Влияние состава основного металла и электродного покрытия на гигиенические характеристики сварочных аэрозолей
Рассмотрено влияние содержания хрома и марганца в высоколегированном наплавленном металле, а также вида электродного покрытия на гигиенические характеристики сварочных аэрозолей (СА). Показано, что изменение содержания хрома в основном металле в пределах 0,30…25 мас. % не оказывает существенного вли...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Datum: | 2009 |
| Hauptverfasser: | , , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2009
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100889 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Влияние состава основного металла и электродного покрытия на гигиенические характеристики сварочных аэрозолей / К.А. Ющенко, А.В. Булат, О.Г. Левченко, О.Н. Безушко, В.И. Самойленко, Д.И. Довгаль, Н.Ю. Каховский // Автоматическая сварка. — 2009. — № 7 (675). — С. 45-50. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-100889 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Ющенко, К.А. Булат, А.В. Левченко, О.Г. Безушко, О.Н. Самойленко, В.И. Довгаль, Д.И. Каховский, Н.Ю. 2016-05-28T11:26:08Z 2016-05-28T11:26:08Z 2009 Влияние состава основного металла и электродного покрытия на гигиенические характеристики сварочных аэрозолей / К.А. Ющенко, А.В. Булат, О.Г. Левченко, О.Н. Безушко, В.И. Самойленко, Д.И. Довгаль, Н.Ю. Каховский // Автоматическая сварка. — 2009. — № 7 (675). — С. 45-50. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100889 621.791:614.8 Рассмотрено влияние содержания хрома и марганца в высоколегированном наплавленном металле, а также вида электродного покрытия на гигиенические характеристики сварочных аэрозолей (СА). Показано, что изменение содержания хрома в основном металле в пределах 0,30…25 мас. % не оказывает существенного влияния на химический состав СА. Изменение в основном металле массовой доли марганца от 0,6 до 35 % повышает его содержание в СА на 10…15 % и увеличивает общий уровень выделения СА в 1,5 раза. Минимальный уровень выделения в СА шестивалентного хрома достигается при сварке электродами с покрытием рутил-силикатного вида. The impact of the content of chromium and manganese in high-alloy deposited metal, and of the type of electrode covering on hygienic properties of welding fumes (WF) is considered. It is shown that a change of the chromium content in base metal within 0.30-25 wt.% does not have any essential effect on chemical composition of WF. A change of the content of manganese in base metal from 0.6 to 35 wt.% leads to a 10-15 % increase of its content in WF, and 1.5 times rise in the total level of WF emissions. The minimal level of hexavalent chromium in WF is achieved in welding by using electrodes with coverings of the rutile-silicate type. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Производственный раздел Влияние состава основного металла и электродного покрытия на гигиенические характеристики сварочных аэрозолей Effect of composition of base metal and electrode covering on hygienic properties of welding fumes Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Влияние состава основного металла и электродного покрытия на гигиенические характеристики сварочных аэрозолей |
| spellingShingle |
Влияние состава основного металла и электродного покрытия на гигиенические характеристики сварочных аэрозолей Ющенко, К.А. Булат, А.В. Левченко, О.Г. Безушко, О.Н. Самойленко, В.И. Довгаль, Д.И. Каховский, Н.Ю. Производственный раздел |
| title_short |
Влияние состава основного металла и электродного покрытия на гигиенические характеристики сварочных аэрозолей |
| title_full |
Влияние состава основного металла и электродного покрытия на гигиенические характеристики сварочных аэрозолей |
| title_fullStr |
Влияние состава основного металла и электродного покрытия на гигиенические характеристики сварочных аэрозолей |
| title_full_unstemmed |
Влияние состава основного металла и электродного покрытия на гигиенические характеристики сварочных аэрозолей |
| title_sort |
влияние состава основного металла и электродного покрытия на гигиенические характеристики сварочных аэрозолей |
| author |
Ющенко, К.А. Булат, А.В. Левченко, О.Г. Безушко, О.Н. Самойленко, В.И. Довгаль, Д.И. Каховский, Н.Ю. |
| author_facet |
Ющенко, К.А. Булат, А.В. Левченко, О.Г. Безушко, О.Н. Самойленко, В.И. Довгаль, Д.И. Каховский, Н.Ю. |
| topic |
Производственный раздел |
| topic_facet |
Производственный раздел |
| publishDate |
2009 |
| language |
Russian |
| container_title |
Автоматическая сварка |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Effect of composition of base metal and electrode covering on hygienic properties of welding fumes |
| description |
Рассмотрено влияние содержания хрома и марганца в высоколегированном наплавленном металле, а также вида электродного покрытия на гигиенические характеристики сварочных аэрозолей (СА). Показано, что изменение содержания хрома в основном металле в пределах 0,30…25 мас. % не оказывает существенного влияния на химический состав СА. Изменение в основном металле массовой доли марганца от 0,6 до 35 % повышает его содержание в СА на 10…15 % и увеличивает общий уровень выделения СА в 1,5 раза. Минимальный уровень выделения в СА шестивалентного хрома достигается при сварке электродами с покрытием рутил-силикатного вида.
