引言不锈钢含有合金金属如铬（Cr），镍（Ni），锰（Mn）[ 1 ]。
由于电弧的高温，这些金属可以焊接烟尘材料如电线和电极等。
由于温度下降金属氧化和随后形成纳米颗粒，纳米颗粒 [ 2,3 ]可能在焊接的呼吸区[ 4 ]在空中停留。
在所有的金属的焊接烟尘中，其中，六价铬（Cr6+）和镍是已知的人类致癌物[ 5 ]，而锰（Mn）是一种神经毒素，能引起神经症状，如认知功能障碍[6,7]。
众多研究表明，由于电焊烟尘由纳米到微米大小的可吸入颗粒物组成，能深入到人的呼吸道，所以，吸入暴露在外的毒理学电焊烟尘粒子有毒金属有患呼吸系统疾病，神经系统症状和癌症的风险。
虽然职业安全与健康管理局（OSHA）目前不规范的总焊接烟尘，但是，国家职业安全与健康研究所（NIOSH）认为，电焊烟尘是潜在的职业性致癌物和使建议的暴露限值（REL）在可行的最低浓度[ 15 ]。
美国政府工业卫生会议（ACGIH）还给出了，焊接烟尘的8小时时间加权平均（TWA）阈限值（TLV）5毫克/立方米有各种方法来减轻焊接烟尘颗粒物的排放，减少烟尘暴露[ 17 ]。
最有效的方法是个人防护装备（PPE）如呼吸器[ 18 ]和局部排气通风[19,20]。
控制技术针对Cr6+也得到了发展。
例如，屏蔽气体[ 21 ]，[ 22 ]和屏蔽的金属被用来在焊接电弧区由氧的氧化保护金属。
与其他材料代替铬不锈钢也可以减少Cr6 +的排放[ 23 ]。
然而，由于行业的要求，这些Cr6 +的具体技术没有与烟气中的颗粒的其他金属不很受欢迎。
此外，这些技术没有解决了他们对焊接的机械性能潜在影响。
在各种报告中显示，涂层的无定形二氧化硅层在颗粒表面的绝缘工程纳米粒子暴露于周围环境的恶化。
它也是一个有效的措施控制纳米大小的金属粒子在焚烧炉的燃烧室的排放。
这一概念，实现了在焊接时（如图1所示），提出了一个潜在的解决方案，也被称为无定形二氧化硅封装（ASE），可以减少焊接烟尘颗粒的毒性提供二氧化硅包覆层中的非晶相。
事实上，在X射线衍射图（XRD）的烟尘颗粒浓度下，涂原位生成二氧化硅是在无定形相中[ 31 ]，因此消除了潜在的结晶矽尘危害。
金属颗粒的无定形二氧化硅层可以隔离金属物种的吸收，防止吸入。
此外，二氧化硅形成产生网状网络结构，有效地提高了颗粒的稳定性。
此外，二氧化硅前体的分解清除氧，从而抑制Cr 的氧化。
二氧化硅涂层效率的研究（SCE）采用焊接为例[ 34 ]。
利用含有二氧化硅的混气体，取决流量使用，其显示SCE是大约14–38%的结果。
从二氧化硅前体，即过早分解导致较低的SCE，空间和时间不匹配的金属蒸气的凝结成核和二氧化硅。
在低的气体保护流，气体不能有效分散热，在焊接烟尘颗粒已经形成，热能量引起的二氧化硅前体分解和形成二氧化硅粒子在喷嘴外焊弧区。
最近，为了解决过早分解的问题，最近开发了一个新设计名为绝缘双冠火炬（IDST）对处在设计陶瓷墙火炬涉及保温的主要屏蔽气和载气之间的二氧化硅前体（如图1所示），从而防止过早分解的二氧化硅前体时发生的气体预混。
而测试显示，机载Cr6 +的浓度减少到低于检测限制时影响SCE和焊缝的机械性能仍然未知。
如果技术被接受和采用的行业，非阳离子的焊缝力学性能没有受到的二氧化硅前体的添加改变是至关重要的。
本研究的目的是评估的ASE技术的有效性与处在实验阶段的封装焊接烟尘颗粒和表征焊缝的机械性能。
定量分析和定性的TEM图像进行自动封装的条件评估获得的。
焊接产生的ASE技术进行了一系列的机械性能试验，验证ASE技术的实用性。
2 实验方法2.1。
焊接烟尘的产生排烟罩是由美国焊接学会（AWS）为了焊接烟尘采样而设计的。
