新技术保护焊工双目

　　焊接过程中往往会产生紫外线、红外线、强光、电焊烟尘以及有机气体等多种危害。焊工在工作时，通常需使用焊接面罩，以便在引弧的瞬间将眼睛遮住，保护眼睛免受有害光线的辐射。

　　但据统计，我国每年因焊接伤害造成的电光性眼炎病例仍占职业病总数的26 %。其主要原因是使用普通焊接护目镜，这种焊接护目镜只有一种遮光号(根据可见光的透过率，由浅到深地进行编号)，没有亮态，焊接前要移开面罩才能看清物件，起弧瞬间对人眼造成很大的伤害。此外，焊接过程中，电弧光时强时弱，焊工不容易看清物件，也会影响焊接或非焊接表面的平整度、光洁度。

　　针对这些问题，上海市安全生产科学研究所自2001年开始着手研究能够为焊工提供充分保护的焊接面罩，于2009年研制成铁电陶瓷自动变光焊接面罩。在2011年度“神华杯”中国职业安全健康协会科学技术奖评选中，《铁电陶瓷自动变光焊接面罩及测试技术的研究》获得一等奖。

液晶面罩防护有局限

　　随着人们劳动保护意识的提高以及对焊接产品质量要求的提高，原来单一遮光号的焊接面罩已经不能满足现代工业的要求，自动变光焊接面罩就应运而生。在20世纪80年代初，瑞士、德国等国家开始研制自动变光焊接面罩。20世纪90年代初，我国也开始研发此类产品。

自动变光焊接面罩

　　自动变光焊接面罩相比单一遮光号的焊接面罩，不仅能够过滤紫外线、红外线等对人眼有害的射线，而且还能根据不同的焊接方式设置不同的遮光号，保证合适的可见光通过，使焊工的眼睛得到充分的保护。目前自动变光焊接面罩大多采用液晶技术，即液晶光阀，利用液晶特殊的光电性能，通过控制液晶片两端的电压，来改变光线的通过率，达到调节光线强弱的效果，起到焊接防护的目的。

　　然而由于液晶的非线性和参数离散性等特点，液晶自动变光焊接面罩存在遮光号调节不准、响应时间较慢(ms级)、有效工作温度范围较窄、(5~10)℃以下温度时响应速度大幅度下降、需采用多层迭片才能完成较大的变光范围等不足。因此，上海市安全生产科学研究所尝试运用新材料来改善自动变光焊接面罩的防护能力，锆钛酸铅镧陶瓷(PLZT)由于具有良好的光电效应，被用于制作自动变光焊接面罩。

铁电陶瓷面罩优势明显

　　PLZT(锆钛酸铅镧陶瓷)，是在PZT(锆钛酸铅陶瓷)中掺杂稀土元素镧，经过通氧热压工艺制备而成的一种性能优异的透明陶瓷材料。PLZT陶瓷作为一种新型的铁电陶瓷光电材料，具有较高的光学透过率，同时又具有多种光电效应，其光学特性可通过电场或者通过拉伸、压缩而改变，经常被用于各种光电存储器和显示设备中。铁电陶瓷自动变光焊接面罩正是利用PLZT陶瓷的这些光电特性，将其作为自动变光焊接面罩的光阀开关，使自动变光焊接面罩的防护功能大大提高。

铁电陶瓷电极片

　　铁电陶瓷自动变光焊接面罩中具有变光功能的镜片盒主要由铁电陶瓷电极片、偏振片(对入射光线具有遮蔽和透过的功能)、双防片(防紫外线、红外线)、光电控制器及光敏元件等组成的。焊接作业时，先打开自动变光焊接面罩的电源开关，当产生电弧光的瞬间，镜片盒中的光敏元件将光信号转变为电信号，由光敏元件控制的面罩电源的电场随之发生变化，铁电陶瓷在这种电场的作用下，呈现暗态，阻挡强光透过镜片，使焊工眼睛免受强光伤害。当强光消失后，光敏元件恢复常态，面罩电源的电场也不发生变化，可见光重新透过铁电陶瓷，焊工仍能看清焊接物件。如此，焊工直到焊接完毕摘下铁电陶瓷自动变光焊接面罩即可，面罩内的光敏元件根据电弧光的强弱控制铁电陶瓷两端电场的变化，以调节铁电陶瓷允许适当的光线通过。

