电阻点焊的职业危害及防护分析

欧泽兵

(3M中国有限公司，北京 100176)

0 前言

在汽车零部件和白车身的制造中，电阻点焊、CO2气体保护焊、激光焊和等离子弧焊是常见的焊接方法。电阻点焊以热影响区小、变形及应力小，易于实现自动化，良好的焊接质量和效率，被广泛应用于汽车白车身的焊接。

为了解汽车白车身电阻点焊过程中可能存在的危害，使用UV-A和UV-B紫外线辐照计（见图1），依据GBZ/T 189.6-2007《工作场所物理因素测量第6部分：紫外辐射》标准对操作者的紫外辐照情况进行监测，发现在车身电阻点焊工位波长297 nm和365nm的紫外辐射未被检出，而检测出波长254nm的紫外辐射明显高于GBZ2.2-2007《工作场所有害因素职业接触限值—第2部分：物理因素》标准关于紫外辐射接触限值 0.13 μW/cm2的要求（见表1），结果与理论推导不符。波长254nm的UVC紫外线对人体的伤害很大，短时间照射即会灼伤眼睛和皮肤，而且聚碳酸酯材质的防护眼镜对紫外线有很好的阻隔率，但现场测试却显示了不一样的结论。本研究从以下几个方面分析，以确定电阻点焊过程中是否确实存在采用上述仪表测得的高剂量UVC紫外辐射。

图1 UV-A/UV-B紫外线辐照计

表1 现场检测的紫外辐射情况（车身）

1 电阻焊的紫外辐射

紫外辐射波长为100～400nm，按波长分为UVA、UVB和UVC，波长越短，对作业者的危害就会越大。为便于讨论，假设被焊工件绝对平整、电极与工件完全平面接触，把被焊工件近似认为是黑体。依据维恩位移定律，黑体谱辐射亮度存在一个极值，极值的位置与温度有关，黑体的温度升高时，单色辐出率的最大值向短波方向移动，如图2所示。车身电阻点焊时被焊钢板加热到熔化或塑性状态，钢的熔点约为1500℃，即1773.15 K。代入维恩位移定律

图2 黑体辐射在不同温度下的频谱

可计算出辐出率极值位置为λ=1634 nm。国际照明委员会（InternationalCommissiononIllumination）把波长780 nm～1 mm的波归纳为红外辐射，其中短波红外IRA为780～1400nm，中波红外IRB为1400～3000nm，长波红外IRC为3000nm～1mm。λ=1634nm处于IRB红外辐射区域，即电阻焊作业时辐射率最大的区域在红外部分。

由普朗克黑体辐射定律（式2）可以推出在不同温度条件下，黑体的辐出率按波长分布的情况。

式中 h为普朗克常数；c为光速；K为玻尔兹曼常数；T为黑体的绝对温度。依据普朗克方程，在1500℃即1773.15 K条件下，400 nm及更短波长的紫外辐出率趋近于0。

事实上在车身薄板的电阻点焊中，被焊工件压紧于电极之间，在通电瞬间由于薄板局部的点接触，凸起处的金属在大电流密度作用下迅速熔化，产生金属熔化物飞溅，并且在断路瞬间可能产生弧光辐射，其中可能存在少量的紫外辐射。闪光对焊在起始阶段仅使待焊端面保持轻微的接触，大焊接电流从面积很小的接触点集中流过，迅速升温熔化这些地方的金属，某些组分瞬间汽化会引起较多的飞溅。一般情况下电阻焊所产生的弧光辐射成分多为可见光和红外辐射，很少或没有紫外线辐射的产生[1]。

2 现场监测数据与理论计算结果的差异

按维恩位移定律计算出来电阻焊的辐照度波长极值处于中波红外区域，紫外辐射出现的几率趋近于0。在作业现场紫外辐照检测中，波长365 nm和297nm的紫外辐射未检出，而波长254nm的紫外辐照度明显高于GBZ2.2-2007中关于紫外线辐射的职业暴露限值要求，与普朗克定律推导出的结论不相符。

检查UVA、UVB紫外线辐照计相关文件时发现，上述用于现场紫外辐照监测的UV-A和UV-B紫外线辐照计说明书明确要求，波长254 nm的传感器仅限于在环境照度很低，即在可见光强度很小或可见光被完全屏蔽的情况下使用，以排除可见光对UVC检测结果的影响。在随后验证中发现，在使用长圆黑色不反光遮光筒遮蔽可见光后，电阻焊在254nm波长UVC辐出的读数为0；而未屏蔽可见光时，受周边照明灯光的影响，254 nm波长UVC读数为 0.5～5.8 μW/cm2不等的读数，出现这一问题的原因为该型传感器无法排除可见光的影响，因而造成输出读数的误差。而UVA和UVB传感器受可见光的影响相对较小，现场检测未检出UVA和UVB也证明了这一点。

3 防护眼镜对紫外辐射的阻隔率

防护眼镜是常用的眼部防护用具，其最基本的功能是提供抗冲击的眼部防护。不同的防护眼镜对可见光、紫外辐射和红外辐射有不同的阻隔率。使用Lambda 1050分光光度计测试的多款防护眼镜，发现即使是无色透明PC镜片的防护眼镜，对波长200～400 nm的紫外辐射也有很好的阻隔率（见图3），同时对可见光有良好的透过率，以保证作业者良好的视线。

图3 防护眼镜或护目镜对不同波长辐射的透过率

即使电阻焊存在少量的紫外辐射，在焊点与作业者之间空气介质的衰减作用下，其强度变得更低，加上防护眼镜镜片的进一步衰减，作业者受电阻焊紫外辐出的影响忽略不计[2]。电阻焊可能产生的紫外辐射及焊接飞溅物对作业者眼部的影响可通过佩戴合适的防护眼镜或护目镜来加以防护。

4 结论

电阻焊作业中即使存在少量紫外辐射，选用适合的防护眼镜也可以起到紫外和红外辐射防护效能。测量焊接的紫外辐射量需采用正确的设备，以避免测量误差。另一方面，在理想焊接条件下，电阻焊不会产生过热的颗粒或熔融金属飞溅，但在实际焊接过程中，由于焊接电流、电极压紧力和被焊材料表面状态等原因经常会产生各种飞溅，特别是闪光焊产生的飞溅颗粒物，其飞行距离很远，而炽热飞溅颗粒物可能对焊接操作及相关人员造成伤害。

对于存在过热的颗粒或熔融金属飞溅的场合，可以在佩戴防护眼镜的基础上再佩戴防护面屏，以降低作业者的风险。

[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]欧泽兵.电弧焊弧光辐射的危害与防护[J].电焊机，2011，41（11）：51-54.