歐澤兵

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焊接是一項非常重要的金屬加工工藝，在美國、日本和中國分別有約70萬、40萬[1]及400萬人從事焊接及相關(guān)作業(yè)。焊接作業(yè)會產(chǎn)生強可見光、紅外輻射、紫外輻射、有毒有害氣體、噪聲和焊接煙塵等職業(yè)傷害風險，而焊接煙塵和有害氣體是焊接作業(yè)面臨的重要職業(yè)危害風險因素。有害氣體可能引發(fā)支氣管炎癥和肺水腫等癥狀；焊接煙塵可能導(dǎo)致急性中毒、金屬煙熱、哮喘等呼吸系統(tǒng)疾病以及神經(jīng)系統(tǒng)疾病，甚至可能引發(fā)焊工塵肺。企業(yè)對降低因焊接職業(yè)傷害引發(fā)的工時損失、提高員工產(chǎn)出率和有效服務(wù)年限的期望顯得尤其突出。袁建國的研究發(fā)現(xiàn)采取必要的工藝改進措施，焊工塵肺及焊接煙塵中毒事故大幅降低，可以為企業(yè)降低因焊接職業(yè)危害帶來的巨額經(jīng)濟損失[2]。但是焊工依然存在傷害風險，焊接作業(yè)的呼吸保護問題亟待解決。在了解焊接過程中產(chǎn)生的煙塵和有害氣體的來源和形態(tài)基礎(chǔ)上，找出適合相應(yīng)焊接操作的呼吸防護手段，將有利于降低焊工職業(yè)傷害風險，延長焊工有效的焊接作業(yè)工齡，降低企業(yè)的綜合成本。

1 焊接煙塵及其健康影響

焊接煙塵來源包括兩個部分，其一為在電弧高溫作用下因過熱而汽化的部分填充金屬、表面涂覆材料及少量焊接母材，在脫離電弧區(qū)域和保護氣區(qū)域后即被迅速氧化并冷凝成懸浮在空氣中細小的固態(tài)分散性粒子或細小的固態(tài)凝集性粒子；其二是在使用藥芯焊絲或藥皮焊條進行焊接操作時，藥皮或藥芯材料在電弧高溫作用下汽化，脫離保護氣區(qū)域后冷凝形成的化合物。焊接材料的不同，焊接煙塵的成分也不一樣。

Zimmer和Biswas的研究發(fā)現(xiàn)，在氬弧焊過程中被焊合金成分對于焊接煙塵顆粒的尺寸分布以及焊接煙塵的形態(tài)和化學結(jié)構(gòu)有顯著的影響，而且焊接煙塵顆粒粒徑的分布呈多形態(tài)且隨時間發(fā)生空氣動力學變化。一次焊接煙塵是一種粒徑非常小的顆粒物，在電弧區(qū)產(chǎn)生幾率較高的是0.01μm量級的粒子?；诓煌暮附庸に嚕酱笥?μm的煙塵量通常介于10%～30%總量之間[3]。對鋁合金焊接的煙塵測試發(fā)現(xiàn)，大部分焊接煙塵的粒徑均小于1μm，見表1，煙塵的粒徑分布與焊接材料、保護氣氛圍、熱輸入率和焊接方法相關(guān)。同樣的焊接材料和保護氣氛圍條件下，低熱輸入率將導(dǎo)致顆粒物數(shù)量的分布中徑相對偏向小的方向。

表1 鋁合金焊接煙塵的分布

不同焊接方法、保護氣氛圍、極性的改變、電流電壓的變化、焊接材料、表面涂覆情況以及送絲速度等都會對產(chǎn)塵率（見表2）和焊接煙塵的化學成分產(chǎn)生影響[4]。在其他因素不變的情況下，煙塵總量和輸入的能量有明顯的正相關(guān)聯(lián)系。作業(yè)環(huán)境中焊接煙塵濃度不僅與產(chǎn)塵率相關(guān)，而且受環(huán)境、工程控制措施等系列因素的影響，見表3?；诤附訜焿m的擴散特性，焊接作業(yè)者接觸的焊接煙塵濃度往往高于作業(yè)工段環(huán)境中煙塵的平均濃度，如圖1、2。

表2 不同焊接方法的產(chǎn)塵率

表3 某造船廠作業(yè)場所測定的焊接煙塵濃度

圖1 平面焊接作業(yè)

圖2 分段焊接作業(yè)

暴露于焊接煙塵會刺激作業(yè)者的呼吸系統(tǒng)，引發(fā)生理性的刺激反應(yīng)。含鋅、錳、銅等成分的焊接煙塵會導(dǎo)致焊工“金屬煙熱”，嚴重者可能出現(xiàn)血壓下降、呼吸困難、昏迷甚至呼吸衰竭現(xiàn)象。焊接煙塵中部分成分還會沉積在人體的骨骼和血液中，可能引發(fā)癌癥，尤其是近年來大量使用的含有Cr、Mn、Ni等成分的焊接材料[5]。

