Меню Рубрики

Выделение газами при сварки

Вредные вещества, сопровождающие процесс сварки

Установки для автоматической сварки продольных швов обечаек — в наличии на складе!
Высокая производительность, удобство, простота в управлении и надежность в эксплуатации.

Сварочные экраны и защитные шторки — в наличии на складе!
Защита от излучения при сварке и резке. Большой выбор.
Доставка по всей России!

Как известно, сварочные процессы отличаются интенсивными тепловыделениями (лучистыми и конвективными), пылевыделениями, приводящими к большой запыленности производственных помещений токсичной мелкодисперсной пылью, и газовыделениями, действующими отрицательно на организм работающих. Некоторые процессы, например, плазменно-дуговая резка, сопровождаются, кроме того, интенсивным шумом, также создающим неблагоприятные условия труда.

Высокая температура сварочной дуги способствует интенсивному окислению и испарению металла, флюса, защитного газа, легирующих элементов. Окисляясь кислородом воздуха, эти пары образуют мелкодисперсную пыль, а возникающие при сварке и тепловой резке конвективные потоки уносят газы и пыль вверх, приводя к большой запыленности и загазованности производственных помещений. Сварочная пыль — мелкодисперсная, скорость витания ее частиц — не более 0,08 м/с, оседает она незначительно, поэтому распределение ее по высоте помещения в большинстве случаев равномерно, что чрезвычайно затрудняет борьбу с ней.

Основными компонентами пыли при сварке и резке сталей являются окислы железа, марганца и кремния (около 41, 18 и 6% соответственно). В пыли могут содержаться другие соединения легирующих элементов. Токсичные включения, входящие в состав сварочного аэрозоля, и вредные газы при их попадании в организм человека через дыхательные пути могут оказывать на него неблагоприятное воздействие и вызывать ряд профзаболеваний. Мелкие частицы пыли (от 2 до 5 мкм), проникающие глубоко в дыхательные пути, представляют наибольшую опасность для здоровья, пылинки размером до 10 мкм и более задерживаются в бронхах, также вызывая их заболевания.

К наиболее вредным пылевым выделениям относятся окислы марганца, вызывающие органические заболевания нервной системы, легких, печени и крови; соединения кремния, вызывающие в результате вдыхания их силикоз; соединения хрома, способные накапливаться в организме, вызывая головные боли, заболевания пищеварительных органов, малокровие; окись титана, вызывающая заболевания легких. Кроме того, на организм неблагоприятно воздействуют соединения алюминия, вольфрама, железа, ванадия, цинка, меди, никеля и других элементов.

Биологические свойства электросварочной пыли полно и хорошо описаны в работе К. В. Мигая, в которой анализируются три основных гигиенических показателя вредности пыли: растворимость, задержка при дыхании легочной тканью и фагоцитоз. Многие из исследований (например, растворимость электросварочной пыли в организме) представляют большую практическую ценность при оценке агрессивности сварочного аэрозоля.

Вредные газообразные вещества, попадая в организм через дыхательные пути и пищеварительный тракт, вызывают иногда тяжелые поражения всего организма. К наиболее вредным газам, выделяющимся при сварке и резке, относятся окислы азота (особенно двуокись азота), вызывающие заболевания легких и органов кровообращения; окись углерода (удушающий газ) — бесцветный газ, имеет кисловатый вкус и запах; будучи тяжелее воздуха в 1,5 раза, уходит вниз из зоны дыхания, однако, накапливаясь в помещении, вытесняет кислород и при концентрации свыше 1 % приводит к раздражению дыхательных путей, вызывает потерю сознания, одышку, судороги и поражение нервной системы; озон, запах которого в в больших концентрациях напоминает запах хлора, образуется при сварке в инертных газах, быстро вызывает раздражение глаз, сухость во рту и боли в груди; фтористый водород — бесцветный газ с резким запахом, действует на дыхательные пути и даже в небольших концентрациях вызывает раздражение слизистых оболочек.

При сварке в среде защитных газов торированными вольфрамовыми электродами марок ВТ-10, ВТ-15 в воздух выделяются окислы тория и продукты его распада, которые представляют радиационную опасность.

Подробные сведения о вредных воздействиях на организм разных элементов и соединений приведены в специальной литературе.

Помимо аэрозолей и газов неблагоприятное влияние на работающих в сварочных производствах оказывает еще ряд явлений, не устраняющихся с помощью вентиляции, но в совокупности с вредными веществами ухудшающих условия труда. Это — лучистая энергия сварочной дуги, ультрафиолетовая и инфракрасная радиация, вызывающие ожоги открытых частей тела и иногда (особенно летом) перегрев организма; шум, который в сочетании с ультразвуковыми колебаниями вызывает стойкое понижение слуха у работающих. Помимо шумов, создаваемых сваркой, большим шумом сопровождаются заготовительные операции (рихтовка, правка, сборка) и особенно плазменно-дуговая резка Создают шум и плохо сбалансированные вентиляционные установки (или смонтированные без виброоснований).

