CC BY
282
УДК 621.79.004.2
ЩИТОК ЗАЩИТНЫЙ ЛИЦЕВОЙ ДЛЯ СВАРОЧНЫХ РАБОТ
К.Н. Марценко, Б.П.Сафонов
Рассмотрены преимущества применения при дуговой электросварке защитного лицевого щитка со смотровым окном, содержащим набор подвижных светофильтров между покровным стеклом и подложкой. В основе разработки конструкции окна положены термодинамическая самозащита покровного полимерного стекла от попадания металлических брызг сварочной дуги и гашение ее чрезмерной яркости соответствующим светофильтром, выполненным из тонированной рольной пленки.
Ключевые слова: покровное стекло, номер светофильтра, градационный шифр затемнения, газовая штора, тонированная пленка.
Защитный лицевой щиток типа «непрозрачный корпус со смотровым окном», содержащим сменные стеклянный светофильтр и покровное защитное стекло, известен из сварочной литературы [1, 2 и др.]. Типы щитков и технические требования регламентированы стандартами [3, 4, 5]. Разные модели щитка, и сменные вставные стекла имеются в магазинах сварочной техники.
Прозрачное покровное стекло щитка - защищает светофильтр от брызг металла и задымления от сварочной дуги. Светофильтр - затемненное минеральное, обычно силикатное, стекло защищает глаза сварщика от ослепительной яркости видимого света и невидимого - ультрафиолета (далее УФ), наиболее опасного для зрения [2, 5]. Покровное стекло и светофильтр являются сменными, но не комплектующими основное изделие, т.е. щиток сварщика [2, 6].
Цель работы заключалась в оборудовании щитка смотровым окном со сменными светофильтрами, исключающих снятие щитка с головы сварщика и разборку окна.
Для реконструкции окна в качестве прототипа выбран «Защитный лицевой щиток сварщика» типа НН10С-3 модель «Премьер-Фаворит», выпускаемый ОАО «Суксунский оптикомеханический завод» [6]. Тип НН10 С-3 означает - Наголовное крепление. Непрозрачный корпус. Светофильтр №3. ОАО выпускает шесть «Премьеров» такого типа, отличающихся лишь номерами светофильтров от С-3; С-4... до С-8, которые по Евростандарту соответствуют градационным шифрам затемнения от 9. до 14.
Покровное (в окне наружное) стекло меняют в двух случаях: при поломке или загрязнении металлическими брызгами, неудаляемых простым способом - протиркой ветошью. Светофильтр следует менять по ряду причин, из которых основными являются способ сварки и сила сварочного тока. Некоторые шифры (номера) светофильтров, рекомендуемые [1,
5, 6] для электродуговой сварки, приведены в табл. 1.
Таблица 1
Градационные шифры затемнения (шкалы «9...13») и номера светофильтров (шкалы «С1...С8») для электродуговой сварки стали. [5, 6]
Электрод и условия сварки Сварочный ток, А
60 70 100 125 150 175 200 225 250 300 350
Штучный с покрытием 9 10 11 12 13
С4 С5 С6 С7
Проволока в среде СО2 9 10 11 12
С1 С2 С3 С4 С5 С6
То же в среде Аг 9 0 11 12
С5 С6 С7 С8
Данные табл. 1 справедливы для усредненных условий работы сварщика, при которых расстояние от зеркала расплавленного металла сварочного шва до глаз не более 50 см, а средняя освещенность окружающей среды составляет 100 лк; зрение нормальное [5].
Защита от сварочного излучения необходима и окружающему персоналу, например, помощнику сварщика (монтажные работы) или лицам, обучаемым приемам сварки (учебный процесс) и др. В этом плане приведенный в табл. 1 шифр светофильтра необходимо корректировать, учитывая внешние условия или применять специальные щитки серий В1, В2 (вспомогательный 1, вспомогательный 2 и т.д.) [1, 2].
К таким условиям относятся следующие факторы.
Местное освещение. В светлом помещении сварщику желательно применять более высокие номера светофильтров, т.е. щитки с более темными стеклами; Положение сварщика относительно сварочной дуги: сварка в нижнем или потолочном положении, или на расстоянии вытянутой руки. В таких случаях может потребоваться корректировка светофильтра не менее чем на один градационный шифр. Применение сварщиком слишком высоких номеров (слишком затемненных) светофильтров может оказаться вредным: напрягает зрение, что вынуждает сварщика приближаться к дуге и вдыхать вредные дымы. Помощникам сварщика и др. лицам, удаленным более чем на 50 см от сварочной дуги, необходим светофильтр с номером меньшим, чем у сварщика [1, 5]. Индивидуальные особенности зрения - отклонения его могут вызвать дискомфорт защиты от излучения.
