CC BY
18
УДК 621.79:628
В.В.Чигарев, Т.Н.Швец
САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПРОЦЕССОВ СВАРКИ И НАПЛАВКИ
Развитие сварочного производства базируется на непрерывном росте уровня механизации и автоматизации, сопровождается совершенствованием и разработкой новых технологических процессов и материалов. Все это существенно влияет на характер и условия труда рабочих сварочных профессий и требует, в свою очередь, быстрой и адекватной оценки, включающей и токсикологические исследования.
Основными вредностями современных способов дуговой сварки, наплавки и резки металлов являются сварочный аэрозоль, загрязняющий воздушную среду пылью и газами, ультрафиолетовое и инфракрасное излучения, генерация электромагнитных полей промышленной частоты и др.
Анализ сложившейся в сварочном производстве гигиенической ситуации показывает, что интенсификация процессов сварки и наплавки, достигаемая увеличением мощности дуги, использованием
высокопроизводительных материалов, в большинстве случаев влечет за собой ухудшение состояния воздушной среды в сборочно-сварочных цехах, что представляет опасность для здоровья сварщиков, а также рабочих смежных профессий.
При механизированных способах сварки и наплавки, как правило, наблюдается увеличение плотности работ, что еще в большей мере усугубляет неблагоприятное воздействие на работающих производственных факторов, в первую очередь, сварочных аэрозолей.
Сварочный аэрозоль представляет собой мелкодисперсную систему, состоящую из частиц твердого вещества и смеси газов. При сварке нагретые до высокой температуры и поэтому более легкие, чем окружающий воздух, пары металла, компоненты электродного покрытия или других сварочных материалов поднимаются над местом сварки и попадают в зону более низких температур, быстро конденсируются и затвердевают. Аэрозольные частицы поднимаются воздушным потоком до тех пор, пока скорость потока, локально действующая на частицу, будет больше скорости ее витания. Средняя скорость витания частиц сварочного аэрозоля составляет 1 см/с и поэтому они легко подхватываются циркуляционными воздушными потоками.
В составе аэрозолей, в зависимости от сварочных материалов и свариваемых металлов, возможно наличие окислов металлов и их комплексных соединений, растворимых и нерастворимых фторидов, органических соединений различных классов и газов. Из веществ, входящих в состав пыли, наиболее опасными для здоровья являются соединения марганца, кремния, хрома, фтористые соединения, окислы азота и т.д. Хром и его соединения, проникая через органы дыхания и кожу, откладываются в печени и почках, поражают желудочно-кишечный тракт. Длительное вдыхание пыли, содержащей окислы хрома, может привести к развитию язвенных процессов верхних дыхательных путей. Предельно допустимая концентрация в пересчете
на СгОъ — 0,01 мг I Мл. Окислы марганца являются одним из основных токсических ингредиентов сварочной пыли. Соединения марганца вызывают хронические отравления, органическое заболевание центральной нервной системы, при котором происходят изменения в головном и спинном мозге, и как следствие - развитие неврита, атрофия группы мышц, паралич. Возможны заболевания печени, бронхов, рецидивирующие пневмонии. При вдыхании аэрозоля, в состав которого входит кремний или двуокись кремния, может возникнуть опасное заболевание - силикоз. Процесс этот, обычно медленный,
ускоряется при больших концентрациях и высокой степени дисперсности пыли или высоком содержании в ней двуокиси кремния.
В соответствии с известными термодинамическими закономерностями последовательность протекания реакций, скорость взаимодействия элементов определяется их химическим сродством, температурой, концентрацией, а также кинетическими факторами. Оценка термодинамической вероятности протекания реакций в зоне сварочной дуги может быть использована для исследования процессов образования сварочного аэрозоля.
Согласно методике [1] произведены необходимые термодинамические расчеты и установлена температурная зависимость изобарно-изотермного потенциала реакций образования оксидов и фторидов, как наиболее вредных соединений сварочного аэрозоля [2]. По выведенным уравнениям найдены численные значения изобарного потенциала реакций и построены соответствующие зависимости (см рис.). Результаты оценки вероятности протекания возможных реакций в зоне сварочной дуги для некоторых элементов, применяемых при производстве сварочных материалов, показывают, что при увеличении температуры от 298 до 3000 К происходит самопроизвольное образование оксидов алюминия, титана, циркония, ванадия, а также фторидов циркония, кремния, алюминия, титана, кальция. Об этом говорят большие отрицательные значения изобарного потенциала рассматриваемых реакций. Построенные зависимости соответствуют уже имеющимся в литературных источниках рядам элементов, построенных по убывающей степени сродства к кислороду, фтору [3,4].