Как видно, причин профессиональных заболеваний сварщиков, газорезчиков и других работников сварочных производств много. Знание гигиенических особенностей основных видов сварки и резки способствует успешной борьбе за создание благоприятных условий труда, требуемой чистоты воздуха в рабочей зоне путем разработки рациональных и эффективных систем местной и общеобменной вентиляции, применения средств индивидуальной защиты глаз, рук и т. д. Практика показывает, что вентиляция в совокупности с комплексом мероприятий технологического и организационного характера позволяет снизить концентрации вредных веществ до предельно допустимых и способствует значительному оздоровлению условий труда работающих в сварочных цехах.

В.Л. Писаренко, М.Л. Рогинский. «Вентиляция рабочих мест в сварочном производстве», Москва, Машиностроение, 1981

источник

Выделение газов из сварочной ванны и образование пор

Сообщение об ошибке

Выделение газов из сварочной ванны и образование пор

С понижением температуры расплава и особенно при его кристаллизации уменьшается растворимость газов в металле (как это в качестве примера показано для азота и водорода в железе на рис. 1) и возникает пересыщение металла газом. Пересыщение может также носить местный характер, являясь результатом неравномерного распределения газа, случайных флуктуаций или протекания реакций с выделением газообразных продуктов. Если степень пересыщения достаточно велика, чтобы преодолеть силы, препятствующие возникновению и развитию газовых зародышей, в металле появляются газовые пузыри, и если они не успевают Удалиться до его затвердевания, то в шве образуется пористость.

Рис. 1. Растворимость газов в железе при давлении 1 кгс/см 2

Таким образом, меры предупреждения пористости в металле шва можно разбить на две группы:

  • меры, способствующие уменьшению степени пересыщения металла газом или подавлению реакций, идущих с газовыделением,
  • и меры, способствующие наиболее полному удалению газовых пузырей из сварочной ванны или подавлению их образования.

Чтобы уменьшить пересыщение металла газом, следует стремиться понизить концентрацию газа в зоне сварки, лучше всего устранив возможные источники поступления газа; уменьшить абсорбцию газа металлом путем уменьшения скорости или времени взаимодействия за счет соответствующего регулирования технологических параметров (силы тока, скорости сварки и т. п.); повысить стандартную растворимость газа, легируя металл соответствующими элементами, что, уменьшая разность между равновесной концентрацией и концентрацией пересыщения, должно понизить вероятность выделения газа из расплава (пузырькового кипения). В зависимости от газа, вызывающего пористость, и условий сварки эти задачи могут быть решены различным образом. Исследования показали, что образование пор вызывают азот, водород и отчасти СО, образующиеся в результате реакции окисления углерода С+О=СО. При сварке углеродистой стали основная роль принадлежит водороду; при сварке аустенитной стали и сплавов, в которых растворяется значительно больше водорода, на первый план выступает роль азота. Мнение о том, что при удлинении дуги и других нарушениях защиты появление пористости связано с окислением металла и образованием СО, не подтверждается опытом.

Чтобы понизить содержание азота, практически единственным источником которого является воздух (за исключением сварки азотосодержащих стали и сплавов), необходимо обеспечить максимально возможную защиту металла от воздуха. Другой путь – легирование ванны нитридобразующими элементами – титаном, хромом и др.

Исключение из зоны сварки водорода реализуется труднее, поскольку он обычно содержится в сварочных материалах. Средствами снижения концентрации водорода служат

  • применение сварочных материалов с минимально возможной концентрацией водорода (водородсодержащих веществ);
  • прокалка или просушка перед сваркой электродов флюсов (эффективность этого способа иллюстрируется рис. 2);
  • тщательная очистка поверхности свариваемого и присадочного металла от окислов, адсорбированной влаги, органических загрязнений и т. п.;
  • введение в покрытия и флюсы фтористых соединений, например фтористого кальция (плавикового шпата), способных переводить водород в нерастворимые в металле соединения с фтором.

Рис. 2. Влияние влажности покрытия рутилового 1 и фтористокальциевого 2 на содержание водорода в наплавленном металле

Существуют и другие металлургические пути борьбы с водородной пористостью. Например, введение в зону сварки окислителей, с тем чтобы согласно реакции Н2+ 1/2О2=Н2O уменьшить парциальное давление водорода и тем самым абсорбцию водорода металлом.

Специфический характер носит образование пористости при сварке химически активных металлов – алюминия, титана и их сплавов и др., где роль поверхностных загрязнений особенно велика.

Известно, что поры образуются при сварке этих металлов встык, однако отсутствуют при проплавлении целого куска того же металла. Отсюда следует, что поры вызываются загрязнениями, расположенными на торцах стыкуемых листов, а не на их поверхности. Механизм этого явления можно представить в следующем виде.

