【摘要】自動變光焊接面罩相比于傳統(tǒng)黑玻璃焊接面罩，具有諸多的優(yōu)勢，特別是在對焊接質(zhì)量的提高、降低焊接成本、降低焊工培訓(xùn)成本及降低焊工職業(yè)危害方面。響應(yīng)時間、變光穩(wěn)定性和可靠性、濾光屏的光學(xué)性能、功耗，以及佩戴舒適度等是選擇自動變光焊接面罩時需要重點考慮的因素。自動變光焊接面罩對焊接質(zhì)量的改進、焊接效率的提高及焊工的職業(yè)保護具有積極的意義。
【關(guān)鍵詞】自動變光；焊接面罩；電弧焊接 ；質(zhì)量；效率；職業(yè)危害；防護
電弧焊輻射的危害已被焊接作業(yè)者所廣泛認識，然而每年仍有大量關(guān)于電光性眼炎病例的報道，涉及到電焊輻射危害的防護經(jīng)常被忽視。自焊接面罩出現(xiàn)100多年來，電弧造成的眼傷害依然是焊工所遭受的最大的危害因素；僅僅在美國，包括醫(yī)療、賠償和誤工等在內(nèi)，平均每年因眼傷害所需的支出超過3億美元。造成電光性眼炎的原因包括沒有使用焊接面罩、或使用不合格的焊接面罩、或者使用方法不正確，還有一個原因就是使用傳統(tǒng)黑玻璃焊接防護面罩。
焊接弧光引發(fā)的焊工電光性眼炎被列為是塵肺病之外的第二大職業(yè)病。孫艷翎等對長期接觸電弧光的調(diào)查表明在使用“性能尚好的傳統(tǒng)電焊防護面罩”的情況下，接觸組晶狀體混濁檢出率隨工齡延長呈明顯漸進性增高。在使用傳統(tǒng)黑玻璃焊接面罩的條件下，造成焊工傷害的原因有：一、引弧過程，某些焊工通常采用裸眼引弧以避免焊點的偏差，雖然有生理性眨眼反射保護，但起弧的瞬間弧光的直接作用不可能完全避免；二、存在多人同時進行焊接作業(yè)的環(huán)境中，電焊弧光的交叉輻射；三、電弧輻射的反射及散射作用，對焊接作業(yè)者的影響。
在起弧瞬間，輻射強度達到極大值，在焊接過程中焊條與母材經(jīng)常發(fā)生著接觸和電氣短路，電弧也不斷發(fā)生且瞬間熄滅。藥皮焊條每秒鐘要發(fā)生10～15次瞬間短路，即弧光輻射會有10～15次達到極大值，在每兩次起弧的間隔中存在短暫沒有弧光的狀態(tài)。
基于提高焊接質(zhì)量及效率，降低培訓(xùn)成本和焊接成本，以及保護焊工免受焊接弧光的傷害，裝備自動變光濾光屏的焊接面罩應(yīng)運而生；自動變光濾光屏（圖1）通常包括控制電路、弧光探測器、外保護片、紫外及紅外線濾光片、光閥（液晶和偏振片組件）、內(nèi)保護片及其他結(jié)構(gòu)件。當焊接瞬間產(chǎn)生電弧時，自動變光濾光屏可以自動將遮光號從較低值（亮態(tài)遮光號，通常為3）轉(zhuǎn)換成較高值（暗態(tài)遮光號），以保護作業(yè)者；未焊接時呈亮態(tài)遮光號狀態(tài)，便于焊工觀察焊接部位作好焊前準備；在焊接停止時，濾光片由暗態(tài)遮光號轉(zhuǎn)回到亮態(tài)遮光號，焊工可以清晰地觀察焊接效果，并準備下一次的焊接作業(yè)。
圖1 自動變光濾光片的結(jié)構(gòu)
置于外保護片內(nèi)側(cè)的紫外及紅外線濾光片，無論在焊帽的控制電路是否正常工作，都具有永久的紅外及紫外輻射防護功能，相當于遮光號為12或13的濾光片防護紅外線及紫外線輻射的能力。在評價自動變光濾光片的性能時，有效視野、響應(yīng)時間、靈敏度、延遲設(shè)置、亮態(tài)遮光號、暗態(tài)遮光號、功耗、電路抗干擾能力，以及濾光屏的光學(xué)性能等參數(shù)都必須予以重視，此外維護的便利性也是重要因素之一。
