焊接面罩的型式与使用

3M中国有限公司 （上海 200233） 欧泽兵 陈慧娟

焊接或切割可能会产生炽热的飞溅颗粒物，强可见光、紫外线和红外线等辐射危害以及烟尘、有害气体等与呼吸相关的有害物质。如果不采取适当的防护措施，焊接作业者将受到严重的职业危害。

焊接眼护具是用于保护焊接作业者的眼部或眼面部免受由焊接或与焊接相关作业产生的有害光辐射及其他特殊危害的防护用具。它不仅仅是一种焊接与切割作业的防护具，更是必不可少的焊接与切割作业的工具。焊接眼护具按外形结构可分为焊工防护眼镜、焊工防护眼罩和焊工防护面罩。其中焊工防护面罩（俗称焊接面罩）是用来帮助焊工防护来自焊接的职业危害，帮助其在焊接过程中准确定位、高效焊接。一个通用的原则是，在焊接面罩上花费更多的费用将提升焊工的舒适度和焊接技能，从而带来更好的焊接质量和更好的焊工职业健康。

如果不了解职业安全与健康相关的法规、个体防护的相关标准和焊接面罩最新的技术状态，那就可能花费了很多的费用却没能找到适合的焊接面罩，或者因选用了不符合标准或使用要求的焊接面罩给焊工带来职业安全隐患。本文从焊接面罩的类型，以及焊接面罩的发展趋势等方面帮助使用者更多的了解焊接面罩。

1.滤光镜的类型及对比

焊接面罩按形式可分为手持式和头戴式两类；按装备的滤光镜类型可分为黑玻璃滤光片焊接面罩（又称为黑玻璃焊接面罩）和自动滤光镜焊接面罩（又称为自动变光焊接面罩）两类。

事实上黑玻璃焊接面罩现在的型式跟50多年前相比并没有太多的改变，除了用尼龙、红钢纸等材料替代了最初的皮革材料，另外就是在佩戴结构上有了一些改进，不仅仅有如图1所示的手持式焊接面罩，而且出现了如图2所示的头戴式焊接面罩。这类产品能够提供基本的焊接防护，而且价格也比较低。滤光片是一片有色的玻璃，焊工可根据作业要求选择适合当前作业所需遮光号的滤光片，一款合格的焊接滤光片在防护强可见光的同时，也提供对紫外辐射和红外辐射的防护。

图1 手持式黑玻璃焊接面罩

图2 头戴式黑玻璃焊接面罩

对于手持式焊接面罩，焊工需要一手持焊接面罩，另一只手握焊枪，在起弧的同时把焊接面罩移到脸部，结束焊接后再移开手持式焊接面罩。而对于头戴式焊接面罩，焊工需要在起弧的瞬间用力点头，以便焊接面罩能够落下保护焊工的眼睛及面部，结束焊接作业再掀起焊接面罩，以观察焊接效果和进行下一焊点的准备。黑玻璃焊接面罩尽管便宜，却也存在一些不足，如焊前的准确定位，特别是对初学焊接人员要做到精准定位尤其困难；使用黑玻璃焊接面罩，可能带来更高的焊工培训成本；在空间有限的环境焊接作业时，没有足够的空间掀起和放下焊接面罩；长时间以“点头”方式放下焊接面罩，可能导致颈椎问题；如果进行的是短焊缝焊接，频繁的掀起和放下焊接面罩，会导致焊接效率低下等。

自动变光焊接面罩的出现解决了上述问题，如图3所示。自动变光滤光镜是由多组液晶片、偏振片和红外及紫外反射片组成，通过相应的电子电路对其进行控制。在焊接产生电弧的瞬间，可以自动将遮光标号从较低值（明态遮光号）转换成较高值（暗态遮光号）。自动变光滤光镜的遮光号、响应灵敏度和延迟时间通常是可调节的。多数自动变光滤光镜采用纽扣电池和太阳能电池双电源供电。多个光敏感器件装备在滤光镜上接近眼睛的位置，以感受弧光。自动变光滤光镜在亮态时通常呈3号或4号遮光号，方便焊工准确观察焊接部位，精准定位。在起弧的瞬间，光感器件使焊接滤光镜变成预先设定的暗态遮光号，其响应速度比焊工眨眼的速度高数百倍。自动变光滤光镜最外层装备反射紫外线和红外线的涂层镜片，无论自动变光滤光镜是否开启或设置为任何遮光号，它都具备对红外线和紫外线的永久防护功能。最重要的是自始至终，焊工无需频繁地掀起或放下焊接面罩。

图3 头戴式自动变光焊接面罩

2.遮光号是否需要经常调节

如果被焊材料厚度固定、工艺也不变，则固定遮光号的滤光片就可以满足要求。由于黑玻璃焊接面罩所使用的滤光片的遮光号是固定的，所以它可以满足上述情况的需求。但更多的情况是，大多数焊工会焊接不同的材料，如中碳钢、不锈钢和铝等，而且基于被焊件厚度的变化需要选择不同的工艺参数和焊接方法。焊接方法和参数的不同，产生弧光的强度也有很大差异。此时焊工需要根据不同的焊接条件，选择不同遮光号的滤光片。自动变光焊接面罩所使用的是自动变光滤光镜，它通常有多个遮光号供选择，并且部分厂商生产的自动变光滤光镜也有固定遮光号状态的选项。自动变光焊接面罩让焊工有更多的选择，更能适应不同的焊接作业要求。

有些自动变光滤光镜的生产商把遮光号的调节钮设置在焊接面罩内侧，而有些则放置在外侧。多数厂商自动变光滤光镜的遮光号从9号到13号可调节，在此基础上我公司还提供5号到8号遮光号的选项，以及打磨状态和固定暗态遮光号设置，更进一步发挥了焊接面罩一专多能的优势。

3.焊接面罩滤光镜的参数

视窗的大小决定了进入焊工眼睛光线的量，视窗越大越便于焊工观察焊接部位，眼睛越不易疲劳，但同时视窗越大，制造成本也会越高。另外，滤光片的光学性能也是影响价格的一个重要因素，滤光片的光学性能越好，价格通常也会越高。

在EN379标准中，自动变光滤光镜的光学性能表示为A/B/C/D的方式，A、B、C、D为1、2、3三个数字中的某个数字；A表示光学等级，B表示散光特性，C表示透光性能，D表示视角效应。其中数字1表示最好，2表示较好，3表示符合标准要求。光学性能越好，焊工佩戴会更舒适，眼睛更不易疲劳。

转换时间是自动变光滤光镜的一项重要参数。它是指自动变光滤光镜在受到弧光激活后从亮态（通常为3号或4号遮光号）转换到暗态遮光号所需时间，该时间越短越好。转换时间过长会造成强光进入眼睛的现象（俗称打眼）。即使偶尔被打眼，在一天的焊接作业后眼睛也会感觉疲劳。长时间受到电弧强可见光的刺激，会造成焊工视力不可恢复的损伤。一些入门级的自动变光焊接面罩，其转换时间可能长至0.5ms，而专业级的自动变光滤光镜的转换时间低至0.1ms。在同等条件下转换时间越短，滤光镜也必然会更贵些。

响应的灵敏度是自动变光滤光镜的又一项重要参数。当电弧稳定性很好或使用小电流焊接，特别是TIG焊时，灵敏度调节功能就显得格外重要。通过灵敏度的调节使自动变光焊接滤光镜能够对当前的焊接作业很好地响应，避免打眼现象的发生。

延迟时间设置也是自动变光滤光镜一个非常有用的功能。改变该设置可以改变滤光镜在电弧停止后从暗态遮光号转换到亮态遮光号的延迟时间。在短焊缝焊接时，设置较短的延迟时间可以提高焊接作业的效率；而在大电流焊接时，设置适当的延迟时间可以避免因熔池温度过高而发出的强光对眼睛的影响。

4.自动变光焊接面罩的供电方式、重量及配件

自动变光焊接面罩中需要电源来给控制电路供电，常见的有纽扣电池、太阳能电池和充电电池等形式。某些自动变光焊接面罩采用不可更换的内置充电加太阳能辅助电池，这样的焊接面罩在首次使用前或者长时间存储后需要对充电电池进行充电，否则可能会出现变光响应不正常现象。这样设计的最大缺陷是一旦充电电池失效，整个焊接面罩就不能再用了。

现在的设计通常采用的是可更换锂离子纽扣电池加太阳能辅助电池方式，这样的好处是拿起焊接面罩即可随时进行焊接作业。由于锂离子电池具有很高的容量，能够保证焊接面罩大约工作2000h，甚至更长时间。

由于材料科技的发展，轻量化的焊接面罩设计成为可能。重量更轻的焊接面罩能够减轻作业者颈部的疲劳，增加佩戴的舒适度。即使焊接面罩仅仅轻了50g，对于短时间佩戴或许影响不大，如果整天都需要佩戴，就会发现即使是很小的重量差异也会导致佩戴舒适度很大的差别，更重的焊接面罩将会使焊工感到不舒适。除整体重量外，整个焊接面罩的重心设计也需要引起关注，好的设计应当使焊接面罩的重心尽可能靠近颈部的中心，如图4所示。

图4 焊接面罩重心与颈部的相对位置

焊接面罩需要通过头箍与佩戴者的头部配合，头箍设计应考虑对头部的挤压和整体受力分布，以及调节的便利性。头箍形式会直接影响佩戴的舒适度，特别是对长时间作业的焊工更是如此。同时，时尚外观和彩绘的焊接面罩出现在2012年北京·埃森焊接展上，进一步丰富了焊接面罩的款式。

5.结语

从皮革、帆布材料到现在的轻量化材料，从黑玻璃滤光片到自动变光滤光镜，从单一的眼面部防护功能的焊接面罩到配置电动送风装置或长管供气装置的焊接面罩，随着焊接技术和工艺的进步，焊接面罩的形式也发生了很大的变化。焊接面罩不仅是焊接作业必不可少的工具，也是焊接作业必需的防护用品。在国内焊接面罩被列为特种劳动防护用品，实行生产许可证（即QS）和劳安认证（即LA）双证管理。合适的焊接面罩不仅会提高焊接效率和降低焊接成本，而且还能降低职业健康与安全方面的风险。焊接面罩的选择需要综合考虑多方面的因素。