本文是 GS Lyndon 的職業健康與安全百科全書第 3 版文章“焊接和熱切割”的修訂版。

流程概覽

焊接 是一個通用術語，指的是通過熱或壓力，或兩者兼而有之，使金屬件在接合面處變成塑料或液體的結合。 三種常見的直接熱源是：

1. 燃氣與空氣或氧氣燃燒產生的火焰
2. 電弧，在電極和工件之間或兩個電極之間產生
3. 為兩個或多個工件之間的電流通路提供的電阻。

焊接的其他熱源在下面討論（見表 1）。

表 1. 鉛冶煉和精煉的工藝材料輸入和污染輸出

In 氣體焊接和切割， 氧氣或空氣和燃料氣體被送入吹管（火炬），在噴嘴處燃燒之前，它們在吹管中混合。 吹管通常是手持的（見圖 1）。 熱量熔化要連接的零件的金屬面，使它們流動在一起。 經常添加填充金屬或合金。 合金的熔點通常低於要連接的零件。 在這種情況下，兩個部件通常不會達到熔化溫度（釬焊、釬焊）。 化學助熔劑可用於防止氧化並促進連接。

圖 1. 使用焊槍和過濾金屬棒的氣焊。 焊工受到皮圍裙、手套和護目鏡的保護

在電弧焊中，電弧在電極和工件之間產生。 電極可以連接到交流電 (AC) 或直流電 (DC) 電源。 當工件熔合在一起時，此操作的溫度約為 4,000°C。 通常需要通過熔化電極本身（自耗電極工藝）或通過熔化不承載電流的單獨填充棒（非自耗電極工藝）來將熔融金屬添加到接頭中。

大多數傳統的電弧焊是通過手持式焊鉗中的覆蓋（塗層）自耗電極手動完成的。 焊接還通過許多半自動或全自動電焊工藝完成，例如電阻焊或連續電極進給。

在焊接過程中，焊接區域必須與大氣隔離，以防止氧化和污染。 有兩種保護類型：助焊劑塗層和惰性氣體保護。 在 焊劑保護電弧焊， 自耗電極由被助焊劑塗層材料包圍的金屬芯組成，助焊劑塗層材料通常是礦物和其他成分的複雜混合物。 助焊劑隨著焊接的進行而熔化，熔渣覆蓋熔融金屬，並用加熱助焊劑產生的氣體保護氣氛（例如，二氧化碳）包圍焊接區域。 焊接後，必須清除熔渣，通常採用切削的方法。

In 氣體保護電弧焊， 一層惰性氣體將大氣隔絕，防止焊接過程中的氧化和污染。 氬氣、氦氣、氮氣或二氧化碳通常用作惰性氣體。 選擇的氣體取決於待焊接材料的性質。 兩種最流行的氣體保護電弧焊是金屬惰性氣體保護焊和鎢極惰性氣體保護焊（MIG 和 TIG）。

電阻焊接 涉及利用電阻使低電壓下的大電流通過待焊接的部件以產生用於熔化金屬的熱量。 組件之間的界面產生的熱量使它們達到焊接溫度。

危害及其預防

所有焊接都涉及火災、燒傷、輻射熱（紅外輻射）以及吸入金屬煙霧和其他污染物的危險。 與特定焊接工藝相關的其他危害包括電氣危害、噪音、紫外線輻射、臭氧、二氧化氮、一氧化碳、氟化物、壓縮氣瓶和爆炸。 有關其他詳細信息，請參見表 2。

表 2. 焊接工藝的描述和危害

許多焊接不是在通常可以控制條件的車間進行的，而是在建造或維脩大型結構和機械（例如，建築物、橋樑和塔架、船舶、鐵路發動機和汽車、重型設備等的框架）的現場進行的在）。 焊工可能必須將他或她的所有設備帶到現場，進行設置並在密閉空間或腳手架上工作。 身體緊張、過度疲勞和肌肉骨骼損傷可能會隨之而來，需要伸手、跪下或以其他不舒服和尷尬的姿勢工作。 即使沒有焊接過程產生的熱量，在溫暖的天氣中工作和個人防護設備的封閉效應也可能導致熱應力。

壓縮氣瓶

在高壓氣焊裝置中，氧氣和燃氣（乙炔、氫氣、城市煤氣、丙烷）從鋼瓶供應到焊炬。 氣體以高壓儲存在這些鋼瓶中。 燃料氣體安全使用和儲存的特殊火災和爆炸危險及注意事項也在本文其他部分討論 百科全書. 應遵守以下預防措施：

