介绍
当焊接时，操作员暴露于烟雾和气体，并且曝光根据过程和特定的工作条件而变化。制造商处于连续的压力，以减少工人暴露于工作场所的潜在有害物质，包括焊接烟雾。本文将解决以下内容：

如何产生焊接烟雾
协调影响油烟产生和接触油烟的因素，如焊接设计、工艺、设备、消耗品、气体、工作
管理和通风
排烟技术的亮点
目前的美国监管气候关于焊接烟雾
烟气典型成分的当前公布的曝光限值

什么是焊接烟雾?
虽然许多人认为汽油或其他化学物质产生的气体和蒸汽是“烟雾”，但严格来说，烟雾是由非常小的固体颗粒组成的。由于电弧焊通常只产生少量的气体，接触气体很少是一个问题，除非在密闭的区域。因此，这里不具体讨论二次采气的问题。

电弧焊接产生烟气，因为一些金属从电极的尖端沸腾，并且当它们穿过弧时，熔液液滴的表面沸腾。该金属蒸气与空气中的氧气结合并凝固以形成微小的烟雾颗粒。由于其量，这些颗粒是可见的，但每个颗粒的尺寸仅在0.2和1.0微米之间。由于烟雾主要来自电极，因此它由其金属，合金和助熔剂化合物的氧化物组成。因此，在钢制焊接中，烟气主要是氧化铁和合金的氧化物，如锰和铬。镀层或涂层金属，一些烟雾也来自焊接池。这将金属的金属氧化物从基础材料中加入到诸如焊接镀锌钢的氧化物之类的烟雾中。

总系统方法
减少接触焊接烟尘的方法有很多。每个解决方案都涉及焊接系统的一部分。然而，每个解决方案都有其优点和缺点，应该在整个系统的上下文中加以考虑。同样，没有适当的实现，解决方案也不能工作。最成功的解决方案依赖于管理人员、工程师、焊接主管、供应商，尤其是焊工自己之间的协调努力。

虽然“烟气提取”可能是所致思想的第一种解决方案，但也应考虑其他选择。控制焊接烟雾的方法实际上分为两大类：

减少烟的一代
限制操作员暴露在烟雾中

减少烟的一代
焊接设计注意事项
限制焊接烟雾的产生在设计阶段。所有其他情况相同的情况，适当尺寸的焊缝将导致给定的过程和一组手术的焊接量。另一方面，覆盖物不必要地增加焊接烟雾。随着焊接金属的量增加，烟气量也增加。焊接工程师应了解焊接尺寸在烟雾中扮演的作用。

焊接工艺选择
烟雾创作的显着减少可以随着焊接过程的变化而发生。因此，制造商和焊接监控器应该意识到冲击过程选择将对烟雾产生。然而，它们还必须记住，每个过程都为特定的应用和给定情况提供了特定的优缺点。

埋弧焊(SAW)包含了大部分的烟尘(和电弧)在焊剂床下，使它成为一个优秀的选择，减少烟尘的产生是一个主要关注。然而，这个过程有一定的局限性。SAW要求平面或水平定位、清渣、粒状助焊剂的维护，最常用于较厚钢板的机械化焊接。

气体钨弧焊（GTAW）也产生非常小的烟气，因为填充金属不承载焊接电流，并且电弧非常稳定。然而，手动GTAW是需要高技能操作员的低沉积速率过程。因此，通常是精密焊接或某些特殊应用的选择过程。使用GTAW焊接重板不实用。

焊剂芯电弧焊(FCAW)工艺通常被认为是最大的烟雾产生者，因为典型的高沉积速率。然而，由于FCAW的高沉积速率，特别是在非位置的应用中，它在许多应用中都是最好的。根据电极类型、等级和设计，烟气产生率差别很大。电极的设计对将产生的烟雾量有很大的影响。一些制造商提供减少烟尘通量芯电极。研究表明，一些金属芯电极使用脉冲电流电源也可以产生低的烟雾产生率。

气体保护金属电弧焊(GMAW)是许多应用的实用选择，从薄板到厚板。GMAW中产生的烟雾取决于程序、液滴转移、保护气体和使用的电极等级。例如，er70 -6比er70 -3的锰含量更高。由于锰水平通常是决定法规遵从性的关键因素，这可能是一个重大问题。

