各種焊接工藝及焊條煙塵產生量
焊接工藝 煙塵產生量
g/kg焊條 有害物主要成分
手工電弧焊 低氮型普低鋼焊條(結507)
鈦鈣型低碳鋼焊條(結422)
鈦鈣型低碳鋼焊條(結423)
高效鐵粉焊條 11-25
6-8
7.5-9.5
10-12 F、Mn
Mn
Mn
Mn
自保護電弧焊 保護藥芯焊絲 20-23 Mn
氣體保護電弧焊 CO2保護藥芯焊絲
CO2保護實芯焊絲
Ar+5%O2保護實芯焊 11-13
8
3-6.5 Mn
Mn
Mn
注:本表摘自《焊接工作的勞動保護》
焊接車間環境污染及控制技術進展
作者:孫大光 馬小凡
摘要 從焊接車間的環境污染因素分類、成因、特性及對操作者健康的危害機理入手,在充分借鑒國內外相關處理技術與設計理念的基礎上,針對我國一般工業企業的實際情況提出相應的治理方法。對焊接車間環境污染控制技術的發展進行了展望。提出焊接車間環境污染控制工程的設計原則。為完善現有治理理論和提高現有設計的處理效率提供科學參考。
關鍵詞: 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或接近液態,而使之結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。
焊接過程中產生的污染種類多、危害大,能導致多種職業病(如焊工硅肺、錳中毒、電光性眼炎等)的發生,已成為一大環境公害。隨著相關研究的深入,治理技術日趨完善,焊接污染已得到了相對有效的控制。本文依據我國焊接車間具體情況,結合國內外最新的研究成果及實用技術,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 國內外焊接車間污染控制技術的現狀分析
國外對焊接污染研究開始得比我國早,處理技術相對先進、成熟。焊接污染處理設備從單一性、固定式、大型化,向成套性、組合性、可移動性、小型化、資源低耗方向發展。對主要污染焊接煙塵的處理采用局部通風為主、全面通風為輔的手段,以此改善作業環境的污染。
我國對焊接污染研究雖然起步較晚,但發展較快。在充分借鑒國外相關產品設計和研究成果的基礎上,形成了適合我國國情的設計思想。但由于整體水平上的差距,導致在處理設備設計制造、運行費用控制以及處理效果上與國外同類產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,可以分為化學有害污染和物理有害污染兩大類。
3.1 化學有害污染
化學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在過熱條件下產生的蒸氣經氧化和冷凝而形成的。因此電焊煙塵的化學成分,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的難易。不同成分的焊接材料和被焊接材料,在施焊時將產生不同成分的焊接煙塵(見表1)。
表1 常用結構鋼焊條煙塵的化學成分(mg/m3)
煙塵成份 結421 結422 結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。在排風管道和濾芯內,空氣溫度為60~80℃。
(4) 焊接過程的發塵量較大。一般來說,1個焊工操作1d所產生的煙塵量約60~150g。幾種焊接(切割)方法施焊時(切割時)每分鐘的發塵量和熔化每千克焊接材料的發塵量(見表2)。
表2 幾種焊接(切割)方法的發塵量
焊接方法 焊接材料 施焊時發塵量 (mg/min) 焊接材料的發塵量(g/kg)
手工電弧焊 低氫型焊條(結507,直徑4mm) 350~450 11~16
鈦鈣型焊條(結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、場地情況及焊槍噴嘴的口徑。這類噪聲大多數都在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用產生的。當等離子焊和氬弧焊采用高頻振蕩器引弧時,振蕩器要產生強烈的高頻振蕩,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,對局部環境造成污染。高頻電磁輻射強度取決于高頻設備的輸出功率、高頻設備的工作頻率、高頻振蕩器的距離、設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,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