При нагреве свариваемых кромок в процессе сварки по мере повышения температуры в местах скопления загрязнений начинаются термическое разложение органических веществ, испарение адсорбированной влаги и другие процессы, приводящие к газообразованию. Газы легко удаляются с наружных поверхностей, но могут задерживаться между кромками, особенно если зазор между ними мал, что обычно имеет место вследствие термического сжатия соединяемых деталей.

При плотно сжатых кромках (при отсутствии свободного выхода газа) в естественных неровностях их поверхностей появляются микрообъемы, заполненные газом, который находится под давлением. С повышением температуры возрастает давление газа, вызывая локальную деформацию нагретого и потому достаточно пластичного металла и образование между кромками сферических газовых пузырей. Все это происходит на участках впереди источника теплоты (дуги), где температура хотя и достаточно высока, чтобы вызвать газообразование, но еще не достигла точки плавления металла. Но по мере продвижения ванны эти газовые зародыши могут захватываться расплавленным металлом, развиваться и всплывать или оставаться в металле шва в виде газовых пор (рис. 3). При отсутствии загрязнений или адсорбированной влаги на кромках поры, естественно, не образуются.

Рис. 3. Схема образования пор при сварке встык алюминиевых сплавов

Роль зазора между кромками иллюстрируется опытом по сварке встык образцов из сплава АМГ с жестко заданным зазором различной величины и с искусственно нанесенными на кромки загрязнениями. При отсутствии зазора наблюдалась значительная пористость в металле шва и в зоне несплавления (при сварке с неполным проплавлением). В случае небольшого зазора (менее 0,1 мм) были зафиксированы поры в металле шва (не успевшие всплыть газовые пузырьки). Если зазор превышал 0,1 мм, поры, как правило, отсутствовали.

Далеко не всегда удается устранить источники попадания газов в зону сварки или снизить их содержание в атмосфере дуги до безопасного уровня. В таком случае возникает задача управления кинетикой реакций так, чтобы в возможно большей степени уменьшить абсорбцию газов расплавом. Очевидно, содержание газа будет тем меньше, чем меньше скорость реакции и время взаимодействия.

Из уравнения (1) следует, что поглощение газа будет тем меньше, чем больше скорость плавления металла и чем меньше поверхность ванны F или произведение βρF в целом (рис. 4). Решающим фактором, влияющим на эти параметры, является скорость сварки.

, (1)

Другая группа способов предупреждения пористости основывается на управлении процессом роста газовых пузырьков или их удаления (всплывания) из ванны.

Рис. 4. Влияние скорости плавления g, отношения cp/c0 и произведения βρF= В на изменение содержания элемента в процессе сварки

Развитию газовых зародышей препятствует внешнее давление (давление атмосферы и столба жидкости) плюс поверхностное (капиллярное) давление:

где ρж – плотность расплава; h – глубина расположения зародыша над уровнем расплава; σ – поверхностное натяжение; r – радиус зародыша.

Поэтому, повышая внешнее давление при сварке в камере с инертной атмосферой, можно подавить развитие газовых пузырьков в расплаве и таким образом уменьшить или даже полностью устранить пористость в металле шва. Наряду с возникновением и ростом газовых пузырьков в расплаве идет их удаление (всплывание) из ванны. Степень пористости определяется в конечном счете разностью скоростей этих процессов. К сожалению, процесс удаления газовых (и неметаллических) включений почти не исследован. Попытки применить уравнение Стокса нельзя признать оправданными, так как это уравнение, описывающее всплывание сферических частиц под действием архимедовой силы (разности плотностей), не учитывает неизотермических условий в ванне, конвективных потоков в ней, отклонение формы пузырьков от сферической формы и их рост во время всплывания в результате диффузии растворенных газов.

Практически регулирование процесса удаления газовых пузырьков возможно следующими способами.

источник

Расчет вредных веществ, выделяющихся при сварке

Главная > Документ

Информация о документе
Дата добавления:
Размер:
Доступные форматы для скачивания:

Расчет вредных веществ, выделяющихся при сварке

В процессе проведения сварочных работ выделяются различные примеси, основными из которых являются твердые частицы и газы. Особенно сильное загрязнение воздуха вызывает сварка электродами с качественными покрытиями. Состав пыли и газов определяется содержанием покры­тия и составом свариваемого и электродного металла. Сварочная пыль представ­ляет собой смесь мельчайших частиц окислов металлов и минералов. Основными составляющими являются окислы железа (до 70 %), марганца, кремния, хрома, фтористые и другие соединения. Наиболее вредными веществами, входящими в состав покрытия и металла электрода, являются хром, марганец и фтористые со­единения. Воздух в рабочей зоне сварщика также загрязняется различными вредными газами: окислами азота, углерода, фтористым водородом и др.

