Экологические проблемы MIG/MAG сварки

Экологические проблемы MIG/MAG сварки

Подробности

MIG/MAG сваркаНа рисунке, ясно видно, что, несмотря на обилие информации об опасности и вредности процессов сварки, проблемы по-прежнему существуют. Оператор не защищенными от короткого ультрафиолета руками демонстрирует работу сварочной головки. Хотелось бы думать, что за кадром есть сварочный щиток, местное вытяжное устройство с очисткой воздуха или средство индивидуальной защиты от озона органов дыхания оператора.

MIG/MAG сварка выполняется как в углекислом газе, так и в защитных газовых смесях. Состав наиболее применяемых смесей и характеристики процесса представлены в таблице 1.

Содержащие аргон многокомпонентные газовые смеси имеют технические преимущества перед чистым углекислым газом и уверенно заполняют рынок сварочных технологий. И если проблемы условий и безопасности труда при сварке в аргоне ранее сосредотачивались лишь на оборонных предприятиях, то сейчас они встают перед сварщиками во всех отраслях промышленности.

 

Проблема фотохимических реакций в воздухе, окружающем сварочную дугу

Более сорока лет назад было установлено, что основным источником опасных и вредных факторов сварки в защитных газах является световое излучение ионизированного в дуге аргона. Пики излучения короткого ультрафиолета ионизированного аргона приходятся на 185.0, 194.1, 197.1 и 200.0 нм. Это излучение характерно для Солнца в открытом космосе. До поверхности Земли от Солнца доходят только лучи длиной 290 нм, более короткие тормозятся атмосферой. Поглощение фотона с длиной волны ~ 100-1500 нм, чему соответствует энергия 0,8-12,4 эВ (80 - 1200 кДж/моль), вызывает квантовый переход молекул воздуха и веществ, содержащихся в нем, из основного электронного состояния в одно из возбужденных состояний, или фотоионизацию - отщепление электрона и образование катион-радикала с последующими так называемыми фотохимическими реакциями. (Ю. С. Другов, В. Г. Бе-резкин. Газохроматографический анализ загрязнённого воздуха. – М.: Химия, 1981, 256 с.).

Таблица 1

Наиболее активная часть излучения, длиной до 157 нм, тормозится воздухом в радиусе 0,5 м от центра дуги. На расстояние до 1 м доходит излучение длиной до 184 нм и на расстояние до 10 м - 212 нм. При торможении короткого ультрафиолета происходят фотохимические реакции как с основными газами воздуха, так и с многокомпонентной смесью загрязнителей воздуха рабочих мест, содержащих множество токсичных веществ, относящихся к химическим соединениям различных классов. В настоящее время наиболее изучены реакции с молекулярным кислородом и азотом, с образованием озона и оксида азота.

Оплавление фильтровальной кассеты в результате тления сварочной пыли

Озон - О3, аллотропная форма кислорода, является мощным окислителем. В отличие от молекулы кислорода, молекула озона состоит из трех атомов и имеет более длинные связи между атомами кислорода. По своей реакционной способности озон занимает второе место, уступая только фтору. Благодаря своей химической активности озон имеет очень низкую предельно допустимую концентрацию в воздухе (соизмеримую с ПДК боевых отравляющих веществ) 5·10-8 % или 0,1 мг/м3, что в 10 раз больше обонятельного порога для человека. Иными словами, если чувствуешь запах озона, то в помещении его в десять раз больше, чем допустимо санитарными нормами. Озон - газ, токсичный при вдыхании. Он раздражает слизистую оболочку глаз и дыхательных путей, повреждает ткани легких. Высокие токсичные концентрации озона вызывают раздражение дыхательных путей, кашель и головокружение.

Окись азота – NО. На воздухе быстро окисляется в двуокись азота - NО2, которая и играет основную роль при отравлении окислами. Предельно допустимая концентрация 2мг/м3 (среднесуточная 0,04 мг/м3). Окислы азота вызывают поражение глубоких отделов воздухоносных путей, в тяжелых случаях – отек легких. Изменения со стороны верхних дыхательных путей при этом слабо выражены.

Отравление озоном и окислами азота при высоких концентрациях может привести и к летальному исходу, причем смерть наступает в результате паралича дыхания.