The impact of the content of chromium and manganese in high-alloy deposited metal, and of the type of electrode covering on hygienic properties of welding fumes (WF) is considered. It is shown that a change of the chromium content in base metal within 0.30-25 wt.% does not have any essential effect on chemical composition of WF. A change of the content of manganese in base metal from 0.6 to 35 wt.% leads to a 10-15 % increase of its content in WF, and 1.5 times rise in the total level of WF emissions. The minimal level of hexavalent chromium in WF is achieved in welding by using electrodes with coverings of the rutile-silicate type.
|
| issn |
0005-111X |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100889 |
| citation_txt |
Влияние состава основного металла и электродного покрытия на гигиенические характеристики сварочных аэрозолей / К.А. Ющенко, А.В. Булат, О.Г. Левченко, О.Н. Безушко, В.И. Самойленко, Д.И. Довгаль, Н.Ю. Каховский // Автоматическая сварка. — 2009. — № 7 (675). — С. 45-50. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT ûŝenkoka vliâniesostavaosnovnogometallaiélektrodnogopokrytiânagigieničeskieharakteristikisvaročnyhaérozolei AT bulatav vliâniesostavaosnovnogometallaiélektrodnogopokrytiânagigieničeskieharakteristikisvaročnyhaérozolei AT levčenkoog vliâniesostavaosnovnogometallaiélektrodnogopokrytiânagigieničeskieharakteristikisvaročnyhaérozolei AT bezuškoon vliâniesostavaosnovnogometallaiélektrodnogopokrytiânagigieničeskieharakteristikisvaročnyhaérozolei AT samoilenkovi vliâniesostavaosnovnogometallaiélektrodnogopokrytiânagigieničeskieharakteristikisvaročnyhaérozolei AT dovgalʹdi vliâniesostavaosnovnogometallaiélektrodnogopokrytiânagigieničeskieharakteristikisvaročnyhaérozolei AT kahovskiinû vliâniesostavaosnovnogometallaiélektrodnogopokrytiânagigieničeskieharakteristikisvaročnyhaérozolei AT ûŝenkoka effectofcompositionofbasemetalandelectrodecoveringonhygienicpropertiesofweldingfumes AT bulatav effectofcompositionofbasemetalandelectrodecoveringonhygienicpropertiesofweldingfumes AT levčenkoog effectofcompositionofbasemetalandelectrodecoveringonhygienicpropertiesofweldingfumes AT bezuškoon effectofcompositionofbasemetalandelectrodecoveringonhygienicpropertiesofweldingfumes AT samoilenkovi effectofcompositionofbasemetalandelectrodecoveringonhygienicpropertiesofweldingfumes AT dovgalʹdi effectofcompositionofbasemetalandelectrodecoveringonhygienicpropertiesofweldingfumes AT kahovskiinû effectofcompositionofbasemetalandelectrodecoveringonhygienicpropertiesofweldingfumes |
| first_indexed |
2025-11-24T23:34:18Z |
| last_indexed |
2025-11-24T23:34:18Z |
| _version_ |
1850497869094584320 |
| fulltext |
УДК 621.791:614.8
ВЛИЯНИЕ СОСТАВА ОСНОВНОГО МЕТАЛЛА
И ЭЛЕКТРОДНОГО ПОКРЫТИЯ НА ГИГИЕНИЧЕСКИЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ СВАРОЧНЫХ АЭРОЗОЛЕЙ
Академик НАН Украины К. А. ЮЩЕНКО, А. В. БУЛАТ, канд. техн. наук, О. Г. ЛЕВЧЕНКО, д-р техн. наук,
О. Н. БЕЗУШКО, В. И. САМОЙЛЕНКО, Д. И. ДОВГАЛЬ, Н. Ю. КАХОВСКИЙ, инженеры
(Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Рассмотрено влияние содержания хрома и марганца в высоколегированном наплавленном металле, а также вида
электродного покрытия на гигиенические характеристики сварочных аэрозолей (СА). Показано, что изменение со-
держания хрома в основном металле в пределах 0,30…25 мас. % не оказывает существенного влияния на химический
состав СА. Изменение в основном металле массовой доли марганца от 0,6 до 35 % повышает его содержание в
СА на 10…15 % и увеличивает общий уровень выделения СА в 1,5 раза. Минимальный уровень выделения в СА
шестивалентного хрома достигается при сварке электродами с покрытием рутил-силикатного вида.