• 只有為使用中的氣體設計的壓力調節器才能安裝到鋼瓶上。 例如，乙炔調節器不應與煤氣或氫氣一起使用（儘管它可以與丙烷一起使用）。

• 吹管必須保持良好狀態並定期清潔。 應使用硬木棒或軟黃銅絲清潔尖端。 它們應該通過特殊的帆布加固軟管連接到調節器，軟管的放置方式應確保它們不太可能被損壞。

• 氧氣瓶和乙炔瓶必須分開存放，並且只能存放在沒有易燃材料的耐火場所，並且必須放置在發生火災時可以很容易取出的位置。 必須諮詢當地的建築和防火規範。

• 應嚴格遵守現行或推薦用於識別鋼瓶和附件的顏色編碼。 在許多國家/地區，用於危險材料運輸的國際通用顏色代碼適用於該領域。 在這方面執行統一國際標準的理由因與產業工人國際移民增加相關的安全考慮而得到加強。

乙炔發生器

在低壓氣焊工藝中，電石與水反應一般在發生器中產生乙炔。 然後將氣體通過管道輸送到焊槍或切割槍，並向其中輸送氧氣。

固定式發電廠應安裝在露天或遠離主要廠房的通風良好的建築物內。 發電機房的通風應防止形成爆炸性或有毒氣體。 應提供充足的照明； 開關、其他電氣設備和電燈應位於建築物外部或防爆。 房屋內或露天發電機附近必須禁止吸煙、火焰、火炬、焊接設備或易燃材料。 許多這些預防措施也適用於便攜式發電機。 便攜式發電機只能在露天或通風良好的商店中使用、清潔和充電，遠離任何易燃材料。

碳化鈣以密封桶供應。 材料應存放在高於地面的平台上並保持乾燥。 商店必須位於有遮蓋的位置，如果它們毗鄰另一棟建築，則隔牆必須是防火的。 儲藏室應通過屋頂適當通風。 鼓只能在發電機充電之前立即打開。 應提供和使用專用開瓶器； 切勿使用錘子和鑿子打開鼓。 將電石桶暴露在任何水源中都是危險的。

在拆卸發電機之前，必須清除所有碳化鈣並向設備註滿水。 水應在設備中保留至少半小時，以確保每個部分都沒有氣體。 只能由設備製造商或專業人員進行拆卸和維修。 當發電機充電或清潔時，不得再次使用舊電荷。

應使用由青銅或其他合適的有色合金製成的無火花工具小心清除楔入進料機構或粘附在設備部件上的碳化鈣碎片。

所有相關人員都應完全熟悉製造商的說明，這些說明應顯著展示。 還應遵守以下預防措施：

• 發生器和每個吹管之間必須安裝設計合理的背壓閥，以防止回火或氣體逆流。 回火後應定期檢查閥門，每日檢查水位。

• 只能使用設計用於低壓操作的噴射器型吹管。 對於加熱和切割，有時會使用低壓的城市煤氣或氫氣。 在這些情況下，應在每個吹管和供應主管或管道之間放置一個止回閥。

• 爆炸可能是由“回火”引起的，“回火”是由於噴嘴尖端浸入熔融金屬池、泥漿或油漆，或任何其他停工造成的。 應去除附著在尖端上的熔渣或金屬顆粒。 尖端也應經常冷卻。

• 應諮詢當地建築和防火規範。

防火防爆

在定位焊接操作時，應考慮到周圍的牆壁、地板、附近的物體和廢料。 應遵循以下程序：

• 所有可燃材料必須被移除或用金屬板或其他合適的材料充分保護； 絕不能使用防水油布。

• 應勸阻或類似地保護木結構。 應避免使用木地板。

• 牆壁和地板出現開口或裂縫時，應採取預防措施； 相鄰房間或下方地板上的易燃材料應移至安全位置。 應諮詢當地建築和防火規範。

• 應始終備有合適的滅火設備。 對於使用乙炔發生器的低壓設備，還應備有乾沙桶； 乾粉或二氧化碳類型的滅火器是令人滿意的。 決不能用水。

• 可能需要消防隊。 工作完成後，應指派負責人在現場觀察至少半小時，以應對發生火災時的情況。

• 由於乙炔氣體在空氣中的含量達到 2 到 80% 之間的任何比例時都會發生爆炸，因此需要充分通風和監控以確保沒有氣體洩漏。 只能使用肥皂水來尋找煤氣洩漏。

• 氧氣必須小心控制。 例如，絕不能在密閉空間內將其釋放到空氣中； 許多金屬、衣服和其他材料在氧氣存在的情況下變得活躍可燃。 在氣割中，任何可能沒有被消耗的氧氣都會被釋放到大氣中； 切勿在沒有適當通風裝置的密閉空間內進行氣割。

