手弧焊是利用電弧產生的熱量來熔化和焊條的一種手工操作的焊接方法。
基本介紹
- 中文名：手弧焊
- 外文名：manual metal-arc welding
- 原理：電弧產生的熱量
- 領域：工程技術
定義,原理,電源種類,焊條類型,特徵,焊接帶來危害,安全操作規程,
定義
手工電弧焊，簡稱手弧焊。是以手工操作的焊條和被焊接的工件做為兩個電極，利用焊條與焊件之間的電弧熱量熔化金屬進行焊接的方法。
原理
焊接過程：手工電弧焊由焊接電源、焊接電纜、焊鉗、焊條、焊件、電弧構成迴路，焊接時採用焊條和工件接觸引燃電弧，然後提起焊條並保持一定距離，在焊接電源提供合適電弧電壓和焊接電流下電弧穩定燃燒，產生高溫，焊條和焊件局部加熱到融化狀態。焊條端部熔化的金屬和被熔化的焊件金屬熔合在一起，形成熔池。在焊接中，電弧隨焊條移動，熔池中的液態金屬逐步冷卻結晶後便形成焊縫，兩焊件被焊接在一起。
在焊接中，焊條的焊芯熔化後以熔滴的形式向熔池過渡，同時焊條塗層產生一定量氣體和液態熔渣。產生的氣體充滿在電弧和熔池周圍，隔絕空氣。液態熔渣比液態金屬密度小，浮在熔池上面，從而起到保護熔池作用。熔池內金屬冷卻凝固時熔渣也隨之凝固形成焊渣覆蓋在焊縫表面，防止高溫的焊縫金屬被氧化，並且降低焊縫的冷卻速度。在焊接過程中，液態金屬與液態熔渣和氣體間進行脫氧、去硫、去磷、去氫等複雜的冶金反應，從而使焊縫金屬獲得合適的化學成分和組織。
電源種類
焊條可以在交流或直流電源下使用。並不是所有的直流焊條都能在交流電源下使用，但交流焊條通常都能在直流電源下使用。
焊接電源分為兩種，直流弧焊電源和交流弧焊電源，焊條分為兩大類即：酸性焊條和鹼性焊條。酸性焊條用直流和交流焊接電源均可，鹼性焊條必須用直流弧焊電源。其接法有兩種：直流正接和直流反接，焊接過程中產生偏磁吹調換接法會有明顯好轉。交流焊接電源一般情況下不會產生偏磁吹。
電壓一般為20～35伏，電流取決於焊接材料的厚度、焊條規格、焊接結構，範圍在 15～400安。
焊條類型
焊條藥皮的化學成分對電弧的穩定性、熔深、金屬熔敷率和定位能力有很大影響。焊條可分為三大類：纖維素型焊條；氧化鈦藥皮焊條；鹼性焊條。
纖維素型
焊條的藥皮中含有大量的纖維素，它的特點是電弧熔深深、摩擦變形速度快，這也提高了整個焊接速度。但由於焊縫沉澱物比較粗糙並且和流動的熔渣混合在一起，所以除渣很困難。這種焊條在任何位置都可以使用，而且因其在高架焊管（‘stovepipe’ welding technique）中的使用而為人們所熟悉。
特點：在所有位置都能形成較深的熔深；適用於向下立焊；良好的機械性能；產生大量的氫——有造成熱影響區（Haz）裂紋的風險。
氧化鈦
氧化鈦的藥皮中含有大量的氧化鈦（rutile）。氧化鈦使起弧、平滑電弧操作和降低弧飛濺變得容易。這種通用焊條具有良好的焊接特性。在交流電或直流電下，它們可用於所有位置的焊接，特別適用於橫角/立角位置的接頭焊接。