焊接職業病的發生是各種焊接污染因素綜合作用的結果。焊工職業病包括焊工塵肺、錳中毒、氟中毒、金屬煙熱及電光性眼炎等。其中化學污染(焊接煙塵和有害氣體)的醫學臨床表現為咳嗽、咯痰、胸悶、氣短以及有時咯血。物理污染的醫學臨床表現則多種多樣。噪聲可導致操作者煩躁、頭痛;高頻電磁輻射對人體的主要作用為神經衰弱綜合癥,例如頭昏、頭痛、乏力、心悸、消瘦、脫發等;焊接過程中光輻射會導致電光性眼炎的發生,輕者眼部不適、有異物感,重者眼部有燒灼感和劇痛。
焊工職業病的發生主要取決于以下因素:焊接煙塵和氣體的濃度與性質及其污染程度,焊工接觸有害污染的機會和持續時間,焊工個體體質與個人防護狀況,焊工所處生產環境的優劣以及各種有害因素的相互作用。只有在焊工作業環境很差或缺乏勞動保護情況下長期作業,才有引起職業病的可能。
5 焊接車間污染的防范、治理及發展方向
預防焊接車間污染的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
焊接過程中產生的各污染種類和數量取決生產工藝、生產設備及操作者的技術能力。
5.1.1 生產工藝的優化選擇
不同的焊接工藝產生的污染物種類和數量有很大的區別。條件允許的情況下,應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 設備的改進
在生產工藝確定的前提下,應選用機械化、自動化程度高的設備。應采用低塵低毒焊條,以降低煙塵濃度和毒性。在選購新設備時,應注重設備的環保性能,多選用配有凈化部件的一體化設備。
5.1.3 提高操作者技術水平[2]
高水平的焊接工人在焊接過程中能夠熟練、靈活地執行操作規章,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,并作出相應的技術調整。與非熟練工相比,發塵量減少20%以上,焊接速度快10%,且焊接質量好。
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:全面通風和局部排風。
全面通風也稱稀釋通風,它是用清潔空氣稀釋室內空氣中的有害物濃度,使室內空氣中有害物濃度不超過衛生標準規定的最高允許濃度,同時不斷地將污染空氣排至室外或收集凈化。全面通風包括自然通風和機械通風2種方式[3]。在國外,對于戶外焊接作業或敞開的空間焊接,一般采用自然通風方式,對于室內作業通常采用機械通風方式。通過安裝在墻上或天花板上的軸流風機,把車間內焊煙排出室外,或者經過凈化器凈化后在車間內循環使用,達到使車間煙塵濃度降低的目的。循環被凈化的空氣,解決了車間內的能量損失,此種方式在國外普遍采用。
局部排風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,保持良好的空氣環境。一般局部排風機組由集氣罩、風管、凈化系統和風機4部分組成。局部排風按集氣方式的不同可以分為固定式局部排風系統和移動式局部排風系統。固定式局部排風系統主要用于操作地點和工人操作方式固定的大型焊接生產車間,可根據實際情況一次性固定集氣罩的位置。移動式局部排風系統工作狀態相對靈活,可根據不同的工況,采用不同的工作姿態,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通常采用袋式或靜電除塵與吸附劑相結合的凈化方式,處理效率高、工作狀態穩定。
5.2.2 噪聲控制
焊接車間的噪聲主要為反射聲。因此,應在條件允許的情況下,在車間內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
施焊工作應當保證工件接地良好。同時加強通風降溫,控制作業場所的溫度和濕度。
5.2.4 光輻射的控制
焊接工位應設置防護屏,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,這時,個人防護成為主要的防護措施。個人防護用品根據各種危害因素的特點設計,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 結語
焊接車間的污染種類多,應從污染源、傳播途徑、個人防護3個方面進行綜合治理。污染的治理應結合車間工位的具體情況制定方案,不能脫離實際,影響正常的生產操作。治理方案的設計應充分考慮各種污染的治理方式在保證處理效果的前提下,設計采用一體化設備、設施,從而達到減少場地占用、節約投資的目的。
7 參考文獻
1 焊接學會第Ⅷ委員會.焊接衛生與安全.北京:機械工業出版社,1987,22~102.
2 任效乾,王榮祥.焊接煙塵的危害及防治措施.礦山機械,2000,(6):68~69.
3 楊璇. 國外焊接煙塵治理情況介紹.鐵道勞動安全衛生與環保,1997,(4):277~299.