• 富含鎂或其他易燃金屬的合金應遠離焊接火焰或電弧。

• 容器的焊接可能非常危險。 如果以前的內容未知，則應始終將容器視為裝有易燃物質。 可以通過移除任何易燃材料或使其成為非爆炸性和不易燃的材料來防止爆炸。

• 用於鋁熱焊的鋁和氧化鐵的混合物在正常條件下是穩定的。 但是，鑑於鋁粉容易點燃，反應具有準爆炸性，因此在處理和儲存時應採取適當的預防措施（避免接觸高溫和可能的火源）。

• 在某些司法管轄區，焊接需要書面的熱工許可證計劃。 該程序概述了在焊接、切割、燃燒等過程中應遵循的注意事項和程序。 該計劃應包括執行的具體操作以及要實施的安全預防措施。 它必須是特定於工廠的，並且可能包括必須在每個單獨的操作中完成的內部許可系統。

防止熱和灼傷危險

由於接觸熱金屬和熾熱金屬顆粒或熔融金屬的飛濺，可能會灼傷眼睛和身體裸露部位。 在電弧焊中，用於啟動電弧的高頻火花如果集中在皮膚上的某個點，會導緻小而深的燒傷。 來自氣焊或切割火焰的強烈紅外線和可見光輻射以及焊池中的熾熱金屬會使操作員和操作附近的人員感到不適。 應事先考慮每項操作，並設計和實施必要的預防措施。 應佩戴專為氣焊和切割製作的護目鏡，以保護眼睛免受工作輻射的熱和光的傷害。 過濾玻璃上的保護罩應按要求清潔，並在刮傷或損壞時更換。 在噴出熔融金屬或熱顆粒的地方，穿著的防護服應能擋住飛濺物。 應根據危險程度選擇所穿防火服的種類和厚度。 在切割和弧焊操作中，應穿上皮鞋套或其他合適的鞋墊，以防止熱顆粒落入靴子或鞋子中。 為了保護手和前臂免受熱、飛濺、熔渣等的傷害，帶有帆布或皮革袖口的皮革手套型手套就足夠了。 其他類型的防護服包括皮圍裙、夾克、袖套、護腿和頭套。 在仰焊中，保護斗篷和保護帽是必需的。 所有的防護服都應該沒有油或油脂，接縫應該在裡面，以免夾住熔融金屬的小球。 衣服不應有可能留有火花的口袋或袖口，穿著時應使袖子與手套重疊，緊身褲與鞋子重疊等。 應檢查防護服是否有破裂的接縫或孔洞，熔融金屬或熔渣可能會從中進入。 焊接完成後留下高溫的重物應始終標記為“高溫”，以警告其他工人。 使用電阻焊接時，產生的熱量可能不可見，處理熱組件可能會導致灼傷。 如果條件合適，高溫或熔融金屬的顆粒不應飛出點焊、縫焊或凸焊，但應使用不易燃的篩網並採取預防措施。 屏幕還可以保護路人免受眼睛灼傷。 鬆散的零件不應留在機器的喉部，因為它們很容易以一定的速度拋出。

電氣安全

雖然手工電弧焊中的空載電壓相對較低（約 80 V 或更低），但焊接電流很高，而且變壓器初級電路存在在電源線電壓下運行設備的常見危險。 因此，不應忽視觸電的風險，尤其是在狹窄的空間或不安全的位置。

