第二节 焊接有害因素分析及防护
焊接是工业生产企业中最常见的工作之一，在一些新建的中小型企业中，由于技术、资金和相应的职业卫生知识缺乏，加上部分企业从业人员流动性较大，焊工整体素质偏低，安全生产意识淡薄，自我劳动保护意识差。在施焊时所产生的大量烟尘和有害气体，不可避免地造成了焊接职业危害，严重地危害着焊接工人的身体健康，给企业和职工都会造成经济损失，甚至成为影响社会稳定的不利因素。
一、电焊烟尘的危害与电焊工肺尘埃沉着病的防护
1.电焊烟尘对人体健康的危害
电弧焊时，在电弧的高温作用下，使液态金属和熔渣过热而蒸发，这种高温蒸气一脱离电弧高温区，即被迅速氧化与冷凝成细小的固态分散性粒子或细小的固态凝集性粒子，在空气中悬浮，成为电焊烟尘。
过去对电焊烟尘的危害程度，曾经存在争议。到20世纪80年代由于一些单位的电焊工发病率上升，经中国预防医学科学院劳动卫生研究所、大连造船厂、江南造船厂、甘肃省卫生防疫站、铁道部劳动卫生研究所及齐齐哈尔车辆厂等单位合作，通过对发病情况的调查、临床研究及动物试验，特别是通过对因患肺尘埃沉着病而死亡的电焊工尸检分析，确认长期吸入结422和结507焊条等的电焊烟尘后，影响人体的呼吸机能，能引起肺组织纤维化，损害电焊工的身体健康和劳动能力。
电焊工肺尘埃沉着病患者的自觉症状，以咳嗽、咳黑色痰、胸闷、气短为多，肺活量降低，Ⅰ期患者的X光胸片出现不规则小阴影或类圆形小阴影。
电焊烟尘是高温使焊药、焊芯和被焊接材料熔化蒸发，逸散在空气中氧化冷凝而形成的颗粒极细的气溶胶。电焊烟尘因使用的焊条不同有所差异。如使用T422焊条焊接时，电焊烟尘主要为氧化铁，还有二氧化锰、非结晶型二氧化硅、氟化物、氮氧化物、臭氧、一氧化碳等；使用507焊条时，除上述成分外，还有氧化铬、氧化镍等。
电焊工肺尘埃沉着病的发病机制仍不完全清楚。患病后两肺呈灰黑色，肺内可见散在的大小不等的尘灶，尘灶多呈不规则状或星芒状，少数呈类圆状。尘灶直径多在1mm以下，少数直径为1～2mm，直径达3mm者很少。多数尘灶中胶原纤维含量均在50%以下，部分病灶为单纯粉尘沉着，不含或含少量胶原纤维，以尘斑形式存在。尘斑分布在肺泡腔、肺泡间隔、呼吸性细支气管和血管周围。尘粒经铁染色呈阳性，切片经高温灰化未发现双折光石英尘粒。肺内可见散在分布的2mm左右的结节，部分结节可密集成堆，质韧，结节内可见多量的较粗大的胶原纤维，也可发生玻璃样变。在尘斑和结节周围常可见到程度不同的灶周气肿。少数电焊工肺尘埃沉着病尸检证明，肺内可见由多量密集的粉尘纤维灶及广泛的间质纤维化构成的大块肺纤维化。由于焊接烟尘及氮氧化物等有害氧化的作用，肺内大小支气管可发生扩张和炎症。
2.对电焊烟尘有效的预防措施
为消除电焊烟尘对人体健康的危害，最为有效的防护措施是加强焊接工作场所的通风除尘工作，包括车间整体通风、狭窄工作区间的通风换气和焊接工位的抽烟排尘等。
根据GBZ 2.1—2019《工作场所有害因素职业接触限值第1部分：化学有害因素》规定，工作场所空气中电焊烟尘时间加权平均容许浓度（PC-TWA）为4mg/m3。
二、气体保护焊有害气体的危害与防护
除产生焊接烟尘外，CO2气体保护焊会产生一氧化碳等有害气体，氩弧焊和等离子弧焊会产生臭氧等有害气体。
1.气体保护焊有害气体的危害
