【摘要】自动变光焊接面罩相比于传统黑玻璃焊接面罩，具有诸多的优势，特别是在对焊接质量的提高、降低焊接成本、降低焊工培训成本及降低焊工职业危害方面。响应时间、变光稳定性和可靠性、滤光屏的光学性能、功耗，以及佩戴舒适度等是选择自动变光焊接面罩时需要重点考虑的因素。自动变光焊接面罩对焊接质量的改进、焊接效率的提高及焊工的职业保护具有积极的意义。
【关键词】自动变光；焊接面罩；电弧焊接 ；质量；效率；职业危害；防护
电弧焊辐射的危害已被焊接作业者所广泛认识，然而每年仍有大量关于电光性眼炎病例的报道，涉及到电焊辐射危害的防护经常被忽视。自焊接面罩出现100多年来，电弧造成的眼伤害依然是焊工所遭受的大的危害因素；仅仅在美国，包括医疗、赔偿和误工等在内，平均每年因眼伤害所需的支出超过3亿美元。造成电光性眼炎的原因包括没有使用焊接面罩、或使用不合格的焊接面罩、或者使用方法不正确，还有一个原因就是使用传统黑玻璃焊接防护面罩。
焊接弧光引发的焊工电光性眼炎被列为是尘肺病之外的第二大职业病。孙艳翎等对长期接触电弧光的调查表明在使用“性能尚好的传统电焊防护面罩”的情况下，接触组晶状体混浊检出率随工龄延长呈明显渐进性增高。在使用传统黑玻璃焊接面罩的条件下，造成焊工伤害的原因有：
一、引弧过程，某些焊工通常采用裸眼引弧以避免焊点的偏差，虽然有生理性眨眼反射保护，但起弧的瞬间弧光的直接作用不可能完全避免；
二、存在多人同时进行焊接作业的环境中，电焊弧光的交叉辐射；
三、电弧辐射的反射及散射作用，对焊接作业者的影响。
在起弧瞬间，辐射强度达到极大值，在焊接过程中焊条与母材经常发生着接触和电气短路，电弧也不断发生且瞬间熄灭。药皮焊条每秒钟要发生10～15次瞬间短路，即弧光辐射会有10～15次达到极大值，在每两次起弧的间隔中存在短暂没有弧光的状态。
基于提高焊接质量及效率，降低培训成本和焊接成本，以及保护焊工免受焊接弧光的伤害，装备自动变光滤光屏的焊接面罩应运而生；自动变光滤光屏（图1）通常包括控制电路、弧光探测器、外保护片、紫外及红外线滤光片、光阀（液晶和偏振片组件）、内保护片及其他结构件。当焊接瞬间产生电弧时，自动变光滤光屏可以自动将遮光号从较低值（亮态遮光号，通常为3）转换成较高值（暗态遮光号），以保护作业者；未焊接时呈亮态遮光号状态，便于焊工观察焊接部位作好焊前准备；在焊接停止时，滤光片由暗态遮光号转回到亮态遮光号，焊工可以清晰地观察焊接效果，并准备下一次的焊接作业。
图1 自动变光滤光片的结构
置于外保护片内侧的紫外及红外线滤光片，无论在焊帽的控制电路是否正常工作，都具有永久的红外及紫外辐射防护功能，相当于遮光号为12或13的滤光片防护红外线及紫外线辐射的能力。在评价自动变光滤光片的性能时，有效视野、响应时间、灵敏度、延迟设置、亮态遮光号、暗态遮光号、功耗、电路抗干扰能力，以及滤光屏的光学性能等参数都必须予以重视，此外维护的便利性也是重要因素之一。
响应时间是自动变光焊接面罩的一个重要参数，指自动变光滤光屏亮态时，从弧光探测器接受弧光信号到变为光阀完全达到预定暗态时所需要的时间，响应时间是越短越好。因为响应时间关系到焊工引弧时受到的强可见光瞬间照射伤害的程度，响应时间越短，光阀从亮态变暗的速度就越快，焊工遭所受伤害的可能性就越小。在从亮态到暗态的转变过程中，液晶材料的性能及控制电路的响应时间会直接影响变光屏的响应时间。厂家提供的数据显示Speedglas的变光屏响应时间达到了0.1毫秒。
图2 弧光探测器的性能
弧光探测传感器是变光屏由亮态遮光号到暗态遮光号转变的触发器件，其响应特性（图2）及可靠性会直接影响焊接滤光屏的工作稳定性和灵敏度，特别是在小到1安培甚至更小稳定焊接电流的情形及受到其他作业者电弧焊接干扰的环境中。具备由暗态遮光号到亮态遮光号的延迟设置的自动变光焊接面罩，可减少炽热熔池的强余光对焊工眼睛的影响。
按EN379标准要求，自动变光焊接滤光屏需要标注出亮态遮光号、暗态遮光号、生产厂商及滤光屏的光学性能，光学性能按光学等级、散光特性、透光性能和可视角度依次排列，应注明相应的标准编号。如Shade 3/5，8/9-13，3M，1/1/1/2/379；对于滤光屏的光学性能，数字1表示好，2表示较好，3表示合格。光学性能好的滤光屏更适合焊工长时间使用。可视角度对自动变光焊接面罩也是一项很重要的参数，可视角度越大，焊工工作时可视焊件的范围就越大，这样就越有利于提高工作效率和质量。
了解了自动变光滤光屏的工作原理，就不难理解自动变光焊接面罩对于焊工的意义。
自动变光焊接面罩在开机时呈暗度为3的亮态遮光号，焊工可以清晰观察焊接部位，准确定位，并可避免周围焊接弧光的干扰；在弧光探测器探测到起弧时，在极短的时间内由亮态遮光号转换到预先设定的暗态遮光号，保护焊工免受弧光伤害。自动变光焊接面罩的使用避免了盲焊，对保证焊接作业的精准性，保护非焊接表面的平整性和光洁度，提高焊接质量，降低焊接成本，降低焊工培训的成本具有积极意义。
自动变光焊接面罩不用掀起和放下，降低了焊工的劳动强度，限度地避免了因焊接弧光造成的短暂失明，进而引发盲焊的可能；避免焊工电光性眼炎，以及可能引发的焊工白内障等疾病；避免强热辐射对眼睛晶状体的伤害；避免了其他可能的机械伤害。
图3 连接电动送风装置的自动变光焊接面罩
随着技术的进步，自动变光焊接面罩的研发有了新的进展。具备打磨模式的自动变光焊接面罩除用于焊接防护外，还可以用于打磨作业，实现一机多用。有的还可以与电动送风呼吸装置或长管供气装置（图3）配合使用，在提供焊接弧光防护的同时，提供呼吸防护。人机工程在新一代的自动变光焊接面罩上得到了进一步的体现，更舒适和更安全已成为可能。适应面更广、具备更多的遮光号选择、灵敏度选择和延迟时间设置，具备舒适点焊模式、打磨模式及固定暗度设置功能的新型自动变光焊接面罩（图4）已被航空航天、重工、车辆、造船、石油石化等行业所广泛应用。
图4 功能完善的自动变光滤光屏 |
