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烧焊有害物质的产生及对健康的影响

  来源:安全管理网 
评论: 更新日期:2019年12月02日

 摘要:先容了烧焊有害物质的产生机理和发尘量的影响因素,从有害物质品类、工艺方法和材料烧焊三方面探讨了有害物质对于康健的影响。结果表白,烧焊有害物质是在电弧高温效用下,焊条和母材熔化历程中,在弧柱及烧焊区产生的蒸气凝聚成细小的固态粒子和大量气体状态物质。烧焊材料特征是影响发尘量的内在因素,烧焊参量、烧焊条件以及烧焊方规则是外因,其发尘量终极受烧焊有害物质产生机理控制。实际的烧焊有害物质是多组分混合物,对于康健的影响更庞大,还必需思量有害物质的实际液体浓度,以及损害时间等因素。在焊条电弧焊、氩弧焊、等离子弧烧焊及割切,以及CO2气体掩护焊等烧焊方法放回原处中,由于产生有害物质品类、发尘量及液体浓度各不相同,所以对于康健的影响各异。不锈钢烟尘中的六价铬化物以及镍的氧化物等均有致癌效用,铝及铝合金烧焊时焊工的铝尘肺,铜及铜合金烧焊时焊工的急性铜中毒症等,是材料烧焊对于康健的主要影响。

  跟着烧焊技术向优质、高效、自动化进程项的快速发展,与高效、自动化相接洽的各类烧焊材料和烧焊工艺方法被快速推广应用。不论是自掩护药芯焊丝,照旧气掩护药芯焊丝;不论是双丝自动焊,照旧多丝自动焊,接纳大热输入量烧焊,势必导致功课区烧焊有害物质排放量暴增;另一方面,在一部分快速突起的新式烧焊布局制造企业,由于缺乏安全、康健和环保意识,功课区通风条件较差,又没有配备布置有效的排烟净扮装配,致使功课区烧焊有害物质液体浓度大大超过容许液体浓度,焊工的康健遭到很大的威胁。当前,提倡以人为本,关注环境与康健,实现安全出产和社会经济协调发展,已成为人类追谋求活路活质量晋升和社会稳定前进的新目标。接续开展烧焊与环境、烧焊与康健方面的研究与探讨,对于推动烧焊技术的清洁、环保、可连续发展,具有参考价值和重要意义。

  1、烧焊有害物质的产生

  1. 烧焊有害物质定义

  所谓烧焊有害物质,是指在烧焊和割切及相关工艺历程中产生的、超过容许液体浓度时就会风险康健的,以及可吸入的空气污染物质。烧焊有害物质的存在情势有气体状态和颗粒状况两种。

  2. 烧焊有害物质产生机理

  20世纪80年代以来,关于烧焊有害物质产生机理,逐渐形成为了比较附近的理论。该理论以为,在电弧高温效用下,焊条端部的熔化物(液态金属和熔渣)以及熔滴和熔池表面产生过热蒸气,在空气中被快速氧化凝聚成极细固态粒子,以"气溶胶"状况弥散在电弧周围,形成为了颗粒状况有害物质,即烧焊烟尘。与此同时,熔滴过渡区猛烈的化学冶炼金属反应,产生了大量气体状态有害物质,如CO、CO2、H2、O3、氮氧化物和碳氢化物等。

  3. 有害物质的构成及形态特征

  光谱分析表白,烧焊烟尘中的化学构成比较庞大,被检测到的元素有Fe、Ca、Mg、Si、Al、Ti、K、Na、Cu、Cr等,这些元素以多种化合物形态存在。表1列出了典型焊条烟尘主要化学构成。可以看出,酸性焊条烟尘中氧化铁含量、二氧化硅含量、氧化锰含量都比碱性焊条的高;碱性焊条烟尘中钾、钠氧化物和氟化物含量比酸性焊条的高。可以用"熔滴过渡电弧特征"理论解释上述结果。该理论以为,酸性焊条电弧是从焊条端部熔化金属表面上直接发生的,致使Fe、Si、Mn的过热蒸气较多,烟尘中响应的氧化物含量较高;而碱性焊条电弧是从粘贴在焊条端部熔化金属表面的熔渣上发生的。由于碱性渣的电导率比酸性渣高,且氟化物的增加也使电导率上涨,因此碱性焊条的电弧很容易通过悬垂于焊条端部的熔渣而发生,乃至于碱性焊条熔渣中的钾、钠险些全数蒸发,烟尘中氟化物较多,而Fe、Si、Mn的氧化物较少。