Учитывая данные закономерности возможно прогнозирование потерь легирующих элементов в окружающую среду в виде окислов, фторидов при различных видах сварки открытой дугой.
При применении сварочных материалов, содержащих редкоземельные элементы, следует учитывать, что редкоземельные металлы (РЗМ) в сплавах при термической обработке образуют аэрозоли сложного состава, многие из которых обладают значительной летучестью, растворимостью и повышенным токсическим действием сравнительно с чистым металлом. Фториды вызывают более резкие нарушения в организме, чем окислы тех же металлов [5].
Редкоземельные металлы можно отнести к элементам, обладающим умеренно выраженной степенью токсичности [2, 5]. Рекомендуемые предельно допустимые концентрации в воздухе производственных помещений составляют
для элементов цериевой группы 4 М2 ! М'', для иттриевой группы - 2 мг / л/3.
Для исследования влияния РЗМ в составе сварочных материалов на количество и токсичность аэрозоля были изготовлены опытные порошковые ленты. Количество вредных выделений в граммах на 1 кг расплавленной ленты определяли согласно методике, изложенной в работе [3] и представлено в таблице.
Проведенные исследования показывают, что применение редкоземельных металлов улучшают условия труда. Ввведение в шихту сердечника порошковой ленты РЗМ, являющихся активными раскислителями, уменьшает интенсивность выделения пыли, окислов марганца и фтористого водорода (см. табл.).
Для улучшения экологической обстановки в сварочном производстве необходимо создание сварочных материалов, характеризующихся не только малыми валовыми выделениями, но и низкой биологической агрессивностью сварочной пыли. Последнее требует проведения всесторонних исследований, на основании которых можно получить данные о влиянии дисперсного, химического и фазового состава сварочной пыли на ее биологическое действие.
Проводимые ранее исследования [2, 5, 6] показывают, что степень биологического действия сварочного аэрозоля, в зависимости от его состава и морфологии, изменяется во много раз. Это означает, что для различных сварочных пылей уровень предельно допустимой концентрации может изменяться в значительной степени.
Температурная зависимость энергии Гиббса при образована: оксидов и фторидов
Таблица. Состав и количество вредных выделений
Состав порошковой ленты Валовые выделения, г/кг
Пыль Мп Нерастворимые фториды HF
Базовый без спец.добавок 11,6 1,4 0,4 0,054
3% РЗМ 8,0 0,94 0,6 0,04
4% FeSi 12,0 1,0 0,184 0,08
Следует подчеркнуть, что нынешнее состояние и неблагоприятные перспективы гигиенической и экологической ситуации в сварочном производстве требуют включения проблемы оздоровления условий труда сварщика и рабочих смежных профессий в число важнейших проблем сварочной науки и реализации соответствующих технологических, организационных, экономических, санитарно-технических, гигиенических и медико-профилактических мероприятий.
Ьиблио графи ч ее к ий с пи с о к
1. Владимиров Л.И. Термодинамические расчеты равновесия металлургических реакций. - М.: Металлургия, 1970. - 552 с,
2. Крахноеа И. Т. Токсичность порошков металлов и их соединений. - К.-. Наукова думка, 1971. - 225 с.
3. Чирарев В. В. Олейниченко К-А. Гопав и количество фтористых выделений при наплавке порошковой лентой с фторопластом в сердечнике // Сварочное производство. - 1989.- № 10.- С',.33-35.
4. Ь'агрлнскии К.В., Добротина З.А.. Хренов К.К. Теория сварочных процессов,- 1С: Вища школа, 1976,- 423 с.
5. Тарасенко 1!JO., Спасский С.С Проблемы гигиены труда и Токсикологии при использовании редких и редкоземельных металлов и их сплавов / Сборник статей под ред. член-корреспондента ЛИ СССР li.М.Савицкого.- 1974,- C.JS-2I.
Ь. Войткевич В.Г., Явдощии И.Р., Гелескул Ю.Ф., Феоиршш E.F.. Прогнозирование биологического действия сварочной пыли при разработке новых сварочных материалов Н Автомат, сварка.- 1990,- № 1. - С.40-43.