К л ю ч е в ы е с л о в а : дуговая сварка, высоколегированные
стали, покрытые электроды, сварочный аэрозоль, гигие-
нические характеристики, токсичность
При сварке высоколегированных хромоникелевых
и марганцовистых сталей, а также их соединений
с низкоуглеродистыми и низколегированными
сталями применяют сварочные электроды типов
Э-10Х25Н13Г2 и Э-10Х20Н9Г6С с покрытием ос-
новного вида. Такие гигиенические характеристики,
как интенсивность и удельные выделения, хими-
ческий состав и токсичность сварочных аэрозолей
(СА) в основном оценивают при сварке наиболее
распространенной марки стали 12Х18Н10Т. Влия-
ние на указанные характеристики возможного из-
менения химического состава основного металла
пока не изучено. При выполнении монтажных и
ремонтно-сварочных работ (особенно внутри зак-
рытых емкостей и аппаратов из высоколегиро-
ванных сталей, когда применение местной и об-
щеобменной вентиляции затруднено или невоз-
можно) необходимо использовать электроды, име-
ющие высокие гигиенические характеристики.
Этого можно достичь путем изменения состава
покрытия.
Настоящая работа посвящена изучению вли-
яния типа свариваемого металла и состава элек-
тродного покрытия на показатели выделения и
химический состав СА. Поскольку наибольшую
опасность при сварке высоколегированных сталей
представляют содержащиеся в СА соединения
шестивалентного хрома Cr6+ [1], основное вни-
мание в настоящей работе уделено проблеме
минимизации его выделений.
Влияние состава основного металла на по-
казатели уровня выделения и химический сос-
тав СА. Для исследований выбраны образцы из
листовой стали марок Ст3сп, 08Х13, 08Х17 и
10Х25Н13 размером 250 120 12 мм, на которые
поочередно осуществляли наплавку электродами
марки АНВ-70Б (тип Э-10Х25Н13Г2) диаметром
3 мм, а также образцы из сталей Ст3сп, 110Г13-Л
и 03Х10Г35 аналогичных размеров, на которые
наплавку выполняли электродами марки АНВ-66
(тип Э-10Х20Н9Г6С) того же диаметра. Опыты
(по три для каждого варианта стали) осуществляли
на образцах, полученных сваркой в нижнем поло-
жении на постоянном токе обратной полярности
от выпрямителя ВД-500. Согласно методическим
указаниям [2, 3] СА осаждали на фильтры из ткани
ФПП-15-1,5 для оценки уровня их выделений и на
фильтры АФА-ХА-18 (с целью химического ана-
лиза соответствующих проб). Результаты экспери-
ментов представлены в табл. 1 и 2.
По результатам серии экспериментов c элек-
тродами марки АНВ-70Б (тип Э-10Х25Н13Г2) ус-
тановлено, что при увеличении в основном ме-
талле содержания хрома от 0,3 (Ст3сп) до
24,5 мас. % (сталь 10Х25Н13) массовые доли хро-
ма, марганца и никеля в СА практически не из-
меняются (табл. 2). При этом (табл. 1) на фоне
снижения напряжения (мощности) на сварочной
дуге на 20 % уменьшается как уровень выделения
СА, так и парциальные выделения его составля-
ющие. Это можно объяснить относительно вы-
сокой температурой кипения хрома в сварочной
ванне (табл. 3), а также снижением напряжения
(мощности) на дуге.
Иную картину наблюдали в серии экспе-
риментов с электродами марки АНВ-66 (тип Э-
10Х20Н9Г6С). При увеличении в основном ме-
талле содержания марганца от 0,6 (сталь Ст3сп)
до 34 мас. % (сталь 03Х10Г35) в составе СА (см.