При газовой резке металлов выделяется сварочный аэрозоль, окислы марганца, оксиды хрома, азота и углерода.

Удаление вредных газов и пыли из зоны сварки и резки, а также подача чистого воз­духа обычно осуществляется местной и общей вентиляцией. Объем подаваемого свежего воздуха должен быть не менее 30 м 3 /ч. Без вентиляции сварка внутри замкнутых пространств не разрешается. Поэтому, если часовой расход электродов менее 0,2 кг на 1 м 3 объема помещения и если концентрация сварочной пыли меньше пре­дельно допустимой, разрешается естественное проветривание помещений. Значения ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны приведены в табл. 1.

Если сварка и газовая резка металлов производятся в одном цехе, то при определении валового выброса той или иной примеси необходимо суммировать все выделения в том и другом процессах.

Расчет вредных веществ, выделяющихся при сварке металлов, определяется из расчета расхода массы электродов.

Предельно допустимые концентрации вредных веществ, выделяющихся в воздух при сварке и резке металлов [1]

источник

Какие вредные вещества образуются при сварке?

При сварочных работах, во время шлифования и смежных технологиях при химических и физических процессах образуются вредные вещества
в форме газообразных и твердых веществ из материалов, присадочных материалов и загрязнений.

Возникновение газообразных и твердых частиц при сварочных работах и смежных процессах находится в зависимости от используемой технологии и типа основного материала, (азообразные вредные вещества возникают, прежде всего, как продукт реакции технологических газов и газов из окружающей атмосферы.
Вещества в форме твердых частиц образуются, прежде всего, из присадочных материалов, применяемых для сварочных работ.

Частицы
Химический состав частиц при сварочных работах, в первую очередь, зависит от типа используемых присадочных материалов. У термической резки металлов пылевые частицы образуются при производственном процессе разрезаемого материала. Количество частиц зависит от комбинации используемых технологий, материалов и мощности данной производственной технологии.

Факторы, оказывающие влияние на количество и тип вредных веществ

— эл.ток, напряжение
— тип оболочки
— тип электрического тока
— угол установки электрода
— диаметр электродов
— метод сварки
В зависимости от используемой технологии — ручная дуговая сварка, термическая резка кислородом, плазмой и лазером — образуются частицы разного размера с различной морфологией.
Воздействие частиц, приносящих вред здоровью, в первую очередь зависит от размера частиц (диаметр частиц).
При разных процессах сваривания возникает дым в процессе выполнения сварочных работ с различными частицами, диаметр которых, однако, колеблется от 0,1 мкм до 1,0 мкм, большей частью даже в пределах менее 0,4 мкм.

Эти сверхлегкие частицы обладают способностью проникать в легочные альвеолы. Это означает, что они проникают в самые мельчайшие легочные пузырьки (альвеолы), а там осаждаются. Из легочных пузырьков они проникают в систему кровообращения, диффундируют через стенки сосудов и осаждаются в теле человека.

Только разработка новых методов измерения в недавнее время позволила определить величину и количество пылевых частиц, образующихся вредных веществ в сверхмелкой фракции.

Дымы, возникающие в процессе сварочных работ, однозначно обладают способностью проникать в альвеолы

Таблица говорит о том, что в пределах до 0,4 мкм находится 98,9 % частиц.
Частицы размером более 1,0 мкм встречаются очень редко.

О величине частиц подробно

Ручная дуговая сварка
При ручной дуговой сварке с оболочным стержневым электродом, большей частью, образуются частицы в пределах от 0,01 мкм до 0,4 мкм.

Дуговая сварка в защитной атмосфере
Только у небольшого количества частиц, возникающих при дуговой сварке в защитной атмосфере, величина превышает 0,2 мкм. Величина максимальной доли частиц находится в пределах от 0,01 мкм до 0,05 мкм.
И при сварке высоколегированных сталей в защитной атмосфере величина частиц равна преимущественно 0,01 мкм. Агломерированные частицы достигают величины до 0,5 мкм.

Сварка по методу MIG
При сваривании алюминиевых сплавов по методу MIG частицы продуктов сгорания, образующихся в процессе сварки, практически все без исключения, характеризуются величиной менее 0,4 мкм. И здесь главная доля частиц колеблется в пределах от 0,01 мкм до 0,05 мкм.

Термическая резка металлов
При термической резке — резка кислородом, плазмой, лазером — возникают частицы в результате выделения из разрезаемых материалов. Частицы имеют диаметр от 0,03 мкм. В агломерированной форме могут образовываться вторичные частицы диаметром вплоть до 10 мкм.

Вредные вещества в форме газообразных частиц
Максимальную опасность причинения вреда здоровью вызывают вредные вещества в форме твердых частиц. Но при различных технологиях возникают и вредные вещества в форме газообразных частиц, прежде всего, сюда относятся:

— окись углерода
— окись азота
— двуокись азота
— озон

Окись углерода
Окись углерода (СО) — газ, который является ядовитым. Образуется в критических концентрациях при сварочных работах MAG в защитной атмосфере двуокиси углерода или при сварочных работах MAG в защитной атмосфере смешанного газа с высокой долей двуокиси углерода.

