焊接車間環(huán)境污染及控制技術(shù)進展
摘要 從焊接車間的環(huán)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(nèi)外相關(guān)處理技術(shù)與設(shè)計理念的基礎(chǔ)上，針對我國一般工業(yè)企業(yè)的實際情況提出相應(yīng)的治理方法。對焊接車間環(huán)境污染控制技術(shù)的發(fā)展進行了展望。提出焊接車間環(huán)境污染控制工程的設(shè)計原則。為完善現(xiàn)有治理理論和提高現(xiàn)有設(shè)計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(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的機械工藝方法。
焊接過程中產(chǎn)生的污染種類多、危害大，能導(dǎo)致多種職業(yè)病（如焊工硅肺、錳中毒、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有效的控制。本文依據(jù)我國焊接車間具體情況，結(jié)合國內(nèi)外的研究成果及實用技術(shù)，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(nèi)外焊接車間污染控制技術(shù)的現(xiàn)狀分析
國外對焊接污染研究開始得比我國早，處理技術(shù)相對*、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、可移動性、小型化、資源低耗方向發(fā)展。對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。
我國對焊接污染研究雖然起步較晚，但發(fā)展較快。在充分借鑒國外相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計和研究成果的基礎(chǔ)上，形成了適合我國國情的設(shè)計思想。但由于整體水平上的差距，導(dǎo)致在處理設(shè)備設(shè)計制造、運行費用控制以及處理效果上與國外同類產(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，在施焊時將產(chǎn)生不同成分的焊接煙塵(見表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) 焊接過程的發(fā)塵量較大。一般來說，1個焊工操作1d所產(chǎn)生的煙塵量約60～150g。幾種焊接（切割）方法施焊時（切割時）每分鐘的發(fā)塵量和熔化每千克焊接材料的發(fā)塵量(見表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(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程中產(chǎn)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(zhì)、場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，振蕩器要產(chǎn)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(huán)境造成污染。高頻電磁輻射強度取決于高頻設(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(chǎn)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(shù)，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(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；焊接過程中光輻射會導(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會和持續(xù)時間，焊工個體體質(zhì)與個人防護狀況，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)境很差或缺乏勞動保護情況下長期作業(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、個人防護。
5.1 污染源的控制
焊接過程中產(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
在生產(chǎn)工藝確定的前提下，應(yīng)選用機械化、自動化程度高的設(shè)備。應(yīng)采用低塵低毒焊條，以降低煙塵濃度和毒性。在選購新設(shè)備時，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衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(fēng)包括自然通風(fēng)和機械通風(fēng)2種方式[3]。在國外，對于戶外焊接作業(yè)或敞開的空間焊接，一般采用自然通風(fēng)方式，對于室內(nèi)作業(yè)通常采用機械通風(fēng)方式。通過安裝在墻上或天花板上的軸流風(fēng)機，把車間內(nèi)焊煙排出室外，或者經(jīng)過凈化器凈化后在車間內(nèi)循環(huán)使用，達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，此種方式在國外普遍采用。
局部排風(fēng)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(huán)境。一般局部排風(fēng)機組由集氣罩、風(fēng)管、凈化系統(tǒng)和風(fēng)機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)主要用于操作地點和工人操作方式固定的大型焊接生產(chǎn)車間，可根據(jù)實際情況一次性固定集氣罩的位置。移動式局部排風(fēng)系統(tǒng)工作狀態(tài)相對靈活，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。同時加強通風(fēng)降溫，控制作業(yè)場所的溫度和濕度。
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(xiàn)，這時，個人防護成為主要的防護措施。個人防護用品根據(jù)各種危害因素的特點設(shè)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(jié)語
焊接車間的污染種類多，應(yīng)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(yīng)結(jié)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(chǎn)操作。治理方案的設(shè)計應(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)計采用一體化設(shè)備、設(shè)施，從而達到減少場地占用、節(jié)約投資的目的。
