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焊接与切割劳动卫生的有害因素来源及危害

时间:2015/3/17 18:34:06来源: 关键字:点击:
金属材料在焊接过程中的有害因素可分为金属烟尘、有毒气体、高频电磁场、射线、电弧辐射和噪声等几类。出现哪类因素,主要与焊接方法、被焊材料和保护气体有关,而其强烈程度受焊接规范的影响。一、烟尘(一)金属烟

金属材料在焊接过程中的有害因素可分为金属烟尘、有毒气体、高频电磁场、射线、电弧辐射和噪声等几类。出现哪类因素,主要与焊接方法、被焊材料和保护气体有关,而其强烈程度受焊接规范的影响。

 

    一、烟尘

    ()金属烟尘的形成

    在电气焊接过程中都产生有害烟尘,包括烟和粉尘。被焊材料和焊接材料熔融时产生蒸汽在空气中迅速氧化和冷凝,从而形成金属及其化合物的粒粒。直径小于01μm的微粒称为烟,直径在0110μm之间的微粒称为粉尘。

    这些微粒飘浮在空气中就形成了烟尘。焊接电弧的温度在3000℃以上,而弧中心温度高于6000℃。气焊时氧炔火焰的焰心温度也高于3000℃。可见电气焊接过程中在如此高温下进行,就必然引起金属元素的蒸发和氧化,这些金属元素来源于被焊金属和焊材。

    把表111所列金属元素的沸点与上述高温比较可以看出会出现金属蒸发现象。

 

111  几种金属元素的沸点

元素

Fe

Mn

Si

Cr

Ni

沸点℃

3235

1900

2600

2200

3150

 

    黑色金属焊接时发尘量及其主要毒物见表112

 

112  黑色金属焊接时发尘量及主要毒物

焊接工艺

发尘量

(gkg)

粉尘中

主要毒物

备注

手工电弧焊

低氢型低碳钢焊条

(E5015)

11.113.1

FMn

    ()

Mn4254、可溶性氟85107。全氟214

钛钙型低碳钢焊条

(E4303)

7.7

Mn

Mn77、可溶性氟17、全氟17

钛铁矿型低碳钢焊条

(E4301)高效率铁粉焊条

11.5

1022

Mn

Mn

发尘量与电流关系较大

气体保护电弧焊

CO2保护药芯焊丝

CO2保护实芯焊丝

Ar+5O2保护实芯焊丝

1113

8

36.5

Mn

Mn

Mn

发尘量与电流无关

 

    ()金属烟尘的危害

    焊接金属烟尘的主要成分很复杂。焊接黑色金属材料时,烟尘的主要成份是铁、硅、锰。焊接其它不同材料时,烟尘中尚有铝、氧化锌、钼等。上述成分中,主要有毒物是锰。使用低氢型焊条的手工电弧焊接,粉尘中含有极毒的可溶性氟。

    焊工长期接触金属烟尘,如果防护不良,吸进过多的烟尘,将引起头痛、恶心、气管炎、肺炎,甚至有形成焊工尘肺、金属热和锰中毒危险。

    烟尘还能引起像肺粉尘沉着症,支气管哮喘、过敏性肺炎、非特异性慢性阻塞性肺病,有些放射性粉尘还有致癌作用,有毒粉尘的吸入还可引起全身性中毒症状。

    1.焊工尘肺

    尘肺是指由于长期吸入超过规定浓度的粉尘,引起肺组织弥漫性纤维化变化的病症。

    现代研究指出,焊接区周围空气中除了大量氧化铁和铝等粉尘之外,尚有许多种具有刺激性和促使肺组织纤维化的有毒因素。例如硅、硅酸盐、锰、铬、氟化物及其它金属氧化物。还有臭氧、氮氧化物等混合烟尘和有毒气体。目前一般认为:由于长期吸入超过允许浓度的上述混合烟尘和有毒气体,在肺组织中长期作用就形成混合性尘肺。因而焊工尘肺不同于铁木沉着症和矽肺。

    人体对进入呼吸道的粉尘具有一定的自我防御能力,有以下几种防御形式:

    (1)鼻腔里的粘液分泌等可以使大于10μm的尘粒沉积下来,而后被导出体外。

    (2)直径在210μm之间的尘粒深入呼吸道进入各级支气管后,流速减缓而沉积,粘着在各支气管管壁上,其中大多数通过粘膜上皮的纤毛运动伴随粘液向外移动、传出,通过咳嗽反射到体外。

