第二節　焊接有害因素分析及防護

焊接是工業生產企業中最常見的工作之一，在一些新建的中小型企業中，由于技術、資金和相應的職業衛生知識缺乏，加上部分企業從業人員流動性較大，焊工整體素質偏低，安全生產意識淡薄，自我勞動保護意識差。在施焊時所產生的大量煙塵和有害氣體，不可避免地造成了焊接職業危害，嚴重地危害著焊接工人的身體健康，給企業和職工都會造成經濟損失，甚至成為影響社會穩定的不利因素。

一、電焊煙塵的危害與電焊工肺塵埃沉著病的防護

1.電焊煙塵對人體健康的危害

電弧焊時，在電弧的高溫作用下，使液態金屬和熔渣過熱而蒸發，這種高溫蒸氣一脫離電弧高溫區，即被迅速氧化與冷凝成細小的固態分散性粒子或細小的固態凝集性粒子，在空氣中懸浮，成為電焊煙塵。

過去對電焊煙塵的危害程度，曾經存在爭議。到20世紀80年代由于一些單位的電焊工發病率上升，經中國預防醫學科學院勞動衛生研究所、大連造船廠、江南造船廠、甘肅省衛生防疫站、鐵道部勞動衛生研究所及齊齊哈爾車輛廠等單位合作，通過對發病情況的調查、臨床研究及動物試驗，特別是通過對因患肺塵埃沉著病而死亡的電焊工尸檢分析，確認長期吸入結422和結507焊條等的電焊煙塵后，影響人體的呼吸機能，能引起肺組織纖維化，損害電焊工的身體健康和勞動能力。

電焊工肺塵埃沉著病患者的自覺癥狀，以咳嗽、咳黑色痰、胸悶、氣短為多，肺活量降低，Ⅰ期患者的X光胸片出現不規則小陰影或類圓形小陰影。

電焊煙塵是高溫使焊藥、焊芯和被焊接材料熔化蒸發，逸散在空氣中氧化冷凝而形成的顆粒極細的氣溶膠。電焊煙塵因使用的焊條不同有所差異。如使用T422焊條焊接時，電焊煙塵主要為氧化鐵，還有二氧化錳、非結晶型二氧化硅、氟化物、氮氧化物、臭氧、一氧化碳等；使用507焊條時，除上述成分外，還有氧化鉻、氧化鎳等。

電焊工肺塵埃沉著病的發病機制仍不完全清楚。患病后兩肺呈灰黑色，肺內可見散在的大小不等的塵灶，塵灶多呈不規則狀或星芒狀，少數呈類圓狀。塵灶直徑多在1mm以下，少數直徑為1～2mm，直徑達3mm者很少。多數塵灶中膠原纖維含量均在50%以下，部分病灶為單純粉塵沉著，不含或含少量膠原纖維，以塵斑形式存在。塵斑分布在肺泡腔、肺泡間隔、呼吸性細支氣管和血管周圍。塵粒經鐵染色呈陽性，切片經高溫灰化未發現雙折光石英塵粒。肺內可見散在分布的2mm左右的結節，部分結節可密集成堆，質韌，結節內可見多量的較粗大的膠原纖維，也可發生玻璃樣變。在塵斑和結節周圍常可見到程度不同的灶周氣腫。少數電焊工肺塵埃沉著病尸檢證明，肺內可見由多量密集的粉塵纖維灶及廣泛的間質纖維化構成的大塊肺纖維化。由于焊接煙塵及氮氧化物等有害氧化的作用，肺內大小支氣管可發生擴張和炎癥。

2.對電焊煙塵有效的預防措施

為消除電焊煙塵對人體健康的危害，最為有效的防護措施是加強焊接工作場所的通風除塵工作，包括車間整體通風、狹窄工作區間的通風換氣和焊接工位的抽煙排塵等。

根據GBZ 2.1—2019《工作場所有害因素職業接觸限值第1部分：化學有害因素》規定，工作場所空氣中電焊煙塵時間加權平均容許濃度（PC-TWA）為4mg/m3。

