焊接作業弧光危害及其防護對策

孫彥水

焊接是集多門類、多學科技術為一體的成形技術。它作為一種精確、可靠、低成本、高技術的材料連接方法，未來仍將是制造業的重要加工手段。其中，電弧焊仍是主要的焊接工藝方法。在發展中國家，采用手工電弧焊的方式進行焊接，仍將占焊接作業的60%左右。

據經濟普查數據及有關文獻，我國工業及建筑業總人數為1.57億人，電焊作業人員數量約占全國工業總人數的2%～3%。若按2%的比例計算，則全國從事電焊作業的人員總數應該在315萬左右。另據統計，我國僅是持有“熔化焊接與熱切割作業”焊工證的人數達265萬以上。

電弧焊的弧光危害

在焊接弧光造成的危害中，可以分為直接和間接危害。直接危害是指高能弧光直接作用于作業人員，造成人體的損傷；而間接危害則可以包括伴隨弧光而產生的有毒有害氣體等其他物質對作業人員的危害。

電焊弧光的直接危害

電焊弧光中包含高強度的紫外線（占能量的62%）、可見光（占3%）和紅外線（占35%）等，它們都可對人體造成嚴重危害。其中，最直接傷害首先體現在對眼部和皮膚的傷害上。

紫外線會導致電弧眼（圖1）、翼狀贅肉（圖2）、黃斑病變（圖3）、白內障（圖4）、皮炎甚至皮膚癌。電弧產生的強可見光，其光亮度變化可達數千甚至上萬倍，遠遠高于肉眼能承受的極限。強可見光可引起短暫失明、視力下降、眼睛疲勞、眼瞼痙攣和結膜炎等。其中，波長為440nm 的藍光極具穿透性，對視網膜極具傷害。紅外輻射可產生熱效應，引起眼瞼慢性炎癥和白內障等。

目前，電弧造成的眼傷害依然是焊工所遭受的最大的危害因素。弧光引發的焊工電光性眼炎被列為是塵肺病之外的第二大職業病。相關文獻披露的電焊弧光所致的眼傷害罹患率以及按我國電焊作業人員為300萬人所計算出來的罹患總人數見表1。

表中數字僅僅大致描述了電焊弧光對焊工造成的眼部傷害，其嚴重程度就足以觸目驚心了。

而焊接弧光對于皮膚的傷害，則主要是由于弧光射線的高能量瞬時聚集于裸露部位表皮，引發組織熱效應，導致細胞壞死；特別是強紫外線條件下的，誘發皮膚細胞癌變。此外，如果人體吸收的弧光能量得不到及時釋放，便會在被吸收部位殘留富集，從而對該部位組織細胞造成進一步的損傷，這種損傷往往是慢性的，而且一旦引發病變，一般難以治愈。因此，連續焊接時間越長，人體受到的弧光傷害也相對越嚴重。

電焊弧光的間接危害

電焊弧光的間接危害主要為對呼吸系統的損害。在電弧焊過程中，產生弧光的同時，還會生成多種氣態化合物、金屬蒸氣、顆粒物等。這些有毒有害的氣體、煙塵會對施工人員的呼吸系統造成嚴重損害，導致焊工中毒、焊工塵肺病甚至誘發癌變等。

電弧焊弧光危害產生的原因

在我國，電弧焊弧光的危害之烈可以說是觸目驚心。其首要原因應歸結為，我國焊接業目前依然主要使用傳統黑玻璃焊接面罩進行眼面部的簡單防護。

在使用傳統黑玻璃焊接面罩的條件下，引弧時，一些焊工往往采用裸眼起弧以避免焊點偏差，起弧點與焊工眼面部近在咫尺，而起弧瞬間，弧光的輻射強度會達到極大值；在狹小空間多人同時焊接作業，當因除銹、清渣、換焊條或裸眼觀察焊縫質量等必須移開面罩時，電焊弧光的交叉輻射及電弧輻射的反射、散射就會乘虛而入。

常見到焊工為了騰出一只手，在焊帽手柄螺栓部位的內側纏上一個帶橡膠皮的鐵絲圈，焊接的時候用牙咬住這個鐵絲圈以固定面罩，或者干脆將焊帽簡單地放在臉上，直接用面部撐住焊帽進行作業。這無疑會因疲勞、身體移動以及外界干擾等諸多原因而大大增加焊工眼面部受弧光直接傷害的風險，同時還會顯著增加勞動難度和強度，降低工作效率。當不得不用牙咬住鐵絲固定面罩時，還無法佩戴口罩，呼吸系統就會直接暴露在有毒有害的環境中，從而大大增加電弧焊對人體間接損害的程度。

