焊接概述與焊接安全防護

1、 焊接概述與焊接安全防護 一、教學目的和要求1.掌握焊接的定義、分類及優(yōu)缺點。2.掌握防止觸電及防止火災(zāi)、爆炸、中毒、輻射及特殊環(huán)境焊接的安全技術(shù)措施。3.理解焊接安全生產(chǎn)的重要性和焊接勞動保護措施。4. 了解國內(nèi)外焊接技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用概況。二、教學難點、重點1.焊接的定義、分類及優(yōu)缺點。2.防止觸電及防止火災(zāi)、爆炸、中毒、輻射及特殊環(huán)境焊接的安全技術(shù)措施。三、學時分配章節(jié)名稱學時合計1-1概述261-2焊接安全技術(shù)與勞動保護4四、教材分析與參考 1-1概述1.金屬連接的方式在金屬結(jié)構(gòu)和機器的制造中，經(jīng)常需要用一定的連接方式將兩個或兩個以上的零件按一定形式和位置連接起來。金屬連接方式可分為兩大類

2、：一類是可拆卸連接，即不必毀壞零件（連接件、被連接件）就可以拆卸，如螺栓連接、鍵和銷連接等。另一類是永久性連接，也稱不可拆卸連接，其拆卸只有在毀壞零件后才能實現(xiàn)，如鉚接、焊接和粘接等。需要注意的是，有些教材將拆卸時僅連接件毀壞而被連接件不毀壞的連接情況也歸納為可拆卸的連接，如鉚接。而將連接件和被連接件全部毀壞后才能實現(xiàn)拆卸的連接方式稱為永久性連接。通?？刹鹦哆B接不用于制造金屬結(jié)構(gòu)，而用于零件的裝配和定位；永久性連接通常用于金屬結(jié)構(gòu)或零件的制造中。2焊接的定義焊接就是通過加熱或加壓，或兩者并用，并且用或不用填充材料，使焊件達到結(jié)合的一種加工工藝方法。由此可見，焊接最本質(zhì)的特點就是通過焊接使焊件達

3、到結(jié)合，從而將原來分開的物體形成永久性連接的整體。要使兩部分金屬材料達到永久連接的目的，就必須使分離的金屬相互非常接近，使之產(chǎn)生足夠大的結(jié)合力，才能形成牢固的接頭。這對液體來說是很容易的，而對固體來說則比較困難，需要外部給予很大的能量如電能、化學能、機械能、光能、超聲波能等，這就是金屬焊接時必須采用加熱、加壓或兩者并用的原因。3焊接分類按照焊接過程中金屬所處的狀態(tài)不同，可以把焊接方法分為熔焊、壓焊和釬焊三類。熔焊是在焊接過程中，將焊件接頭加熱至熔化狀態(tài)，不加壓力完成焊接的方法。目前熔焊應(yīng)用最廣，常見的氣焊、電弧焊、電渣焊、氣體保護電弧焊等屬于熔焊。壓焊是在焊接過程中，必須對焊件施加壓力（加熱或

4、不加熱），以完成焊接的方法。如電阻焊、摩擦焊、氣壓焊、冷壓焊、爆炸焊等屬于壓焊。釬焊是采用比母材熔點低的釬料作填充材料，焊接時將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點，低于母材熔點的溫度，利用液態(tài)釬料潤濕母材，填充接頭間隙并與母材相互擴散實現(xiàn)連接焊件的方法。常見的釬焊方法有烙鐵釬焊、火焰釬焊等。4焊接的特點焊接與鉚接、鑄造相比，可以節(jié)省大量金屬材料，減輕結(jié)構(gòu)的重量，成本較低；簡化加工與裝配工序，工序較簡單，生產(chǎn)周期較短，勞動生產(chǎn)率高；焊接接頭不僅強度高，而且其他性能（如耐熱性能、耐腐蝕性能、密封性能）都能與焊件材料相匹配，焊接質(zhì)量高；勞動強度低，勞動條件好等優(yōu)點。焊接的主要缺點是產(chǎn)生焊接應(yīng)力與變形，焊接