二、氣體保護焊有害氣體的危害與防護

除產生焊接煙塵外，CO₂氣體保護焊會產生一氧化碳等有害氣體，氬弧焊和等離子弧焊會產生臭氧等有害氣體。

1.氣體保護焊有害氣體的危害

CO₂氣體保護焊過程中產生的一氧化碳，主要來源于二氧化碳在電弧高溫下的分解。一氧化碳與人體血液中輸送氧氣的血紅蛋白具有極大的親和力，所以一氧化碳經肺泡進入血液后，便很快與血紅蛋白結合成“碳氧血紅蛋白”，使血紅蛋白失去正常的攜氧功能，造成人體組織缺氧而引起中毒。

目前我國CO₂氣體保護焊占全部焊接工作量的比例已超過20%，集裝箱行業已超過90%，部分骨干造船廠已超過60%。因此，必須關注CO₂氣體保護焊的職業危害與防護問題。

在不通風的條件下，不但電焊煙塵濃度超標，而且一氧化碳濃度會達到64.20mg/m3，超過GBZ 2.1—2019標準規定的短時間接觸容許濃度（PC-STEL）30mg/m3一倍以上。而且隨著工作時間的延長，一氧化碳濃度可能上升到100mg/m3以上，電焊工血液中的“碳氧血紅蛋白”已接近一氧化碳輕度中毒的范圍。而采取0.5m/s風速的通風措施后，電焊煙塵和一氧化碳濃度都達到國家衛生標準規定的容許濃度范圍。所以在CO₂氣體保護焊時，必須采取通風防護措施。

氬弧焊和等離子弧焊時，由于弧區溫度高和紫外線輻射強烈，空氣中的氧氣經高溫光化學反應而產生臭氧（O₃）。臭氧被吸入人體后，主要是刺激呼吸系統和神經系統，引起胸悶、咳嗽、頭暈、全身無力和厭食等癥狀，嚴重時可發生肺水腫與支氣管炎。因此GBZ 2.1—2019標準規定，工作場所空氣中臭氧的最高容許濃度僅為0.3mg/m3。

2.氣體保護焊有害氣體的防護對策

實測國內五個工廠采用手工鎢極氬弧焊焊鋁和鋁鎂合金時，工作地點空氣中臭氧濃度為1.48～12.42mg/m3；實測等離子弧堆焊和等離子弧噴焊時，工作地點臭氧濃度為7.5～65mg/m3，均大大高于衛生標準規定的最高容許濃度。其防護對策是采取有效的通風換氣措施，使焊工呼吸帶附近的空氣中臭氧濃度小于0.3mg/m3。

三、電焊弧光的危害與防護

1.電焊弧光的危害

對電焊弧光進行光譜分析可知，電焊弧光包含紅外線、可見光、紫外線三個部分。據測定，電弧功率7000kW左右的焊條電弧焊弧光光譜中，約含波長＞1300μm的紅外線38%，波長780～1300μm的近紅外線31%，波長400～780μm的可見光26%，波長200～400μm的紫外線5%。氬弧焊所產生的紫外線強度是一般焊條電弧焊的十幾倍到30倍，等離子弧焊的紫外線強度可比焊條電弧焊大30～50倍。

焊接電弧的可見光的光度，比人眼能正常承受的光線光度可大一萬倍。這樣強烈的可見光，將對視網膜產生燒灼，造成電光性眼炎。此時將感覺眼睛疼痛，視覺模糊，有中心暗點，一段時間后才能恢復。如長期反復作用，將逐漸使視力減退。

焊接電弧中的紅外線對眼睛的損傷是一個慢性過程。眼睛晶狀體長期吸收過量的紅外線后，將使其彈性變差，調節困難，使視力減退。嚴重者還將使晶體狀渾濁，損害視力。焊工一天工作后，如自覺雙眼發熱，大多是吸收了過量紅外線所致。

焊接電弧中的紫外線照射人眼后，會導致角膜和結膜發炎，產生“電光性眼炎”，屬急性病癥，使兩眼刺痛、眼瞼紅腫痙攣、流淚、怕見亮光，癥狀可持續1～2天，休息和治療后，將逐漸好轉。

應強調指出，一些論述電焊弧光對眼睛損傷的文章，多偏重于談電光性眼炎，而對可見光損傷視力以及對紅外線慢性損傷視力關注不夠。近年來不少地區和企業都已發現一些技術熟練的中年電焊工，因視力減退，正當壯年而不能充分發揮相應技能。這無論對個人，還是對社會，都是損失。