屏蔽气体
屏蔽气也会影响弧物理和烟雾。解离和电离各种气体所需的能量涉及从电极和熔融液滴煮沸金属的过量能量。在实践中，与氩共混物相比，使用100％CO 2将需要一个过程增加1-2伏。这增加了弧形的能量，煮沸更多金属并产生更多的烟雾。虽然在钢的GMAW和FCAW中需要一些活性气体，但混合气体中的氩气均较高百分比倾向于减少烟雾产生。这些混合物往往比100％二氧化碳更昂贵，特别是在欧洲和亚洲。

波形控制技术™
另一种减少烟雾产生的方法是使用各种波形控制电源之一。例如，脉冲GMAW通常比传统的恒压电源产生更少的烟雾。在这种模式下，电弧是通过脉冲电流从一个背景电平到一个指定频率的峰值电平来控制的。这减少了总电弧能量和减少了金属汽化的数量，从而减少了烟雾的产生。

Invertec STT II - 管焊，低通量ApplicationLincoln Electric的新型STT®逆变器是另一个波形控制电源，导致创建新的传输模式：表面张力Transfer®（STT）焊接。在传统的短路转移中，电流立即在液滴从导致一些电极蒸发的电极之前立即上升到高水平。这导致剧烈的液滴脱离和飞溅和烟雾的创造。STT电源能够在液滴传输期间控制电流。当液滴即将拆卸时，电流水平降低，并且通过表面张力被拉入水坑的液体，得到的溅射。然后，控制电流以防止过热电极的尖端。该控制显着降低了液滴温度并提高了电弧稳定性。与传统的短弧传输相比，飞溅可以减少90％，烟雾产生50％。然而，STT仅限于适合于短路转移的应用。

限制操作人员暴露在烟雾中
第二类广泛的控制焊接烟雾涵盖限制人员暴露于烟雾的方法。管理层将负责启动该类别的决定，而各个组织各级的员工将需要合作以确保其成功。

工作分担
限制人员曝光最直接的方法只是限制运营商花费焊接的时间。这通常可以通过工作共享来完成。例如，操作员可以花费半天焊接SAW应用，并且当天的剩余时间焊接FCAW应用。或者，当天的下半年可能会花费叉车。这不是一种无成本的方法;毕竟，对于任何给定的申请，必须接受培训和合格的焊接运营商的两倍。然而，它可以在更高的生产率方面产生股息，掌握各种任务的更大的工作满意度，以及更通用的交叉训练的劳动力。这种简单的方法应该得到管理层的深思熟虑。

自动焊接系统
机器人技术和其他自动化焊接系统提供了另一种减少员工接触焊接烟尘的途径。如果可以通过提高生产率和提高质量来证明初始资本支出是合理的，那么自动化可能是可行的替代方案。然而，自动化焊接单元通常在高负荷循环下工作，员工暴露在烟雾中仍然必须进行评估。

排烟技术
通风是控制几乎所有焊接过程中有效的一种方法。由于操作人员的呼吸区是关键区域，局部通风，通常称为“抽烟”，是首选的方法。排烟技术分为两类:低真空/大体积，或高真空/小体积。

低真空/大容量系统(移动机组)低真空/大容量
常规的建筑通风系统是低真空，大容量系统，有时称为“低静态，大流量”。当行业需要更好的通风解决方案时，许多公司改进了低真空系统，用于局部通风。为了提高软管的灵活性，我们增加了直径6 - 9英寸(160 - 200毫米)的软管，最终设计了支撑软管的结构，使其更容易定位。制造商开始以不同的设计和特点制造这些手臂，它们仍然在许多行业使用，包括焊接行业。

铰接臂通常在600 - 900立方英尺(900 - 1500立方米/小时)每分钟(CFM)的空气中移动，但使用低真空水平(3 - 5英寸水表[750 - 1250 Pa])，以最大限度地减少电力需求。水表(WG)是一种测量负压的工具:数字越高，表示负压越大(更“吸引”)。有了这个量的气流，手臂的末端一般可以10到15英寸(250 - 375毫米)远离电弧，仍然捕获烟雾。铰接式抽烟臂由许多制造商生产，使用6英寸或8英寸软管，或软管和油管组合。长度通常为7、10或13英尺(2、3或4米)，可使用吊杆扩展。臂可以安装在墙上，连接到移动装置上，或并入一个集中系统。

