11種焊接工藝的焊接煙塵污染以及處理措施

焊接是機電行業(yè)熱加工的一個工藝大類，它指得是固體材料與固體材料（不單指金屬材料，還有非金屬材料）之間局部受熱熔融后結(jié)合在一起的一種機械電子制造熱加工工藝。焊接工藝過程產(chǎn)生的大氣污染物——焊接煙塵的特征，取決于被焊接材料的材質(zhì)、焊接材料的成分、焊接工藝方法及焊接工藝參數(shù)。不同的焊接工藝產(chǎn)生的焊接煙塵，其有害物質(zhì)、有害氣體的種類、性質(zhì)與數(shù)量有很大的區(qū)別。因此，在對建設(shè)項目進行環(huán)境影響評價中，對工程分析進行工藝污染分析涉及“焊接工藝過程產(chǎn)生的大氣污染物”時，不能籠統(tǒng)地說污染物為“焊接煙塵”，其“發(fā)塵量”一概是多少多少，治理措施一概是“移動式焊接煙塵凈化器”。

按熱熔融方式的不同，焊接工藝方法可分為：電弧焊、電阻焊、高頻焊、電渣焊、電子束焊、錫焊等，上述焊接工藝均為利用電能轉(zhuǎn)換為熱能；氧炔焊、摩擦焊、激光焊等，則利用了化學(xué)能、機械能、激光能轉(zhuǎn)換為熱能。堆焊、釬焊等則可為利用電能，亦可為利用其它能源。被熔融物，有的是被焊接材料與焊條、焊絲，有的僅為被焊接材料自身熔融，也有的是焊接材料熔融而被焊接材料不熔融。但不管誰熔融，都要避免被氧化。為此要使用各種不同的焊劑或保護氣體。施焊過程中產(chǎn)生的焊接煙塵也就各不相同了。

1 電弧焊：

1.1 手工電弧焊：

這是常見的焊接工藝，為“閃光焊”。多用于鋼材與鋼材間的焊接。焊接材料為焊條。對大量結(jié)構(gòu)用低碳鋼、低合金鋼焊接，使用多的J422焊條（鈦鈣型、酸性焊條），其焊條芯熔融鋼材成分為：C<0.12％,Mn=0.3～0.6％;藥皮成分中：TiO占24～48％,CaCO3<20％.藥皮熔融溫度比鋼芯低200多度。而J502焊條（低氫型、堿性焊條），CaO占8～26％，CaF2占10～23％。

手工電弧焊接時，在電弧高溫作用下，藥皮首先熔融。組成藥皮的穩(wěn)弧劑（Ca及K、Na等電離電位低的物質(zhì)）、還原劑（Mn、Ti、Al、Si等，可使進入熔池的氧化物還原，S、P被去除）、造渣劑及造氣劑、合金劑、膠粘劑、稀渣劑、增塑劑等，大量變?yōu)楹附訜焿m，其粒徑在0.10～1.25μm。焊接煙塵中毒害大的物質(zhì)是MnO2(約在焊接煙塵中占7.5％左右)及Fe2O3（約在焊接煙塵中占近50％）、SiO2（約在焊接煙塵中占近20％）等，會導(dǎo)致焊工錳中毒及矽肺病。有害氣體有CO、NOx等，而F會與H反應(yīng)生成有害氣體HF。針對此，GB16194《車間空氣中電焊煙塵衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定：“車間空氣中電焊煙塵高容許濃度為6mg/m3”、“在施焊過程中產(chǎn)生的其它有害物質(zhì)仍按這些毒物現(xiàn)行規(guī)定的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行”。

J422焊條施焊時發(fā)塵量為200～280mg/min,焊接材料的發(fā)塵量為6～8g/kg；J502焊條施焊時發(fā)塵量為350～450mg/min,焊接材料的發(fā)塵量為11～16g/kg。同樣是手工電弧焊接，焊條不同，藥皮成分不同，產(chǎn)生的焊接煙塵成分不同，發(fā)塵量也差別很大。J502焊條發(fā)塵量約為J422焊條的一倍，且含有HF，應(yīng)引起更大的關(guān)注。