第一作者孫大光,男,1973年生,1996年畢業于長春工業大學,工程師。
裝焊車間內焊接煙塵的治理
呂琳 吳芳谷
焊接煙塵的80%~90%來源于焊條藥皮和焊芯。J 422型焊條的主要成分是金屬氧化物,其中 以鐵的氧化物為主,約占一半左右。據報道,J 422焊條的發塵量平均為7.5 g/kg左右,煙 氣粒度0.10~1.25 μm,煙塵中錳化合物(以MnO2計)約占7.5%[1]。焊接時產生 的有害氣體主要是O3、NOx、CO、HF等。通風不良時環境空氣中O3和NOx可達到0.5 mg/m 3和20 mg/m3。用J 422焊條焊接車臺架時,焊接危害治理目標成分應該是焊接煙塵。
一、車間概述
某汽車配件廠裝焊車間廠房占地1 200 m2,生產過程中10臺車臺架(南北各5臺)180°旋轉 焊接,每臺車臺架有2~3人采用手工電弧焊同時操作,在車間一側同時有地面補焊及CO2 保護焊各1處。焊接時產生大量焊接煙塵和有害氣體彌漫于車間內。除在廠房上部安裝幾臺 排氣扇外,未采取其他治理措施。
二、治理方案設計
由于車臺架焊接操作時需180°旋轉,且車間上部有天車運行,一般排風罩無法布置,故采 用了天車頂部送風與設置地下風道排風相結合的通風方式。對CO2保護焊及不定位地面焊 產生的煙塵采用側吸方式進行捕集,將有毒有害煙塵控制在工人呼吸帶以下,經平底回轉反 吹式袋式除塵器凈化后排放。受廠房上部房梁位置所限,天車上部的送風系統共分5套,每套送風系統為2臺車臺架送風, 送風口距工人操作位高度為7.7 m,每套送風系統設計風量12 000 m3/h,選擇風量為15 0 00 m3/h的風機,風機置于廠房頂部。為使送風均勻分布于每臺車臺架的操作位,每個車 臺架上部均設2個并列為一組的靜壓箱,其作用相當于空調設計中孔板送風時的穩壓層。靜 壓箱下部設5個管嘴為氣流出口。有的車臺架位于房梁下方,而天車頂部與房梁下部沒有足 夠空間布置送風管道,則從房梁兩側分設3孔及2孔靜壓箱。圖1為送風系統3示意圖。由空氣動力學阻力計算確定靜壓箱參數,保證距氣流出口7.7 m的產塵位置送風氣流分布均 勻,并能抑制焊接煙塵上揚。
設靜壓箱出口處風速為20 m/s,依射流軸心速度衰減公式[2]:Vx/V0=0.48/(ax/d0+0.145)。式中:Vx:射程x處的射流軸心速度,m/s;V0:射流出口速度,m/s;x:射流斷面至噴嘴的距離,m;d0:噴嘴直徑,m;a:紊流系數。
計算可得:Vx=1.70 m/s時既能達到控制風速的要求,也可滿足《采暖通風與空氣調節 設計規范》(GBJ 19-87)對系統式局部送風的規定。
1:5孔靜壓箱;2:送風出口管嘴;3:2孔靜壓箱;
4:3孔 靜壓箱;5:消聲器;6:風機
圖1 送風系統3示意圖
排風系統由設置于地下的風道和車臺架附近的排風罩、CO2保護焊及不定位地面焊附近的 排風軟管組成,設計風量為75 000 m3/h。由于工人焊接時車臺架不時旋轉,故車臺架工 位的排風口只能設于地面。每臺車臺架設2個排風口,風口設計風量為3 230 m3/h。為防 止廢棄的焊條料頭掉入風口堵塞風道,排風口處均設有網格狀活動蓋板,其下的風口處設一 活動提筐,可將掉入的焊條頭及雜物收集起來并及時清理。
每臺車臺架處的排風支管道從 地下匯集于主管道,CO2保護焊及不定位地面焊附近產生的煙塵由設于操作臺上的排風罩 經排風軟管從地下匯集于主管道,CO2保護焊及不定位地面焊操作處的設計排風量分別為2 000 m3/h和1 000 m3/h。整個排風系統均經過阻力平衡計算,并在系統調試階段以風 量調節閥調平。