© К. А. Ющенко, А. В. Булат, О. Г. Левченко, О. Н. Безушко, В. И. Самойленко, Д. И. Довгаль, Н. Ю. Каховский, 2009
7/2009 45
табл. 2) массовая доля соединений марганца воз-
растает (примерно на 10…15 %), а доля соеди-
нений хрома и никеля остается на одном уровне.
При этом на фоне снижения напряжения (мощ-
ности) на дуге возрастают приблизительно в 1,5
раза как уровень выделений СА, так и парциаль-
ных выделений соединений перечисленных выше
элементов (см. табл. 1). Указанное повышение со-
держания марганца в СА может быть обусловлено
более высокой, чем у хрома, упругостью паров
марганца и его избирательным испарением из сва-
рочной ванны. Такая возможность описана в ра-
боте [6] применительно к сварке низкоуглеродис-
тых и низколегированных сталей. Повышение
уровня выделений СА в рассматриваемом случае,
по-видимому, можно объяснить возрастающим
воздействием восходящих потоков паров марган-
ца на капли электродного металла, что приводит
к рассеиванию продуктов плавления и испарению
электродного материала в окружающую среду.
При сравнении содержания хрома и марганца
в СА электродов марки АНВ-70Б при сварке стали
Ст3сп и других высокохромистых сталей ста-
новится очевидным, что уровень выделений ука-
занных элементов в основном определяется сос-
тавом электродного материала. То же имеет место
при сварке электродами марки АНВ-66 с той раз-
ницей, что в выделения марганца, помимо элек-
тродного металла на стадии капли, определенный
вклад (примерно 10…15 %) вносит сварочная
ванна. Влияние состава электродного металла
на выделение хрома и марганца очевидно и при
сравнении составов СА электродов марок АНВ-
Т а б л и ц а 1. Показатели уровня выделений СА
Марка
(тип
электрода)
Марка электродной
проволоки диамет-
ром 3 мм
Основной
металл
Напряжение
на дуге Uд, В
Интенсивность выде-
лений СА Va, г/мин
Удельное выделение
СА Ga, г/мин
АНВ-70Б
(Э-10Х25Н13Г2)
Св-07Х25Н13 Ст3сп 25...26 0,29 11,7
08Х13 24...25 0,26 10,1
08Х17Т 23...24 0,23 9,3
10Х25Н13 23...24 0,24 9,7
АНВ-66
(Э-10Х20Н9Г6С)
Св-08Х18Н10Т Ст3сп 24...25 0,25 10,0
110Г13-Л 23...24 0,27 11,2
03Х10Г35 22...23 0,38 15,4
Пр и м е ч а н и е . Наплавку выполняли на сварочном токе Iсв = 85…95 А.
Т а б л и ц а 2. Химический состав (мас. %) СА и их гигиенические показатели
Марка (тип
электрода)
Основной ме-
талл
Cr6+
(по CrO3)
Cr3+
(по Cr2O3) Mn Ni Fраств Fнераств TLVf, мг/м
3 NHL, м3/мин
АНВ-70Б
(Э-10Х25Н13Г2)
Ст3сп 4,0 3,1 4,2 0,5 5,5 4,3 0,207 1401
08Х13 4,6 2,8 4,1 0,5 6,3 4,4 0,183 1421
08Х17Т 4,4 3,0 4,1 0,5 6,4 3,8 0,190 1211
10Х25Н1 4,3 3,0 4,6 0,5 6,9 4,3 0,192 1250
АНВ-66
(Э-10Х20Н9Г6С)
Ст3сп 3,3 1,6 6,9 0,2 4,5 2,9 0,243 1029
110Г13-Л 3,4 1,5 7,7 0,3 4,5 2,5 0,234 1154
03Х10Г3 3,4 1,5 8,0 0,2 4,5 1,8 0,235 1617
Пр и м е ч а н и е . Fраств , Fнераств — соответственно растворимые (NaF, KF) [1] и нерастворимые (CaF2, MgF2) соединения фтора [1].