Окись азота и двуокись азота
Окись азота и двуокись азота (NOX = NO, N02) — газ, который является ядовитым. Возникает при технологиях, осуществляемых автогенной техникой, при плазменной резке сжатым газом или азотом и при лазерной резке сжатым газом или азотом.
Двуокись азота является опасной уже в относительно малых концентрациях, а в больших концентрациях она может привести к смертельному отеку легких.

Озон
Озон (03) — газообразное вещество и образуется, прежде всего, при сварочных работах в защитной атмосфере от сильно отражающих материалов. Озон является очень нестабильным газом. Наличие прочих пылевых вредных веществ в воздухе может вызвать разложение озона на кислород.

источник

Вячеслав Лупачев
Безопасность труда при производстве сварочных работ

1.4. Вредные вещества, образующиеся при сварке

Действие вредных веществ. При производстве сварочных работ воздух рабочей зоны может быть загрязнен вредными веществами, которые образуются в результате технологического процесса сварки. Такие вещества находятся в воздухе в виде пыли, аэрозолей и газов и негативно влияют на организм человека. В зависимости от токсичности и концентрации в воздухе они могут быть причиной отравлений или хронических профессиональных заболеваний.

По токсичному действию вредные вещества разделяют на:

поражающие кровь, которые взаимодействуют с гемоглобином крови и тормозят его способность к присоединению кислорода (оксид углерода и др.);

поражающие нервную систему, которые вызывают ее возбуждение, истощение, разрушение нервных тканей (ацетилен, спирты, сероводород и др.);

поражающие органы дыхания, воздействующие на верхние дыхательные пути и легкие (оксиды азота, озон, аммиак, серный газ, пары кислот и многие другие вещества);

обжигающие и поражающие кожу и слизистые оболочки (серная и соляная кислоты, щелочи и др.);

поражающие печень, действие которых сопровождается изменением и воспалением тканей печени (цинк в составе сварочных аэрозолей, спирты, дихлорэтан, четыреххлористый углерод и др.);

аллергены, изменяющие реактивную способность организма (никель в составе сварочных аэрозолей, алкалоиды и прочие вещества);

канцерогены, способствующие образованию злокачественных опухолей (шестивалентный хром в составе сварочных аэрозолей и др.);

мутагены, влияющие на генетический аппарат клеток (соединения ртути, этилен и др.).

Концентрацию вредных веществ в воздухе рабочей зоны регламентирует ГОСТ 12.1.005 ССБТ «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны». В соответствии с этим стандартом по степени действия на организм вредные вещества разделяют на четыре класса опасности:

1) чрезвычайно опасные – имеют предельно допустимую концентрацию (ПДК) в воздухе меньше 0,1 мг/м 3 (смертельная концентрация в воздухе меньше чем 500 мг/м 3 );

2) высоко опасные – ПДК составляет 0,1–1,0 мг/м 3 (смертельная концентрация в воздухе 500-5000 мг/м 3 );

3) умеренно опасные – ПДК равняется 1,1—10 мг/м 3 (смертельная концентрация в воздухе 5000—50 000 мг/м 3 ;

4) мало опасные – ПДК превышает 10 мг/м 3 (смертельная концентрация в воздухе больше 50 000 мг/м 3 .

Если в воздухе присутствуют несколько веществ (я) однонаправленного действия, то они производят суммарный токсичный эффект и качество воздуха должно соответствовать указанным нормативам при условии, что где С1, С2…., Сп – концентрация веществ 1, 2…, n; ПДК1; ПДК2…, ПДКn – предельно допустимая концентрация веществ 1, 2…, я соответственно.

ПДК вредных веществ, наиболее часто встречающихся в воздухе рабочей зоны сварочных цехов, представлены в табл. 1.4.

До недавнего времени ПДК химических веществ оценивали как максимально разовые. Превышение их даже на протяжении короткого времени запрещалось. В последнее время для веществ (медь, свинец, ртуть, фториды и др.), которые имеют кумулятивные свойства (способность накапливаться в организме), для контроля введена вторая величина – среднедопустимая ПДК. Например, для фторида натрия среднедопустимая ПДК составляет 0,2 мг/м 3 , что значительно ниже, чем его максимально разовая ПДК, которая составляет 1 мг/м 3 .

Пыль. Пыль может присутствовать в воздухе рабочей зоны в виде аэрозоля мелких твердых или жидких частиц, которые движутся под действием воздушных потоков. При определенных условиях аэрозоли оседают, и воздух очищается. Твердые частицы, которые осели из воздуха на поверхность, называют аэрогелью.