  用电子目镜不雅察,烧焊历程中天生的一次烟尘粒子的基本形态呈球状,直径较细在0.01~0.3mm规模内变动,以0.1mm左右的占多数。悬浮在空气中的一次粒子在静电和磁性效用下快速聚集在一路,形成直径较大的二次粒子。酸性焊条烟尘的二次粒子一般呈絮状形态,粒径大都>1mm。碱性焊条烟尘的二次粒子一般呈碎片状形态,粒径大都在1mm左右。CO2气体掩护焊的烟尘则联接成片,粒径1mm左右的烟尘粒子,可以步入呼吸道并在肺泡上淤积。

  表1 典型焊条烟尘主要化学成分(质量分数) (%)

  焊条类型 Fe2O3 Fe2O SiO2 MnO2 K2O Na2O CaO KF NaF CaF2

  钛钙型 44 1.49 17.7 7.26 6.15 5.15 1.0 9.5 - -

  低氢型 24.6 - 5.89 6.35 - 17.6 4.6 6.19 13.15 16.05

  二、烧焊有害物质发尘量的影响因素

  1.烧焊材料特征的影响

  有资料预示,在各类烧焊材料有害物质(烟尘)的发尘量中,以埋弧焊丝发尘量最小,自掩护药芯焊丝发尘量最高;在各品类型药皮焊条中,钛钙型焊条发尘量较小,其次是钛型、钛铁矿型,碱性渣系焊条的发尘量较多。在各类气掩护焊丝中,药芯焊丝产生的烟尘比实芯焊丝要大。

  从烧焊有害物质产生机理分析:①埋弧焊的实质是电弧被焊剂笼罩,产生的烧焊烟尘被反对于或者断绝,步入空气中的烟尘显得较少。②自掩护药芯焊丝中含有大量造气、造渣剂、脱氧及合金剂,其中有一些是易蒸发物质,况且是明弧、电流又较大,熔滴温度高,烧焊烟尘必然大。③电焊条中,碱性渣系药皮中含有较多的氟石和硅酸钠溶液,它们在电弧中冶炼金属反应天生低沸点的K2F、Na2F,导致发尘量增大。④气掩护药芯焊丝中含有一定数量易蒸发药芯构成物,是烟尘量比实芯焊丝大的底子原因。

  2.烧焊参量及烧焊条件的影响

  (1)烧焊电流随烧焊电流的增大,弧柱温度升高,熔滴的过热度增加,弧柱中产生的烟尘量加大。

  (2)电弧电压随电弧电压升高,电弧功率加大,工件热输入有所增大,弧柱温度升高,同样使熔滴过热度增加,弧柱中产生的烟尘量必然加大。.

  (3)电源极性烧焊电弧物理理论表白,在反极性烧焊时熔滴温度显著高于正极,致使反极性时焊条烟尘量高于正极性。

  (4)交流电源交流电弧对于焊条(焊丝)和工件的加热效用介于直流正接和直流反接电弧之间,因此交流烧焊时熔滴温度亦介于正接和反接电弧之间,焊条烟尘量介于二者之间。

  (5)焊条(丝)直径通常焊条(丝)直径增大,使用的烧焊电流也增大,熔滴温度响应升高,烧焊烟尘量增大。

  (6)焊条倾角施焊时焊条倾角增大,意味着电弧长度增长,电弧电压升高导致熔滴温度升高,烧焊烟尘量增大。

  (7)烧焊速度烧焊速度提高,熔池相对变小,并且存在时间缩短,冶炼金属反应猛烈程度有所削弱,熔滴过热度受限,烧焊烟尘量减小。

  (8)接头情势和烧焊位置不同的接头情势和烧焊位置,除了选用烧焊参量影响熔滴过热度之外,熔滴过渡体式格局也可能影响烧焊烟尘量。

  综上所述不难看出,烧焊参量的影响,实质上是熔滴温度晋升的结果。凡是晋升熔滴温度的烧焊参量,均导致烧焊烟尘的量的增大;反之亦然。

  3.烧焊方法的影响

  在多种烧焊方法中,埋弧焊的烟尘发生量最少,其次是氩弧焊比较少,位于第三的是焊条电弧焊;CO2气体掩护焊烟尘发生量决定于于使用的焊丝,接纳实芯焊丝时烟尘发生量较小,接纳药芯焊丝时烟尘发生量较大;自掩护药芯焊丝烧焊烟尘发生量最大。等离子弧烧焊与割切烟尘发生量也很大。