CO2气体保护焊过程中产生的一氧化碳，主要来源于二氧化碳在电弧高温下的分解。一氧化碳与人体血液中输送氧气的血红蛋白具有极大的亲和力，所以一氧化碳经肺泡进入血液后，便很快与血红蛋白结合成“碳氧血红蛋白”，使血红蛋白失去正常的携氧功能，造成人体组织缺氧而引起中毒。
目前我国CO2气体保护焊占全部焊接工作量的比例已超过20%，集装箱行业已超过90%，部分骨干造船厂已超过60%。因此，必须关注CO2气体保护焊的职业危害与防护问题。
在不通风的条件下，不但电焊烟尘浓度超标，而且一氧化碳浓度会达到64.20mg/m3，超过GBZ 2.1—2019标准规定的短时间接触容许浓度（PC-STEL）30mg/m3一倍以上。而且随着工作时间的延长，一氧化碳浓度可能上升到100mg/m3以上，电焊工血液中的“碳氧血红蛋白”已接近一氧化碳轻度中毒的范围。而采取0.5m/s风速的通风措施后，电焊烟尘和一氧化碳浓度都达到国家卫生标准规定的容许浓度范围。所以在CO2气体保护焊时，必须采取通风防护措施。
氩弧焊和等离子弧焊时，由于弧区温度高和紫外线辐射强烈，空气中的氧气经高温光化学反应而产生臭氧（O3）。臭氧被吸入人体后，主要是刺激呼吸系统和神经系统，引起胸闷、咳嗽、头晕、全身无力和厌食等症状，严重时可发生肺水肿与支气管炎。因此GBZ 2.1—2019标准规定，工作场所空气中臭氧的最高容许浓度仅为0.3mg/m3。
2.气体保护焊有害气体的防护对策
实测国内五个工厂采用手工钨极氩弧焊焊铝和铝镁合金时，工作地点空气中臭氧浓度为1.48～12.42mg/m3；实测等离子弧堆焊和等离子弧喷焊时，工作地点臭氧浓度为7.5～65mg/m3，均大大高于卫生标准规定的最高容许浓度。其防护对策是采取有效的通风换气措施，使焊工呼吸带附近的空气中臭氧浓度小于0.3mg/m3。
三、电焊弧光的危害与防护
1.电焊弧光的危害
对电焊弧光进行光谱分析可知，电焊弧光包含红外线、可见光、紫外线三个部分。据测定，电弧功率7000kW左右的焊条电弧焊弧光光谱中，约含波长＞1300μm的红外线38%，波长780～1300μm的近红外线31%，波长400～780μm的可见光26%，波长200～400μm的紫外线5%。氩弧焊所产生的紫外线强度是一般焊条电弧焊的十几倍到30倍，等离子弧焊的紫外线强度可比焊条电弧焊大30～50倍。
焊接电弧的可见光的光度，比人眼能正常承受的光线光度可大一万倍。这样强烈的可见光，将对视网膜产生烧灼，造成电光性眼炎。此时将感觉眼睛疼痛，视觉模糊，有中心暗点，一段时间后才能恢复。如长期反复作用，将逐渐使视力减退。
焊接电弧中的红外线对眼睛的损伤是一个慢性过程。眼睛晶状体长期吸收过量的红外线后，将使其弹性变差，调节困难，使视力减退。严重者还将使晶体状浑浊，损害视力。焊工一天工作后，如自觉双眼发热，大多是吸收了过量红外线所致。
焊接电弧中的紫外线照射人眼后，会导致角膜和结膜发炎，产生“电光性眼炎”，属急性病症，使两眼刺痛、眼睑红肿痉挛、流泪、怕见亮光，症状可持续1～2天，休息和治疗后，将逐渐好转。
应强调指出，一些论述电焊弧光对眼睛损伤的文章，多偏重于谈电光性眼炎，而对可见光损伤视力以及对红外线慢性损伤视力关注不够。近年来不少地区和企业都已发现一些技术熟练的中年电焊工，因视力减退，正当壮年而不能充分发挥相应技能。这无论对个人，还是对社会，都是损失。
2.电焊弧光的防护
（1）对电焊弧光危害的防护 第一是必须采用品质合格的焊接滤光片（黑玻璃）；第二是要增强个人的防护意识。
