Экспериментальное и расчетное определение концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны при дуговой сварке покрытыми електродами
Представлены результаты исследований зависимости концентрации вредных веществ, поступающих в воздух рабочей зоны при ручной дуговой сварке электродами c рутил-целлюлозным покрытием, от расстояния до сварочной дуги в различных условиях вентилирования (с общеобменной вентиляцией, местной и без венти...
Saved in:
| Published in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2010
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101366 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Экспериментальное и расчетное определение концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны при дуговой сварке покрытыми электродами / О.Г. Левченко, А.О. Лукьяненко, Ю.О. Полукаров // Автоматическая сварка. — 2009. — № 12 (680). — С. 31-34. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859979286043164672 |
|---|---|
| author | Левченко, О.Г. Лукьяненко, А.О. Полукаров, Ю.О. |
| author_facet | Левченко, О.Г. Лукьяненко, А.О. Полукаров, Ю.О. |
| citation_txt | Экспериментальное и расчетное определение концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны при дуговой сварке покрытыми электродами / О.Г. Левченко, А.О. Лукьяненко, Ю.О. Полукаров // Автоматическая сварка. — 2009. — № 12 (680). — С. 31-34. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Представлены результаты исследований зависимости концентрации вредных веществ, поступающих в воздух рабочей
зоны при ручной дуговой сварке электродами c рутил-целлюлозным покрытием, от расстояния до сварочной дуги
в различных условиях вентилирования (с общеобменной вентиляцией, местной и без вентиляции). Получены
аналитические зависимости концентрации вредных веществ в различных точках рабочей зоны от интенсивности
образования сварочных аэрозолей и мощности сварочной дуги.
Investigation results are presented on dependence of the concentration of harmful materials in the work zone air in
manual rutile-cellulose electrode welding upon the distance to the welding arc under different ventilation conditions
(general, local and without ventilation), as well as analytical dependencies of the concentration of harmful materials at
different points of the work zone upon the intensity of formation of welding fumes and power of the welding arc.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:25:32Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621. 791: 614.8
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ И РАСЧЕТНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ
КОНЦЕНТРАЦИИ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В ВОЗДУХЕ
РАБОЧЕЙ ЗОНЫ ПРИ ДУГОВОЙ СВАРКЕ
ПОКРЫТЫМИ ЭЛЕКТРОДАМИ
О. Г. ЛЕВЧЕНКО, д-р техн. наук, А. О. ЛУКЬЯНЕНКО, инж.
(Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины),
Ю. О. ПОЛУКАРОВ, канд. техн. наук (НТУУ «Киевский политехнический институт»)
Представлены результаты исследований зависимости концентрации вредных веществ, поступающих в воздух рабочей
зоны при ручной дуговой сварке электродами c рутил-целлюлозным покрытием, от расстояния до сварочной дуги
в различных условиях вентилирования (с общеобменной вентиляцией, местной и без вентиляции). Получены
аналитические зависимости концентрации вредных веществ в различных точках рабочей зоны от интенсивности
образования сварочных аэрозолей и мощности сварочной дуги.
К л ю ч е в ы е с л о в а : дуговая сварка, покрытые электро-
ды, сварочные аэрозоли, марганец, вентиляция, содержание
сварочных аэрозолей в воздухе, прогнозирование
Одним из основных вредных производственных
факторов в сварочном производстве является заг-
рязнение воздуха рабочей зоны токсичными ве-
ществами в виде сварочных аэрозолей (СА), об-
разующихся при электродуговом процессе. За-
щита сварщиков и производственной среды от
действия СА осуществляется посредством различ-
ных систем вентиляции, которые должны обес-
печить содержание вредных веществ в воздухе
рабочей зоны не выше предельно допустимой кон-
центрации (ПДК). Для выбора необходимой
системы вентиляции и повышения ее эффектив-
ности на рабочих местах сварщиков необходимы
экспериментальные данные о содержании вред-
ных веществ в воздухе рабочей зоны при раз-
личных условиях вентилирования. Получение
этих данных по общепринятым методикам [1, 2]
является довольно длительной и трудоемкой за-
дачей. Так, отбор одной пробы СА только в одной
точке воздушного пространства рабочей зоны
сварщика при применении конкретной марки сва-
рочного материала продолжается практически в
течение одной рабочей смены. Допустимая от-
носительная погрешность получаемых данных в
соответствии с требованиями [3] при этом сос-
тавляет ± 25 %, что позволяет обеспечить изби-
рательное определение содержания вещества на
уровне не выше 0,5 ПДК. Учитывая то, что в
настоящее время в сварочном производстве при-
меняется большое количество отечественных и за-
рубежных марок сварочных материалов, такие
данные проще прогнозировать по показателю ин-
тенсивности образования СА, для определения ко-
торой требуется отобрать на протяжении несколь-
ких минут всего 3...5 проб СА [1].