呼吸道黏膜由于長時間受焊接煙塵的刺激，粘膜下層粘液腺分泌減少，引發(fā)電焊工多種咽部灼熱干燥感、疼痛、發(fā)癢及異物不適感等，長期在焊接煙塵環(huán)境下作業(yè)的焊接操作人員患有慢性支氣管炎等呼吸道疾病的比例明顯高于其他人員。焊接煙塵還會增加焊工患塵肺的風險，焊工塵肺是肺組織在焊接煙塵作用下逐漸纖維化的一種不可逆的病變。結(jié)構(gòu)輕量化要求更多地使用合金材料，尤其是鋁、不銹鋼材料的大量焊接需求進一步增加了焊工罹患職業(yè)病的風險[6-7]。釷鎢電極是常用的電極材料，打磨釷鎢電極或使用釷鎢電極進行焊接操作時，會產(chǎn)生具有放射性的氧化釷煙塵，被吸入后會導(dǎo)致人體的內(nèi)輻射，從而對人體造成長期的電離輻射危害風險，見表4。盡管焊接煙塵的成分復(fù)雜，空氣動力學粒徑很小，且某些成分具有相對高的毒性，甚至具有放射性，但焊接煙塵是細顆粒物。

表4 TIG焊及電極磨削操作中的粉塵濃度[8]

2 焊接過程產(chǎn)生的有害氣體

在焊接高溫和紫外線等因素作用下，焊接過程中會產(chǎn)生臭氧、氮氧化物等多種有害氣體。焊接產(chǎn)生的有害氣體種類及產(chǎn)出量受焊接方法、焊接工藝參數(shù)、保護氣組分、保護劑組分及表面涂覆物等因素的影響。氮氧化物具有不同程度的毒性，吸入氣體當時可無明顯癥狀，存在眼及上呼吸道刺激癥狀，如咽部不適、干咳等。接觸大劑量的氮氧化物經(jīng)6～7h潛伏期后可出現(xiàn)遲發(fā)性肺水腫、成人呼吸窘迫綜合征，可能并發(fā)氣胸及縱膈氣腫。一氧化碳易與血紅蛋白結(jié)合形成碳氧血紅蛋白，使血紅蛋白喪失攜氧能力，造成組織窒息，嚴重時可導(dǎo)致死亡。臭氧是一種淺藍色、具有刺激性腥臭味氣體。臭氧主要刺激呼吸系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)，可引發(fā)胸悶、咳嗽、頭暈、全身無力和食欲不振等癥狀，嚴重時可發(fā)生肺水腫與支氣管炎。

通常在高溫和強紫外輻射條件下會產(chǎn)生臭氧，不同的焊接工藝有害氣體的產(chǎn)出量存在很大的差異，尤其是存在較強紫外輻射的氬弧焊、熔化極惰性氣體保護焊和等離子焊或切割作業(yè)中臭氧濃度相對較高。Hiroyuki Saito等在焊工呼吸區(qū)測得的臭氧、一氧化碳等有害平均濃度高于職業(yè)暴露限值，見表5。在鋁合金材料進行氬弧焊操作時，焊工呼吸區(qū)的臭氧平均濃度相對更高，見表6。臭氧和氮氧化物等有害氣體對焊工的影響不容忽視。

表5 二氧化碳氣保焊焊工呼吸區(qū)的有害氣體濃度(ppm)[9]

表6 氬氣保護焊焊工呼吸區(qū)的臭氧平均濃度(ppm)

使用藥皮焊條或藥芯焊絲焊接除了會產(chǎn)生臭氧、氮氧化物外，還可能產(chǎn)生少量的氟化氫等有害氣體。此外在罐體、船艙、地下空間等有限空間環(huán)境中進行焊接及相關(guān)作業(yè)時，除污染物濃度迅速上升及可能的缺氧風險外，還應(yīng)對焊接保護氣的逸散予以足夠重視。

3 焊接及相關(guān)作業(yè)的呼吸防護

焊接作業(yè)的呼吸危害源于焊接過程產(chǎn)生的煙塵和有害氣體，以及有限空間焊接作業(yè)帶來的風險。為了保證焊接作業(yè)人員的健康，所有焊接、切割及有關(guān)的操作必須要在足夠的通風條件下進行，但是受制于焊接工藝要求的限制，通風及局部排塵等控制措施不可能完全消除焊接煙塵和有害氣體對焊工的影響。焊接作業(yè)者的呼吸保護應(yīng)考慮煙塵、有害氣體等因素，同時考慮作業(yè)環(huán)境特點和焊工個體差異的影響。

當作業(yè)環(huán)境的焊接煙塵濃度小于10倍職業(yè)暴露限值時，焊接作業(yè)的呼吸防護可以使用過濾式防護口罩或橡膠面罩與過濾棉的組合（指定防護因數(shù)為10）；基于焊接煙塵的成分、理化性質(zhì)和粒徑分布，對于焊接用途的防護口罩或濾棉的過濾效率應(yīng)當不低于95%，即選用GB2626KN95（或KP95）或更高效率?？紤]焊接過程產(chǎn)生的臭氧、氮氧化物等有害氣體的影響，可選用活性炭口罩或者橡膠面罩加濾毒盒及過濾棉的組合，以降低有害氣體對作業(yè)者的健康影響。選用口罩或面具作為焊工呼吸防護時，需要考慮焊接面罩與口罩或面具的兼容性，互不影響各自的正常使用。