5、中存在一定數(shù)量的缺陷，產(chǎn)生有毒有害的物質(zhì)等。目前世界各國年平均生產(chǎn)的焊接結(jié)構(gòu)用鋼已占鋼產(chǎn)量的45%左右，所以焊接是目前應(yīng)用極為廣泛的一種永久性連接方法。5焊接技術(shù)發(fā)展史近代焊接技術(shù)，是從1885年出現(xiàn)碳弧焊開始，直到二十世紀四十年代才形成較完整的焊接工藝體系。特別是四十年代初期出現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)電焊條后，焊接技術(shù)得到了一次飛躍。現(xiàn)在世界上已有50余種焊接工藝方法應(yīng)用于生產(chǎn)中。焊接方法的發(fā)展簡史見表11所示。表11 焊接方法的發(fā)展簡史焊接方法發(fā)明年代發(fā)明國家焊接方法發(fā)明年代發(fā)明國家碳弧焊1885原蘇聯(lián)冷壓焊1948英國電阻焊1886美國高頻電阻焊1951美國金屬極電弧焊1892原蘇聯(lián)電渣焊1951原蘇聯(lián)

6、熱劑焊1895德國CO2氣體保護電弧焊1953美國氧乙炔焊1901法國超聲波焊1956美國金屬噴鍍1909瑞士電子束焊1956法國原子氫焊1927美國摩擦焊1957原蘇聯(lián)高頻感應(yīng)焊1928美國等離子弧焊1957美國惰性氣體保護電弧焊1930美國爆炸焊1963美國埋弧焊1935美國激光焊1965美國6焊接技術(shù)的新發(fā)展隨著工業(yè)和科學技術(shù)的發(fā)展，焊接技術(shù)也在不斷進步，焊接已從單一的加工工藝發(fā)展成為綜合性的先進工藝技術(shù)。焊接技術(shù)的新發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）提高焊接生產(chǎn)率，進行高效化焊接焊條電弧焊中的鐵粉焊條、重力焊條和躺焊條工藝；埋弧焊中的多絲焊、熱絲焊、窄間隙焊接；氣體保護電弧焊中的氣電立

7、焊、熱絲MAG焊、TIME焊等，是常用的高效化焊接方法。（2）提高焊接過程自動化、智能化水平國外焊接過程機械化、自動化已達很高程度，而我國手工焊接所占比例卻很大。按焊絲與焊接材料的比來計算機械化、自動化比例，1999年日本為80，西歐為74，美國為71，2000年我國為23。焊接機器人的應(yīng)用是提高焊接過程自動化水平的有效途徑，應(yīng)用焊接專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等都能提高焊接過程智能化水平。（3）研究開發(fā)新的焊接熱源焊接工藝幾乎運用了世界上一切可以利用的熱源，如火焰、電弧、電阻、激光、電子束等。但新的更好的更有效的焊接熱源研發(fā)一直在進行，例如采用兩種熱源的疊加，以獲得更強的能量密度，如等離子束加激光

8、、電弧中加激光等。1-2焊接安全技術(shù)與勞動保護1焊接安全生產(chǎn)的重要性 焊工在焊接時要與電、可燃及易爆的氣體、易燃液體、壓力容器等接觸，焊接時會產(chǎn)生一些因素如有害氣體、金屬蒸氣、煙塵、電弧輻射、高頻磁場、噪聲和射線等，有時還要在高處、水下、容器設(shè)備內(nèi)部等特殊環(huán)境作業(yè)。所以，焊接生產(chǎn)中存在一些危險因素，如觸電、灼傷、火災(zāi)、爆炸、中毒、窒息等，因此必須重視焊接安全生產(chǎn)。國家有關(guān)標準明確規(guī)定，金屬焊接（氣割）作業(yè)是特種作業(yè)，焊工是特種作業(yè)人員。特種作業(yè)人員，須進行培訓并經(jīng)考試合格后，方可上崗作業(yè)。2預(yù)防觸電 觸電是焊接操作的主要危險因素，我國目前生產(chǎn)的焊條電弧焊機的空載電壓限制在90V以下，工作電壓為

9、2540V；自動電弧焊機的空載電壓為7090V；電渣焊機的空載電壓一般是4065V；氬弧焊、CO2氣體保護電弧焊機的空載電壓是65V左右；等離子弧切割機的空載電壓高達300450V；所有焊機工作的網(wǎng)路電壓為380V220V，50Hz的交流電，都超過安全電壓（一般干燥情況為36V、高空作業(yè)或特別潮濕場所，為12V），因此觸電危險是比較大的，必須采取措施預(yù)防觸電。（1）電流對人體的危害電流對人體的危害有電擊、電傷和電磁場生理傷害三種類型電擊是指電流通過人體內(nèi)部，破壞心臟、肺部或神經(jīng)系統(tǒng)的功能，通常稱為觸電。觸電事故基本上是電擊，絕大部分觸電事故是由電擊造成的。電傷是指加熱工件的火星飛濺到皮膚上引起

