電阻點焊的職業(yè)危害及防護分析

歐澤兵

(3M中國有限公司，北京 100176)

0 前言

在汽車零部件和白車身的制造中，電阻點焊、CO2氣體保護焊、激光焊和等離子弧焊是常見的焊接方法。電阻點焊以熱影響區(qū)小、變形及應(yīng)力小，易于實現(xiàn)自動化，良好的焊接質(zhì)量和效率，被廣泛應(yīng)用于汽車白車身的焊接。

為了解汽車白車身電阻點焊過程中可能存在的危害，使用UV-A和UV-B紫外線輻照計（見圖1），依據(jù)GBZ/T 189.6-2007《工作場所物理因素測量第6部分：紫外輻射》標準對操作者的紫外輻照情況進行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)在車身電阻點焊工位波長297 nm和365nm的紫外輻射未被檢出，而檢測出波長254nm的紫外輻射明顯高于GBZ2.2-2007《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值—第2部分：物理因素》標準關(guān)于紫外輻射接觸限值 0.13 μW/cm2的要求（見表1），結(jié)果與理論推導不符。波長254nm的UVC紫外線對人體的傷害很大，短時間照射即會灼傷眼睛和皮膚，而且聚碳酸酯材質(zhì)的防護眼鏡對紫外線有很好的阻隔率，但現(xiàn)場測試卻顯示了不一樣的結(jié)論。本研究從以下幾個方面分析，以確定電阻點焊過程中是否確實存在采用上述儀表測得的高劑量UVC紫外輻射。

圖1 UV-A/UV-B紫外線輻照計

表1 現(xiàn)場檢測的紫外輻射情況（車身）

1 電阻焊的紫外輻射

紫外輻射波長為100～400nm，按波長分為UVA、UVB和UVC，波長越短，對作業(yè)者的危害就會越大。為便于討論，假設(shè)被焊工件絕對平整、電極與工件完全平面接觸，把被焊工件近似認為是黑體。依據(jù)維恩位移定律，黑體譜輻射亮度存在一個極值，極值的位置與溫度有關(guān)，黑體的溫度升高時，單色輻出率的最大值向短波方向移動，如圖2所示。車身電阻點焊時被焊鋼板加熱到熔化或塑性狀態(tài)，鋼的熔點約為1500℃，即1773.15 K。代入維恩位移定律

圖2 黑體輻射在不同溫度下的頻譜

可計算出輻出率極值位置為λ=1634 nm。國際照明委員會（InternationalCommissiononIllumination）把波長780 nm～1 mm的波歸納為紅外輻射，其中短波紅外IRA為780～1400nm，中波紅外IRB為1400～3000nm，長波紅外IRC為3000nm～1mm。λ=1634nm處于IRB紅外輻射區(qū)域，即電阻焊作業(yè)時輻射率最大的區(qū)域在紅外部分。

由普朗克黑體輻射定律（式2）可以推出在不同溫度條件下，黑體的輻出率按波長分布的情況。

式中 h為普朗克常數(shù)；c為光速；K為玻爾茲曼常數(shù)；T為黑體的絕對溫度。依據(jù)普朗克方程，在1500℃即1773.15 K條件下，400 nm及更短波長的紫外輻出率趨近于0。

事實上在車身薄板的電阻點焊中，被焊工件壓緊于電極之間，在通電瞬間由于薄板局部的點接觸，凸起處的金屬在大電流密度作用下迅速熔化，產(chǎn)生金屬熔化物飛濺，并且在斷路瞬間可能產(chǎn)生弧光輻射，其中可能存在少量的紫外輻射。閃光對焊在起始階段僅使待焊端面保持輕微的接觸，大焊接電流從面積很小的接觸點集中流過，迅速升溫熔化這些地方的金屬，某些組分瞬間汽化會引起較多的飛濺。一般情況下電阻焊所產(chǎn)生的弧光輻射成分多為可見光和紅外輻射，很少或沒有紫外線輻射的產(chǎn)生[1]。