特點：合適的焊縫金屬機械性能；粘性熔渣能形成良好的焊道外形；定位焊接可能會產生流動的熔渣（含氟化物）；易清除熔渣。
鹼性焊條
鹼性焊條藥皮中含有大量的碳酸鈣（石灰石）、氟化鈣（螢石）。這使它的熔渣比氧化鈦型焊條的熔渣更易流動，這也是一種協助立焊和仰焊快速冷卻的方法。這些焊條用於焊接中型和大型結構，要求具有較高的焊接質量、良好的機械性能和抗裂紋能力（過度拘束會產生裂紋）。
特點：低氫焊縫金屬；要求高焊接電流/速度；焊道成形差（表面輪廓彎曲、粗糙）；清除熔渣困難；金屬粉末焊條包含加有金屬粉末的塗料，可使焊接電流增加到最大容許電流。因此，與藥皮中不含鐵粉的焊條相比，金屬粉末焊條的金屬熔敷速度和效率（金屬熔敷比例）都有所提高，熔渣也很容易清除。由於熔敷速度快，鐵粉焊條主要用於平焊、橫焊和立焊。氧化鈦焊條和鹼性焊條沒有顯著的電弧特性，電弧力度較小，減少了焊道的熔深。
特徵
具有方便靈活的特點、焊接質量好。其缺點是：速度慢、煙塵大；適合焊接全位置。
焊接帶來危害
電焊煙塵
1、可能導致的職業病：電焊工塵肺
2、行業舉例：
(1)體育用品製造業：銅管打孔
(3)交通運輸設備製造業：機車部件組裝、平台組裝、船舶管系安裝、船舶電氣安裝、船舶錨鏈 、電焊作業危害因素及影響因素
電焊作業的健康危害因素很多，一般可分為物理因素和化學因素兩大類。前者有高溫電弧光產生的紫外線、紅外線等。後者為電焊氣溶膠的各種成分，固態有各種金屬鐵、錳、鋁、鉻、鉛、鎳，放射性元素等，氣相部分有氧化錳、氟化氫、氮氧化物等氣體。高溫、震動、噪聲則不是很明顯。
電焊氣溶膠的分散度極高，生物活性明顯高於其它粉塵。焊條、焊接方式不同，電焊氣溶膠的組成變化也很大，生物活性也不同；生物活性還與電焊煙塵溶解度、新鮮度有關。
3、電焊作業對工人健康的損害
(1)焊工塵肺及肺功能的影響
電弧焊接時，焊條中的焊芯、藥皮和金屬母材在電弧高溫下熔化、蒸發、氧化、凝集，產生大量金屬氧化物及其他物質的煙塵，長期吸入可引起焊工塵肺。電焊工塵肺一般發生在密閉、通風不良的作業條件下，發病工齡平均為18年左右。肺通氣功能測定表明接觸電焊塵可引起電焊工一定程度的肺通氣功能損傷,FVC、FEV1.0、FEV1.0%、MMF、V50、V25、PEFR等肺通氣功能指標均明顯降低；吸菸因素與接塵因素對電焊工的肺通氣功能可能產生協同作用；電焊工的肺通氣功能損傷有隨接塵工齡的延長而加重的趨勢。
(2)錳中毒
各種焊件和焊條中均含有數量不等的錳，一般焊芯中的含錳量很低，只有0.3~0.6%左右。為了提高機械強度、耐磨、抗腐蝕等性能，使用含錳焊條時，含錳量可高達23%。在通風不良場所如船艙、鍋爐或密閉容器內施焊，長期吸入含錳的煙塵可發生錳中毒，可檢出血錳、尿錳升高，神經行為功能改變[6]，發錳測定亦可作為錳中毒早期篩檢指標.
