凡是影响这三个条件的焊接电弧物理因素都会对烟尘的析出产生直接影响，另外烟尘的形成还与气体介质的氧化性有关。图5-111是药芯焊丝CO2气体保护焊表面张力过渡时析出烟尘情况的高速摄影的单帧照片。在放映高速摄影的影片时可以观察到这些细小颗粒在飞行中析出烟尘的轨迹，但几乎看不到这些细小颗粒的实际轮廓。......
2023-06-30
电焊烟尘和有毒气体对健康的影响
【摘要】：吸入的尘粒对人体健康具有很大的危害。在通风不良的条件下可能造成以下几种职业危害：1）焊工尘肺：焊工尘肺是指由于长期吸入超过规定浓度的电焊烟尘引起肺组织弥漫性纤维化的疾病。焊工尘肺曾称为“铁末沉着症”，长期吸入过量的氧化铁并伴有无定型二氧化硅、硅酸盐、锰、铁、铬以及臭氧、氮氧化物等混合烟尘和有毒气体，并在肺组织中长期作用所致的混合性尘肺。氟化氢是属于具有刺激性的有毒气体。
1.电焊烟尘的化学成分和发尘量
焊条电弧焊的发尘机理实质上是液态金属和熔渣的“过热—蒸发—氧化—冷凝”过程。看上去是青色的、棕色的焊接烟尘实际上是由悬浮在空气中的微小固体颗粒组成的，称作气溶胶，它们的直径大小决定了它们在空气中悬浮的时间和进入呼吸道的深度。当尘粒的直径约为100μm时，会快速下沉并且停留在烟尘发散源附近，这部分尘粒被人体吸入的可能性不大。直径在30～100μm的尘粒也会迅速下沉，但也可被气流携带得更远。直径小于或等于30μm的尘粒可被人体吸入，在鼻腔会过滤并沉积一部分尘粒，这部分尘粒被人体吸收的可能性也不大，除非它们能溶解于水。直径在5～30μm范围的尘粒可以在空气中停留一段时间，这部分尘粒在吸入过程中可能到达呼吸道的支气管部位，大多数可通过黏膜上皮的纤毛结构被排出体外。直径小于5μm的尘粒能进入肺泡，但在肺泡中运动的很慢。焊接产生的烟尘颗粒非常小，通常在0.01～1μm的范围，这些纳米微粒悬浮在空气中，形成“可呼吸”的焊接烟雾。
吸入的尘粒对人体健康具有很大的危害。即使空气尘粒的浓度很小，也会对人体健康造成潜在的危害。深度吸入的有害气体和金属蒸气可以达到肺泡部位，它们的影响主要取决于其化学性质。
常用结构钢焊条烟尘的化学成分见表15-6。在钛钙型E4303（J422）等焊条烟尘中，含有尖晶石型结构的Fe3O4、MnFeO3晶体和以SiO2与碱金属化合物为主体的非晶体物质。在低氢型E5015（J507）等焊条烟尘中，结晶相有MnFe2O4、Fe3O4、NaF2、CaF2、KCaF3、K2CO3、NaCO3等，非晶体仍为以SiO2与碱金属化合物为主的玻璃状物质。几种电弧焊的焊接烟尘发尘量见表15-7。
表15-6 常用结构钢焊条烟尘的化学成分（质量分数，%）
表15-7 几种焊接方法的焊接烟尘发尘量
2.焊接烟尘的职业危害
焊接烟尘是电弧焊和碳弧气刨等的主要有害因素。在通风不良的条件下可能造成以下几种职业危害：
1）焊工尘肺：焊工尘肺是指由于长期吸入超过规定浓度的电焊烟尘引起肺组织弥漫性纤维化的疾病。焊工尘肺曾称为“铁末沉着症”，长期吸入过量的氧化铁并伴有无定型二氧化硅、硅酸盐、锰、铁、铬以及臭氧、氮氧化物等混合烟尘和有毒气体，并在肺组织中长期作用所致的混合性尘肺。焊工尘肺的发病一般比较缓慢，多在接触焊接烟尘10年后，有的长达15～20年以上，主要临床表现为呼吸系统症状。
2）焊工锰中毒：长期吸入超过允许浓度的锰及其化合物的焊接烟尘，可能造成锰中毒。锰的化合物和锰尘可通过呼吸道和消化道侵入机体，主要经呼吸道进入体内。焊工锰中毒发病很慢，大多在接触3～5年以后，甚至可长达20年才逐渐发病。慢性锰中毒早期表现为疲劳乏力，时常头痛头晕、失眠、记忆力减退，以及植物神经功能紊乱，如舌、眼睑和手指的细微颤抖等。中毒进一步发展时，神经与精神症状更明显，转弯、跨越及下蹲等行动困难，走路时表现左右摇摆或前冲后倒，书写时抖动不清等。
3）焊工金属烟热：焊接金属烟尘中直径在0.05～0.5μm的氧化铁、氧化锰及氧化锌纳米微粒和氟化物等，容易通过上呼吸道进入末梢细支气管和肺泡，再进入体内，引起焊工金属烟热反应。主要症状是工作后发烧、寒战、口内有金属味、恶心、食欲不振、乏力等。
3.电弧焊有毒气体的来源和危害
电弧焊过程中产生的有害气体如下：
1）臭氧：空气中的氧在焊接电弧辐射短波紫外线的激发下，大量地被破坏，生成臭氧（O2→2O；2O2+2O→2O3）。臭氧是一种刺激性的有毒气体，呈淡蓝色，我国卫生标准规定，臭氧最高允许浓度为0.3mg/m3。臭氧对人体的危害主要是对呼吸道及肺有强烈刺激作用。
2）氮氧化物：由于焊接电弧的高温作用，引起空气中氮、氧分子离解、重新结合形成。明弧焊中常见的氮氧化物为二氧化氮。氮氧化物也是属于具有刺激性的有毒气体。二氧化氮是红褐色气体。我国卫生标准规定，氮氧化物（换算为NO2）的允许最高浓度为5mg/m3。氮氧化物主要是对肺有刺激作用，伤害呼吸系统。
3）一氧化碳：各种明弧焊都产生一氧化碳有害气体，以二氧化碳气体保护焊产生的CO浓度最高，主要来源是由于CO2气体在电弧高温作用下发生分解而形成：CO2→CO+O。CO对人体的毒性作用是使氧在体内的运输或组织利用的功能发生障碍，造成缺氧，表现出缺氧的一系列症状和体征。
4）氟化氢：氟化氢主要产生于焊条电弧焊。低氢焊条药皮内通常含有萤石（CaF2）和石英（SiO2），在电弧高温作用下与氢气形成氟化氢气体。氟化氢是属于具有刺激性的有毒气体。目前我国的卫生标准规定，其允许最高浓度为1mg/m3。对呼吸道和肺组织有刺激作用，引起黏膜溃疡等。
卫生部组织了“电焊烟尘卫生标准研究”，经大量试验研究后，按照“在卫生标准所规定的电焊烟尘浓度”的作业环境中工作30年，电焊工尘肺的发病率不大于0.5%的要求，已在国家标准GB 16194—1996《车间空气中电焊烟尘卫生》中将电焊烟尘的最高允许浓度（MAC）规定为6mg/m3。焊接作业环境空气中，除电焊烟尘按上述规定外，其他各种有害物质的最高允许浓度列于表15-8。
表15-8 作业场所空气中有害物质的最高允许浓度
（续）
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