    引入肺泡的粉尘一部分随呼气排出体外,一部分沉降于肺内,被巨噬细胞吞噬,但其中部分可能进入肺泡周围组织沉积于局部或进入血管和支气管旁的淋巴管,进而引起病变。

    由上所述,可看出人体对粉尘有良好防御能力。但防尘措施不好,长期吸入浓度较高的粉尘,仍可对人的机体产生不良的影响,形成焊工尘肺。

    焊工尘肺的发病一般比较缓慢,有的病例是在不良条件下接触焊接烟尘长达1520年以上才发病的。表现为呼吸系统的症状,如气短、咳嗽、胸闷和胸痛,有的患者呈无力、食欲不振、体重减轻及神经衰弱等。

    2.锰中毒

    焊工长期使用高锰焊条以及焊接高锰钢,如果防护不良,则锰蒸气氧化而成的氧化锰及四氧化三锰等氧化物烟尘,就会大量被吸入呼吸系统和消化系统,侵入机体。排不出体外的余量锰及其化合物则在血液循环中与蛋白质相结合,以难溶盐类形式积蓄在脑、肝、肾、骨、淋巴结和毛发等处,并影响末稍神经系统和中枢神经系统,引起器质性的改变,造成锰中毒。

    锰中毒发病很慢,大多在接触了35年后甚至长达20年才逐渐发病。早期症状为乏力、头痛、头晕、失眠、记忆力减退以及植物神经功能紊乱。中毒进一步发展,神经精神症状均更加明显,动作迟钝困难,甚至走路左右摇摆,书写时振颤不清等。

    3.焊工金属热

    焊接金属烟尘中的氧化铁、氧化锰微粒和氟化物等物质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“金属热”反应。手工电弧焊时,碱性焊条比酸性焊条容易产生金属热反应。其主要症状是工作后寒颤,继之发烧、倦怠、口内金属味、恶心、喉痒、呼吸困难、胸痛、食欲不振等。据调查,在密闭罐内、船舱内使用碱性焊条焊接的焊工,当通风措施和个人防护不利时,容易得此症状。

 

    二、有毒气体

    在电气焊接区的周围空间形成多种有毒气体。特别是电弧焊接中在焊接电弧的高温和强烈紫外线作用下,形成有毒气体的程度尤为厉害。所形成的有毒气体中主要有臭氧、氮氧化物、一氧化碳和氟化氢等。

    有毒气体成份及量的多少与焊接方法、焊接材料、保护气体和焊接规范有关。例如采用熔化极氩弧焊焊接碳钢时,由于紫外线激发作用而产生的臭氧量达73μgmin。而采用二氧化碳气体保护焊接碳钢时,臭氧量仅产生7μgmin左右。气焊和气割过程中产生的有毒气体相对电弧焊来说少一些,主要是一氧化碳和氮氧化物。但当使用含有氟化物的溶剂时,还产生氟化氢有毒气体。

    各种有毒气体被吸入人体内,都影响操作者的健康。

    ()臭氧

    空气中的氧,在短波紫外线的激发下,被大量地破坏而生成臭氧(O3),臭氧是一种淡蓝色的有毒气体,具有刺激性气味。明弧焊可产生臭氧,氩弧焊和等离子弧焊更为突出。

    臭氧浓度与焊接材料、焊接规范、保护气体等有关。一般情况下,手工弧焊时的臭氧浓度较低。

    ()氮氧化物(NONO2)

    由于焊接高温作用,引起空气中氮、氧分子离解,重新结合而成为氮氧化物。其中主要是二氧化氮(NO2),因为其它氮氧化物如一氧化氮等均不稳定,易转变为二氧化氮,因此常以测定二氧化氮的浓度来表示氮氧化合物的存在情况。

    氮氧化物是属于具有刺激性的有毒气体,主要表现为对肺的刺激作用。高浓度的二氧化氮被吸入肺泡后,由于肺泡内湿度大,反应加快,在肺泡内约可阻留80%,逐渐与水作用形成硝酸与亚硝酸。

    硝酸与亚硝酸对肺组织产生强烈刺激及腐蚀作用,引起中毒。慢性中毒的主要症状是精神衰弱,如失眠、头痛、食欲不振、体重下降。高浓度的氮氧化合物能引起急性中毒,其中轻者仅发生急性支气管炎。重度中毒时,引起咳嗽激烈、呼吸困难、虚脱、全身软弱无力等症状。

    ()一氧化碳(CO)