(3)電焊煙熱
電焊煙熱也稱焊工熱，是金屬煙熱的一種，由吸入金屬氧化物地所致的以驟起體溫升高和外周血白細胞計數增多為主要表現的全身性疾病，常在接觸金屬氧化物煙後6一12小時[8]起發病，有頭暈、乏力、胸悶、氣急、肌肉關節酸痛，以後發熱，白細胞增多，重者有畏寒、寒顫。
(4)對神經系統的影響
大量研究表明，電焊作業存在與職業接觸有關的神經系統損害，主要涉及記憶、分析、定位等信息加工處理的功能，表現為神經生理、神經心理、神經行為異常，與電焊煙塵中的錳、鋁、鉛等有密不可分的聯繫。採用WHO．NCTB測試,結果行為功能總分與尿錳存在負相關,提示神經行為功能的變化可作為預防錳中毒的早期指標之一。國外研究有電焊作業工人行為功能總分反而較對照組升高的報告，作者分析可能是工人健康效應和工作相關技能訓練效應所致。電焊作業對工人副交感神經調查功能的影響也有報導。國外尚有報導帕金氏綜合症在電焊工人群中的發病年齡明顯提前（平均46歲，對照組平均63歲），提示電焊作業是帕金氏綜合症的危險因素之一。
(5)對眼及皮膚的影響
紫外線(UVR)和紅外線(IFR)對眼及皮膚的損傷是電焊作業職業損害的一個重要方面。電焊工眼部症狀明顯增多常有報導，表現為電光性眼炎、慢性瞼緣炎、結膜炎、晶體混濁等，且慢性瞼緣炎、結膜炎患病率有隨工齡增加而增高的趨勢。過量UVR暴露的主要損害為光敏性角膜炎，電焊工白內障與紅外線接觸有關。國外最近的研究表明，工人接觸過量UVR會有發生非黑色素細胞皮膚癌和其它諸如眼惡性黑色素瘤等慢性疾病的危險。
(6)對生殖系統的影響
生殖毒性的結局意義重大，故近10年來國內外開展了一些關於電焊作業生殖毒性的研究，主要涉及男工精液質量、女工生殖結局及損害機制。研究表明：電焊女工月經的經量增加、周期縮短、經期延長、白帶增加，自然流產、早產、痛經、均較對照組高。錳中毒男工精液外觀呈均勻灰白色，PH值正常，平均液化時間比對照組延長。檢驗結果證明，錳中毒男工平均一次射精量、精子總數、精子存活率及活動精子率均比對照組下降，錳中毒男工精子畸形率明顯高於對照組。認為金屬錳能夠影響男工生精系統，對精子的發育有直接毒作用，並能殺傷精子，從而引起男性精液質量的改變。國外也有報導電焊作業工人性激素分泌改變，精子質量下降，但對子代的性別比例沒有影響。
(7)對體內酶和抗體水平的影響
近年來，有關電焊作業對工人體內酶及抗體產生影響的報導很多。研究表明：電焊工血清中的總超氧化物歧化酶（T-SOD）、谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）顯著下降，丙二醛（MDA）水平顯著升高,但不存在劑量－效應關係,電焊工於氧化應激狀態，抗氧化能力減弱，提示生物膜受到損傷。
為探討電焊煙塵對人體免疫球蛋白含量的影響，對電焊工和健康對照者採用單向免疫瓊脂擴散法分別測定IgG、IgA、IgM含量。結果發現，電焊組的IgG、IgA二項含量與對照組比較，差異有高度顯著性（P<0.001)；電焊組的IgM含量與對照組比較，差異無顯著性（P>0.05)；且尿錳與IgG、IgA有相關關係，分別為r=0.982,r=0.991，提示電焊煙塵對人體免疫球蛋白含量有影響。
熱應激蛋白(HSPs)是機體在各種應激狀態下誘導合成增加的一組進化上高度保守的蛋白質。在生理狀態下，它們是細胞生存所必需，在應激狀態下水平的增加，可提高細跑對損傷的耐受力和應激能力，以保護組織細胞抵抗有害因家的損害作用，對維持機體的自身穩定性起著重要作用。套用酶聯免疫吸附法對電焊工血漿中HSP65抗體水平進行檢測。結果表明，電焊工血漿抗體水平高於對照組(P<0.05)；其中異常檢出率均為26.1%，認為電焊混合塵作為應激原能夠誘導機體HSP65抗體水平合成增加。因此認為，電焊工血漿中HSDP65抗體水平能夠反映電焊混合塵對工人的危害程度。
(8)對內臟的影響
通過B超檢查探討電焊對作業工人肝脾的影響。結果電焊作業組工人左肝長、厚，右肝斜厚及脾厚均高於對照組，並有顯著性差異。電焊對作業工人肝脾存在一定的損害，且隨工齡延長有加重趨勢。國外有報導，胰腺內分泌腫瘤在電焊工中發生的危險度也明顯高於正常人群。