В воздухе производственных помещений практически всегда содержатся углеродсодержащие примеси, которые поступают в помещения, где производится сварка, либо с атмосферным воздухом, либо от рядом выполняющихся работ по обезжириванию, окраске, переработке пластмасс, термических процессов и литейных работ.

Параметры горючести металлов

Возбужденные светом молекулы органических веществ могут вступать в различные химические реакции. При этом активность полученных соединений может быть выше, чем в их основном состоянии. В результате происходят необычные химические превращения, не свойственные веществам в невозбужденном состоянии. Токсикология полученных соединений пока не изучена. Но, например, известно, что совместное фотохимическое окисление углеводородов и оксидов азота приводит к образованию токсичных веществ группы ПАН (пероксиа-цетилнитрата и др.). Уже при концентрации 0,2 мг/м3 эти вещества обладают резким слезоточивым действием, повреждают растения и разрушают резину. В более высоких концентрациях они, также как озон и окислы азота, опасны для легких.

Распределение токсичных веществ, образованных в результате фотохимических реакций на рабочих местах сварщиков, практически не изучено. Отдельные сведения о случаях острых отравлений с поражением легких при плохой вентиляции не систематизированы. По нашим наблюдениям, при сварке плавящимся электродом титановых сплавов в аргоне концентрация озона на рабочих местах варьировалась от 8 до 30 ПДК. Все рабочие применяли средства защиты органов дыхания. В результате после 6 часов работы отмечались лишь умеренные колебания функций сердечно-сосудистой и вегетативной нервной системы без выраженных изменений со стороны легких.

Нелишне напомнить, что короткий ультрафиолет сам по себе опасен для живого организма. Он вызывает злокачественные изменения в клетках кожи, убивает не только бактерии и грибки, но и клетки растений. В окружающем нас пространстве короткого ультрафиолета нет. Его задерживает атмосфера, которая и защищает все живое на Земле от губительной части излучения Солнца. Об агрессивности УФ-излучения говорит тот факт, что при массовой сварке титановых изделий за счет отраженного ультрафиолета сварщики, несмотря на наличие надлежащих средств защиты и спецодежды, в 16-ти % имели стойкое раздражение кожи груди и предплечий (эритему) и минимум 1 – 2 раза в год каждый из них обращался в здравпункт для закапывания в глаза обезболивающих и дезинфицирующих капель.

 

Проблема образования биологически активных веществ в зоне сварочной дуги

В зону дуги при струйной защите смесью аргона и углекислого газа попадает порядка 3 - 6% атмосферного воздуха. В нее же выделяются растворенные в металле газы.

Исследованиями, выполненными в Могилевском государственном техническом университете определено, что в зоне дуги в диапазоне температур 1000 – 6000К возможен синтез биологически активных веществ (БАВ) – СN, HCN, NO2, N2O, СО, которые поступают в воздух рабочей зоны. Наименьшая концентрация БАВ образуется при сварке в чистом аргоне и при сварке в смеси Ar +5% O2. Наибольшая – при сварке в смеси Ar + СО2 (Е. А. Лупаче-ва. Образование биологически активных веществ в зоне горения дуги при сварке в защитных газах. Труды 1-й Международной научно-практической конференции. Защита окружающей среды, здоровье. Безопасность в сварочном производстве. 11-14 сентября 2002 года. – Одесса, с. 456-466).

 

Проблема чистых, не окисленных паров металлов

Аргон, как известно, химически инертен. В сварочной ванне металл нагревается до температуры свыше температуры плавления. На периферийных участках она близка к температуре плавления металла, а на участках, находящихся под воздействием электрической дуги, значительно выше. При сварке низкоугле-родистой стали наименьшая температура сварочной ванны 1530°С, наибольшая - около 2300°С и средняя - около 1800°C. Температура кипения 2750°С. Постоянный поток аргона снижает температуру над поверхностью ванны, в результате чего испарившаяся часть основного металла и компонентов, пройдя через инертный слой аргона не окислившись, с тепловым потоком поступает во внешнюю среду. Диаметр частиц аэрозолей металла колеблется в интервале 0,1- 0,5 мкм, диаметр агломератов составляет 5-10 мкм, удельная геометрическая поверхность - 2,1-2,5 м2/г.