（2）国家标准《焊接眼面部防护焊接防护第1部分：焊接防护具》（GB/T 3609.1—2008）对焊接滤光片的“紫外线透射比”“可见光透视比”“红外线透视比”，都有非常具体和明确的规定，对滤光片的屈光度偏差和平行度也有明确规定，全部性能必须符合上述规定的焊接滤光片，才可使用。另外，必须注意市售的一些劣质焊接滤光片（黑玻璃）只能防护可见光与紫外线，而防护红外线的作用差，将损伤视力，因此企业绝不能图便宜去采购劣质焊接滤光片。
（3）焊工要增强个人防护意识 在使用焊接滤光片时要检查其产品合格证及对紫外线和红外线滤光性能的检验证书，拒绝使用无证的焊接滤光片。
四、激光焊接的安全与防护
激光是受激辐射放大的光，与传统的光源相比，它的四个显著特点是方向性好、亮度高、单色性强、相干性好。激光具有良好的时空特性，聚焦后功率密度可达105W/cm2以上，对材料的作用既可以是连续式的，又可以是准连续式的，还可以是脉冲式的。脉冲宽度可以短至微秒、纳秒甚至更短，其作用在材料上的面积、形状、功率（或能量）均可以方便调节。波长为1.06μm的YAG激光可用光纤传输，千瓦级的YAG激光光纤传输时的光纤直径仅几百微米，激光的这些特点使其在焊接及其相关领域（诸如切割、打孔、打标、熔覆等领域）得到了日益广泛的应用，并受到了越来越多的关注。
另外，激光也像一般光一样有生物效应，这种生物效应一方面可给人类带来益处，诸如育种、医疗；另一方面无防护的大功率激光辐射，也会造成人体组织直接或间接的损害。因此，了解激光对生物体可能造成的损伤，对从事激光焊接的工作者是十分必要的。
1.激光的生物效应
激光对生物机体的效应主要有热效应、光效应、压力效应以及电磁场效应。
（1）热效应 热效应是指高功率密度的激光辐照生物体时所引起的生物体组织蛋白质的破坏、烧伤、炭化、气化、穿孔等。
研究表明，用100J的激光照射到0.1cm3的生物体上，在很短的时间内可升温至200℃。然而，温度下降的速度却很慢，温度的急升和缓降会引起基因的突变。通常情况下，基因由约1000个原子组成，原子受高热会改变其位置，变成异构分子。
（2）光效应 光效应是指激光照射生物体所引起的刺激、抑制以及分解等作用，激光对人体的光效应与激光波长、照射时间、照射剂量等有关。
①光敏作用。光敏作用是指激光对生物体的刺激或抑制作用。He-Ne激光的波长为0.6328μm，毫瓦级的He-Ne激光照在人体上几乎没有温升的感觉，然而，却能刺激酶的活性，增强血液中吞噬细胞、红细胞和血色素的含量。
②光致损伤。高度单色性的激光会使分子里的化学键受激发而引起分子分解。
（3）压力效应 光照射在物体上，光的动量传递给物体即形成光压，光压与功率密度成正比。激光的压力来自两个方面：一是辐射压力，当功率密度为108W/cm2时，辐射可达3400Pa；二是功率密度超过人体损伤的阈值时，组织蒸发、气化产生的冲击压力。辐射和冲击压力构成了总压力。
（4）电磁场效应 正常机体细胞和组织有一定的游离电荷储备，存在一特殊的生物场。激光作为一种很强的电磁波，其照射人体组织时，其电磁场会对人体组织的生物场产生干扰，影响其生理状态。
激光光波的电磁场主要影响机体的原子和分子状态，进而影响生物电位，生物电位对神经脉冲传递有重要作用，所以，激光辐照会使神经脉冲传递受刺激、抑制或破坏。
2.激光焊接引起的危害
激光焊接时，工作人员处于强激光的附近，如防护不好，可能会对眼睛、皮肤以及神经系统产生危害。