在開始焊接之前，應始終檢查弧焊設備的接地裝置。 電纜和連接應完好且容量充足。 應始終使用合適的接地夾或螺栓端子。 如果兩台或多台焊機接地到同一結構，或同時使用其他便攜式電動工具，接地應由合格人員監督。 工作位置應乾燥、安全且無危險障礙物。 一個佈置良好、光線充足、通風良好且整潔的工作場所很重要。 對於在密閉空間或危險位置工作，可以在焊接迴路中安裝額外的電氣保護（空載、低壓裝置），確保在不進行焊接時焊鉗上只有極低電壓電流. （參見下面對密閉空間的討論。）推薦使用彈簧夾或螺紋固定電極的電極架。 通過對握在手中的電極夾具的部分進行有效的隔熱，可以減少因加熱引起的不適。 應定期清潔和擰緊電極夾的鉗口和連接，以防止過熱。 應採取措施，在不使用時通過絕緣鉤或完全絕緣的支架安全地容納電極支架。 電纜連接的設計應確保電纜的持續彎曲不會導致絕緣層磨損和失效。 必須避免將電纜和塑料供氣管（氣體保護工藝）拖過熱板或焊縫。 電極導線不應接觸作業或任何其他接地物體（地面）。 高頻放電附近不得使用橡皮管和橡皮電纜，因為產生的臭氧會腐蝕橡皮。 從變壓器到電極支架的所有電源都應使用塑料管和聚氯乙烯 (PVC) 覆蓋電纜。 硫化或堅韌的橡膠護套電纜在初級側是令人滿意的。 污垢和金屬或其他導電灰塵會導致高頻放電單元發生故障。 為避免這種情況，應定期用壓縮空氣吹掃清潔裝置。 使用壓縮空氣超過幾秒鐘時，應佩戴聽力保護裝置。 對於電子束焊接，每次操作前必須檢查所用設備的安全性。 為防止觸電，必須在各種機櫃上安裝聯鎖系統。 所有單元和控制櫃的可靠接地系統是必要的。 對於用於切割大厚度的等離子焊接設備，電壓可能高達 400 V，應預料到危險。 通過高頻脈衝發射電弧的技術使操作員面臨令人不快的電擊和痛苦的穿透性高頻灼傷的危險。

紫外線輻射

電弧發出的明亮光中含有高比例的紫外線輻射。 即使是瞬間暴露於電弧閃光爆發，包括來自其他工人電弧的雜散閃光，也可能會產生疼痛性結膜炎（光眼炎），稱為“電弧眼”或“閃光眼”。 如果任何人接觸到電弧閃光，必須立即就醫。 過度暴露於紫外線輻射也可能導致皮膚過熱和灼傷（曬傷效應）。 預防措施包括：

• 應使用裝有正確等級過濾器的防護罩或頭盔（請參閱本文其他地方的文章“眼部和麵部防護” 百科全書). 對於氣體保護弧焊工藝和碳弧切割，平面護手無法提供足夠的反射輻射保護； 應該使用頭盔。 頭盔下應戴帶側護罩的過濾護目鏡或眼鏡，以免在抬起頭盔檢查工作時暴露在外。 頭盔還可以防止飛濺和熱熔渣。 頭盔和手盾在外面裝有濾光玻璃和防護罩玻璃。 應定期檢查、清潔並在刮傷或損壞時更換。
• 應妥善保護面部、頸部和身體其他暴露部位，尤其是在與其他焊工靠近工作時。
• 助理應至少佩戴合適的護目鏡，並根據風險要求佩戴其他 PPE。
• 應屏蔽所有弧焊操作，以保護附近工作的其他人員。 如果在固定工作台或焊接車間進行工作，應盡可能安裝永久性屏風； 否則，應使用臨時屏幕。 所有屏幕都應該是不透明的、堅固的結構和阻燃材料。
• 在焊接室內部使用黑色油漆已成為一種公認的做法，但油漆應產生啞光效果。 應提供充足的環境照明，以防止眼睛疲勞導致頭痛和事故。
• 應定期檢查焊接間和便攜式屏幕，以確保沒有可能導致電弧影響附近工作人員的損壞。

化學危害

焊接和火焰切割產生的空氣污染物，包括煙霧和氣體，來源多種多樣：

• 被焊接的金屬、填充棒中的金屬或各種鋼的成分，如鎳或鉻）
• 被焊接物件或焊條上的任何金屬塗層（例如，電鍍產生的鋅和鎘、鍍鋅產生的鋅和連續低碳鋼焊條上的薄塗層銅）
• 被焊接物品上的任何油漆、油脂、碎屑等（例如，一氧化碳、二氧化碳、煙霧和其他刺激性分解產物）
• 填料棒上的助焊劑塗層（例如，無機氟化物）
• 熱量或紫外線對周圍空氣（例如二氧化氮、臭氧）或氯化碳氫化合物（例如光氣）的作用
• 用作保護層的惰性氣體（例如，二氧化碳、氦氣、氬氣）。

煙霧和氣體應通過 LEV 從源頭去除。 這可以通過過程的部分封閉或通過安裝罩來提供，罩在整個焊接位置提供足夠高的空氣速度以確保捕獲煙霧。

有色金屬和某些合金鋼焊接時應特別注意通風，並註意防止可能形成的臭氧、一氧化碳和二氧化氮的危害。 便攜式和固定式通風系統很容易獲得。 一般來說，排出的空氣不應再循環。 只有當臭氧或其他有毒氣體沒有達到危險水平並且廢氣通過高效過濾器過濾時，才應進行再循環。