Т а б л и ц а 3. Температуры изменения агрегатного со-
стояния веществ [4, 5]
Элемент или
соединение
Температура, K/°С
плавления кипения
Cr 2123/1850 2773/2500
Cr2O3
2673/2400
2553/2280
—
3273/3000
Ni 1726/1453 3183/2910
NiO 2233/1960
2223/1950
—
—
Mn
Mn3O4
MnO
1517/1244
1863/1590
2058/1785
2053/1780
2368/2095
2900/2627
—
3400/3127
CaF2 1691/1418 2723/2500
NaF 1270/997 1977/1704
KF 1130/867 1775/1502
46 7/2009
70Б и АНВ-66, образующихся при сварке стали
Ст3сп: большему содержанию хрома и марганца
в электродном материале соответствуют большее
содержание этих элементов в СА.
Аналогичная картина наблюдается с выделе-
ниями соединений никеля. Согласно данным, при-
веденным в работах [7, 8], упругость паров мар-
ганца возрастает от нуля до 100 кПа при темпе-
ратуре 1400…2000 °С. Для хрома это происходит
при 1800…2600 °С, а для никеля — при
2200…3100 °С. Если учесть температурный ре-
жим, характерный для сварочной ванны
(1550…1650 °С) и электродного металла на
стадии капли (1900…2100 °С), то становится оче-
видным, что наиболее вероятным источником
поступления хрома, марганца и никеля в СА яв-
ляется электродный металл на стадии капли. При
этом о взаимосвязи содержания этих элементов
в СА и электродном металле можно судить по
данным, приведенным в табл. 4. Здесь необходимо
отметить, что переход хрома, марганца и никеля
в СА наиболее вероятен из металлического рас-
плава, поскольку температура испарения соот-
ветствующих оксидов на 500…600 °С выше (см.
табл. 3). Что касается соединений фтора, то сог-
ласно [7], при нагреве до 600 °С вследствие вза-
имодействия CaF2 с сухим остатком жидкого
стекла в электродном покрытии могут образо-
вываться фториды натрия и калия, которые ха-
рактеризуются более низкой температурой ки-
пения, чем другие вещества (см. табл. 3). При
плавлении покрытия они могут избирательно
испаряться из образующегося шлака и далее рас-
сеиваться в СА.
Результаты оценки токсичности СА, полу-
ченной по методам, описанным в работе [9], пу-
тем расчета критериев — предельно допусти-
мого содержания СА TLVf и показателя номи-
нального гигиенического требования к воздухо-
обмену NHL [10], приведены в табл. 2. Как вид-
но из таблицы, основным компонентом, опре-
деляющим токсичность СА, является шестива-
лентный хром. При сварке стали Ст3сп значение
TLVf максимальное, что свидетельствует о ми-
нимальной в данном случае токсичности СА, а
при сварке сталей, содержащих хром, — оно
немного ниже. Исходя из этого можно заклю-
чить, что изменения содержания хрома в основ-
ном металле оказывают незначительное влияние
на токсичность СА.
В случае повышения в основном металле со-
держания марганца показатель TLVf практически
не изменяется, тогда как значение NHL возрастает
в 1,5 раза, степень воздействия СА на организм
сварщика также увеличивается примерно в 1,5 раза.
Таким образом, очевидно, что содержание со-
единений хрома в составе СА не зависит от та-
кового в основном металле, а содержание мар-
ганца, наоборот, зависит и при этом возрастает
на 10…15 мас. % при увеличении его массовой
доли в наплавленном металле от 0,6 до 34,0 %.
Увеличение в основном металле содержания хро-
ма приводит к уменьшению уровня выделений
СА примерно на 20 %, при этом токсичность
практически не изменяется. Увеличение в основ-
ном металле содержания марганца повышает как
уровень выделений, так и степень воздействия СА
на организм сварщика приблизительно в 1,5 раза.
Содержание марганца, хрома и никеля в сос-
таве СА определяется содержанием этих элемен-
тов в электродном металле, а также упругостью
их паров при температурах, характерных для
стадии капли.
Уровень выделений СА зависит не только от
напряжения (мощности) сварочной дуги, но и от
содержания в основном металле марганца, кото-
рый отличается наиболее высокой упругостью па-
ров при температуре сварочной ванны. При этом
пары марганца могут оказывать рассеивающее
воздействие на продукты плавления и испарение
электродного материала.