    各种电气焊都能产生一氧化碳有毒气体,二氧化碳保护焊产生的一氧化碳浓度最高。

    电弧焊时一氧化碳的来源一是由二氧化碳气体在高温作用下发生分解而形成。二是由电气焊时二氧化碳与熔化了的金属元素发生反应生成一氧化碳。气焊氧炔火焰也产生一氧化碳。

    一氧化碳是一种窒息性气体。一氧化碳经呼吸道进入体内,由肺泡吸收进入血液,与血红蛋白结合成碳氧血红蛋白,阻碍了血液带氧能力,使人体组织缺氧而表现出症状,严重的能中毒窒息。

    焊接中一般不会发生较重的一氧化碳中毒现象,只有在通风不良的条件下,焊工血液中的碳氧血红蛋白才高于常人。

    ()氟化氢(HF)

    氟化氢主要产生于手工电弧焊。使用碱性焊条时,焊条药皮里常含有萤石(CaF2),在电弧的高温作用下形成氟化氢气体。

    氟化氢为无色气体,极易溶于水形成氢氟酸,其腐蚀性很强,毒性剧烈。吸入较高浓度的氟化氢气体,可立即引起眼、鼻和呼吸道粘膜的刺激症状,严重时发生支气管炎、肺炎等。

    还需指出,烟尘与有毒气体存在着一定的内在联系。电弧辐射越弱,则烟尘越多,有毒气体浓度越低。反之,电弧辐射越强,有毒气体浓度就越高。国内报导焊接现场有害气体的测量值及TJ3679标准规定的最高浓度值见表113

 

113  焊接有害气体测量值

有害物质名称

现场测量值

(mgm3)

最高允许浓度

(mgm3)

臭氧(O3)

0.130.26

0.3

氧化氮(换算成NO2)

0.11.11

5

一氧化碳(CO)

4.215

30

二氧化碳(CO2)

9000

氟化氢及氟化物(换算成F)

16.7551.2

1

    ①为船舱、锅炉、罐内等通风不良处测定值。

    ②为美、日、德国规定值。

 

    三、弧光辐射

    电弧放电时,一方面产生高热,同时还会产生弧光辐射。

    据测定,CO2保护焊的弧光辐射强度是手工电弧焊的23倍,氩弧焊是510倍,而等离子弧焊割比氩弧焊更强烈。

    焊接弧光辐射主要包括可见光线、红外线和紫外线。弧光辐射作用到人体上,被体内组织吸收,引起组织的热作用、光化学作用或电离作用,造成人体组织急性或慢性的损伤。

    ()紫外线

    焊接电弧产生的强烈紫外线对人体健康有一定的危害,可引起皮炎,皮肤上出现红斑,甚至出现小水泡、渗出液和浮肿,有烧灼、发痒的感觉。紫外线对眼睛的短时照射就会引起急性角膜结膜炎,称为电光性眼炎,这是明弧焊工和辅助工人一种常见的职业性眼病。同时,焊接电弧的紫外线辐射对纤维的破坏能力也很强,其中以棉织品损伤最严重。白色织物由于反射性强,耐紫外线辐射能力较强。

    ()红外线

    红外线对人体的危害主要是引起组织的热作用。焊接过程中,眼部受到强烈的红外线辐射,立即会感到强烈的灼伤和灼痛,发生闪光幻觉,长期接触还可能造成红外线白内障,视力减退,严重时能导致失明。此外还可造成视网膜灼伤。

    ()可见光线

    焊接电弧的可见光线的光度,比肉眼正常承受的光度要大到一万倍以上。受到照射时,眼睛有疼痛感,一时看不清东西,通常叫电焊“晃眼”,在短时间内失去劳动能力,但不久即可恢复。

 

    四、噪声

    在等离子弧喷枪内,由于气流间压力的起伏、振动和摩擦,并从喷枪口高速喷射出来,就产生了噪声。噪声的强度与成流气体的种类、流动速度、喷枪的设计以及工艺性能有密切关系。等离子弧喷涂和等离子弧切割因工艺要求有一定的冲击力,因而噪声强度高。等离子弧喷涂时声压级可达123dB(A),常用功率(30kW)等离子弧切割时为1113dB(A),大功率(150kW)等离子弧切割时则达1183dB(A)。切割厚度增加,所需功率应提高,因此噪声强度亦有提高。成流气体种类对噪声的影响,以应用双原子气体者较高。而且双原子气体噪声的特点是高频噪声为主,高低频噪声强度的悬殊较大。而单原子气体则低频噪声较强,高低频噪声强度较接近。

    以上所述之噪声值均超过国家规定的卫生标准(见表114)

 

114噪声卫生标准

每个工作日接触噪声时间(h)

新建、扩建、改建企业允许噪声[dB(A)]

现有企业暂时允许噪声[dB(A)]