Таблица 1.4. Предельно допустимые концентрации наиболее часто встречающихся вредных веществ в воздухе рабочей зоны сварочных цехов

Примечание. 1. ПДК для атмосферного воздуха, указанные в числителе, являются максимально разовыми, а в знаменателе – среднесуточными.

2. П – пары и (или) газы; А – аэрозоли.

* – Среднесменные величины ПДК.

Пыль обычно содержит различные соли, обладающие гигроскопичностью и способностью поглощать атмосферную влагу.

Пыль с размерами частиц от 0,01 до 10 мкм благодаря аэродинамическим силам, созданным воздушным потоком, продолжительное время может находиться в виде аэрозоля в воздухе во взвешенном состоянии.

Дисперсный состав характеризует пылевые частицы по размеру и в значительной мере обусловливает свойства пыли. Экспериментальные исследования оседания аэрозолей в дыхательной системе человека показали, что частицы аэрозолей больше 10 мкм полностью оседают в пустотах носа, а при дыхании через рот не проникают дальше верхних бронхов. В носу и в бронхиолах также задерживается большинство частиц с размерами больше 5 мкм и незначительное количество частиц меньше 5 мкм и только очень небольшое их количество проникает в альвеолы легких.

Максимальную проникающую способность имеют частички диаметром 0,8–1,6 мкм, которые оседают в тонких бронхиолах и альвеолах легких. С уменьшением размеров частиц процент их осаждения в альвеолах снижается. Так, около 80 % частиц диаметром 0,2–0,3 мкм выдыхаются из легких назад в воздух.

Частицы аэрозолей меньше 0,2 мкм также оседают в бронхах и легких, причем их оседание увеличивается при уменьшении размеров, вследствие броуновского движения.

Для организма человека наиболее опасная пыль (аэрозоль), состоящая из частичек размером 0,015 мкм, так как они плохо задерживаются слизистой оболочкой верхних дыхательных путей и проникают далеко в легочную ткань.

Форма частиц пыли также имеет значение. Частицы зазубренной колючей формы представляют большую опасность, чем сферические, так как повреждают кожу, легочные ткани и слизистую оболочку, давая возможность просачиваться в организм инфекционным микроорганизмам, которые сопровождают пыль или находятся в воздухе. Это приводит к атрофичным, гипертрофическим, гнойным, язвенным и другим изменениям слизистой оболочки, бронхов, легких, кожи, которые ведут к катару верхних дыхательных путей, язвенному заболеванию носовой перепонки, бронхитам, пневмонии, конъюнктивиту, дерматитам и к другим заболеваниям. Продолжительное вдыхание пыли, которая попадает в легкие, вызывает пневмокониоз (силикоз, сидероз).

Пылевые частицы способны воспринимать электрический заряд как непосредственно из газовой среды (прямая адсорбция ионов из воздуха), так и в результате трения частиц пыли между собой или непосредственного контакта с какой-нибудь заряженной поверхностью.

Сварочные аэрозоли получают электрический заряд еще в зоне дуги. Установлено, что из общего количества пылевых частиц, которые заносятся с воздухом в дыхательные пути, задерживаются слизистой оболочкой преимущественно заряженные частицы.

Наиболее распространенными и вредными химическими веществами, определяющими токсичность аэрозолей, которые образуются при сварке легированных сталей, являются соединения марганца, хрома, фтора и др.

Марганец, который во время сварки попадает в организм через дыхательные пути, имеет свойство откладываться в мозгу и печени. Его соединения являются сильным ядом, который действует на центральную нервную систему. Отравление марганцем имеет хронический характер и может приводить к развитию профессиональной марганцевой пневмонии. Заболевание начинается со слабости в ногах, дрожания рук, изжоги, сонливости. Затем может быть затруднение речи, возникновение боли в конечностях, поражение центральной нервной системы.

Хром, как легирующая добавка в составе сварочных материалов, попадает в организм через дыхательные пути и начинает действовать уже в верхних дыхательных путях. Под влиянием хрома могут развиваться язвы верхних дыхательных путей, возможны пневмонии. Шестивалентный хром, как канцерогенное вещество, создает риск развития отдаленных во времени онкологических заболеваний.

Фтор в форме разных химических соединений действует на сварщиков при применении сварочных материалов с шлакообразующей основой фтористо-кальциевого вида. Под влиянием фтористых соединений развиваются дерматиты, иногда язвы. Поражение дыхательных путей служит причиной бронхитов, встречаются трудные случаи пневмонии. Хроническое отравление наблюдается после продолжительного влияния малых концентраций фтора. Фтор способствует выводу из организма кальция, что замедляет его обмен в костной ткани и увеличивает ломкость костей. Отмечаются также изменения в бронхах и легких.

Основным способом устранения вредного влияния сварочных аэрозолей на организм человека является применение вентиляции.