  总体上看,基于发尘机理的相同性或者相似形,烧焊方法对于发尘量的影响主要决定于于电弧的能量,凡使电弧能量增大的工艺方法,均使熔滴温度急剧晋升,从而导致烟尘发生量增大。

  在上述影响因素中,烧焊材料特征是内因,烧焊参量、烧焊条件以及烧焊方规则是外因,外因通过内因起作用用。也就是说,不论是烧焊参量,照旧烧焊方法,其发尘量终极受烧焊有害物质产生机理控制。烧焊材料特征才是发尘量的核心影响因素。烧焊发尘量的转变或者降低,归根结底要从烧焊材料入手,开发新式低有害物质烧焊材料。

  三、烧焊有害物质对于康健的影响

  1.气体状态有害物质

  表2列出了气体状态有害物质对于康健的影响,由此可看出:

  (1)CO是一种非常有害的没有滋味气体它能阻碍血的载氧能力,使细胞组织缺氧。当呼吸区的CO质量液体浓度到达150mL/m3时,就会产生眩晕、疲劳和头疼;到达700mL/m3时,会导致晕厥、脉搏和呼吸率增加,最后掉去知觉,呼吸搁浅,心跳停止和灭亡。

  表2 气体状态有害物质对于康健的影响

  ★工作所在最大液体浓度值。

  (2)氮的氧化物有NO和NO2两种,NO是一种无色有毒气体,NO2是棕红色的有毒气体。NO2的毒性比NO大得多,甚至在质量液体浓度相当低时就具有刺激效用。开始的一段时间感到刺激气体存在,呼吸困难,4~12h后逐渐出现恶心症状,最后出现致命的肺水肿。

  (3)O3在高质量液体浓度下是一种带有刺激性的强毒性靛蓝气体。它对于呼吸器官和秋水有刺激效用,能导致喉咙刺激、呼吸困难,并可能导致肺水肿。别的还可能有潜在的致癌效用,已被列为第三类致癌物质。

  (4)COCl2是一种带有霉烂味的至毒气体,接触者开初(3~8h)出现轻细的症状,随后紧张刺激呼吸道,最后导致肺水肿。

  (5)涂层材料产生的气体,HCN是一种带有苦杏仁味、非常弱且非常不定的氢氰酸,但它是效用最强、最快的毒气之一。它的风险类似于CO,可以极大地阻碍氧在血中的运输。

  (6)CH2O是一种带有辛辣味的无色气体,对于粘膜具有强烈的刺激效用,能导致呼吸道的发炎并可能导致癌的诱变。

  (7)TDI是甲苯基二异氰酸盐,对于呼吸道有强烈的刺激效用,能产生像气喘病的症状,并有可导致支气嗓气喘发病生的敏锐性。

  2.颗粒状有害物质

  (1)对于肺产生压迫的物质 主要有5种(见表3):①铁的氧化物(FeO、Fe2O3、Fe3O4)长期高液体浓度地吸入,会导致烟尘在肺中的淤积,引发铁质淤积性肺尘病。但如果停止接触,肺内的铁质淤积会逐渐消散。②Al2O3会导致烟尘在肺中的淤积,在某些情况下会发生铝土肺尘病。但停止接触后淤积不会逐渐消散,并对于呼吸道产生刺激。③K2O、Na2O、TiO2三种氧化物城市导致烟尘在肺中的淤积,故被列入对于肺产生压迫的物质。

  (2)有毒物质被列入有毒物质的主要有7种(见表3):①锰的氧化物(MnO2、Mn2O3、Mn3O四、MnO)质量液体浓度高时,对于呼吸道有刺激效用并导致肺炎,长期接

  表3 颗粒状有害物质对于康健的影响

  工作所在技术指导液体浓度: ①焊条电弧焊。 ②其它烧焊方法。

  触能损害神经器官系统从而导致麻木症。②氟化物(CaF2、KF、NaF、其它)质量液体浓度高时,对于胃粘膜和呼吸道粘膜产生刺激,长期吸入且多量时,可导致对于骨的慢性损害。③钡化物(BaCO3、BaF2)在烟尘中主要以水溶性情势存在,吸入后对于人的身体有风险;当可溶性钡超过MAK值时,会有少量钡的积累,在某些情况下导致人的身体组织缺钾。④氧化铅。可能导致血和神经器官的中毒。⑤氧化铜、氧化锌。吸入它们的烟尘可导致中毒性"发烧"。⑥五氧化钒。有毒并对于秋水和呼吸道有刺激效用。当质量液体浓度高于MAK值时,会导致肺功效的损害。