三、治理效果
治理前作業場所電焊煙塵濃度為5.0~10.5 mg/m3,平均8.6 mg/m3,超過國家衛生標準 ,其中最高超標近1倍。送、排風系統安裝完畢后進行了系統調試,車臺架操作位控制點(工人呼吸帶)風速為2.1~3 .0 m/s,每臺車臺架處排風風量為7 258~9 418 m3/h,10臺車臺架總排風量為77 846 m3/h。CO2保護焊及不定位地面焊處側吸罩罩口風速為1.50~2.55 m/s,排風風量為3 336 m3/h,均達到設計要求。
經衛生防疫部門現場監測,治理后作業場所有害物濃度見表1,作業場所5種有害物濃度均 低于國家衛生標準。
表1 治理后作業場所有害物質濃度(mg/m3)
有害因素 濃度范圍 平均濃度 國家衛生標準
CO2 0.04~0.06 0.05 0.1
NOx 0.08~0.23 0.14 5.0
HF <0.47 <0.47 1.0
電焊煙塵 1.05~3.68 2.85 6.0
錳煙(MnO2) 0.07~0.21 0.14 0.2
四、討論
手工電孤焊的主要危害因素是煙塵和錳化合物。研究表明,長期吸入錳化合物可發生慢性錳 中毒,長期吸入電焊粉塵可發生電焊工塵肺。為此,許多國家對焊接作業環境制訂了專門安 全衛生標準。如美國、日本規定的錳(無機化合物)最高容許濃度為5mg/m3。國際焊接學 會(IIW)也有專門的標準。我國《工業企業設計衛生標準》(TJ 36-79)中的錳及其化合 物(換算成MnO2)最高容許濃度為0.2mg/m3是泛指高毒性錳塵。我國頒布的《車間空氣 中電焊煙塵衛生標準》(GB 16194-1996)規定車間空氣中最高容許濃度為6 mg/m3。
該治理方案在滿足生產工藝的情況下,合理進行了送、排風系統的設計,采用天車頂部送風 與設置地下風道排風相結合的通風方式,將有害煙塵控制在工人呼吸帶以下,治理效果較顯 著。但由于資金所限,送風系統未設空調或加熱裝置,冬季使用無法滿足工效學要求。
呂琳(100020 北京市勞動衛生職業病防治研究所)
吳芳谷(北京市勞動保護科學研究所)
參 考 文 獻
1,朱序璋,戴天興,張曉鋒,等.箱形長鋼梁內焊接危害分析與對策.中國安全科學學報,1993,3:24-30.
2,清華大學,等編.空氣調節.北京:中國建筑工業出版社,1981.234-235.
在焊接操作中經常會產生一些有毒的物質,主要有臭氧、氮氧化物、乙醛、松香酸、異氰酸鹽、硫化物、碳氫化合物、一氧化碳、氟化物及氯化物等。
焊接區內的臭氧是經高溫光化學反應而產生,電弧與等離子輻射出的短紫外線使空氣中的氧分子分解成氧原子,這些氧原子或氧分子在高溫下獲得一定的能量后,互相撞擊即可生成臭氧。臭氧吸入人體內,主要是刺激呼吸系統和神經系統,引起胸悶、咳嗽、頭暈、全身無力和不想吃飯等癥狀。氧化物的種類主要有N2O,NO,NO2和N2O5等為紅褐色氣體,比空氣重,其毒性為NO的4~5倍,遇水可變成硝酸或亞硝酸,產生強烈的刺激作用。工作人員吸入高濃度的氮氧化物可引起急性哮喘癥或產生肺氣腫,長期慢性作用可引起神經衰弱癥狀群及慢性呼吸道炎癥。焊接中的一氧化碳主要來自二氧化碳的分解,因此在二氧化碳保護焊中將產生大量的一氧化碳氣體,其它的電弧焊中只產生微量的一氧化碳氣體。含氟的焊接材料參與焊接時,可產生微量的HF氣體,HF有很強的刺激。焊接煙霧嚴重時,人體可發生肺水腫,支氣管炎,肺癌、哮喘、濕疹、皮膚過敏、呼吸道感染等等,重則紊亂中樞神經,破壞消化系統,導致并發癥而衰竭死亡。路博焊接煙塵凈化器能有效的凈化空氣,為您創造一個美好健康的工作環境。正確選擇工業空氣凈化設備對每個企業都是一個重要決策。雇員的健康與安全是利益攸關的大事,生產利潤也有賴于這一選擇。LB-JZ系列焊接煙塵凈化器