10、的燒傷。電磁場生理傷害是指在高頻電磁場作用下，使人產(chǎn)生頭暈、乏力、記憶力衰退、失眠多夢等神經(jīng)系統(tǒng)的癥狀。（2）焊接操作造成觸電原因觸電可分為直接觸電和間接觸電，直接觸電是直接觸及焊接設(shè)備正常運行時的帶電體或靠近高壓電網(wǎng)和電氣設(shè)備而發(fā)生觸電。間接觸電是觸及意外帶電體（正常時不帶電，因絕緣損壞或電氣設(shè)備發(fā)生故障而帶電的導(dǎo)體）而發(fā)生觸電。1）直接觸電在更換焊條、電極和焊接過程中，焊工的手或身體某部接觸到焊條、焊鉗或焊槍的帶電部分，而腳或身體其他部位與地或工件間無絕緣保護。但焊工在金屬容器、管道、鍋爐或金屬結(jié)構(gòu)內(nèi)部施工，或當人體大量出汗，或在陰雨天、潮濕地方焊接時，特別容易發(fā)生這種觸電事故。在接線、調(diào)

11、節(jié)焊接電流和移動焊接設(shè)備時，手或身體某部接觸到接線柱等帶電體而觸電在高處焊接作業(yè)時觸及低壓線路或靠近高壓網(wǎng)路引起的觸電事故。2）間接觸電焊接設(shè)備的絕緣燒損、振動或機械損壞傷，使絕緣損壞部位碰到機殼，而人碰到機殼引起觸電。焊機的火線和零線接錯，使外殼帶電而觸電。焊接操作時人體碰上了絕緣損壞的電纜、膠木電閘帶電部分而觸電。3預(yù)防火災(zāi)和爆炸焊接時，電弧及氣體火焰的溫度很高并有大量的金屬火花飛濺物，而且在焊接過程中還會與可燃及易爆的氣體、易燃液體、可燃的粉塵或壓力容器等接觸，都有可能引起火災(zāi)甚至爆炸。因此焊工在工作時，必須防止火災(zāi)及爆炸事故的發(fā)生。（1）可燃氣體的爆炸工業(yè)上大量使用的可燃氣體，如乙炔、

12、天然氣等，與氧氣或空氣均勻混合達到一定限度，遇到火源便會發(fā)生爆炸。這個限度稱為爆炸極限，常用可燃氣在混合物中所占的體積分數(shù)來表示。例如，乙炔與空氣混合爆炸極限為2.281, 乙炔與氧氣混合爆炸極限為2.893，丙烷或丁烷與空氣混合爆炸極限分別為2.19.5和1.558.4。（2）可燃液體的爆炸在焊接場地或附近放有可燃液體時，可燃液體或可燃液體蒸汽達到一定濃度，遇到焊接火花就會發(fā)生爆炸，如汽油蒸汽與空氣混合的爆炸極限為0.76。（3）可燃粉塵的爆炸可燃粉塵如鎂、鋁粉塵、纖維素粉塵等，懸浮于空氣中，達到一定濃度范圍，遇到焊接火花也會發(fā)生爆炸。（4）密閉容器的爆炸對密閉容器或受壓容器焊接時，如不采取

13、適當措施（如卸壓）也會產(chǎn)生爆炸。4焊接過程中的有害因素焊接過程中產(chǎn)生的有害因素是有害氣體、焊接煙塵、電弧輻射、高頻磁場、噪聲和射線等。各種焊接方法焊接過程中產(chǎn)生的有害因素見表12所示。表12焊接過程中的有害因素焊接方法有害因素弧光輻射高頻電磁場焊接煙塵有害氣體金屬飛濺射線噪聲酸性焊條電弧焊輕微中等輕微輕微堿性焊條電弧焊輕微強烈輕微中等高效鐵粉焊條電弧焊輕微最強烈輕微輕微碳弧氣刨輕微強烈輕微輕微電渣焊輕微埋弧焊中等輕微實心細絲CO2焊輕微輕微輕微輕微實心粗絲CO2焊中等中等輕微中等鎢極氬弧焊（鋁、鐵、銅、鎳）中等中等輕微中等輕微輕微鎢極氬弧焊（不銹鋼）中等中等輕微輕微輕微輕微熔化極氬弧焊（不銹鋼