Перечисленные факторы проявляются в процессе конкретной работы индивидуально, что вынуждает сварщика (помощника) своевременно, по возможности быстро, корректировать защиту глаз от излучения сменой светофильтра.
Поставленная задача решена путем замены стеклянных вставных светофильтров на рулонированную пленку с дискретно тонированными кадрами - эквивалентными трем градационным шифрам затемнения сварочной дуги. Пленка шириной 110 мм, длиной 290 мм подвижная - сколь-
зит между покровным стеклом и подложкой размерами 110х90 мм - в смотровом окне щитка. Покровное стекло и подложка выполнены из одного прозрачного листового полимера.
Покровные стекла можно выполнить из прозрачного пластика полярного типа: класса ПММА (непластифицированный полиметилметакри-лат), известного под другими названиями - органическое стекло, дакрил, плексиглас [8, 9, 10, 11] или класса ПК (поликарбонат) - дифлон, лексен [6, 10, 11]. Согласно [7] толщина покровных стекол должна быть не менее 1,4 мм, она испытана высоковольтной дугой напряжением от 380 до 450 В на поликарбонате, ацетат целлюлозе и пропинат целлюлозе. Номинальное расстояние между материалом и дугой короткого замыкания составляло 30 см при максимальном токе дуги 12 кА и длительностью 1 с. Способность оргстекла гасить высоковольтную дугу в замкнутых пространствах (прерыватели) известна из [9]. Однако вольтова дуга в прерывателях существенно отличается от сварочной, по вольтамперным и временным показателям.
Нами применено оргстекло толщиной 2,5 мм с 30 летним естественным старением - освещением дневным светом. Механические свойства такого стекла известны из [8, 10, 11], его прочность и сопротивление ударам вполне удовлетворяют условиям работы лицевого щитка [3, 4].
Оргстекло испытали в натурных условиях в течение года с суммарной выдержкой у сварочной дуги 3 часа на расстоянии 25 см и 20 часов на - 35 см. На обычном оконном (силикатном) стекле закрепили (скотчем) пластинки из оргстекла, как показано на рис.1. Режим сварки: электроды стальные (марки МР, ОЗС, ОК-46 и др.) диаметром ёэ=2; 3; 4; мм; при силе сварочного тока от 90 до 200 А.
Результаты выдержки пластинок вблизи сварочной дуги показали (рис. 1), что оргстекло гасит брызги металла на подлете. Независимо от удаления пластинок от дуги (25 или 35 см) и силы сварочного тока, брызги-искры гасились не долетая 10...15 мм до поверхности наклеенных образцов, что было видно через затемненное стекло.
Небезынтересно, что аналогичный эффект гашения брызг металла проявлял лед (номинальная толщина 10 мм) в 25 см от сварочной дуги при 1св=100...150 А. Сварка-наплавка стальных электродов проводилась на открытом воздухе при температуре минус 8оС.
По данным в [9, 10] оргстекло при высоких (более 300оС) температурах выделяет пары воды и газов, не поддерживающих горение - СО2, N2. Этим-то можно объяснить образование «газовой шторы», гасящей горячие брызги металла, сохраняя при этом целостность стекла. Механизм бездест-руктивного (неразрушающего) перевода фрагментов молекул полимера в газовую фазу (штору) изложен в [12]. Поэтому трафарет из оргстекла оказался не обрызганным, а лишь задымленным, в то время, как силикатная подложка оказалась поражена брызгами металла.
Рис. 1. Загрязнение силикатного — 1 и органического — 2 (трафарет) стекла сварочной дугой на расстоянии 25 см в течение 3 часов.
Сила сварочного тока 90-200 А. Трафарет очищен от задымления протиркой ветошью; силикат от металлических брызг не очищается
Для светофильтров применена тонированная пленка из ряда широко применяемых для затемнения стекол автомобилей. Достоинства их: негорючесть, высокая прочность, износостойкость, 99 % поглощения УФ лучей, невыцветаемость.
В табл. 2 приведены некоторые товарные марки пленок, предпочтительных для светофильтров щитка, заимствованные на Интернет порталах.
Таблица 2
Оптические характеристики тонированных пленок с 99 % _______________поглощением УФ излучения ___________________
Марка, шифр Прозрачность, % Защита от солнечной энергии, % Оттенок (цвет) Эквивалент. Номер светофильтра * *
SF 350 35 57 Черный С-(1,2)
SP 20 21 73 Зеленый С-(3,4)
ОТ S 15 56 Черный С-3
SP 10 12 85 Зеленый С-(4,5)
ЮТ 10* 11 65 Нейтральный С-(4, 5)
HPS 5 58 Черный С-5
* - металлизированная; ** - зависит от количества слоев пленки
Набор из трех светофильтров выполнен склейкой кадров, нарезанных из тонированной пленки трех марок светопропускания (прозрачности), соответственно номерам светофильтров С1, С3, С4.