一、 使用場所
LB-JZ型可移動式焊接煙塵凈化器用于焊接、拋光、切割、打磨等工序中產生煙塵和粉塵的凈化以及對稀有金屬、貴重物料的回收等,可凈化大量懸浮在空氣中對人體有害的細小金屬顆粒。具有凈化效率高、噪聲低、使用靈活、占地面積小等特點。
適用于電弧焊、二氧化碳保護焊、MAG焊接、碳弧氣刨焊、氣熔割、特殊焊接等產生煙氣的作業場所。
二、 結構組成
主要部件包括:萬向吸塵臂、耐高溫吸塵軟管、吸塵罩(帶風量調節閥)、阻火網、阻燃高效濾芯、脈沖反吹裝置、脈沖電磁閥、壓差表、潔凈室、活性碳過濾器、沉灰抽屜組合、阻燃吸音棉、帶剎車的新韓式腳輪、風機、ABB電機以及電控箱等。
三、工作原理
通過風機引力作用,焊煙廢氣經萬向吸塵罩吸入設備進風口,設備進風口處設有阻火器,火花經阻火器被阻留,煙塵氣體進入沉降室,利用重力與上行氣流,首先將粗粒塵直接降至灰斗,微粒煙塵被濾芯捕集在外表面,潔凈氣體經濾芯過濾凈化后,由濾芯中心流入潔凈室,潔凈空氣又經活性碳過濾器吸附進一步凈化后經出風口達標排出。
四、設備優勢
1、設有專用進口ABB渦輪風機和電機,采用防止電機燒壞的防過載電路,安全性高,工作性能穩定。
2、采用內置式中央集中PLC控制方式,結構簡單,便于操作。
3、脈沖反吹式自動清灰:濾芯采用全方位自動旋轉反吹清灰,使濾芯表面清灰更加徹底、干凈,能始終保證除塵器擁有一個恒定的吸風量;空壓機部分為高壓膠管連接,底部高壓進氣,可保障凈化器始終處于良好工作狀態。(可根據用戶需求設計自動或手動控制)
4、濾筒采用美國進口材料,使用壽命長,可以吸收0.3μm的粉塵顆粒,對濕性和粘性的粉塵有很好的過濾效果。
5、利用可360度隨意活動的萬向吸臂,可從煙氣發生處吸除煙氣,大大提高了煙塵的收集率,保證了作業人員的健康。
6、凈化器內部針對火災隱患和大顆粒熔渣采用了三道防護措施,使凈化器的使用壽命更長、更安全可靠。
7、潔凈空氣從格柵狀排風口方向均勻引導和分散,因而把噪音降低到最低。
8、附有專用的帶剎車的新韓式萬向腳輪,方便設備的隨意移動和定位。
9、光電控制開、關機,高效節能,懸臂罩帶有照明裝置(可選配)。
10、凈化器內耗材性能穩定,更換方便。
五、規格型號
設備
型號 |
處理風量 m3/h |
功率 Kw |
電壓
V/Hz |
過濾面積㎡ |
凈化裝置 |
濾筒表面清灰方式 |
過濾效率% |
外形尺寸
㎜ |
噪音
dB(A) |
LB-JZ
1500 |
1500 |
1.5 |
380/50 |
12 |
前置氣流均置板:1套;
前置粗過濾器:1套;
主過濾器:1套;
后置除味過濾器:1套 |
自動反吹 |
>99.97% |
580×550×1250 |
60 |
LB-JZ
2400 |
2400 |
2.2 |
380/50 |
15 |
580×550×1300 |
68 |
LB-JZ
3600 |
3600 |
3.0 |
380/50 |
20 |
600×550×1750 |
72 |
LB-JZ
2400S |
2400 |
3.0 |
380/50 |
20 |
600×900×1600 |
72 |
LB-JZ
3600S |
3600 |
4.0 |
380/50 |
30 |
830×900×1700 |
72 |