Вячеслав Лупачев - Безопасность труда при производстве сварочных работ

Различают два механизма образования СА: выпаривание-конденсация-окисление (В – К—О) и выпаривание-окисление-конденсация (В – О – К). Участие каждого из них в образовании СА зависит от способа сварки и состава защитного газа. Уменьшение окислительного потенциала защитного газа оказывает содействие снижению роли второго механизма в образовании СА.

В процессе сварки в СА могут переходить элементы (железо, марганец, кремний, кальций, калий, магний, натрий, титан, алюминий, хром, никель, фтор и др.), которые входят в состав электродов, флюсов, прутков и других сварочных материалов и основного металла.

В результате окисления и конденсации этих элементов образуются твердые частички сложного вида в форме оксидов.

В состав СА входят также шпинели (двойные оксиды), силикаты, фториды и прочие сложные соединения (например, Fe304, Mn 30 4, MnFe 20 4, Fe 2Si 4, Mn 2Si 4, Cr 20 3·FeO, (Fe, Mn)O·Fe 20 3, K 2Cr 4, Na 2Cr 4, K 2Cr 20 7, Na 2Cr 20 7, NaF, CaF 2).

Дисперсность (размер) частичек СА колеблется в границах от тысячных частей до нескольких микрометров. Основное количество частичек имеет размер меньше 1 мкм. Частички СА могут принимать различную форму, а более мелкие частички (размером от сотых и десятых долей мкм) склонны к образованию цепочек.

Большинство мелких частичек состоит из ядра и оболочки. Ядро содержит соединения железа и марганца, а оболочка вмещает соединения кремния, калия и натрия (при наличии этих веществ в составе покрытых электродов). Толщина оболочки зависит от температуры, окислительного потенциала атмосферы дуги и увеличивается с количеством содержания указанных элементов в электроде.

Неоднородность структуры СА характерна для аэрозолей конденсации сложного вида. Данные о химическом составе и строении частичек СА важны для понимания природы их биологической активности и токсичности.

Интенсивность образования СА определяется скоростью плавления электродного материала и зависит от сварочного тока и напряжения дуги, от состава сварочных материалов, основного металла и защитной среды, а также от положения шва в пространстве и техники сварки.

Установлено, что при сварке покрытыми электродами в СА переходит 1–3 % от массы электрода, а в случае сварки плавящимся электродом в защитных газах – 0,5–2,0 % от массы сварочного провода. Химический состав СА на 80–90 % обусловлен составом сварочных материалов. Характеристика некоторых марок покрытых сварочных электродов по выделению вредных веществ представлена в табл. 1.5.

Таблица 1.5. Характеристика некоторых марок электродов по выделению вредных веществ

Примечание. 1. Буквами обозначены виды покрытия: Ц – целлюлозное; 3 – рутиловое; Б – основное; П – прочее.

Вместе с пылью в производственной среде распространяются и вредные газы, которые при определенных условиях могут привести к внезапному отравлению людей. Как правило, они не определяются визуально и во многих случаях не имеют запаха, поэтому являются опасными.

Некоторые довольно распространенные в производственном процессе газы имеют плотность, большую плотности воздуха и накапливаются в низких участках помещений (подвалах, шахтах и др.), достигая значительных концентраций. Это очень опасно, так как может привести к отравлению, а в случае накопления горючего или взрывного газа – к взрыву или пожару.

В качестве защитных газов при дуговой сварке применяют углекислый газ (CO 2) и аргон (Аг), при газовой сварке используют ацетилен (С 2Н 2).

В процессе сварки образуются оксид углерода (СО), оксиды азота (NO, NO 2), озон (0 3), фтористый водород (HF), тетрафтористий кремний (SiF 4) и другие соединения.

Образование газов при сварке.Во время сварочного процесса в воздух рабочей зоны кроме сварочных аэрозолей поступают смеси газов (CO 2, СО, HF и др.), которые образуются при термической диссоциации газошлакообразующих компонентов, входящих в состав сварочных материалов.

Смеси газов образуются также в результате фотохимического действия ультрафиолетового излучения сварочной дуги на молекулы газов защитной атмосферы и окружающего дугу воздуха (NO, NO 2, O 3).

При сварке в защитных газах состав образующихся газообразных веществ определяется составом защитной смеси.

Основной причиной образования угарного газа (монооксида углерода) СО при сварке в CO 2является диссоциация последнего при высокой температуре сварочной дуги: