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1、焊接环境、健康与安全相关技术及其发展路线宋永伦北京工业大学 机械工程与应用电子技术学院，北京 100124 摘要：遵从“以人为本、环境保护和可持续发展”的理念和政策，我国在焊接生产环境、劳动者健康与安全方面的工作已取得了一定进展。本文对近年来国外先进国家及其焊接制造业在相关的标准、预防措施和技术作了分析对比，建议在“十二五”期间以及近十年内我国焊接工作者在“绿色化”焊接生产中应须作出的努力。关键词：焊接 环境 健康 安全 路线图1 前言如所周知，焊接生产过程中烟尘与有毒废气排放、噪声、辐射、电击和电磁干扰等危害因素一直是直接威胁着焊接工作者健康并劣化了赖以生存的环境。尤其是我国当前较低的焊接机
2、械化和自动化的总体水平（平均约占50%，而欧美及日本达到80%），较高的焊材占钢产量的比例（我国焊材产量连续14年居全球首位，产量已达500万吨，占世界总产量的一半），使焊接生产环境、焊接工人的健康与安全问题仍然十分突出。“十一五”期间，我国政府大力倡导的以人为本、环境保护和可持续发展的理念和政策有力地促进和提高了工业与社会各界人士对工业污染控制与预防的意识，与此同时，也提升了对于包括焊接在内的我国制造业的生产环境、劳动者健康与安全方面工作的重要性、现实性、紧迫性和长远战略性的认识，并积极采用现代科学与技术的成果和手段，不断加强对焊接生产过程中产生的有害物质的深入研究，提出更有效的新方法和新措
3、施，更大限度地降低或消除有害物质对焊接一线生产人员的身体健康及安全带来的不良影响。因此，将依然是我国焊接工作者在“十二五”以及今后一个期间一项义不容辞的艰巨任务。2 技术进展与特点根据近年来的研究报告检索和跟踪分析表明1,2，国外一些先进工业国家对焊接生产过程中的健康与安全问题的进展主要表现在对各种危害现场的定量检测方法、危害产生条件及其程度的量化、对危害风险的分析与评估等方面。表1是对上述各项进展的一个汇总，可以看出以定量检测为基础的分析与评估成为指导和认识焊接过程危害以及实施相应预防措施的依据。表1 各种危害现场的定量检测方法、危害产生条件及其程度的量化和对危害风险的分析与评估1，2危害形
4、式基本数据与认识分 析电击人体的电阻一般在1105至6105欧姆，但由于出汗使电阻减少1000欧姆或更多。当电流在16至50毫安，胸部肌肉会收缩并会导致窒息。超过50毫安，则导致心肌震颤，血循环停止。当电流在80至90毫安,持续3-4秒是致命的。50-60Hz交流电流100毫安通过人体的重要器官是致命的。（详见表2）烟气与灰尘在一般焊接生产场合，焊工的呼吸约为20升/分，如工作一年则呼吸量为2300 m3。而在较差焊接生产环境下，一天将吸入100g的微粒，如工作25年则会吸入2.5公斤的有害物资。在无通风的焊接车间，一个焊工每天相当于抽烟25支。含氮的气体(NOx) ，其中NO 产生对眼睛、皮
5、肤和粘膜的刺激，而NO2 是剧毒的刺激性气体。其浓度允许限值均为 1ppm。臭氧在空气中正常含量为0.005 到0.05ppm。在8小时时间平均权重的限值是0.1 ppm (=0.2 mg/m3) 或10分钟限值是 0.3 ppm (=0.6 mg /m3)。焊接烟气和生产灰尘必须在其发生源抽排，以1米的焊接高度为例，焊接烟尘和悬浮粒子将停留4小时，而打磨灰尘的停留时间为3分钟。因此，要针对不同的烟尘性质采取不同的抽排措施。（详见图1、图2、表3、表4）防飞溅喷剂内含二氯甲烷，是一种有毒的化学致癌物质。已表明能导致操作人员神经系统、肝、血、眼睛和皮肤的损伤。长期接触者有发生癌症的风险。紫外光辐
6、射对电光性眼炎的预防已有大量数据。不同电弧光辐射与危害距离的关系，如在TIG氩弧焊1米处、CO2气保焊2米处、等离子弧切割的2.5米处，停留时间不得大于1分钟。铬化物Cr(VI)浓度允许限值 5mg/m3, 8小时内为0.005 mg/m3。（由美国OSHA2006年2月提出）乌克兰巴顿焊接所对钛-硅型焊剂（或涂层）开展了长达十年的研究。该种类型的焊剂在焊接中的烟尘总量、Cr(VI)以及锰的浓度均为最低。采用此类涂层的不锈钢焊条的产量目前在欧洲、美国和韩国等一直在上升，并在脱渣性、飞溅率、焊缝成形与外观等方面均取得了显著进步。镍允许限值1 mg/m3(美国OSHA)；0.5 mg/m3(英国C
7、OSHH)。现代工业对镍的应用日益增加。镍及其氧化物存在在焊接电弧的烟气中，并存在导致癌症的风险。锰对人的中枢神经的影响，现已表明帕金森神经机能障碍症与锰有直接联系。在工业现场实施限值：对于从呼吸进入人体内微粒的限值为0.1 mg/m3对于可能吸入微粒的限值为0.5 mg/m3时 期 限值（mg/m3 ，TLV-TWA）1948-1959 61960-1969 51970-1991 51995-2002 0.2在2009年，对含锰物质分别给出了两个限值：1) 0.2 mg/m3 （可吸入的微粒），2) 0.02 mg/m3 （通过呼吸进入人体内的微粒）铜镀铜焊丝的两个问题：1、 在焊接中释放铜
8、蒸气；2、 会使低温冲击韧性下降。在气保焊时，当CO2的比例增加则镀铜焊丝的铜蒸气浓度亦将增加，尤其是药芯焊丝焊接时，镀铜焊丝会释放出更多的铜蒸气。焊接烟尘中的铜蒸气有50%来自于焊丝的镀铜层。（详见表5、表6）注：OSHA： 美国职业安全卫生署 COSHH：有害健康物质的控制（规范） TLV：限定值 TWA：时间权重平均值可吸入人体的微粒是通过嘴和鼻进入人体内。其尺寸可达到或超过100m。以往对该类颗粒组分称为“烟尘总体”。可进入人体呼吸系统的微粒能渗入肺泡内。其尺寸可达10m。焊接产生的悬浮在空气中的微粒非常小，一般其尺寸小于1m（大多数情况下小于0.1m）， 因此是“可呼吸”的，并称之为
9、焊接烟气。表2 电流对人体的影响图1. 不同保护气体在不锈钢TIG焊时焊工呼吸区的臭氧浓度表 3 不同焊接工艺的烟尘排放率表4 不同焊接工艺和材料的焊接烟尘化学组分（质量百分比%）图2 不同焊接工艺的烟尘排放率表5 镀铜与不镀铜焊丝在两种保护气体下的焊缝金属成分对比表6 采用镀铜与不镀铜焊丝在CO2气保焊时铜蒸气浓度的对比3 焊接生产危害预防与控制技术发展路线的建议绿色焊接材料和绿色清洁生产是我国焊接制造发展的必然方向，而焊接生产环境与危害预防问题和其他环保问题一样，需要从源头减排、过程监控和技术创新等多方面进行综合治理。表7是今后一段时期对焊接生产危害预防与控制技术发展路线的建议。从技术发展
10、的可行性，以下途径正已成为业内人士的共识，即：（1）在能源、造船、交通运输、航空航天、工程机械、国防等重点工业生产领域，焊接的机械化、自动化率将从目前的50%左右提高到70%。加强信息技术在焊接制造中的应用，自主研发具有智能的高端焊接装备，在体力和脑力两方面减轻焊接一线生产人员承受的压力。（2）要从生产环境为基本出发点，依靠技术进步和创新，切实加强和鼓励对低尘、低毒、防潮、防锈等新一代焊接材料的研发，开发具有环境协调性的新产品。使焊材的工艺性、焊缝成形质量与性能同时能满足实际应用的需求。（3）扩大高效电弧焊、高能束焊、摩擦焊等先进焊接技术的应用范围。制定严格的焊接生产环境标准，提高焊接危害物质
11、的监测手段，应用和推广焊接烟尘治理技术和装备。在焊接生产中贯彻落实高效、清洁、节能、节材的绿色制造理念、政策、新方法和新技术。表7 焊接生产危害预防与控制技术发展路线建议背景与需求现代制造业一方面对焊接生产提出了高效化、信息化、高品质的迫切要求，另一方面，以人为本、环境保护和可持续发展的理念已成为社会与经济发展的认识基础。尽快转变制造业的发展模式、调整产业结构、优化升级、建立完善的技术创新体系、节能减排走新型工业化道路已经迫在眉睫。焊接生产自动化目标1：提升焊接自动化水平，将重点制造领域的机械化、自动化率从目前50% 提高到近70%。技术途径1：焊接机器人技术的应用；焊接自动化专机以及数字化焊
12、接电源等装备及其软件技术的研发。技术途径2：基于网络的焊接工艺、过程在线监控、顺序与路径自规划、焊接生产工艺数据库，人工智能在线应用技术。目标2：加强对智能焊接制造模式的研发，逐步实现具有自适应、自规划能力的焊接生产方式。焊接材料绿色化3目标1：合理焊材结构：焊条从目前50% 下降到30%，实心焊丝从目前10%上升到 35%，药芯焊丝从目前10%上升到25%。技术途径1：药粉及合金剂预处理，提高抗潮性，焊丝表面改性及焊材的绿色制造。目标2：高端焊材及低尘、低毒、防潮、防锈（不镀铜）等新一代焊接材料的研发。技术途径2：克服现有酸、碱渣系固有缺点，开发实用化新渣系。开发具有环境协调性的新产品。焊接
13、生产环境保护的专业化目标：在焊接生产环境治理方面做到“接近于零污染”。 加强对各类焊接危害物质限值的定量监测与控制，完善焊接生产的各项劳动保护。标准。技术途径：提供工程化应用的焊接危害物质在线监测分析仪器。开发节能、便携型焊接烟尘抽排净化设备、除尘设备、供气式呼吸保护系统。2020年2015年2010年 参考文献：1 D. S. HONAVAR. FUMES, HEALTH & SAFETY IN ARC WELDING. KEY NOTE ADDRESS，INTERNATIONAL WELDING SYMPOSIUM，10-12 FEBRUARY, 20102 Arc welding saf
14、ety: National AG Safety Database (NASD) (www.cdc.gov/nasd/docs/docs)3 栗卓新 连接技术路线图高端焊材,2010 年12月 Related technology and its development mapfor environment, health & safety in weldingAbstract: Based on the idea and the policy of “people oriented, environment protection and sustainable development”, the tasks in the field of welding production environment, welder health and safety have been in progress. Some standand and protection method implemented in advanced industrial countries are discribed and analyzed in this paper. And a proposal is suggested for establishing major targets of green