焊接烟雾是在一个封闭的锥形腔直径36英寸产生的，在顶部直径8英寸，高36英寸。
一个高容量的流泵（gl-2000h，克利夫斯欧3）被安装在顶层。
焊接烟尘产生的颗粒被收集到一个钢化玻璃滤波器（Whatman GF／B 1821-090 90毫米，梅德斯通，肯特，英国）。
焊接机（林肯电力MIG 140C型，克利夫兰）用于科研。
在整个研究过程中，电压和线速度保持在19.5 V和100英寸/分钟（IPM）。
The 焊丝用于焊接直径0.035英寸308L型不锈钢 19.5–22.0% Cr, 9.0–11.0%，成分包括19.5–22%铬，9–11%Ni, and 1.0–2.5% Mn[36]镍，1.0-23.5%锰。
研究了诸如冈瑟尔霍根[ 36 ].表明95%的焊接烟尘源于过滤材料。
换句话说，基体金属的选择，不会影响,焊接烟尘的成分和毒性。
在这项研究中，低碳钢基体金属被用于代替不锈钢从而降低成本钢。
基体金属板被放置在一个旋转的转盘（MK ProductsAircrafter T-25, Irvine, CA）底部（如图2）。
一个平台用来装焊e枪和保持火炬相对于基体金属基本恒定的高度。
焊接枪的触发器被改良为允许在焊接室外远程控制研究模拟焊接每1.5分钟在旋转板上的样品。
采样周期的长度是根据在以往的研究中，以确保足够的烟尘颗粒收集for analysis分析所确定一个取代传统的焊枪允许分离主要屏蔽的气体和TMS载气。
TMS载气（氩气）流经充满刺激性液体的聚四氟乙烯撞击器（Apex仪器T507g，Fuquay-Varina，NC）的底部。
撞击器沉浸在0C冰浴在更低蒸汽量的TMS气压控制进入载气。
TMS饱和载气通过该处传递到焊接电弧区外环。
选择一个75%的氩气和25%的二氧化碳的混合气作为保护气体，功率容量的焊接机。
的主要保护气体流量和TMS载气（表1）分别控制由浮子（Radnor HRF-1425-580, Radnor, PA）和质量流量控制器（Omega FMA5500, Stamford, CT）焊接烟尘颗粒过滤器上收集了重量法之前和之后的采样测量，利用分析量表（Sartorius MC210S）具有可读性10 LG。
每个样品称重三次，计算平均值2.2 硅胶封装分析SCE的测定继承以前研究的先进的方法论，用二氧化硅壳的耐酸能力来衡量SCE。
焊接烟尘颗粒经过玻璃纤维过滤器被切成两半。
一半使用9毫升硝酸（HNO3，68%）和1毫升氢氟酸（HF，48–51%）来溶解，这是足以化解所有无论何种涂布条件的金属涂层。
另一半是用10毫升的王水，硝酸和盐酸的混合物酸（盐酸，38%）（1:3 V/V）来溶解，其中只有不溶解的金属封装在硅壳。
SCE是这样计算在下面的公式测量金属的质量差异：消化是使用微波消解系统（CEM MDS 81D, Matthews, NC）跟随在先前的研究[ 34 ]中的八个步骤的协议描述。
消化要经过冷却，过滤，稀释。
在大众各金属测量稀释的解决方案是利用电感耦合进行了等离子体原子发射光谱法（(ICP-AES, Perkin–ElmerPlasma 3200, Norwalk, CT)用ICP-AES的操作条件和使用的光谱波长分析。
入射功率（W）1300等离子气体流量（LPM）13辅助气体流量（LPM）0.5喷雾器气流量（LPM）0.8蠕动泵流速（毫升分钟？1）1读取延迟时间（s）40阅读每个样品重复5铬光谱波长（nm）的205.552，267.716倪光谱波长（nm）的231.604，221.647锰的光谱波长（nm）的257.610，293.306等离子3200，诺瓦克，CT）。