2.電焊弧光的防護

（1）對電焊弧光危害的防護　第一是必須采用品質合格的焊接濾光片（黑玻璃）；第二是要增強個人的防護意識。

（2）國家標準《焊接眼面部防護焊接防護第1部分：焊接防護具》（GB/T 3609.1—2008）對焊接濾光片的“紫外線透射比”“可見光透視比”“紅外線透視比”，都有非常具體和明確的規定，對濾光片的屈光度偏差和平行度也有明確規定，全部性能必須符合上述規定的焊接濾光片，才可使用。另外，必須注意市售的一些劣質焊接濾光片（黑玻璃）只能防護可見光與紫外線，而防護紅外線的作用差，將損傷視力，因此企業絕不能圖便宜去采購劣質焊接濾光片。

（3）焊工要增強個人防護意識　在使用焊接濾光片時要檢查其產品合格證及對紫外線和紅外線濾光性能的檢驗證書，拒絕使用無證的焊接濾光片。

四、激光焊接的安全與防護

激光是受激輻射放大的光，與傳統的光源相比，它的四個顯著特點是方向性好、亮度高、單色性強、相干性好。激光具有良好的時空特性，聚焦后功率密度可達105W/cm2以上，對材料的作用既可以是連續式的，又可以是準連續式的，還可以是脈沖式的。脈沖寬度可以短至微秒、納秒甚至更短，其作用在材料上的面積、形狀、功率（或能量）均可以方便調節。波長為1.06μm的YAG激光可用光纖傳輸，千瓦級的YAG激光光纖傳輸時的光纖直徑僅幾百微米，激光的這些特點使其在焊接及其相關領域（諸如切割、打孔、打標、熔覆等領域）得到了日益廣泛的應用，并受到了越來越多的關注。

另外，激光也像一般光一樣有生物效應，這種生物效應一方面可給人類帶來益處，諸如育種、醫療；另一方面無防護的大功率激光輻射，也會造成人體組織直接或間接的損害。因此，了解激光對生物體可能造成的損傷，對從事激光焊接的工作者是十分必要的。

1.激光的生物效應

激光對生物機體的效應主要有熱效應、光效應、壓力效應以及電磁場效應。

（1）熱效應　熱效應是指高功率密度的激光輻照生物體時所引起的生物體組織蛋白質的破壞、燒傷、炭化、氣化、穿孔等。

研究表明，用100J的激光照射到0.1cm3的生物體上，在很短的時間內可升溫至200℃。然而，溫度下降的速度卻很慢，溫度的急升和緩降會引起基因的突變。通常情況下，基因由約1000個原子組成，原子受高熱會改變其位置，變成異構分子。

（2）光效應　光效應是指激光照射生物體所引起的刺激、抑制以及分解等作用，激光對人體的光效應與激光波長、照射時間、照射劑量等有關。

①光敏作用。光敏作用是指激光對生物體的刺激或抑制作用。He-Ne激光的波長為0.6328μm，毫瓦級的He-Ne激光照在人體上幾乎沒有溫升的感覺，然而，卻能刺激酶的活性，增強血液中吞噬細胞、紅細胞和血色素的含量。

②光致損傷。高度單色性的激光會使分子里的化學鍵受激發而引起分子分解。

（3）壓力效應　光照射在物體上，光的動量傳遞給物體即形成光壓，光壓與功率密度成正比。激光的壓力來自兩個方面：一是輻射壓力，當功率密度為108W/cm2時，輻射可達3400Pa；二是功率密度超過人體損傷的閾值時，組織蒸發、氣化產生的沖擊壓力。輻射和沖擊壓力構成了總壓力。

（4）電磁場效應　正常機體細胞和組織有一定的游離電荷儲備，存在一特殊的生物場。激光作為一種很強的電磁波，其照射人體組織時，其電磁場會對人體組織的生物場產生干擾，影響其生理狀態。