На рис. 2 показано устройство смотрового окна в корпусе щитка (1). Набор светофильтров выполнен из пленки (2) с кадрами размером 110х90 мм, намотанный на двух валиках из алюминиевой трубки d=5 мм (3, 6),
вращающихся на верхней и нижней кромках покровных стекол (4, 7), вставленных в рамку окна (5). Один из концов валика удлинен и выходит сквозь рамку наружу щитка под маховик (8, 9). Вращением (от руки) верхнего (9) ли нижнего (8) маховика в ту или иную сторону, пленка смещается (скользит) соответственно вверх-вниз.
Рис. 2. Общий вид (а) и схема смотрового окна (б) щитка
Наряду с удобством смены светофильтра во время работы, в окне можно установить частично два светофильтра с преимуществом одного поля зрения, по аналогии с бифокальными очками.
Таким образом, предлагаемая конструкция щитка для сварочных работ позволяет повысить производительность работы сварщика, а также имеет преимущества при групповом обучении приемам сварки.
1. Малышев Б.Д., Гетия И Г. Безопасность труда при выполнении сварочных работ в строительстве. М.: Стройиздат, 1988. 88 с.
2. Справочник сварщика. Под ред. Степанова В.В., 4-е изд. М.: Машиностроение, 1982. 500 с.
3. ГОСТ 12.4.023-84. Щитки защитные лицевые. Общие технические требования и методы контроля.
4. ГОСТ 12.4.035-78. Щитки защитные лицевые для электросварщиков. Технические условия. Типы, основные параметры и размеры.
5. ГОСТ 12.4.038-2007. Средства индивидуальной защиты глаз и лица при сварке и аналогичных процессах. Общие технические условия.
6. Паспорт и методическое пособие на защитные лицевые щитки сварщика ННЗ «Супер-премьер Фаворит» и НН10 «Премьер Фаворит». Пермь. 2011. 16 с.
7. ГОСТ 12.4.230.1-2007. Средства индивидуальной защиты глаз. Общие технические требования.
Список литературы
8. ГОСТ 9784-75. Стекло органическое светотехническое листовое. Технические условия.
9. Богородицкий Н.П., Пасынков В.В., Тареев Б.М. Электротехнические материалы, 2-е изд. Л.: Энергоиздат, 1985. 304 с.
10. Крыжановский В.К. (ред.), Бурлов В.В., Пониматченко А.Д. и др. Технические свойства полимерных материалов, 2-е изд. СПб: Профессия, 2005. 648 с.
11. Цвайфель Х., Майер Р. Д., Шиллер М. Добавки к полимерам. Справочник. Пер. с английского, 6-е изд. / под ред. Узденского В.Б. СПб: Профессия, 2010. - 1144 с.
12. Григоров Л.Н. О возможности бездеструктивного перевода полимерных макромолекул в газовую фазу. ДАН СССР. 1986. т. 288, №4, С.906-910
Марценко Константин Николаевич, канд. техн. наук, инженер, Россия, Новомосковск, НИ (ф) РХТУ им. Д.И. Менделеева,
Сафонов Борис Петрович, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, boris safonovamail. ru, Россия, Новомосковск, НИ (ф) РХТУ им. Д.И. Менделеева
PROTECTIVE FRONT GUARD FOR WELDING WORKS K.N. Martsenko, B.P.Safonov
Advantages of application of a protective front guard at arch electric welding with the observation port containing a set of mobile light filters between the integument glass and the substrate are considered in the article. At the basis of the development of a design of a window there are thermodynamic self-defense of integument polymeric glass from hit of metal splashes of a welding arch and clearing of its excessive brightness with the corresponding light filter executedfrom a tinted roll film.
Key words: integument glass, light filter number, graded code of blackout, gas curtain, tintedfilm.
Martsenko Konstantin Nikolaevich, candidate of technical science, engineer, Russia, Novomoskovsk, The Novomoskovsk’s Institute (subdivision) of the Mendeleyev Russian Chemical-Technological University,
Safonov Boris Petrovich, doctor of technical science, professor, manager of department, boris safonov@mail.ru, Russia, Novomoskovsk, The Novomoskovsk’s Institute (subdivision) of the Mendeleyev Russian Chemical-Technological University