對於電子束焊接，如果被焊接材料具有毒性（例如鈹、钚等），則在打開腔室時必須小心保護操作員免受任何粉塵雲的影響。

當有毒煙霧（例如鉛）對健康構成威脅且 LEV 不可行時——例如，當用火焰切割拆除塗有鉛的結構時——必須使用呼吸防護設備。 在這種情況下，應佩戴經批准的高效全面罩呼吸器或高效正壓動力空氣淨化呼吸器 (PAPR)。 需要對電機和電池進行高標準的維護，尤其是使用原裝高效正壓電動呼吸器。 在可提供適合呼吸質量的壓縮空氣的地方，應鼓勵使用正壓壓縮空氣管路呼吸器。 每當佩戴呼吸防護設備時，應審查工作場所的安全性以確定是否有必要採取額外的預防措施，同時考慮佩戴呼吸防護設備的人員的視力受限、纏繞可能性等。

金屬煙熱

金屬煙熱常見於在鍍鋅或鍍錫工藝、黃銅鑄造、鍍鋅金屬焊接和金屬化或金屬噴塗過程中暴露於鋅煙霧的工人，以及暴露於其他金屬如銅、錳和鐵。 它發生在新員工和周末或假期休假後重返工作崗位的員工身上。 這是一種急性病症，在最初吸入金屬或其氧化物顆粒數小時後發生。 開始時口中有異味，隨後呼吸道粘膜乾燥和刺激，導致咳嗽，偶爾還會出現呼吸困難和胸悶。 這些可能伴有噁心和頭痛，並且在接觸後大約 10 到 12 小時，可能會出現非常嚴重的寒戰和發燒。 這些持續數小時，然後是出汗、睡眠，通常是多尿和腹瀉。 沒有特殊的治療方法，通常在 24 小時左右完全恢復，無殘留。 通過使用高效的 LEV，將有害金屬煙霧的暴露保持在建議的水平內，可以預防這種情況。

密閉空間

對於進入密閉空間，可能存在爆炸性、有毒、缺氧或上述情況組合的風險。 任何此類密閉空間都必須由負責人證明可以安全進入並在電弧或火焰下工作。 密閉空間進入計劃，包括進入許可系統，對於必須在通常不是為連續佔用而建造的空間中進行的工作，可能需要並強烈推薦。 示例包括但不限於檢修孔、拱頂、船艙等。 密閉空間的通風至關重要，因為氣焊不僅會產生空氣污染物，還會消耗氧氣。 氣體保護弧焊工藝可以降低空氣中的氧氣含量。 （見圖 2。）

圖 2. 封閉空間內的焊接

科幻吉爾曼

Noise

噪音是多種焊接工藝的危害，包括等離子焊接、某些類型的電阻焊機和氣焊。 在等離子焊接中，等離子射流以非常高的速度噴射，產生強烈的噪音（高達 90 dBA），尤其是在較高頻段。 使用壓縮空氣吹除灰塵也會產生高噪音。 為防止聽力受損，必須佩戴耳塞或耳罩，並製定聽力保護計劃，包括聽力（聽力）檢查和員工培訓。

電離輻射

在使用 X 射線或伽馬射線設備對焊縫進行射線檢測的焊接車間，必須嚴格遵守慣常的警告告示和說明。 工人必須與此類設備保持安全距離。 放射源必須僅使用所需的專用工具進行處理，並採取特殊的預防措施。

必須遵守地方和政府法規。 見章節 輻射、電離 在這其他地方 百科全書.

必須為電子束焊接提供足夠的屏蔽，以防止 X 射線穿透腔室的牆壁和窗戶。 機器的任何提供 X 射線輻射屏蔽的部件都應互鎖，以便機器無法通電，除非它們就位。 安裝時應檢查機器是否有 X 射線輻射洩漏，並在安裝後定期檢查。

其他危害

電阻焊機至少有一個電極，它以相當大的力移動。 如果在手指或手放在電極之間時操作機器，將導致嚴重擠壓。 在可能的情況下，必須設計合適的防護裝置來保護操作員。 首先去除部件的毛刺並戴上防護手套或手套，可以最大程度地減少割傷和撕裂傷。

當維護或修理帶有電氣、機械或其他能源的機器時，應使用上鎖/掛牌程序。

當採用切削等方法清除焊縫上的熔渣時，應使用護目鏡或其他方式保護眼睛。

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