2 現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)與理論計算結(jié)果的差異

按維恩位移定律計算出來電阻焊的輻照度波長極值處于中波紅外區(qū)域，紫外輻射出現(xiàn)的幾率趨近于0。在作業(yè)現(xiàn)場紫外輻照檢測中，波長365 nm和297nm的紫外輻射未檢出，而波長254nm的紫外輻照度明顯高于GBZ2.2-2007中關(guān)于紫外線輻射的職業(yè)暴露限值要求，與普朗克定律推導出的結(jié)論不相符。

檢查UVA、UVB紫外線輻照計相關(guān)文件時發(fā)現(xiàn)，上述用于現(xiàn)場紫外輻照監(jiān)測的UV-A和UV-B紫外線輻照計說明書明確要求，波長254 nm的傳感器僅限于在環(huán)境照度很低，即在可見光強度很小或可見光被完全屏蔽的情況下使用，以排除可見光對UVC檢測結(jié)果的影響。在隨后驗證中發(fā)現(xiàn)，在使用長圓黑色不反光遮光筒遮蔽可見光后，電阻焊在254nm波長UVC輻出的讀數(shù)為0；而未屏蔽可見光時，受周邊照明燈光的影響，254 nm波長UVC讀數(shù)為 0.5～5.8 μW/cm2不等的讀數(shù)，出現(xiàn)這一問題的原因為該型傳感器無法排除可見光的影響，因而造成輸出讀數(shù)的誤差。而UVA和UVB傳感器受可見光的影響相對較小，現(xiàn)場檢測未檢出UVA和UVB也證明了這一點。

3 防護眼鏡對紫外輻射的阻隔率

防護眼鏡是常用的眼部防護用具，其最基本的功能是提供抗沖擊的眼部防護。不同的防護眼鏡對可見光、紫外輻射和紅外輻射有不同的阻隔率。使用Lambda 1050分光光度計測試的多款防護眼鏡，發(fā)現(xiàn)即使是無色透明PC鏡片的防護眼鏡，對波長200～400 nm的紫外輻射也有很好的阻隔率（見圖3），同時對可見光有良好的透過率，以保證作業(yè)者良好的視線。

圖3 防護眼鏡或護目鏡對不同波長輻射的透過率

即使電阻焊存在少量的紫外輻射，在焊點與作業(yè)者之間空氣介質(zhì)的衰減作用下，其強度變得更低，加上防護眼鏡鏡片的進一步衰減，作業(yè)者受電阻焊紫外輻出的影響忽略不計[2]。電阻焊可能產(chǎn)生的紫外輻射及焊接飛濺物對作業(yè)者眼部的影響可通過佩戴合適的防護眼鏡或護目鏡來加以防護。

4 結(jié)論

電阻焊作業(yè)中即使存在少量紫外輻射，選用適合的防護眼鏡也可以起到紫外和紅外輻射防護效能。測量焊接的紫外輻射量需采用正確的設(shè)備，以避免測量誤差。另一方面，在理想焊接條件下，電阻焊不會產(chǎn)生過熱的顆粒或熔融金屬飛濺，但在實際焊接過程中，由于焊接電流、電極壓緊力和被焊材料表面狀態(tài)等原因經(jīng)常會產(chǎn)生各種飛濺，特別是閃光焊產(chǎn)生的飛濺顆粒物，其飛行距離很遠，而熾熱飛濺顆粒物可能對焊接操作及相關(guān)人員造成傷害。

對于存在過熱的顆?；蛉廴诮饘亠w濺的場合，可以在佩戴防護眼鏡的基礎(chǔ)上再佩戴防護面屏，以降低作業(yè)者的風險。

[1]Terry L.Lyon，Wesley J.Marshall，David H.Sliney，et al.Evaluation of the Potential Hazards from Actinic Ultraviolet Rad iation Generated by Electric Welding and Cutting Arcs[M].Defense Technical Information Center，1976：60-67.

[2]歐澤兵.電弧焊弧光輻射的危害與防護[J].電焊機，2011，41（11）：51-54.