对于更大的捕获距离，需要更大的空气体积来达到必要的“捕获速度”和捕获烟气。然而，在实践中，更长的捕捉距离可能意味着呼吸区暴露受到影响。举个例子，顶篷可以捕获大部分的油烟，但只有在它通过了操作员的呼吸区之后。

交叉通风是顶风罩技术的一种变化。这些系统使用在工作空间的一侧而不是上方有开口的气压箱。因此，油烟向侧面移动，远离操作人员的呼吸区。当小零件焊接时，这些系统对小隔间是有效的。CFM的有效性取决于安装设计，但通常可以达到1,000 CFM或更高。

然而，与低真空系统相关的一些缺点。例如，在带有铰接式抽油臂的系统中，操作人员必须停下来将抽油臂重新放置在每个焊接区域，这会降低生产率。这些手臂的伸展范围也很有限，通常是10到13英尺。大流量的空气需要大软管和管道系统，直径从8英寸到36英寸或更多，取决于安装。排出室外的空气通常需要补风系统和补风加热器。由于处理的风量大，过滤系统很大。

高真空/低容量
高真空/低体积烟气抽提系统更适用于点源应用，如焊接。它们的主要优点是:它们可以直接从源头清除烟雾，在弧的几英寸范围内。这意味着烟雾在到达操作者的呼吸区或扩散到房间之前就被捕获了。由于离源很近，排烟可以用较低的气流速率来实现，根据设计，吸气喷嘴一般为80至100 CFM，集成排烟枪一般为35至60 CFM。真空度很高(40 - 70英寸WG)，允许使用更长长度(10 - 25英尺)和更小直径(1.25 - 1.75英寸)的软管。高真空设备范围从小型，便携式单位移动三相系统，到大型，集中系统。

有两种高真空提取方法：用内置提取的焊枪，或各种设计的独立吸入喷嘴。（照片。）抽吸喷嘴定位在焊缝附近，通常用磁铁，通常使用小于4英寸的捕获距离。烟雾提取枪使用烟嘴管和手柄内置的烟雾捕获喷嘴。因此，不需要重新定位，因为抽吸自动跟随电弧。

与其他方法一样，高真空萃取也有其局限性。虽然制造商在设计上有了很大的改进，但抽烟枪比普通焊接枪要大。此外，油烟枪不能控制残余的油烟和烟雾，因为焊枪在焊接完成后立即被移走。最后，除非它们是设置在焊接夹具，高真空吸嘴也需要重新定位。

然而，高真空/低体积的烟尘提取方法为焊接制造商提供了显著的优势。最重要的是在油烟到达操作人员的呼吸区之前，从油烟的源头清除油烟。由于油烟枪消除了铰接臂或吸嘴所需的重新定位，生产率不会直接降低。

许多其他优点来自减少所需的气流总量。较低体积的空气意味着如果空气在外面耗尽，则较小的管道制造，较小的软管，更小的过滤系统，并且在化妆空气系统上的压力较小。这转化为更低的材料，安装和维护成本。例如，用于二十个站的典型的低真空系统可能需要12,000 CFM的气流速率，而那个服务相同设施的高真空系统可能需要低至1,200 CFM的气流速率。

油烟从源中除去后，要么直接排到大气中，要么通过静电过滤器或滤芯。由于静电过滤器如果不经常清洗就会失去效率，焊接行业主要使用易于维护的筒式过滤器。大多数滤芯都有很高的效率水平，通常是98%或更高。虽然被归类为“HEPA”的墨盒在新的时候具有极高的效率，但它们很贵，而且寿命较短。HEPA过滤器在烟气提取设备中通常是不必要的，因为捕集效率对呼吸区暴露的影响要比过滤效率大得多。

监管机构
研究和管制工作场所接触焊接烟尘和其他微粒的两类主要组织:工业卫生组织和政府监管机构。在美国，两个主要的工业卫生组织是美国政府和工业卫生学家会议(ACGIH)和国家职业安全与健康研究所(NIOSH)。他们设定了各种材料的暴露限度，包括那些在焊接烟雾中发现的材料。ACGIH将其限制称为TLV (Threshold limit Value)。TLV在保险行业具有一定的影响力，是大多数保险公司遵循的标准。然而，与TLV同样重要的是，它并不是由法律强制执行的。美国职业安全与健康管理局(OSHA)是唯一一个能够在法律上强制规定工作场所接触化学品限度的机构。在州一级和联邦一级，OSHA的强制性允许暴露限值(PEL)对焊接行业提出了苛刻的要求。

