊接造作規(guī)范，消除影響焊接煙塵的人為因素。

(4)提高焊接的機(jī)械化自動(dòng)化水平，加快新型焊接方法的研究，推廣焊接機(jī)械人的使用。