焊接面罩的型式與使用

3M中國有限公司 （上海 200233） 歐澤兵 陳慧娟

焊接或切割可能會產生熾熱的飛濺顆粒物，強可見光、紫外線和紅外線等輻射危害以及煙塵、有害氣體等與呼吸相關的有害物質。如果不采取適當的防護措施，焊接作業者將受到嚴重的職業危害。

焊接眼護具是用于保護焊接作業者的眼部或眼面部免受由焊接或與焊接相關作業產生的有害光輻射及其他特殊危害的防護用具。它不僅僅是一種焊接與切割作業的防護具，更是必不可少的焊接與切割作業的工具。焊接眼護具按外形結構可分為焊工防護眼鏡、焊工防護眼罩和焊工防護面罩。其中焊工防護面罩（俗稱焊接面罩）是用來幫助焊工防護來自焊接的職業危害，幫助其在焊接過程中準確定位、高效焊接。一個通用的原則是，在焊接面罩上花費更多的費用將提升焊工的舒適度和焊接技能，從而帶來更好的焊接質量和更好的焊工職業健康。

如果不了解職業安全與健康相關的法規、個體防護的相關標準和焊接面罩最新的技術狀態，那就可能花費了很多的費用卻沒能找到適合的焊接面罩，或者因選用了不符合標準或使用要求的焊接面罩給焊工帶來職業安全隱患。本文從焊接面罩的類型，以及焊接面罩的發展趨勢等方面幫助使用者更多的了解焊接面罩。

1.濾光鏡的類型及對比

焊接面罩按形式可分為手持式和頭戴式兩類；按裝備的濾光鏡類型可分為黑玻璃濾光片焊接面罩（又稱為黑玻璃焊接面罩）和自動濾光鏡焊接面罩（又稱為自動變光焊接面罩）兩類。

事實上黑玻璃焊接面罩現在的型式跟50多年前相比并沒有太多的改變，除了用尼龍、紅鋼紙等材料替代了最初的皮革材料，另外就是在佩戴結構上有了一些改進，不僅僅有如圖1所示的手持式焊接面罩，而且出現了如圖2所示的頭戴式焊接面罩。這類產品能夠提供基本的焊接防護，而且價格也比較低。濾光片是一片有色的玻璃，焊工可根據作業要求選擇適合當前作業所需遮光號的濾光片，一款合格的焊接濾光片在防護強可見光的同時，也提供對紫外輻射和紅外輻射的防護。

圖1 手持式黑玻璃焊接面罩

圖2 頭戴式黑玻璃焊接面罩

對于手持式焊接面罩，焊工需要一手持焊接面罩，另一只手握焊槍，在起弧的同時把焊接面罩移到臉部，結束焊接后再移開手持式焊接面罩。而對于頭戴式焊接面罩，焊工需要在起弧的瞬間用力點頭，以便焊接面罩能夠落下保護焊工的眼睛及面部，結束焊接作業再掀起焊接面罩，以觀察焊接效果和進行下一焊點的準備。黑玻璃焊接面罩盡管便宜，卻也存在一些不足，如焊前的準確定位，特別是對初學焊接人員要做到精準定位尤其困難；使用黑玻璃焊接面罩，可能帶來更高的焊工培訓成本；在空間有限的環境焊接作業時，沒有足夠的空間掀起和放下焊接面罩；長時間以“點頭”方式放下焊接面罩，可能導致頸椎問題；如果進行的是短焊縫焊接，頻繁的掀起和放下焊接面罩，會導致焊接效率低下等。

自動變光焊接面罩的出現解決了上述問題，如圖3所示。自動變光濾光鏡是由多組液晶片、偏振片和紅外及紫外反射片組成，通過相應的電子電路對其進行控制。在焊接產生電弧的瞬間，可以自動將遮光標號從較低值（明態遮光號）轉換成較高值（暗態遮光號）。自動變光濾光鏡的遮光號、響應靈敏度和延遲時間通常是可調節的。多數自動變光濾光鏡采用紐扣電池和太陽能電池雙電源供電。多個光敏感器件裝備在濾光鏡上接近眼睛的位置，以感受弧光。自動變光濾光鏡在亮態時通常呈3號或4號遮光號，方便焊工準確觀察焊接部位，精準定位。在起弧的瞬間，光感器件使焊接濾光鏡變成預先設定的暗態遮光號，其響應速度比焊工眨眼的速度高數百倍。自動變光濾光鏡最外層裝備反射紫外線和紅外線的涂層鏡片，無論自動變光濾光鏡是否開啟或設置為任何遮光號，它都具備對紅外線和紫外線的永久防護功能。最重要的是自始至終，焊工無需頻繁地掀起或放下焊接面罩。

圖3 頭戴式自動變光焊接面罩

2.遮光號是否需要經常調節

如果被焊材料厚度固定、工藝也不變，則固定遮光號的濾光片就可以滿足要求。由于黑玻璃焊接面罩所使用的濾光片的遮光號是固定的，所以它可以滿足上述情況的需求。但更多的情況是，大多數焊工會焊接不同的材料，如中碳鋼、不銹鋼和鋁等，而且基于被焊件厚度的變化需要選擇不同的工藝參數和焊接方法。焊接方法和參數的不同，產生弧光的強度也有很大差異。此時焊工需要根據不同的焊接條件，選擇不同遮光號的濾光片。自動變光焊接面罩所使用的是自動變光濾光鏡，它通常有多個遮光號供選擇，并且部分廠商生產的自動變光濾光鏡也有固定遮光號狀態的選項。自動變光焊接面罩讓焊工有更多的選擇，更能適應不同的焊接作業要求。