（1）激光对神经的影响 激光对神经的影响通过电磁效应而产生。激光可通过皮肤对神经末梢起作用，国外许多从事相关研究的专家通过对家兔、豚鼠的研究证实了这一点。
（2）激光对眼睛的损害 人对物体的视觉形成过程是：物体发出的可见光刺激视网膜上的感光细胞，然后经视神经传给大脑。当视网膜受到光强很大的激光照射时，轻则使视神经发痛，重则使视网膜损坏。人的眼睛作为一个生物聚焦系统，聚焦后作用在视网膜上的功率密度较进入角膜前可提高（2～5）×105倍。显然，高度平行的激光对人眼可能引起的损伤必须高度重视。
激光对眼睛的损害与激光波长、功率或能量、脉宽、环境等有关。功率越大，波长越短，损伤越严重；夜间或在暗室时，瞳孔大，进入眼睛的能量大，危害大。
（3）激光对皮肤的损害 激光对皮肤的损害主要是烧伤。研究表明，深色皮肤较浅色皮肤的吸收率高；皮肤对CO2激光的吸收率高；吸收的能量主要沉积在皮肤浅层。
3.激光辐射危害的控制
为了确保激光焊接时的安全与防护，对激光危害必须严加控制，控制方法主要是工程控制、个人防护等。
（1）工程控制 工程控制是指对激光器或激光加工系统在结构上所采取的安全措施，主要包括：
①防护罩。用以防止工作人员受到超过最大允许照射量的激光辐射。
②安全联锁。与防护罩相连的，在移开防护罩时可避免辐射的自动装置。
③安全光路。对辐照可能引起燃烧或次级辐射的光路予以封闭。
④光束终止。为了使激光束不超越受控的加工作业区，可使用光束终止器或衰减器。
（2）个人防护 个人防护主要是指：
①佩戴激光防护眼镜。激光防护眼镜的滤光片选择性地衰减特定的激光波长，并尽可能多地透过非防护的可见辐射。激光防护眼镜可分为普通眼镜型、边框不透光的防侧光型以及边框部分透光的半防侧光型。
②佩戴激光防护面罩。主要用于紫外激光源防护，激光防护面罩不仅可以保护眼睛，也可以保护面部皮肤。
③激光防护手套。高功率、高能量的激光无论直射或散射均会造成损害，因而，佩戴激光防护手套也是必要的。
④穿戴激光防护服。对工作人员皮肤可能受到最大允许照射量的岗位，应提供激光防护服，防护服应耐火、耐热。
五、防火防爆安全措施
（1）为防止火灾和爆炸类事故的发生，在作业前应仔细检查作业场所，在企业的禁火区内严禁动火焊接。
（2）作业场所周围10m的范围内不得存放易燃易爆物品。
（3）在进行气焊或气割作业时，要仔细检查瓶阀、减压阀和胶管，不能有漏气现象，拧装和拆取阀门都要严格按操作规程进行。
（4）在进行电焊作业时，应注意电流过大而使导线包皮破损产生大量热量，或者接头处接触不良而引起火灾。因此，作业前应仔细检查，对不良设备予以更换。
（5）应该注意在焊接和切割管道、设备时，热传导能导致另一端易燃易爆物品发生火灾爆炸，所以在作业前要仔细检查，清除另一端的危险物品。
（6）切割旧设备、废钢铁时，要注意清除其中夹杂的易燃易爆物品，防止发生火灾和爆炸类事故。
（7）当工作地点存在下列情况之一时，禁止进行焊接与切割作业：
①堆存大量易燃物品（如漆料、棉花、干草等），而又无法采取有效的防护措施；
②焊接与切割可能形成易燃易爆蒸气或积聚爆炸性粉尘；
③新涂油漆而油漆尚未充分干燥的结构；
④处于受压状态或者装载易燃易爆介质、有毒介质的容器、装置和管道。
（8）在作业现场，要配备足够数量的灭火器材，要检查灭火器材的有效期限，保证灭火器材有效可用。
（9）焊接、切割作业结束后，要仔细检查现场，彻底消除遗留下的火种，避免后患。