Другой, не менее важный способ оздоровления воздушной среды – технологический, который заключается в усовершенствовании сварочных технологий и материалов, а также в выборе соответствующих режимов сварки.

Образование сварочных аэрозолей (СА). При дуговой сварке, вследствие влияния на основной металл и материал электрода тепла дуги, возникает их плавление и частичное выпаривание. Пары материалов электрода и сварочной ванны, которые образуются при высокой температуре, выделяются в воздух окружающей среды. Воздух имеет более низкую температуру, поэтому пары, конденсируются в мелкодисперсные частицы, которые за счет аэродинамических сил продолжительное время могут находиться во взвешенном состоянии, образуя СА. Химический состав и интенсивность выделения СА зависят от характера переноса электродного металла в сварочную ванну.

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.

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 (CO2) и аргон (Аг), при газовой сварке используют ацетилен (С2Н2).

В процессе сварки образуются оксид углерода (СО), оксиды азота (NO, NO2), озон (03), фтористый водород (HF), тетрафтористий кремний (SiF4) и другие соединения.

Образование газов при сварке. Во время сварочного процесса в воздух рабочей зоны кроме сварочных аэрозолей поступают смеси газов (CO2, 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, NO2, O3).

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

Основной причиной образования угарного газа (монооксида углерода) СО при сварке в CO2 является диссоциация последнего при высокой температуре сварочной дуги:

При выходе из зоны высоких температур монооксид углерода снова соединяется с кислородом и озоном, превращаясь в диоксид углерода:

Монооксид углерода может образовываться также в результате термической диссоциации газообразующих карбонатов в составе шлакообразующих компонентов сварочных материалов.

Монооксид азота образуется при высокотемпературном окислении азота воздуха, который окружает дугу:

Под влиянием ультрафиолетового излучения дуги монооксид азота окисляется кислородом воздуха до отравляющего диоксида азота:

При сварке в CO2 дуга горит в атмосфере этого газа, поэтому интенсивность образования оксидов азота очень небольшая по сравнению с монооксидом углерода.

Озон образуется из кислорода воздуха и защитного газа под действием ультрафиолетового излучения дуги:

В начальный момент сварки концентрация озона высокая, но потом он реагирует с оксидом азота, образуя диоксид азота и кислород:

При использовании сварочных материалов, в состав которых входит фтористый кальций или другие компоненты, которые содержат фтор, в воздухе наблюдается наличие фтористого водорода и тетрафтористого кремния.

Фтористый водород образуется в газовой среде при температуре выше 2000 °С в результате взаимодействия фтористого кальция с водяным паром:

Потом при взаимодействии фтористого водорода с диоксидом кремния, присутствующим в составе сварочных материалов, образуются газообразный тетрафтористий кремний:

При наличии в составе шлакообразующей основы сварочных материалов диоксида титана в воздухе появляется газообразный тетрафтористый титан TiF4.

При сварке титана под флюсами, которые содержат фтор (например, при содержании во флюсе фтористого лантана), также образуется тетрафтористый титан:

Токсичность газов. Углекислый газ (диоксид углерода) CO2 – наркотический газ, поражает слизистые оболочки, вызывает шум в ушах и общую слабость организма.

Углекислый газ не горит и не поддерживает горение.

CO2 в полтора раза тяжелее воздуха, поэтому может накапливаться в нижних участках помещения, снижать уровень необходимого для дыхания кислорода в зоне дыхания и привести к отравлению человека.

В среде чистого CO2 наступает мгновенная смерть вследствие паралича органов дыхания, а концентрация выше 60 % – очень опасная. Значение ПДК – 9000 мг/м 3 . Превышение ПДК имеет место в закрытых невентилируемых помещениях. Симптомы отравления: вялость, дурнота. Воздух, который выдыхается, содержит 4–5 % CO2.

Большую опасность для человека представляет угарный газ (монооксид углерода) СО. Это типичный представитель производственных, транспортных и бытовых загрязнений воздуха. Во время сварочных процессов он может накапливаться в недостаточно вентилируемых помещениях в значительных концентрациях. В соответствии с санитарными нормами ПДК СО составляет 20 мг/м 3 . Угарный газ имеет специфический запах.

Отравляющее действие СО базируется на способности создавать с гемоглобином крови устойчивое комплексное соединение – карбоксигемоглобин, которое превышает больше чем в 200 раз способность гемоглобина присоединять кислород и этим препятствует нормальному газообмену в крови. Поэтому 0,1 % СО в воздухе связывает такое же количество гемоглобина (50 %), что и кислород воздуха.

Присутствие СО приводит к кислородному голоданию организма, которое при значительных концентрациях СО в воздухе и продолжительном времени может послужить причиной серьезных заболеваний или смерти. Вследствие кислородного голодания нарушается функция центральной нервной системы. Если пострадавшего вывести на свежий воздух, оксид углерода будет выделяться из организма с воздухом, который выдыхается.