Влияние состава электродного покрытия на
показатели уровня выделения и химический
состав СА. Для исследований изготовлены три
серии экспериментальных электродов типа Э-
10Х25Н13Г2 с покрытиями трех видов (табл. 5):
основного вида (серия В-1…В-3) с изменяю-
щимся соотношением CaCO3/CaF2 в пределах
2,0…0,5 при неизменной системе раскисления-ле-
гирования металла шва (Cr–Mn–Si);
рутил-основного вида (газошлакообразующая
основа TiO2–CaCO3–CaF2, серия R-1…R-4) с пос-
тоянным соотношением CaCO3/CaF2 и содержа-
нием TiO2, отличающиеся системой раскисления-
легирования металла шва (Cr–Mn–Si, Cr–Mn–Al,
Cr–Mn–Ti, Cr–Mn);
рутил-силикатного вида (газо-шлакообразующая
основа TiO2–SiO2–CaF2–CaCO3, серия RC-1…RC-3)
с переменным соотношением TiO2/SiO2 (в пре-
делах 4…2), постоянным соотношением
Т а б л и ц а 4. Результаты определения содержания (мас.
%) токсичных элементов
Основной
металл
Содержание в электрод-
ном материал, мас. %
Содержание в СА,
мас. %
Mn Cr Ni Mn Cr Ni
Ст3сп
1,8 25,4 13,5
4,2 4,2 0,5
08Х17Т 4,1 4,3 0,5
08Х17Т 4,1 4,3 0,5
10Х25Н13 4,6 4,3 0,5
Ст3сп
6,5 18,5 9,2
6,9 2,8 0,2
110Г13Л 7,7 2,8 0,3
03Х10Г35 8,0 2,8 0,2
7/2009 47
CaCO3/CaF2 и одинаковой системой раскисления-
легирования металла шва (Cr–Mn–Si).
Покрытия наносили на электродные стержни
из стали Св-07Х25Н13, диаметр всех эксперимен-
тальных электродов составлял 5,2 мм.
Отличия в составе покрытий эксперименталь-
ных электродов показаны в табл. 5. Оценку уровня
выделения и химического состава СА выполняли
с использованием таких же методов и материалов,
как и в предыдущей серии опытов. Наплавку осу-
ществляли электродами в нижнем положении на
пластины из стали 12Х18Н10Т постоянным током
обратной полярности Iсв = 90…100 А от сварочного
выпрямителя ВД-500. Результаты определения
уровней выделений СА и химического анализа со-
ответствующих проб приведены в табл. 5 и 6.
В ходе экспериментов с серией электродов с
покрытием основного вида установлено, что мак-
симальный уровень выделений СА имеет место
в случае максимальной основности покрытия
(электроды В-1, соотношение CaCO3/CaF2 состав-
ляет 2:1), а минимальный — при наименьшей ос-
новности (электроды В-3, соотношение
CaCO3/CaF2 равно 1:2). Такое различие, по на-
шему мнению, обусловлено более высоким нап-
ряжением (мощностью) дуги электродов В-1 и,
как следствие, более интенсивным плавлением и
выделением в дуговой промежуток CO2, рассеи-
вающим в окружающее пространство компонен-
ты, находящиеся в парообразном состоянии. Осо-
бенностью электродов этой серии является то, что
снижение основности покрытия и уменьшение
уровня выделений СА сопровождается ростом в
них содержания шестивалентного хрома (см.
табл. 2). Это можно объяснить возрастанием ин-
тенсивности испарения хрома вследствие увели-
чения времени существования капель электрод-
ного металла [7], а также высокой упругостью
паров хрома [8] при температуре металла на
стадии капли.