两个原子发射光谱线,每个金属（铬，镍，锰）也同时使用，以减少在其他共存元素引入光谱干扰焊接烟尘。
操作条件和谱线选定的列在表2中。
各金属的浓度样品通过平均五个读数结果确定复制。
透射电子显微镜（TEM，JEOL2010F，皮博迪,MA）来观察的形态和硅石包封焊接烟尘颗粒的条件。
该JEOL2010F具有超高空间分辨率小于1纳米。
一种特种网格（派尔高300目，特德佩拉，雷丁，加利福尼亚）被插入到焊接中，如图所示。
2。
电网召开在30秒由泵向上拉焊烟流。
烟尘颗粒，因此，连接到网格上的超薄花边碳膜。
图片两者的基线和ASE样品进行捕获。
该显微镜图像是一个补充工具，用于确定日月光技术的有效性。
然而，透射电镜只集中上的焊接烟尘颗粒组分和被限制在一个二维平面。
2.3。
力学性能测试所以很难用腔室，以产生高质量的焊缝系统由于焊接者的通向封闭式问题环境。
焊缝的力学性能试验均在工业设施，定期进行焊接产生的活动。
在修改现有的焊接系统中该设施的IDST是相似的实验室室设置，除了使用不同的焊接机（米勒的InVision456MP ，阿普尔顿，WA）。
该电压是由脉冲程序控制平均为26 V。
ER 310不锈钢底座板0.18英寸的厚度，焊接与0.045英寸直径的ER310不锈钢焊丝。
标称ER 310不锈钢钢板组合物是24〜26 ％的Cr， 19〜22 ％的Ni，和2 ％的Mn，而焊丝是25-28 ％的Cr， 20-22.5 ％的Ni，和1-2.5 ％的Mn 。
该线速度固定在192 ipm的。
所使用的主要的保护气体为69％的Ar ，30％ He和1 ％CO 2的混合物。
的流率初级屏蔽气体和TMS载气流被关，分别恒定在15 LPM和0.24 LPM。
一共有六个焊接制作，三层为基准，三层为ASE技术。
两个的六个关节的分析 E1019-11前：使用方法ASTM化学成分为机械加工。
标准的横向拉伸试样分别为E8/E8M-11：使用方法ASTM每个焊接加工。
金相在额外的焊接部分进行分析，宏观和微观尺度对每个焊缝。
考试高亮显示的融合，渗透，微观结构，宏观结构，和焊缝间断。
使用横向拉伸试验AWS的方法[37]和ASTM：E8/E8M-11，旨在比较从基线生成焊缝的性能和ASE技术。
所用试剂均为分析纯或更高纯度。
DI 用于稀释和清洗水为去离子和纯化一个毫微纯系统（Barnstead毫微纯D11901，赛默飞世尔科学，马萨诸塞州沃尔瑟姆）至18.2米x cm的电导率。
所有的酸解决方案（ACROS有机，莫里斯平原，新泽西州）分别以原始浓度不被稀释。
所有所用的屏蔽气体为超高纯度，由厂家（公司Airgas和航空认证液化）。
在研究中使用的玻璃器皿中的超声波进行清洗清洁剂（FS220，赛默飞世尔科技，马萨诸塞州沃尔瑟姆）的 4小时，并在恒温淬火炉（FS230G，赛默飞世尔科技干，沃尔瑟姆，马萨诸塞州）在层流通风橱。
在采样管系统是聚四氟乙烯（PTFE）或聚乙烯，和空气泄漏测试定期进行。
从获得用于化学分析的校准曲线外部标准。
标准溶液制备稀释高纯度的储备液用去离子水：1000 mg / L的Ni和千mg / L的Mn（上斯佩克斯阿Certiprep，州Metuchen，NJ），和1000毫克/升铬酸盐（的CrO 2？4）（ACROS有机，莫里斯平原，新泽西州）。
2.4质量控制和统计所有的化学品进行纯度等级分析。
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