Симптомы острого отравления в легких случаях такие: учащенное сердцебиение и ощущение давления в висках, головная боль, сжатие в груди, общая слабость, позывы к рвоте. В тяжелых случаях отравлений наблюдается потеря способности к свободным движениям (приверженность к определенному положению), затемненное сознание, вплоть до его полной потери. Это может сопровождаться судорогами, прикусыванием языка, невольным мочеиспусканием. Пульс частый, неправильный, тоны сердца глухие, дыхание поверхностное. Имеют место психическое возбуждение, слуховые и зрительные галлюцинации, нарушение цветного видения.

Для предупреждения острого отравления важно своевременно распознать первые признаки отравления, которое может иметь и хронический характер. Хроническая интоксикация оксидом углерода характеризуется постепенными изменениями в нервной системе.

Оксиды азота (NO, NO2) могут вызвать острое отравление. Симптомы: сначала небольшое раздражение слизистых оболочек глаз, носа, незначительный кашель, головная боль. Проявления быстро стихают, могут пройти незамеченными. Спустя некоторое время на фоне нормального состояния внезапно возникает отек легких. При хронических отравлениях отмечаются боль в груди, кашель, боль в области сердца, головная боль. Острые отравления оксидами азота во время выполнения сварки в замкнутых помещениях могут вызывать отек легких.

Озон (03) оказывает на организм преимущественно раздражающее действие. При остром отравлении отмечается сухость во рту, раздражение слизистых оболочек глаз и носа, боль за грудиной, кашель. Более высокая концентрация O3 (около 20 мг/м 3 ) может вызывать умопомрачение, чувство сильной усталости, сердечно-сосудистые нарушения.

Работающие в условиях постоянного действия озона жалуются на головные боли, повышенную раздражительность, плаксивость, снижение памяти, плохой сон; отмечаются вегетативные нарушения (склонность к брадикардии и гипотонии, приглушение тонов сердца); наблюдаются явления раздражения верхних дыхательных путей, хронический бронхит, иногда астматического характера; возможно развитие пневмосклероза.

Фтористый водород (HF) совершает раздражающее действие вследствие образования в организме токсичного фтора-иона; поражает опорно-двигательный аппарат, является протоплазматичным и ферментным ядом многоразового действия; нарушает процессы минерального обмена.

Острое отравление фтористым водородом характеризуется резким раздражением глаз и верхних дыхательных путей, язвенным конъюнктивитом, опуханием носа, язвами слизистых оболочек глаз, носа, ротовой полости, которые тяжело заживляются, носовыми кровотечениями, кашлем, бронхитом, отеком легких и другими проявлениями.

При хроническом отравлении HF возникают ранние признаки нарушения чувствительности зубов и десен, зазубренность и стертость зубов, парадонтозы, жгучие боли и опухание носа, астматический бронхит и прочие заболевания; в выраженных случаях – хроническая пневмония, бронхиальная астма и др.

Ацетилен2Н2) – наркотическое вещество, но причиной отравления является не сам ацетилен, а присутствующие в нем примеси: фосфористый водород (РН3), оксид углерода (СО), диоксид азота (NO2), аммиак (NH3) и сероводород (H2S). Случаи отравления ацетиленом бывают очень редко.

Ацетилен воспринимается в легких кровью, но в отличие от оксида углерода не осуществляет в ней прямых изменений. Его влияние главным образом испытывает нервная система. В результате продолжительного действия наступает поражение органов дыхания, потом смерть.

Аргон (Ar) – инертный газ, не усваивается организмом, но при попадании в дыхательные пути, что возможно при аргоно-дуговой сварке, из-за более высокой плотности, чем воздух, может накапливаться в нижней части легких. Это создает трудности при его выдохе из легких. Вследствие этого присутствие нетоксичного аргона в легких приводит к уменьшению в них необходимого для дыхания кислорода, что может привести к удушью со смертельным исходом.

Практика показала, что для полного удаления аргона из легких сварщику приходится низко наклоняться, что оказывает благоприятное содействие истечению аргона при выдохе.

Отравления газами. Случаи отравления комплексом газов были зафиксированы в практике кислородно-ацетиленовой сварки и резки в небольших недостаточно вентилируемых помещениях и внутри котлов, трубопроводов и т. п.

Под действием наркотического ацетилена на нервную систему сварщик терял сознание, получал отравление оксидом углерода, а действие оксидов азота приводило к отеку легких. В основном это служило причиной смерти.

Следует отметить, что на организм сварщика, работающего в запыленном и загазованном помещении, также влияет интенсивность труда и параметры микроклимата. При этом усиленная дыхательная деятельность приводит к поглощению повышенных доз воздуха, а вместе с ним вредных веществ; высокая температура воздуха усиливает вредное действие отравляющих веществ на организм человека.

источник

Adblock
detector