Т а б л и ц а 5. Влияние вида и состава покрытия сварочных электродов типа Э-10Х25Н13Г2 на уровень выделения
СА
Обозначе-
ние элект-
рода
Вид электродного пок-
рытия
Соотношение в электродном
покрытии Система
раскисления-легиро-
вания
Va, г/мин Ga, г/кг Uд, В
CaCO3/CaF2 TiO2/SiO2
В-1 Основной 2,0 — Cr–Mn–Si 0,40 16,8 30...32
В-2 1,0 0,35 13,0 28...30
В-3 0,5 0,31 11,5 26...28
R-1 Рутил-основной 1,5 2 Cr–Mn–Si 0,22 8,3 26...28
R-2 Cr–Mn 0,20 7,7 24...26
R-3 Cr–Mn–Ti 0,22 7,9 26...28
R-4 Cr–Mn–Al 0,27 9,8 28...30
RC-1 Рутил-силикатный 1,0 4 Cr–Mn–Si 0,20 6,9 24...26
RC-2 3 0,22 8,5 26...28
RC-3 2 0,32 12,9 28...30
Т а б л и ц а 6. Химический состав (мас. %) и гигиенические показатели СА при сварке электродами типа Э-
10Х25Н13Г2 с покрытием различного вида и состава
Обозначение
электрода CrO3 Cr2O3 Mn Ni Fpаств Fнераств TLVf , мг/м
3 NHL, м3/мин
B-1 3,86 0,85 4,70 0,64 6,04 6,53 0,209 1914
B-2 4,77 1,02 5,30 0,79 5,90 6,70 0,174 2011
B-3 5,04 1,12 5,05 0,54 5,82 7,01 0,168 1845
R-1 2,80 1,61 3,80 0,43 5,95 2,81 0,279 789
R-2 3,30 2,27 4,30 0,54 6,50 2,16 0,241 830
R-3 4,87 2,87 3,68 0,78 6,79 1,80 0,174 1264
R-4 4,73 3,15 4,51 0,91 5,93 1,75 0,178 1517
RC-1 1,45 6,15 3,92 1,31 4,57 1,67 0,423 473
RC-2 2,80 5,97 3,97 1,97 5,83 1,25 0,256 859
RC-3 6,22 3,86 3,56 1,50 6,56 0,90 0,139 2302
48 7/2009
В электродах с покрытием рутил-основного
вида (см. табл. 5) максимальный уровень выде-
лений СА имеет место при использовании систем
раскисления-легирования Cr–Mn–Al, Cr–Mn–Ti и
Cr–Mn–Si (электроды R-4, R-3 и R-1), а мини-
мальный — при Cr–Mn (электроды R-2). Такое
различие может быть вызвано тем, что в первых
трех вариантах реализуются более высокие зна-
чения напряжения (мощности) сварочной дуги,
приводящие к более интенсивному плавлению и
испарению электродного материала. При этом ми-
нимальное содержание в СА соединений шести-
валентного хрома достигается при совместном
раскислении электродного металла марганцем и
кремнием (электроды R-1).
В серии электродов рутил-силикатного вида
снижение в покрытии соотношения TiO2/SiO2
приводит к увеличению уровней выделений СА
(см. табл. 5), что обусловлено повышением нап-
ряжения (мощности) сварной дуги, интенсивности
плавления и испарения электродного материала.
Увеличение уровня выделений СА сопровожда-
ется повышением в них содержания соединений
шестивалентного хрома (рис. 1). Можно предпо-
ложить, что это связано с ростом окислительной
способности покрытия и активности кислорода в
шлаке на стадии капли.
На рис. 2 приведены показатели уровня вы-
делений наиболее токсичных соединений шести-
валентного хрома в лучших вариантах экспери-
ментальных электродов с покрытиями указанных
трех систем. Из рисунка видно, что при прочих
равных условиях замена электродов основного ви-
да рутил-основными, а затем рутил-силикатными
позволяет снизить уровень выделений шестива-
лентного хрома соответственно в 2 и 4 раза. Такой
эффект обусловлен уменьшением напряжения
(мощности) сварочной дуги, меньшим
поступлением в дуговой промежуток уг-
лекислого газа из-за низкого содержания
в электродном покрытии мрамора, а также
снижением окислительного потенциала
покрытия и активности оксидов хрома в
шлаке на стадии капли.
Оценка токсичности СА по показате-
лям TLVf и NHL (табл. 6) показала, что
минимальная токсичность СА обеспечи-
вается при использовании электродов с
покрытием рутил-силикатного вида RC-1.
Вместе с тем, она может достигать мак-
симального уровня при использовании
электродов RC-3 с покрытием аналогич-
ного вида из-за максимального содержа-
ния шестивалентного хрома в составе СА.
Токсичность СА снижается при увели-
чении в электродных покрытиях соотно-
шений TО2/SiO2 и СаСО3/СаF2, а также
при использовании для раскисления элек-
тродного металла марганца или марганца и крем-
ния совместно.
Таким образом, при сварке высоколегирован-
ных сталей для минимизации уровня выделений
шестивалентного хрома в составе СА и снижения
их токсичности можно рекомендовать следующее:
в покрытиях основного вида обеспечить со-
отношение CaCO3/CaF2 более 1;
в электродах с покрытием рутил-основного ви-
да для раскисления электродного металла исполь-
зовать марганец или совместно марганец и крем-
ний;
в покрытиях рутил-силикатного вида реализо-
вать соотношение TiO2/ SiO2 более 3.