響應(yīng)時間是自動變光焊接面罩的一個重要參數(shù)，指自動變光濾光屏亮態(tài)時，從弧光探測器接受弧光信號到變?yōu)楣忾y完全達到預(yù)定暗態(tài)時所需要的時間，響應(yīng)時間是越短越好。因為響應(yīng)時間關(guān)系到焊工引弧時受到的強可見光瞬間照射傷害的程度，響應(yīng)時間越短，光閥從亮態(tài)變暗的速度就越快，焊工遭所受傷害的可能性就越小。在從亮態(tài)到暗態(tài)的轉(zhuǎn)變過程中，液晶材料的性能及控制電路的響應(yīng)時間會直接影響變光屏的響應(yīng)時間。廠家提供的數(shù)據(jù)顯示Speedglas的變光屏響應(yīng)時間達到了0.1毫秒。
圖2 弧光探測器的性能
弧光探測傳感器是變光屏由亮態(tài)遮光號到暗態(tài)遮光號轉(zhuǎn)變的觸發(fā)器件，其響應(yīng)特性（圖2）及可靠性會直接影響焊接濾光屏的工作穩(wěn)定性和靈敏度，特別是在小到1安培甚至更小穩(wěn)定焊接電流的情形及受到其他作業(yè)者電弧焊接干擾的環(huán)境中。具備由暗態(tài)遮光號到亮態(tài)遮光號的延遲設(shè)置的自動變光焊接面罩，可減少熾熱熔池的強余光對焊工眼睛的影響。
按EN379標準要求，自動變光焊接濾光屏需要標注出亮態(tài)遮光號、暗態(tài)遮光號、生產(chǎn)廠商及濾光屏的光學(xué)性能，光學(xué)性能按光學(xué)等級、散光特性、透光性能和可視角度依次排列，最后應(yīng)注明相應(yīng)的標準編號。如Shade 3/5，8/9-13，3M，1/1/1/2/379；對于濾光屏的光學(xué)性能，數(shù)字1表示最好，2表示較好，3表示合格。光學(xué)性能好的濾光屏更適合焊工長時間使用�？梢暯嵌葘ψ詣幼児夂附用嬲忠彩且豁椇苤匾膮�(shù)，可視角度越大，焊工工作時可視焊件的范圍就越大，這樣就越有利于提高工作效率和質(zhì)量。
了解了自動變光濾光屏的工作原理，就不難理解自動變光焊接面罩對于焊工的意義。
自動變光焊接面罩在開機時呈暗度為3的亮態(tài)遮光號，焊工可以清晰觀察焊接部位，準確定位，并可避免周圍焊接弧光的干擾；在弧光探測器探測到起弧時，在極短的時間內(nèi)由亮態(tài)遮光號轉(zhuǎn)換到預(yù)先設(shè)定的暗態(tài)遮光號，保護焊工免受弧光傷害。自動變光焊接面罩的使用避免了盲焊，對保證焊接作業(yè)的精準性，保護非焊接表面的平整性和光潔度，提高焊接質(zhì)量，降低焊接成本，降低焊工培訓(xùn)的成本具有積極意義。
自動變光焊接面罩不用掀起和放下，降低了焊工的勞動強度，最大限度地避免了因焊接弧光造成的短暫失明，進而引發(fā)盲焊的可能；避免焊工電光性眼炎，以及可能引發(fā)的焊工白內(nèi)障等疾病；避免強熱輻射對眼睛晶狀體的傷害；避免了其他可能的機械傷害。
圖3 連接電動送風(fēng)裝置的自動變光焊接面罩
隨著技術(shù)的進步，自動變光焊接面罩的研發(fā)有了新的進展。具備打磨模式的自動變光焊接面罩除用于焊接防護外，還可以用于打磨作業(yè)，實現(xiàn)一機多用。有的還可以與電動送風(fēng)呼吸裝置或長管供氣裝置（圖3）配合使用，在提供焊接弧光防護的同時，提供呼吸防護。人機工程在新一代的自動變光焊接面罩上得到了進一步的體現(xiàn)，更舒適和更安全已成為可能。適應(yīng)面更廣、具備更多的遮光號選擇、靈敏度選擇和延遲時間設(shè)置，具備舒適點焊模式、打磨模式及固定暗度設(shè)置功能的新型自動變光焊接面罩（圖4）已被航空航天、重工、車輛、造船、石油石化等行業(yè)所廣泛應(yīng)用。
圖4 功能完善的自動變光濾光屏
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