手工電弧焊焊接煙塵的治理措施，當(dāng)焊接工位變動范圍不大時，可采用移動式焊接煙塵凈化器。當(dāng)焊接工位變動范圍較大時，移動式焊接煙塵凈化器使用不便，可通風(fēng)擴散排放；焊接煙塵產(chǎn)生量大時，應(yīng)采取“分層送風(fēng)”措施。

1.2 埋弧焊：

實芯焊絲產(chǎn)生的電弧被埋藏在小顆粒的焊劑下，施焊時看不到弧光閃射。焊劑成分以常用的“氟堿型”焊劑為例：CaO＋MgO＋MnO＋CaF2＞50%、SiO2＜50%、CaF2＞15%，粒度2～0.28mm。

施焊時產(chǎn)生的焊接煙塵含有MnO2、Fe2O3、SiO2與HF。 施焊時發(fā)塵量為10～40mg/min,焊接材料的發(fā)塵量為0.1～0.3g/kg。埋弧焊機應(yīng)隨機配備固定式焊接煙塵凈化器。

1.3 CO2氣體保護焊：

CO2氣體保護焊屬于閃光焊。要注意其采用的焊絲有實芯與藥芯兩種。

CO2氣體保護焊焊接煙塵成分主要為MnO2、Fe2O3與有害氣體CO、NOx、O3。 對于實芯焊絲（φ1.6），其施焊時發(fā)塵量為450～650mg/min,焊接材料的發(fā)塵量為5～8g/kg。對于藥芯焊絲（φ1.6），其施焊時發(fā)塵量為700～900mg/min,焊接材料的發(fā)塵量為7～10g/kg（焊接煙塵中除上述內(nèi)容外還有SiO2、HF等）。

CO2氣體保護自動焊機應(yīng)隨機配備固定式焊接煙塵凈化器。當(dāng)焊接工位固定時，應(yīng)配備固定式焊接煙塵凈化器。當(dāng)焊接工位變動范圍不大時，可采用移動式焊接煙塵凈化器。當(dāng)焊接工位變動范圍較大時，移動式焊接煙塵凈化器使用不便，可通風(fēng)擴散排放；焊接煙塵產(chǎn)生量大時，應(yīng)采取“分層送風(fēng)”措施。

1.4 氬弧焊：

氬弧焊屬于閃光焊，施焊時有強紫外線產(chǎn)生?？珊附硬讳P鋼、合金鋼、銅、鋁等。分為非熔化極氬弧焊（鎢極氬弧焊）與熔化極氬弧焊（采用實芯焊絲，保護氣體為氬氣與CO2混合氣體）。

施焊時產(chǎn)生的大氣污染物主要是NOx、O3以及MnO2、Fe2O3。

對于常用的熔化極氬弧焊，實芯焊絲直徑為φ1.6，施焊時發(fā)塵量為100～200m g/min,焊接材料的發(fā)塵量為2～5g/kg。

氬弧焊可采用移動式焊接煙塵凈化器，同時，必須保證焊接工位局部通風(fēng)良好，以保證焊工的健康。

1.5 脈沖焊：

脈沖焊屬于閃光電弧焊，它是應(yīng)用可控脈沖技術(shù)，將兩個并聯(lián)運行的電源（維弧電源及脈沖電源）向焊接電弧供電的焊接方法。脈沖焊可產(chǎn)生穩(wěn)定的小孔效應(yīng)，保證焊透并提高熔敷率，用于氬弧焊。焊接煙塵分析與氬弧焊相同。

1.6 等離子焊：

等離子焊屬于閃光電弧焊，它是通過高度集中的等離子束（射流速度達300～2000m/s,能量密度達105～106W/cm2）電弧熔化母材的焊接方法。等離子焊的焊速高，可不開坡口，焊縫性能優(yōu)良，焊縫熱影響區(qū)小，焊接變形與殘余應(yīng)力小，可焊接多種金屬，尤其對于厚3～8mm材料，是一種高效優(yōu)質(zhì)低成本的電弧焊接技術(shù)。