若使用頭戴式黑玻璃面罩，不焊接時為了看清工件需要把鏡片往上翻，焊接時則需要靠一個“點頭”動作把鏡片甩下來。在這“翻”和“甩”的動作過程中，或者機械運動的反應速度遲緩或者干脆因動作失誤導致黑玻璃不能及時就位，從而導致眼面部暴露于弧光下的時長大幅增加。

對使用傳統面罩的焊接工人來說，在必須采用“反復斷弧法”時，無疑會增加其眼面部頻繁暴露于弧光之下的概率。

電弧焊弧光危害的防護對策

電弧焊弧光危害的防護措施應該是全方位的。其中防護對策中首要的、基礎性的“硬”手段之一，無疑應為推廣應用自身具有優秀效能、可以為人工焊接提供優異眼面部防護的自動變光焊接面罩。

圖5（1-3）所示為幾款自動變光焊接面罩。就眼部防護而言，它與傳統黑玻璃焊接面罩的最大區別是濾光鏡的不同——前者采用的是自動變光焊接濾光鏡（簡稱ADF）。

ADF是自動變光焊接面罩的核心部件，它以液晶技術、傳感器及自動控制技術為基礎。在起弧前或收弧后，ADF為透明狀態，視野清晰明亮，焊接工人不必移開面罩就可看清楚焊接工件。起弧的瞬間，系統自動啟動，降低濾光鏡的透過率，將強光減弱成人眼能適應的弱光。其效果如圖6（1-3）所示。

那么，采用自動變光焊接面罩后的防護效果如何呢？鑒于紫外線能對人體造成巨大傷害，許多國家和地區都對紫外線的職業接觸限值進行了規定。比如，GBZ2.2-2007《工作場所有害因素職業接觸限值》就規定，中波紫外線（UVB）輻照度的8小時職業接觸限值為0.26μw/cm2。而在電弧焊接過程中，紫外線的輻射強度遠高于職業接觸限值要求，特別是引弧瞬間。在距離電弧柱40cm位置采集的數據顯示，UVB的平均輻照值為1092μw/cm2。在未佩戴焊接面罩的情況下，按ACGIH（美國政府工業衛生師協會）的要求，在這樣的環境中每天允許接觸的時間將小于4 s。

人的視覺反應時間一般為0.2s左右，人手的動作速度為350mm/s左右。而從GB 10000-1988《中國成年人人體尺寸》可知：中國成年男性頭部寬度尺寸的中位數為154mm。照此計算，若焊工進行裸眼起弧，從他看到弧光到將手持面罩護住面部，每次所需時間大約在0.64s左右。在這個時間內，焊工所經受的是弧光所含全部光譜的照射。

如果采用光控自動變光焊接面罩，則依據GB/T 3609.2—2009《職業眼面部防護 焊接防護 第二部分：自動變光焊接濾光鏡》對最長轉換時間的規定，明暗態轉換時間不得超過2ms。如果單純比較兩種面罩對可見光的防護效果，對比效果見表2。

至于對占弧光97%的紫外線和紅外線的防護，由于焊工佩戴自動變光焊接面罩，無需時不時將其移開，因而就可以實現對焊工眼面部不間斷的防護。這就使得大幅降低乃至杜絕焊工眼部職業病成為可能。

世界上第一款自動變光焊接面罩自1976 年由瑞典人Hornell 發明以來，隨著現代科學技術的不斷進步而得到了長足發展。近年來，自動變光面罩作為新一代焊接防護用具在一些歐美國家已經廣泛應用TIG（熔化極惰性氣體保護焊）、MIG（熔化極非惰性氣體保護焊）、MAG（鎢極惰性氣體保護焊）等領域，且已成為焊工必備工具。目前國際市場需求量每年可達數百萬套，而其中大部分產自中國大陸。可以預計，自動變光焊接面罩的大面積推廣使用，將前所未有地、極大地改善焊工所面臨的嚴峻的職業危害現況。

防治電弧焊弧光危害的“軟力”應為文化的、法律的多措并舉。為什么自動變光焊接面罩在歐美國家早已大行其道，而在我國卻問津者寡？為什么中國是自動變光焊接面罩的生產大國，但是其推廣使用程度卻不足掛齒，甚至在焊工中也鮮為人知？其中重要原因，恐怕還是在安全意識、健康理念、思維模式、企業文化、管理制度、媒體傳播、輿論引導、法律規范等諸多方面的“軟力”不足甚至缺位所致。扭轉這種局面，需要多措并舉，“軟”“硬”兼施。endprint