8

85

90

4

88

93

2

91

96

1

94

99

最高不超过115[dB(A)]

 

    人体对噪声最敏感的是听觉器官。无防护情况下,强烈的噪声可以引起听觉障碍、噪声性外伤、耳聋等症状。长期接触噪声,还会引起中枢神经系统和血管系统失调,出现厌倦、烦燥、血压升高、心跳过速等症状。

    此外,噪声还可影响内分泌系统,有些敏感的女工可发生月经失调、流产和其它内分泌腺功能紊乱现象。

 

    五、放射性物质

    氩弧焊和等离子弧使用的钍钨棒电极中的钍是天然放射性物质,能放出αβγ三种射线。焊接操作时,基本危害形式是含有钍及其衰变产物的烟尘被吸入体内,它们很难被排出体外,因而形成内照射。外照射危害较小,用纸、布及其它材料的屏蔽或离射源1020cm的空气间隔即可将α粒子完全吸收。β粒子可用铝板或一层塑料布进行隔离。γ射线贯穿力较强,但仅占三种射线总量的1%,其内照射危害较大。

    射线不超过允许值,就不会对人体产生危害。但人体长期受到超容许剂量的照射,或者放射性物质经常少量进入并积蓄在体内,则可能引起病变,造成中枢神经系统、造血器官和消化系统的疾病,严重的可能发生放射病。

    根据对氩弧焊和等离子焊的放射性测定,一般都低于最高允许浓度,但在钍钨棒磨尖、修理,特别是贮存地点,放射线浓度大大高于焊接地点,可达到或接近最高允许浓度。

 

    六、高频电磁场

    在非熔化极氩弧焊和等离子弧焊割时,常用高频振荡器来激发引弧,有的交流氩弧焊机还用高频振荡器来稳定电弧。人体在高频电磁场作用下,能吸收一定的辐射能量,产生生物学效应,主要是热作用。

    高频电磁场强度受许多因素影响,如距离振荡器和振荡回路越近场强越高,反之则越低。此外,与高频部分的屏蔽程度等有关。

    据测定,手工钨极氩弧焊时,焊工各部位受到高频电磁强度均超过标准,其中以手部强度最大,超过卫生标准五倍多。高频电磁场的参考卫生标准规定为20Vm

    人体在高频电磁场作用下会产生生物学效应,焊工长期接触高频电磁场能引起植物神经功能紊乱和神经衰弱,表现为全身不适、头昏头痛、疲乏、食欲不振、失眠及血压偏低等症状。如果仅是引弧时使用高频振荡器,因时间较短,影响较小,但长期接触是有害的,所以,必须对高频电磁场采取有效的防护措施。高频电会使焊工产生一定的麻电现象,这在高处作业时是很危险的,所以高处作业不准使用高频振荡器进行焊接。

    电气焊接切割过程中都会发生金属飞溅现象,这是焊接熔池冶金反应和熔滴过渡所产生的,是所有明弧焊所共有的危害因素。它很容易引起灼伤或烧坏衣服及存在引起失火的可能性。

    本节的上述内容概述了焊接过程的有害因素,各种焊接方法产生有害因素的强烈程度如表115。按我国卫生标准,几种有毒气体的最高允许浓度见表116

 

115  焊接过程中的有害因素

工艺方法

      

电弧辐射

高频电磁场

烟尘

有毒气体

金属飞溅

射线

噪声

酸性焊条手工电弧焊

0


00

0

0



低氢焊条手工电弧焊

0


000

0

00



高效铁粉焊条手工电弧焊

0


0000

0

0



碳弧气刨

0


000

0



0

镀锌铁手工电弧焊

0


0000

0

0



电渣焊



0





埋弧焊



00

0




实芯细焊丝CO2气体保护焊

0


0

0

0



实芯粗焊丝CO2气体保护焊

00


00

0

00



钨极氧弧焊(铅、钛、铜、镍、铁)

00


0

00

0

0


钨极氩弧焊(不锈钢)

00

00

0

00

0



熔化极氩弧焊(不锈钢)

00

00

0

00

0



气焊黄铜



0

0




气焊铝




0




火焰钎焊




0




    注:0表示强度。其中0轻微,00中等,000强烈,0000最强

 

116  按我国卫生标准几种有害气体的最高允许浓度

有毒气体

最高允许浓度(毫克/立方米)

臭氧(O3)

0.3

氮氧化物(换算成NO2)

5

一氧化碳(CO2)

30

氢氟酸(HF)及氟化物(换算成F)

1

氧化锌(ZnO)

5

铅烟

0.03

锰及其化合物(换算成MnO2)

0.2


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