接触限度
职业安全与卫生管理局和其他机构设定的烟雾暴露限值是以每立方米空气中微粒的毫克数(mg/m3)来衡量的。产生的油烟总量并不受限制，而是油烟的浓度受到限制。在设施测试期间，取样装置放置在操作人员的呼吸区(例如，焊接罩，而不是翻领上)。在操作人员换班结束时，计算一个数字，该数字反映了操作人员呼吸区烟气浓度的8小时时间加权平均(TWA)，单位为mg/m3。

由于这种方法侧重于呼吸区暴露，结果是高度不可预测的，即使过程，程序和其他影响是一致的。因此，为了确保符合暴露限值，公司应在日常应用中对自己的操作人员进行焊接测试，以获得准确的浓度值。然后可以将结果与TLV或PEL等基准进行比较。如果这个数字高于标准，那么该公司就不符合标准。

表1列出了OSHA和ACGIH规定的当前焊接烟尘暴露限值。注意，该表不包含一个PEL焊接烟雾。1989年制定的5 mg/m3的PEL在一场诉讼中遭到质疑，并不再执行。

表1。焊接烟尘中有时发现的材料的暴露指南
	工作者(1) TLV（MG / M3）	OSHA（2） 图像的基本单位(mg / m3)
焊烟	5．0
氧化铁氧化铁，如铁	5．0	10.0
锰（所有形式）	0.2	1.0（3）5.0（c）
三世铬化合物	0.5	0.5
六价铬化合物，溶胶	0.05	0.05（c）
六价铬化合物，铬溶胶	0.01	0.5 (c) NIC.0005 - .005(两种形式)
镍、铬溶胶化合物，如N	(1.0) 0.5网卡	1.0
铝，焊接烟雾，作为al	5．0
氧化锌，烟雾	5.0 - 10.0 (c)	5．0
钡化合物，如钡	0.5	0.5
铍及其化合物	0.002 . 01 (c)	0.002 .005 (c)
氧化镉，作为CD	0.002	0.005.
氧化钴，如钴	0.02	0.1
铜冒烟，如铜	0.2	0.1
氟化物,F	2.5	2.5
氧化镁烟气	10.0	15.0总颗粒
钼，内酯化合物，作为mo	10.0	15.0总颗粒
氧化锡	2.0	2.0
五氧化二钒，如v2O5	0.05	0.1 (c)

(1)阈值限值由ACGIH (American Conference of government Industrial hyists)基于8小时TWA (Time Weighted Average)设定，截至9/98。
（2）OSHA允许的暴露限制基于8小时的TWA，截至9/98。
(3)锰的短期暴露极限(STEL)，基于15分钟的TWA，为3 mg/m3
(c)最大接触浓度:在任何时候都不能超过(不是TWA)。
NIC - 预期变化通知

锰和铬是两个有严格曝光时间限制的例子。当在8小时的TWA上测量极限时，操作人员可能在上午接触到高浓度，但如果下午的浓度较低，设施仍可能符合要求。某些形式的铬的限量是“上限”，这意味着在白天任何过度暴露都会导致设施不符合要求。

由于美国有关焊接烟尘的法规气候很大程度上取决于具体的州，应随时联系当地的监管机构以获取相关信息。公司应该检查他们使用的焊条的材料安全数据表(MSDS)。MSDS报告不仅会显示焊条的组成，而且还会显示焊接过程中可能产生的焊接烟尘的组成。报告还显示了每个项目的TLV和PEL，并提供了有关健康风险的宝贵信息和其他参考数据。然而，要清楚了解一家公司的情况，唯一的方法是在操作人员在公司的实际设施中进行焊接时对他们进行测试。

结论
虽然暴露在烟雾可能是一个问题，在任何焊接应用，没有一个解决方案是最好的所有。每种解决方案只解决了焊接系统的一部分，各有优缺点。当管理人员、工程师、焊接主管、供应商和焊工共同努力，以一套完整的系统方法来满足公司的需求时，就会找到最佳的解决方案