Цель данной работы — экспериментальное ис-
следование зависимости концентрации СА в воз-
духе в пределах рабочей зоны при дуговой сварке
покрытыми электродами низкоуглеродистых ста-
лей от интенсивности образования СА и (или)
мощности дуги, расстояния до места сварки (сва-
рочной дуги) и вида системы вентиляциии.
Опыты выполняли в лабораторных условиях
на типичном рабочем месте для ручной дуговой
сварки при использовании общеобменной и мес-
тной вентиляции, а также без нее. Пробы СА от-
бирали вокруг дуги в трех точках на разном рас-
стоянии от нее: 55 см — зона дыхания сварщика,
100 и 150 см — рабочая зона. С целью сравнения
эффективности общеобменной и местной венти-
ляции ее производительность выбрали одинаковой
— 1500 м3/ч. В системе общеобменной вентиляции
использовали типичный осевой вентилятор, а в ка-
честве местной вентиляции — стол сварщика со
встроенным вытяжным устройством типа наклон-
ная панель равномерного всасывания (рис. 1). Про-
бы СА и газов отбирали в процессе наплавки элек-
тродами с рутил-целлюлозным покрытием марки
АНО-36 диаметром 4 мм на пластины из стали
Ст3сп. При этом использовали постоянный ток об-
ратной полярности. Для установления зависимости
интенсивности выделения СА от мощности дуги
сварочный ток изменяли в пределах Iсв =
= 130…230 А, напряжение на дуге — Uд =
= 24…40 В. Отбор проб СА в воздухе рабочей
зоны, определение содержания марганца как ве-
дущего токсичного компонента в составе СА, об-
© О. Г. Левченко, А. О. Лукьяненко, Ю. О. Полукаров, 2010
1/2010 31
разующегося при сварке низкоуглеродистых ста-
лей, и интенсивности образования СА выполняли
по общепринятым методикам [1, 2]. Достовер-
ность полученных экспериментальных данных
проверяли в соответствии с принятыми методи-
ческими указаниями [3]. Аналитическую и ста-
тистическую обработку установленных математи-
ческих зависимостей выполняли по разработан-
ной в Национальном НИИ промышленной безо-
пасности и охраны труда специальной программе
с помощью заложенного в ней метода регрессион-
ного анализа [4, 5].
Результаты исследований зависимостей кон-
центрации СА в воздухе рабочей зоны от рас-
стояния до сварочной дуги (рис. 2, а) показали,
что она максимальная и снижается с увеличением
расстояния до дуги при сварке без применения
вентиляции; значительно ниже и увеличивается
при наличии общеобменной вентиляции; мини-
мальная и почти не изменяется при применении
местной вентиляции. Указанное выше подтверж-
дает тот факт, что наиболее эффективной является
местная вентиляция, обеспечивающая также в
данном случае снижение концентрации марганца
ниже ПДК (не более 0,2 мг/м3) как в зоне дыхания
(на расстоянии 55 см от дуги), так и в других
точках рабочей зоны (рис. 2, б). Это объясняется
тем, что факел СА локализуется местным отсосом
еще в зоне сварочной дуги и не распространяется
в воздухе рабочей зоны.
При включении общеобменной вентиляции,
всасывающее отверстие которой находится на оп-
ределенном расстоянии от рабочего места свар-
щика, концентрация СА значительно выше, чем
в предыдущем случае, и повышается еще больше
с увеличением расстояния от места сварки. Это
свидетельствует о том, что воздух, который заг-
рязняется аэрозолем в зоне дуги, переносится по
направлению места нахождения всасывающего
отверстия системы общеобменной вентиляции. На
незначительном (приблизительно до 70 см) рас-
стоянии от дуги концентрация марганца в воздухе
рабочей зоны ниже ПДК (рис. 2, б).
С целью прогнозирования содержания СА и,
в частности, марганца как определяющего ток-
сичного компонента, образующегося при сварке
низкоуглеродистой стали электродами общего
назначения, исследовали зависимость от интен-
сивности образования СА и содержания марганца
на различном расстоянии от сварочной дуги и
вида применяемой вентиляции (рис. 2). Для этого
рассчитывали коэффициент пропорциональности
(соотношения) для СА Ka и марганца KMn между
концентрацией данных веществ во всех точках
рабочей зоны, где отбирали пробы СА, и интен-
сивностью их выделения:
Kа(Mn) = Cа(Mn)/Vа(Mn), (1)
где Cа(Mn) — концентрация в воздухе рабочей зо-
ны соответственно СА и марганца, мг/м3; Vа(Mn) —
интенсивность выделения СА и марганца соот-
ветственно 0,807 и 0,036 г/мин.