其離子氣采用高純氬，保護氣以氬、氦為主，有的配以少量氫。焊接煙塵分析與氬弧焊類似。

2 電阻焊：

電阻焊包括點焊、縫焊（滾點焊），凸焊，電阻對焊（電栓焊）等。施焊過程是電極對被焊接金屬施壓并通電，電流通過金屬件緊貼的接觸部位時，其電阻較大，發(fā)熱并熔融接觸點，在電極壓力作用下，接觸點處焊為一體。電阻焊無需焊材、焊劑。當(dāng)被焊接材料焊接部位表面處理潔凈時，基本沒有焊接煙塵產(chǎn)生。

3 高頻焊：

高頻焊包括高頻電阻焊、高頻感應(yīng)焊。它是利用60～500KHz高頻電流的“集膚效應(yīng)”，使電流集中加熱金屬待焊表面，使之瞬間熔融，隨之對其加壓焊在一起。用于直縫焊管（圓管、方管、異型管及異型鋼等）焊接生產(chǎn)效率甚高。焊前金屬待焊表面處理潔凈時，基本沒有焊接煙塵產(chǎn)生。

4 電渣焊：

電渣焊包括熔嘴電渣焊、非熔嘴電渣焊、絲極電渣焊、板極電渣焊。它是一種自動隱弧立焊。工藝過程分兩步：先在焊絲與引弧板（放少量鐵屑）間通電產(chǎn)生電弧，電弧熱將焊劑熔化。接著，焊絲穿過液態(tài)焊劑，在電阻熱作用下熔化，填充母材間間隙將之焊住。電渣焊用于30～1000mm厚度材料的焊接。電渣焊焊劑成分中，Al2O3、MnO2占40%左右，CaO、MgO占10-15%，TiO2、SiO2占42-48%，CaF2在3%以下。焊劑熔化與施焊過程產(chǎn)生的焊接煙塵成分與自動埋弧焊相似，但發(fā)塵量在焊劑熔化過程大，施焊時減小并趨于穩(wěn)定值。

電渣焊設(shè)備應(yīng)隨機配備固定式焊接煙塵凈化器。

5 電子束焊：

從電子槍發(fā)射的電束在高電壓（20～300KV）下加速，通過電磁透鏡聚焦成高能量密度的電子束，轟擊置于真空中的焊件，焦點處功率密度達106～108W/cm2以上，焦點直徑0.1～1mm，電子動能轉(zhuǎn)化為熱能，焊區(qū)局部溫度驟升至50000C以上，金屬熔化焊接。其焊縫深寬比20以上，可達50（厚100mm以上鋼板、300mm以上鋁合金，可不開坡口焊）。電子束焊焊速快，熱影響區(qū)小，變形小，尤適于難熔金屬與熱敏感金屬焊接。

電子束焊施焊時有X射線產(chǎn)生。但無氧化污染問題。

6 激光焊：

將激光聚焦到焊件，焦點處功率密度為104～106W/cm2，激光能轉(zhuǎn)化為熱能，局部熔化焊接。有許多類似電子束焊的特點，但激光焊無需真空，沒有X射線產(chǎn)生，不受磁場影響。可用于不同材質(zhì)、不同厚度、不同涂層金屬拼焊、超薄件（0.05～0.1mm）焊、鈦合金焊以及玻璃焊、生物組織焊等。激光焊必須注意眼睛的防護。

7 氧炔焊：

簡稱“氣焊”。利用乙炔與氧氣燃燒，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，其火焰溫度達30000C以上，將焊件、焊絲熔化，焊為一體。有時會用到焊劑（如刀頭焊使用硼砂）。

施焊時，金屬蒸汽形成煙塵。氣焊工作量一般不大。機械維修常用到氣焊，被焊件表面如有油漆、油污等，會產(chǎn)生有毒煙氣，應(yīng)注意通風(fēng)。當(dāng)在較窄小的空間施焊時，應(yīng)很好地通風(fēng)。