　　对于自动变光焊接面罩来说，响应时间和保持时间是两个重要的反映变光响应特性的参数，这两个参数的大小直接决定了自动变光焊接面罩质量的好坏。

　　响应时间是指光阀明态时，从光检测器接受弧光信号到光阀变为暗态所需的时间间隔。响应时间关系到焊工引弧时受到强可见光瞬间照射的时间，也关系到焊工在焊接过程中能否清楚地进行观察，能否彻底消除盲目引弧。响应时间越短，焊工受到强光的伤害就越小。

　　保持时间是指光阀暗态时，从光检测器除去弧光信号到光阀变为明态所需的时间间隔。由于电弧焊每秒钟要发生10~15次瞬间短路，保持时间过短会使光阀发生频繁的转变，焊工在操作时便会受瞬间的强可见光照射，因此，焊接面罩暗态时的保持时间要稍微长一些，不是电弧光一消失就变为明态，而是随着电弧光的减弱稍稍滞后一点变为明态，这样更有利于连续的焊区观察和焊工眼睛的防护。

　　铁电陶瓷接受电场变化到产生遮光反应的响应时间是纳秒级，而液晶光阀焊接面罩的响应时间是毫秒级;铁电陶瓷的光电性能受温度影响较小，而液晶材料在在低温条件下会变粘，响应时间甚至会可以增加数倍。不仅如此，铁电陶瓷电极为单组结构，而液晶电极为多组结构(一般为3~5组)，相比之下铁电陶瓷自动变光焊接面罩重量更轻。同时，相比液晶材料，铁电陶瓷材质还具有均衡性，变光更准确。所以，用铁电陶瓷配上灵敏的光电控制器，就可以制成变光范围大、响应速度快的自动变光焊接面罩。

　　铁电陶瓷自动变光焊接面罩除具有快速的响应速度和较长的保持时间外，面罩的其他部分选用经阻燃处理过的ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)塑料，这种材质具有抗紫外线、遮光(可见光)性能好;电阻率高，一般可达到(1015~1017)Ω/cm;吸水率极低(约0.05 %左右);耐老化性能好(高温、低温);耐腐蚀性强，特别是耐强酸;机械强度(拉伸性能)高等特点，并且工艺加工性好，可一次成型。

　　在保证安全防护性能的基础上，铁电陶瓷自动变光焊接面罩还注重了使用的舒适性。焊接面罩的面罩体由罩壳和头带组成。头带又包括顶带和头箍，为满足不同操作者的佩戴需要，顶带和头箍设计成可调式，罩壳深度>120mm，使眼睛与镜片有合适的距离，达到国家相关技术标准要求。罩壳上的镜片盒座尺寸与镜片盒一致，使镜片盒安装上后，与罩壳完全密和，没有漏光现象，并且所有连接都采用螺丝，便于装配和更换。罩壳的下部与侧面呈弧状，既符合美观要求，也扩大了视野。为减轻重量，在保证面罩强度及抗紫外线、遮光条件要求下，焊接面罩的壳体厚度只为1.6~2mm。

　　总体说来，铁电陶瓷自动变光焊接面罩采用了高科技材料——具有优良的电控折射效应的铁电陶瓷(PLZT)电极片作为光阀开关，用特制的玻璃片做防御紫外线、红外线的滤光片。在光电控制器的设计上，采用国际上先进的电光快门技术，增加暂稳态过程的设计及变压器谐振电路和温度自动补偿电路，配上超薄型的电压陶瓷变压器。面罩体采用阻燃的ABS塑料一次成型。与液晶类自动变光焊接面罩相比，无论在技术上还是性能上均有较大的提升，经造船行业、建筑行业等单位使用后，一致反映其变光速度快，多人使用时抗杂散光干扰性能好，能有效保护焊工的眼睛，提高焊接质量，满足现代工业生产的需要。

　　编辑 郑 君