14、）中等輕微中等輕微（1）焊接煙塵焊接金屬煙塵的成份很復(fù)雜，焊接黑色金屬材料時，煙塵的主要成份是鐵、硅、錳。焊接其他金屬材料時，煙塵中尚有鋁、氧化鋅、鉬等。其中主要有毒物是錳，使用堿性低氫型焊條時，煙塵中含有極毒的可溶性氟。焊工長期呼吸這些煙塵，會引起頭痛、惡心，甚至引起焊工塵肺及錳中毒等。（2）有害氣體在各種熔焊過程中，焊接區(qū)都會產(chǎn)生或多或少的有害氣體。特別是電弧焊中在焊接電弧的高溫和強烈的紫外線作用下，產(chǎn)生有害氣體的程度尤甚。所產(chǎn)生的有害氣體主要有臭氧、氮氧化物、一氧化碳和氟化氫等。這些有害氣體被吸入體內(nèi)，會引起中毒，影響焊工健康。排出煙塵和有害氣體的有效措施是加強通風和加強個人防護，如帶防

15、塵口罩、防毒面罩等。（3）弧光輻射弧光輻射包括可見光、紅外線和紫外線。過強的可見光耀眼眩目；紅外線會引起眼部強烈的灼傷和灼痛，發(fā)生閃光幻覺；紫外線對眼睛和皮膚有較大的刺激性，引起電光性眼炎。在各種明弧焊、保護不好的埋弧焊等都會形成弧光輻射?；」廨椛涞膹姸扰c焊接方法、工藝參數(shù)及保護方法等有關(guān)，CO2焊弧光輻射的強度是焊條電弧焊的23倍，氬弧焊是焊條電弧焊的510倍，而等離子弧焊割比氬弧焊更強烈。為了防護弧光輻射，必須根據(jù)焊接電流來選擇面罩中的電焊防護玻璃，玻璃鏡片遮光號的選用如表13所示。表13玻璃鏡片遮光號的選用焊接、切割方法鏡片遮光號焊接電流（A）30307575200200400電弧焊56

16、788101112碳弧氣刨10111214焊接輔助工34（4）高頻電磁場當交流電的頻率達到每秒振蕩1030000萬次時，它的周圍形成高頻率的電場和磁場稱為高頻電磁場。等離子弧焊割、鎢極氬弧焊采用高頻振蕩器引弧時，會形成高頻電磁場。焊工長期接觸高頻電磁場，會引起神經(jīng)功能紊亂和神經(jīng)衰弱。防止高頻電磁場的常用方法是將焊槍電纜和地線用金屬編織線屏蔽。（6）射線射線主要是指等離子弧焊割、鎢極氬弧焊的釷產(chǎn)生放射線和電子束焊對的X射線。焊接過程中放射線影響不嚴重，釷鎢極一般被鈰鎢極取代，電子束焊的X射線防護主要以屏蔽以減少泄漏。（7）噪聲在焊接過程中，噪聲危害突出的焊接方法是等離子弧割、等離子噴涂以及碳弧氣

17、刨，其噪聲聲強達120130dB以上，強烈的噪聲可以引起聽覺障礙、耳聾等癥狀。防噪聲的常用方法是帶耳塞和耳罩。5焊接勞動保護焊接勞動保護是指為保障焊工在焊接生產(chǎn)過程中的安全和健康所采取的措施。焊接勞動保護應(yīng)貫穿于整個焊接過程中。加強焊接勞動保護的措施主要應(yīng)從兩方面來控制：一是從采用和研究安全衛(wèi)生性能好的焊接技術(shù)及提高焊接機械化、自動化程度方面著手；二是加強焊工的個人防護。推薦選用的安全衛(wèi)生性能好的焊接技術(shù)措施如表14所示。表14安全衛(wèi)生性能好的焊接技術(shù)措施目的措施全面改善安全衛(wèi)生條件1）提高焊接機械化、自動化水平2）對重復(fù)性生產(chǎn)的產(chǎn)品，設(shè)計程控焊接生產(chǎn)線3）采用各種焊接機械手和機器人取代手工焊，以消除焊工觸電的危險和電焊煙塵危害1）優(yōu)先選用安全衛(wèi)生性能好的