Минимальные выделения в воздух рабочей зо-
ны соединений шестивалентного хрома и уровень
Рис. 1. Влияние состава покрытия электродов типа Э-
10Х25Н13Г2 на содержание в СА шестивалентного хрома (по
CrO3)
Рис. 2. Влияние вида покрытия экспериментальных электродов на пока-
затели уровня выделений в составе СА шестивалентного хрома (по
CrO3): а — интенсивность образования СА VCrO3
; б — удельное выде-
ление GCrO3
7/2009 49
токсичности СА могут быть обеспечены при ис-
пользовании электродов с покрытием рутил-си-
ликатного вида.
1. ГОСТ 12.1.007–76. ССБТ. Вредные вещества. Классифи-
кация и общие требования безопасности. — Введ.
10.03.76.
2. МУ 1927–78. Методические указания. Гигиеническая
оценка сварочных материалов и способов сварки, нап-
лавки и резки металлов. — М.: Минздрав СССР, 1980.
— 15 с.
3. МУ 4945–88. Методические указания по определению
вредных веществ в сварочном аэрозоле (твердая фаза и
газы). — М.: Минздрав СССР, 1990. — 150 с.
4. Справочник по расчетам равновесий металлургических
реакций / А. Н. Крестовников, Л. П. Владимиров, Б. С.
Гуляницкий, А. Я. Фишер. — М.: Гос. науч.-техн. изд-во
лит. по черн. и цв. металлургии, 1963. — 416 с.
5. Кржижановский Р. Е., Штерн З. Ю. Теплофизические
свойства неметаллических материалов. — Л.: Энергия,
1973. — 383 с.
6. Изыскание путей улучшения гигиенических характерис-
тик электродов с покрытием рутилового вида / И. К. По-
ходня, И. Р. Явдощин, А. В. Булат и др. // Гигиена труда.
— 1983. — Вып. 19. — С. 3–9.
7. Металлургия дуговой сварки. Процессы в дуге и плавле-
ние электродов / Под ред. И. К. Походни. — Киев: Наук.
думка, 1990. — 224 с.
8. Походня И. К. Газы в сварных швах. — М.: Машиност-
роение, 1972. — 256 с.
9. Санитарно-гигиенические характеристики покрытых
электродов для сварки высоколегированных сталей /
К. А. Ющенко, О. Г. Левченко, А. В. Булат и др. // Авто-
мат. сварка. — 2007. — № 12. — С. 44–47.
10. Сriteria for classification of MMA welding electrodes regar-
ding fume. — S. l., [1978]. — 13 p. (Intern. Inst. of Wel-
ding; Doc. II-E-256–78).
The influence of chromium and manganese content in high-alloyed deposited metal, as well as electrode coating type on
hygienic characteristics of welding aerosols (WA), is considered. It is shown that change of chromium content in the base
metal in the range of 0.3...25 wt. % does not have any essential influence on WA composition. Change of manganese
content in the base metal from 0.6 to 35 wt.% increases its content in WA by 10...15 %, and raises the total level of WA
evolution 1.5 times. Minimum level of hexavalent chromium in WA composition is achieved in welding with electrodes
with rutile-silicate type.
Поступила в редакцию 03.03.2009
Математическое моделирование и информационные технологии в сварке и родст-
венных процессах: Тр. IV междунар. конф., 27–30 мая 2008 г., Кацивели, Крым, УКраина
/ Под ред. про. В. И. Махненко. — Киев: ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины, 2009.
— 181 с.
В сборнике представлены доклады IV Международной конференции «Математическое
моделирование и информационные технологии в сварке и родственных процессах», в ко-
торых отражены достижения за последние годы в области математического
моделирования физических явлений, протекающих при сварке, наплавке и других родст-
венных процессах. Авторами докладов являются известные специалисты из различных
стран мира.
Для научных и инженерно-технических работников, занятых в области сварки, резки, на-
плавки, пайки, нанесения защитных покрытий и других родственных процессов.
Заказы на представленную книгу, а также на труды 1-й, 2-й и 3-й конференций, прошедших,
соответственно, в 2002, 2004 и 2006 гг. просьба направить в редакцию журнала «Авто-
матическая сварка»: 03680, Киев-150, ул. Боженко, 11, тел.: 287-63-03, 529-26-23.
НОВАЯ КНИГА
50 7/2009
|