  (3)致癌物质被列入致癌物质的主要有5种(见表3):①六价铬化物。铬酸盐情势的六价铬化物和CrO3对于人的身体有致癌效用,尤其对于呼吸器官致癌较敏锐。六价铬化物对于粘膜也有刺激和腐蚀效用。②氧化镍(NiO、NiO2、Ni2O3)。对于呼吸道有致癌效用。③氧化镉(CdO)。它有强烈的刺激效用,类似于亚硝酸气体,可导致紧张的肺水肿。④氧化铍(BeO)。通常有强毒性,含有Be的烟尘对于上呼吸道有紧张的刺激效用,出现急性金属烟尘中毒性发烧,可导致慢性呼吸道发炎。⑤氧化钴(CoO)。当质量液体浓度较高时,对于呼吸系统有风险。

  (4)放射性物质二氧化钍(ThO2)是一种放射性物质。吸入含有ThO2的烟尘,导致人的身体的内辐射。ThO2淤积在骨骼内产生对于支气嗓和肺的辐射,从而造成风险。

  在分析上述烧焊有害物质对于康健影响的根蒂根基上,该当思虑以下几个需要解答的题目:①上述分析的是有害物质单组分的影响。实际上有害物质不是以单一组分出现,而是表现为多组分的混合物。多组分混合物对于康健的影响可能越发庞大,其影响程度更难预测。②上述有害物质对于康健的影响,还与有害物到达的实际液体浓度(即文中所谓的质量液体浓度)有关。当有害物的液体浓度超过容许液体浓度时,才会对于康健有影响。不同工艺、材料以及功课环境条件,产生的有害物品类、液体浓度不同,其对于康健的影响各异。③部分有害物质对于康健的影响,是长期吸入超过容许液体浓度的有害物质后,对于器官慢性综合损害导致病变的结果,如电焊尘肺等。

  四、烧焊工艺方法对于康健的影响

  1.焊条电弧焊

  康健影响调查表白,焊条电弧焊有害物质导致的典型康健损害主要有以下三种:

  (1)电焊工尘肺X光形态学和病理组织学研究成果证明,电焊工尘肺既不是铁末冷静症,也与矽肺不同,而是焊工吸入以氧化铁为主,同时混有氧化锰、二氧化硅和氟化物等混合烟尘和气体,长期慢性综互助用而至的一种混合性尘肺。电焊工尘肺对于肺器官产生轻度损害,肺部形成的纤维化组织是一种不成逆病变。电焊工尘肺的发病比较迟缓,发病工龄大都在15~20年以上,但也有5年以下的发病者。电焊工尘肺临床症状一般较轻,主要表现为胸闷、胸痛、气短、咳嗽和咳痰等;紧张者可因肺气肿或者支气嗓扩张而咯血。在患者胸部X采光片上,呈网织结节状暗影,个体病例晚期出现块状暗影,肋膜转变较小,并发肺结核较少,约为2%~3%。

  (2)氟中毒和电焊烟热氟中毒是长期吸入含氟量很高的烟尘所导致的一种骨质硬化的病变,也就是通常所说的氟骨症。长期使用碱性焊条,吸入可溶性氟化物烟尘,还会出现上呼吸道刺激症状,最初的症状是口渴、咽喉痛;紧张时午夜先后身体发烧,下半夜体温恢复没事了,第二天四肢无力,出现所谓电焊烟尘热。

  (3)锰中毒在一些使用高锰堆焊焊条的功课中,长期吸入高液体浓度锰的烟尘,可发生锰中毒。锰中毒一般呈慢性历程,开始的一段时间症状为头晕、头疼、掉眠、记忆力消退、疲乏无力及中心环节关头酸痛等,紧张时四肢不灵、走路艰巨、书写困难等。

  此外,在容器内功课时,烧焊烟雾对于秋水的伤害导致焊工强烈回声。然而,烧焊烟尘对于秋水的有生命的物质学效用机理怎样?到现在为止未见报导。

  2.氩弧焊

  康健影响调查表白,氩弧焊有害物质对于康健的影响,比焊条电弧焊强烈,其典型康健损害主要有以下两种:

  (1)神经器官衰弱症候群与呼吸道刺激症氩弧焊工吸入臭氧和氮氧化物,每每出现头晕、头疼、掉眠多梦、疲劳无力等神经器官衰弱症候群,同时另有胸闷、胸痛、咳嗽、不思进餐等呼吸道刺激症。紧张时可发生肺水肿和支气嗓炎。

  (2)氩弧焊工尘肺长期从事铝及铝合金的氩弧焊工,可能遭受所谓氩弧焊工尘肺损害。这类病变主要是由铝烟尘导致的。在X采光片上的特征与前述焊工尘肺一样,即出现网状纹和结节暗影。

  3.等离子弧烧焊及割切

  等离子弧的温度比其它电弧更高(10000℃以上),产生的烧焊有害物质(烟尘和有害气体)液体浓度,以及电弧辐射的强度都较其它烧焊方法为高,尤其在等离子弧喷焊与等离子弧割切时,产生的烟尘量更大,因此,对于康健的影响,其潜在的威胁较大。其典型康健损害类型与氩弧烧焊近,主要是:

  (1)神经器官衰弱症候群与呼吸道刺激症。

  (2)金属烟尘热乎焊工尘肺等。

  4.CO2气体掩护焊

  CO2气体掩护焊有害物质导致的典型康健损害主要有以下两种:

  (1)神经器官衰弱症候群长期吸入低液体浓度的CO,可能出现头疼、头晕、四肢无力等神经器官衰弱症候群。

  (2)金属烟热乎呼吸道刺激症长期吸入含锰多的烟尘,可能导致金属烟热乎呼吸道刺激症,甚至导致锰中毒。

  5、材料烧焊对于康健的影响

  1.不锈钢烧焊时对于康健的影响

  20世纪70年代外洋有人揭示,不锈钢烟尘中的六价铬有强烈的致癌诱变效用。今后,世界主要工业发达国度对于烧焊有害物质(烟尘)研究和标定结果,再次对于烟尘中铬镍的致癌效用予以证明。

  2.有色金属烧焊时对于康健的影响

  (1)铝及铝合金烧焊时焊工的铝尘肺 焊工长期吸入含铝化物为主的有害物质,如烟尘和有害气体(臭氧、氮氧化物等),可能导致铝尘肺。铝尘肺的发病症状、病理转变以及X照片所见,与电焊工尘肺相似。

  (2)铜及铜合金烧焊时焊工的急性铜中毒症焊工吸入多量含氧化铜和氧化锌的有害烟尘物质,会引恐慌性铜中毒症。主要表现为冷汗、头昏等症状。

  此外,锌、铅、镉、铍、钴等材料烧焊时,焊工吸入超过限量的有害物质(有毒气体和金属蒸气),必然对于康健造成紧张损害。

  6、结语

  (1)烧焊有害物质是在电弧高温效用下,焊条端部的熔化物以及熔滴和熔池表面天生的过热蒸气,被快速氧化凝聚成细小固态粒子,以及熔滴过渡区化学冶炼金属反应产生的大量气体状态物质。

  (2)烧焊材料特征是影响发尘量的内在因素,烧焊参量、烧焊条件以及烧焊方规则是外因,其发尘量终极受烧焊有害物质产生机理控制。烧焊发尘量的转变或者降低,归根结底要从烧焊材料入手,开发新式低有害物质烧焊材料。

  (3)烧焊有害物质品类较多,单组分效用对于康健的影响各异。实际的有害物质是多组分混合物,对于康健的影响更庞大,还必需思量有害物质的实际液体浓度,以及损害时间等因素。

  (4)焊条电弧烧焊方法中,对于康健影响较大的是电焊尘肺;在氩弧焊方法中则是神经器官衰弱症候群与呼吸道刺激症;在等离子弧烧焊及割切方法中,除了神经器官衰弱症候群与呼吸道刺激症之外,还必需注意金属烟尘热乎焊工尘肺等需要解答的题目;在CO2气体掩护焊中主要是神经器官衰弱症候群和金属烟尘热以及呼吸道刺激症。

  (5)不锈钢烟尘中的六价铬化物有强烈的致癌诱变效用,镍的氧化物也有致癌效用,铝及铝合金烧焊时焊工的铝尘肺,铜及铜合金烧焊时焊工的急性铜中毒症等,是材料烧焊对于康健的主要影响。

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