當煙塵濃度大于或等于10倍職業(yè)暴露限值時，可使用電動送風式焊接面罩或者長管供氣式焊接面罩，如圖3，送風式焊接面罩可以用于較高焊接煙塵濃度的環(huán)境，具有移動便利和良好舒適度的特點，尤其適合長時間的焊接作業(yè)及高風險焊接煙塵的環(huán)境。在有限空間進行焊接作業(yè)時，隨作業(yè)時間的延伸，作業(yè)空間的電焊煙塵濃度不斷升高、氧氣濃度可能降低，過濾式呼吸器的使用受到限制，依據(jù)有限空間作業(yè)規(guī)程應(yīng)當實時監(jiān)控環(huán)境有害氣體情況，強制向作業(yè)空間送風和焊接工位局部排塵結(jié)合的方式，同時給焊工配置長管供氣式焊接面罩，并安排監(jiān)護及救援人員和必要的應(yīng)急救援設(shè)施，如圖4。

圖3 送風式焊接焊接面罩

選擇呼吸防護裝置時，首先應(yīng)當考慮是否滿足防護效能，在此基礎(chǔ)上充分考慮焊接工藝特點、作業(yè)環(huán)境的不同以及焊工個體差異，選擇舒適度更好的呼吸防護產(chǎn)品。有呼氣閥的口罩能迅速把熱濕空氣排出到口罩外，口罩內(nèi)部溫度明顯低于沒有呼氣閥的口罩，如圖5，尤其適合長時間及濕熱環(huán)境條件下的焊接作業(yè)人員防護。

圖4 有限空間焊接作業(yè)者的安全防護措施

圖5 無呼氣閥口罩（左）和有呼氣閥口罩（右）的對比

正確選擇的防護用品必須被正確使用才能起到應(yīng)有的防護效能。周志俊等對某汽車制造廠鋁焊接作業(yè)人員的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，工人使用過濾式口罩并沒有明顯影響尿鋁的含量，職業(yè)性鋁接觸的累計時間及工人使用的焊接材料的長度可以顯著影響尿鋁的水平，過濾式口罩沒有起到應(yīng)有防護效果。首要原因是焊工僅在焊接操作時才使用呼吸防護用品，其他大部分時間非焊接操作時未全時佩戴呼吸防護用品[10]；其次是所選用的過濾式口罩是否滿足相應(yīng)標準要求、滿足特定作業(yè)環(huán)境的防護需求，是否有足夠的使用舒適度和是否適合特定的作業(yè)者；第三，正確的防護用品是否被正確使用，以及在整個焊接作業(yè)中是否全程佩戴呼吸防護用品。第四，員工的安全知識和安全意識欠缺也是造成防護失效的重要因素，如看到作業(yè)場所已經(jīng)安裝了整體通風和局部排塵裝置，進而產(chǎn)生不需要使用呼吸保護措施的錯誤認知。

4 結(jié)束語

焊接煙塵和有害氣體會危及焊工及相關(guān)人員的職業(yè)建康，增加企業(yè)的用工成本，影響和諧社會建設(shè)。企業(yè)應(yīng)從人的因素和物的因素兩個維度考慮焊接作業(yè)的呼吸防護方案。優(yōu)先使用低塵及低毒焊接材料、優(yōu)化焊接操作規(guī)范、提高焊接的自動化水平，改進作業(yè)區(qū)域的通風條件和局部排塵設(shè)施，降低作業(yè)人員的暴露水平。同時基于法律、法規(guī)和標準的相關(guān)要求，建立和規(guī)范企業(yè)的焊接安全管理制度和焊工職業(yè)健康與安全制度，認真落實并予以嚴格監(jiān)督。加強對從事焊接相關(guān)的科研、管理和操作人員的職業(yè)健康與安全教育，提高相關(guān)人員自我防護意識，降低人因因素的影響。為焊接作業(yè)人員配置滿足相關(guān)標準要求、適合使用者個體差異和符合作業(yè)及環(huán)境特點的呼吸防護裝備，并督促正確的使用及維護，最大限度地降低焊接煙塵帶來的職業(yè)危害的風險。

[1] National Institute for Occupational Safety and Health(1988)Criteria for a Recommended Standard：Welding,Brazing and Thermal Cutting[S].DHHS(NIOSH),1988：88-110

[2] 袁建國.焊接工藝改造前后衛(wèi)生效果及經(jīng)濟效益分析[J].中國衛(wèi)生工程學,2002,1(3)：158-159

[3] 沈曉勤,蒙繼龍,宋永倫.焊接過程中有害物質(zhì)問題的研究及其進展[J].焊接,2005,(7)：5-8

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[10] 周志俊,S.Letzel,G.Lehnert.鋁焊接工人尿鋁影響因素及口罩防護效果評價[J].中華勞動衛(wèi)生職業(yè)病雜志,1998,16(3)：147-150