Проблема образования аэрозолей не-окисленных металлов в струе защитного газа имеет важное значение, как для обеспечения безопасности работ, так и для решения экологической безопасности сварки за счет утилизации образовавшихся высокодисперсных аэрозолей металлов. Все неокисленные металлы горючи (таблица 2).

Например, при сварке оцинкованной стали в смеси аргона и углекислого газа пары цинка, не окислившись, концентрировались на поверхности полиэфирного фильтра. При этом концентрация цинка в аэрозоле составила 18%. Нами определено, что уплотненная сварочная пыль, под воздействием открытого огня тлеет (температура красного каления) до полного окисления с образованием белого дыма окиси цинка. На рисунке представлены последствия оплавления фильтровальной кассеты в результате тления сварочной пыли.

При сварке медно-никелевых трубок для парогенераторов на «Севмашпред-приятии» в среде аргона наблюдалось образование видимых в проходящем свете дуги блестящих частиц неокисленно-го аэрозоля. Для определения химического состава аэрозоля пришлось доработать методику определения улавливанием пыли с дополнительным окислением металлического никеля в жидкостном поглотителе Рыхтера, заполненном азотной кислотой.

 

Проблема шума

Частотные характеристики звука дуги при разных токах

 

При струйном переносе металла в дуге в газовом пузыре возбуждаются звуковые колебания. Шум сварочной дуги в производственных условиях практически не слышен из-за шума ручного инструмента, шума вентиляции и другого оборудования. Однако, как это видно из рисунка, он приближается к линии допустимых уровней в наиболее опасной для слуха высокочастотной области. (Ровная линия на рисунке - граница ПДУ шума на данных частотах по СН .2.4/2.1.8.562-96).

 

 

 

 

 

Выводы

1. При торможении короткого ультрафиолета, излучаемого аргоном, происходят фотохимические реакции, как с основными газами воздуха, так и с многокомпонентной смесью загрязнителей воздуха рабочих мест, содержащих множество токсичных веществ, относящихся к химическим соединениям различных классов. В настоящее время наиболее изучены реакции с молекулярным кислородом и азотом, с образованием озона и оксида азота.

2. Короткий ультрафиолет опасен для живого организма и поражает глаза и незащищенную кожу.

3. В струе защитного газа в зоне дуги возможен синтез биологически активных веществ (БАВ) – СN, HCN, NO2, N2O, СО, которые поступают в воздух рабочей зоны. Наименьшая концентрация БАВ образуется при сварке в чистом аргоне и при сварке в смеси Ar +5% O2. Наибольшая – при сварке в смеси Ar + СО2 .

4. Аэрозоли неокисленных металлов представляют пожарную опасность при накоплении в фильтрующих материалах.

5. MIG/MAG сварка является источником высокочастотного шума, часто замаскированного шумом производственного оборудования.

 

Рекомендации

1. Никакая MIG/MAG сварка не должна выполняться без эффективной местной вытяжной вентиляции и улавливания пыли.

2. В качестве фильтровальных установок предпочтительны установки, имеющие фильтры для очистки воздуха от газов.

3. Фильтровальные установки должны быть защищены от источников возгорания неокисленной пыли.

4. При проведении сварки необходимо максимально экранировать сварочную дугу, применяя для этого переносные прозрачные для видимого света экраны.

5. Рабочие места сварщиков должны быть экранированы от остальных помещений, с установкой непрозрачных для ультрафиолета экранов.

6. Желательно принимать меры для снижения уровня отраженного ультрафиолета, используя краски на основе окиси цинка, поглощающие УФ-излучение.

7. Никакая MIG/MAG сварка не должна выполняться без средств индивидуальной защиты - сварочных щитков с переменной оптической плотностью, средств защиты рук, плотно закрытой спецодежды и про-тивошумных заглушек.

8. При повышенной чувствительности к воздуху рабочей зоны, даже при положительных результатах анализа воздуха, желательно применять дополнительную защиту органов дыхания - специальные респираторы для сварщика, защищающие от озона.


Читайте также



Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

   
© ALLROUNDER