(9)對體內微量元素的影響
有報導採用等離子發射光譜儀，檢測錳電焊作業工人血清中的Mn,Cu,Zn,Fe和Pb5種微量元素。結果接觸組錳和鐵的血清含量明顯高於對照組（P0.05）；而鋅和鉛的血清含量明顯低於對照組（P<0.01）；接觸組工齡及年齡分層顯示,各組血清微量元素比較均無統計學意義。結論：錳的過量吸入可影響體內Mn,Cu,Zn,Fe和Pb5種微量元素變化，從而引起體內微量元素的失衡，促使錳中毒的發生。尚有報導電焊作業者紅細胞內錳含量女性高於男性，且紅細胞內銅鋅含量變化與錳呈正相關關係。
氬弧焊的危害程度要比焊條電弧焊相對來說要大，但是沒有大到讓人望而生畏的地步，紅外線輻射約為普通焊條電弧焊的1～1.5倍，氬弧焊電弧產生的紫外線輻射約為焊條電弧焊的5～30倍，在有限空間內焊接時，臭氧的濃度可增大到危險程度，在焊接過程中，還會產生二氧化碳·一氧化碳等有害氣體和金屬粉塵，這些都對焊工產生一定的危害。所以我們在焊接過程中要做好防護，選用電極的材料，要儘量選用放射性小的釷鎢·鈰鎢。磨削電極時，要戴好口罩·手套，且工作後要洗手；如果長時間的焊接要定期的進行身體檢查，在工作中做到有張有持，就像我們曬太陽，曬久了也會對人身體不好的。
電光性眼炎
有些人白天被電焊晃了眼睛，在夜間突然發生兩眼睜不開，劇烈眼痛，流淚，這往往就是電光性眼炎。
電焊和氣焊的弧光、紫外線燈、烈日的海濱和高原、雪山的日光反射都可產生大量紫外線而引起電光性眼炎，尤以電焊工為多見。電光性限炎的主要表現是：在眼睛接觸紫外線照射的2～12小時後，由於角膜上皮受損，患者感覺眼痛，怕光，眼睛難以睜開，眼痛猶如許多沙粒進入眼睛一樣，視物很模糊。眼科檢查可見眼瞼皮膚充血、眼紅、球結膜充血水腫、角膜上皮脫落。電光性服炎雖然病情來勢兇猛，但預後較好。發病當時可滴用表面麻醉藥（如0.5%地卡因液）1～2次，可立即消除眼痛症狀，並滴用消炎眼水以預防感染。隨著結膜、角膜上皮的迅速修復，2～5天后即可痊癒。
為預防電光性眼炎，電焊工人操作時一定要戴上防護面罩或眼鏡。此外，高原、雪地或沙漠日光反射後的紫外線也可使人發生電光性眼炎，因此也需戴上防護眼鏡。
氬弧焊與焊條電弧焊相比對人身體的傷害程度要高一些，只要在工作中注意防護對人身體是沒有多大傷害的；我們都知道氬弧焊的電流密度大，發出的光比較強烈，它的電弧產生的紫外線輻射，約為普通焊條電弧焊的5～30倍，紅外線約為焊條電弧焊的1～1.5倍，在焊接時產生的臭氧含量較高，因此，儘量選擇空氣流通的地方施焊，操作氬弧焊的防護措施基本和手弧焊相同，在這就不多說了，焊接時儘量選擇釷鎢和鈰鎢放射性小的電極材料，如果有條件的話，應定期的進行身體檢查。工作中要做到勞逸結合，平常注意鍛鍊身體，多參加一些體育活動，因為焊工是屬於特種作業人員，在工作中的危害程度相對要比其它工種高一些。
安全操作規程
1．工作前應檢查焊機電源線，引出線及各接點是否良好，線路橫越車行道應架空或加保護蓋，焊機二次線路及外殼必須有良好接地，其接地電阻不得超過4歐姆；焊條的夾鉗絕緣和隔熱性能必須良好。
2．下雨天不準露天電焊。在潮濕地帶工作時，要站在鋪有絕緣物品的地方，並穿好絕緣鞋。
3．移動或電焊機從電力網上接線或檢線、接地等工作均應由電工進行。
4．推閘刀開關時，身體要偏斜些，要一次推足，然後開啟電焊機；停機時，要先關電焊機，才能拉斷電源閘刀開關。
5．移動電焊機位置，須先停機斷電，焊接中突然停電，應立即關好焊機。
6．在人多的地方焊接時，要安設遮攔擋住弧光，無遮欄時應提醒周圍人員不要直視弧光。
7，換焊條時要戴好手套，身體不要靠在鐵板或其他導電物品上。敲渣子時要戴上防護眼鏡。
8．焊接有色金屬器件時，要加強通風排毒，必要時使用過濾式防毒面具。
9．在焊鉗與工件短路的狀態下，電源開關不應合閘；停止工作時，焊鉗應與工件分開，應將焊鉗放在絕緣良好的地方，只準在非工作狀態下切斷電源。