激光光波的電磁場主要影響機體的原子和分子狀態，進而影響生物電位，生物電位對神經脈沖傳遞有重要作用，所以，激光輻照會使神經脈沖傳遞受刺激、抑制或破壞。

2.激光焊接引起的危害

激光焊接時，工作人員處于強激光的附近，如防護不好，可能會對眼睛、皮膚以及神經系統產生危害。

（1）激光對神經的影響　激光對神經的影響通過電磁效應而產生。激光可通過皮膚對神經末梢起作用，國外許多從事相關研究的專家通過對家兔、豚鼠的研究證實了這一點。

（2）激光對眼睛的損害　人對物體的視覺形成過程是：物體發出的可見光刺激視網膜上的感光細胞，然后經視神經傳給大腦。當視網膜受到光強很大的激光照射時，輕則使視神經發痛，重則使視網膜損壞。人的眼睛作為一個生物聚焦系統，聚焦后作用在視網膜上的功率密度較進入角膜前可提高（2～5）×105倍。顯然，高度平行的激光對人眼可能引起的損傷必須高度重視。

激光對眼睛的損害與激光波長、功率或能量、脈寬、環境等有關。功率越大，波長越短，損傷越嚴重；夜間或在暗室時，瞳孔大，進入眼睛的能量大，危害大。

（3）激光對皮膚的損害　激光對皮膚的損害主要是燒傷。研究表明，深色皮膚較淺色皮膚的吸收率高；皮膚對CO₂激光的吸收率高；吸收的能量主要沉積在皮膚淺層。

3.激光輻射危害的控制

為了確保激光焊接時的安全與防護，對激光危害必須嚴加控制，控制方法主要是工程控制、個人防護等。

（1）工程控制　工程控制是指對激光器或激光加工系統在結構上所采取的安全措施，主要包括：

①防護罩。用以防止工作人員受到超過最大允許照射量的激光輻射。

②安全聯鎖。與防護罩相連的，在移開防護罩時可避免輻射的自動裝置。

③安全光路。對輻照可能引起燃燒或次級輻射的光路予以封閉。

④光束終止。為了使激光束不超越受控的加工作業區，可使用光束終止器或衰減器。

（2）個人防護　個人防護主要是指：

①佩戴激光防護眼鏡。激光防護眼鏡的濾光片選擇性地衰減特定的激光波長，并盡可能多地透過非防護的可見輻射。激光防護眼鏡可分為普通眼鏡型、邊框不透光的防側光型以及邊框部分透光的半防側光型。

②佩戴激光防護面罩。主要用于紫外激光源防護，激光防護面罩不僅可以保護眼睛，也可以保護面部皮膚。

③激光防護手套。高功率、高能量的激光無論直射或散射均會造成損害，因而，佩戴激光防護手套也是必要的。

④穿戴激光防護服。對工作人員皮膚可能受到最大允許照射量的崗位，應提供激光防護服，防護服應耐火、耐熱。

五、防火防爆安全措施

（1）為防止火災和爆炸類事故的發生，在作業前應仔細檢查作業場所，在企業的禁火區內嚴禁動火焊接。

（2）作業場所周圍10m的范圍內不得存放易燃易爆物品。

（3）在進行氣焊或氣割作業時，要仔細檢查瓶閥、減壓閥和膠管，不能有漏氣現象，擰裝和拆取閥門都要嚴格按操作規程進行。

（4）在進行電焊作業時，應注意電流過大而使導線包皮破損產生大量熱量，或者接頭處接觸不良而引起火災。因此，作業前應仔細檢查，對不良設備予以更換。

（5）應該注意在焊接和切割管道、設備時，熱傳導能導致另一端易燃易爆物品發生火災爆炸，所以在作業前要仔細檢查，清除另一端的危險物品。

（6）切割舊設備、廢鋼鐵時，要注意清除其中夾雜的易燃易爆物品，防止發生火災和爆炸類事故。

（7）當工作地點存在下列情況之一時，禁止進行焊接與切割作業：

①堆存大量易燃物品（如漆料、棉花、干草等），而又無法采取有效的防護措施；

②焊接與切割可能形成易燃易爆蒸氣或積聚爆炸性粉塵；

③新涂油漆而油漆尚未充分干燥的結構；

④處于受壓狀態或者裝載易燃易爆介質、有毒介質的容器、裝置和管道。

（8）在作業現場，要配備足夠數量的滅火器材，要檢查滅火器材的有效期限，保證滅火器材有效可用。

（9）焊接、切割作業結束后，要仔細檢查現場，徹底消除遺留下的火種，避免后患。