有些自動變光濾光鏡的生產商把遮光號的調節鈕設置在焊接面罩內側，而有些則放置在外側。多數廠商自動變光濾光鏡的遮光號從9號到13號可調節，在此基礎上我公司還提供5號到8號遮光號的選項，以及打磨狀態和固定暗態遮光號設置，更進一步發揮了焊接面罩一專多能的優勢。

3.焊接面罩濾光鏡的參數

視窗的大小決定了進入焊工眼睛光線的量，視窗越大越便于焊工觀察焊接部位，眼睛越不易疲勞，但同時視窗越大，制造成本也會越高。另外，濾光片的光學性能也是影響價格的一個重要因素，濾光片的光學性能越好，價格通常也會越高。

在EN379標準中，自動變光濾光鏡的光學性能表示為A/B/C/D的方式，A、B、C、D為1、2、3三個數字中的某個數字；A表示光學等級，B表示散光特性，C表示透光性能，D表示視角效應。其中數字1表示最好，2表示較好，3表示符合標準要求。光學性能越好，焊工佩戴會更舒適，眼睛更不易疲勞。

轉換時間是自動變光濾光鏡的一項重要參數。它是指自動變光濾光鏡在受到弧光激活后從亮態（通常為3號或4號遮光號）轉換到暗態遮光號所需時間，該時間越短越好。轉換時間過長會造成強光進入眼睛的現象（俗稱打眼）。即使偶爾被打眼，在一天的焊接作業后眼睛也會感覺疲勞。長時間受到電弧強可見光的刺激，會造成焊工視力不可恢復的損傷。一些入門級的自動變光焊接面罩，其轉換時間可能長至0.5ms，而專業級的自動變光濾光鏡的轉換時間低至0.1ms。在同等條件下轉換時間越短，濾光鏡也必然會更貴些。

響應的靈敏度是自動變光濾光鏡的又一項重要參數。當電弧穩定性很好或使用小電流焊接，特別是TIG焊時，靈敏度調節功能就顯得格外重要。通過靈敏度的調節使自動變光焊接濾光鏡能夠對當前的焊接作業很好地響應，避免打眼現象的發生。

延遲時間設置也是自動變光濾光鏡一個非常有用的功能。改變該設置可以改變濾光鏡在電弧停止后從暗態遮光號轉換到亮態遮光號的延遲時間。在短焊縫焊接時，設置較短的延遲時間可以提高焊接作業的效率；而在大電流焊接時，設置適當的延遲時間可以避免因熔池溫度過高而發出的強光對眼睛的影響。

4.自動變光焊接面罩的供電方式、重量及配件

自動變光焊接面罩中需要電源來給控制電路供電，常見的有紐扣電池、太陽能電池和充電電池等形式。某些自動變光焊接面罩采用不可更換的內置充電加太陽能輔助電池，這樣的焊接面罩在首次使用前或者長時間存儲后需要對充電電池進行充電，否則可能會出現變光響應不正常現象。這樣設計的最大缺陷是一旦充電電池失效，整個焊接面罩就不能再用了。

現在的設計通常采用的是可更換鋰離子紐扣電池加太陽能輔助電池方式，這樣的好處是拿起焊接面罩即可隨時進行焊接作業。由于鋰離子電池具有很高的容量，能夠保證焊接面罩大約工作2000h，甚至更長時間。

由于材料科技的發展，輕量化的焊接面罩設計成為可能。重量更輕的焊接面罩能夠減輕作業者頸部的疲勞，增加佩戴的舒適度。即使焊接面罩僅僅輕了50g，對于短時間佩戴或許影響不大，如果整天都需要佩戴，就會發現即使是很小的重量差異也會導致佩戴舒適度很大的差別，更重的焊接面罩將會使焊工感到不舒適。除整體重量外，整個焊接面罩的重心設計也需要引起關注，好的設計應當使焊接面罩的重心盡可能靠近頸部的中心，如圖4所示。

圖4 焊接面罩重心與頸部的相對位置

焊接面罩需要通過頭箍與佩戴者的頭部配合，頭箍設計應考慮對頭部的擠壓和整體受力分布，以及調節的便利性。頭箍形式會直接影響佩戴的舒適度，特別是對長時間作業的焊工更是如此。同時，時尚外觀和彩繪的焊接面罩出現在2012年北京·埃森焊接展上，進一步豐富了焊接面罩的款式。

5.結語

從皮革、帆布材料到現在的輕量化材料，從黑玻璃濾光片到自動變光濾光鏡，從單一的眼面部防護功能的焊接面罩到配置電動送風裝置或長管供氣裝置的焊接面罩，隨著焊接技術和工藝的進步，焊接面罩的形式也發生了很大的變化。焊接面罩不僅是焊接作業必不可少的工具，也是焊接作業必需的防護用品。在國內焊接面罩被列為特種勞動防護用品，實行生產許可證（即QS）和勞安認證（即LA）雙證管理。合適的焊接面罩不僅會提高焊接效率和降低焊接成本，而且還能降低職業健康與安全方面的風險。焊接面罩的選擇需要綜合考慮多方面的因素。