Обработка экспериментальных данных, приве-
денных на рис. 2, с помощью интерполяционной
формулы Лагранжа [6] позволила получить сле-
дующую зависимость коэффициентов пропорци-
Рис. 1. Встроенное вытяжное устройство типа наклонная панель
равномерного всасывания над рабочим столом сварщика
Рис. 2. Зависимость концентрации СА Ca (а) и марганца CMn (б) в воздухе рабочей зоны от расстояния до сварочной дуги L
при дуговой сварке без вентиляции (1), с общеобменной (2) и местной (3) вентиляцией
32 1/2010
ональности от расстояния L до сварочной дуги
при сварке
без вентиляции
Kа(Mn) = 0,0039L2 – 0,019L + 0,0563, (2)
с общеобменной вентиляцией
Ka(Mn) = –0,0085L2 + 0,0295L – 0,011, (3)
с местной вентиляцией
Ka(Mn) = –0,0005L2 + 0,0014L – 0,0003. (4)
Относительная погрешность полученных ма-
тематических моделей составляет не более 1,8 %.
Из формулы (1) находим значения Ca и CMn
Ca(Mn) = Ka(Mn)Va(Mn). (5)
Подставив в формулу (5) зависимости (2)...(4),
получим математические модели для прогнози-
рования концентрации СА и марганца в зависи-
мости от интенсивности их выделения и рассто-
яния до сварочной дуги при сварке
без вентиляции
Ca(Mn) = Va(Mn)(0,0039L2 – 0,019L + 0,056), (6)
с общеобменной вентиляцией
Ca(Mn) = Va(Mn)(–0,0085L2 +0,0295L – 0,011), (7)
с местной вентиляцией
Ca(Mn) = Va(Mn)(–0,0005L2 + 0,0014L – 0,0003). (8)
Таким образом, по экспериментальным дан-
ным об интенсивности выделения СА или мар-
ганца, определение которых не представляет осо-
бой трудности [1, 2], можно легко и с высокой
достоверностью рассчитать концентрацию этих
веществ в различных точках рабочей зоны свар-
щика при наличии или отсутствии вентиляции.
Если же получить эти данные не представляется
возможным, то можно предложить другой менее
точный метод, основанный на экспериментально
установленной зависимости интенсивности выде-
ления СА и марганца от мощности сварочной дуги
(рис. 3). Аналитическая обработка этих данных
методом регрессионного анализа позволила по-
лучить следующие зависимости:
Va = –0,178 + 0,187IсвUд, (9)
VMn = 0,0014 + 0,0058IсвUд, (10)
где Iсв — сварочный ток, А; Uд — напряжение
на дуге, В. Относительная погрешность зависи-
мостей (9) и (10) соответственно составляет 2,1
и 3,7 %; коэффициент суммарной корреляции —
0,999 и 0,994.
Проверка точности расчетных данных по срав-
нению с экспериментальными показала, что их
относительная погрешность не превышает 5,3 %
(таблица).
Обобщение наших экспериментальных и ли-
тературных данных [7] свидетельствуют о том,
что при сварке электродами с рутиловыми пок-
рытиями интенсивность выделения СА не пре-
вышала примерно 0,4, а с целлюлозными —
1,0 г/мин. При этом содержание оксидов марган-
ца в СА, образующихся при сварке электродами
с рутиловыми покрытиями, составляло не более
10,2, а с целлюлозными — 5,5 %. Эксперимен-
тальная часть данной работы выполнена на при-
мере широко применяемых в настоящее время
электродов с рутил-целлюлозным покрытием.
При этом интенсивность выделения СА на оп-
тимальном режиме (Iсв = 180 А, Uд = 30 В) сос-
тавляла 0,81 г/мин (больше чем для рутиловых
покрытий, но меньше чем для целлюлозных), со-
держание марганца — 4,45 % (не более чем в
работе [7]). Учитывая, что относительная погреш-
ность содержания СА в воздухе рабочей зоны в
соответствии с требованиями [3] составляет
±25 %, полученные математические модели мож-
но применять для приблизительной оценки заг-
рязнения воздуха рабочей зоны марганцем при
сварке низкоуглеродистых сталей с использо-
ванием электродов различных марок с рутиловым
и рутил-целлюлозным покрытиями.
Таким образом, с учетом того, что при ручной
дуговой сварке электродами с рутил-целлюлоз-
ными покрытиями низкоуглеродистых сталей ос-
Рис. 3. Зависимость интенсивности выделения СА Va (1) и
VMn марганца (2) от мощности дуги Р
Результаты проверки расчетных данных о содержании
марганца в воздухе рабочей зоны при сварке электрода-
ми АНО-36
Вид вентиляции L, м
CMn, мг/м3 Относи-
тельная
погреш-
ность, %расчетное экспери-
ментальное
Без вентиляции 0,55 1,700 1,700 0
Общеобменная 1,00 0,360 0,380 5,3
Местная 1,50 0,024 0,023 4,3
1/2010 33
новным вредным компонентом в составе СА, оп-
ределяющим условия труда, является марганец,
для принятия решения о выборе вида вентиляции
(местной или общеобменной) необходимо исполь-
зовать данные о концентрации марганца в воздухе
рабочей зоны, а для расчета производительности
вентиляции — интенсивности его выделения.
Результаты выполненных исследований подт-
вердили, что местная вентиляция значительно эф-
фективнее, чем общеобменная. Она позволяет
снизить концентрацию марганца в зоне дыхания
сварщика и рабочей зоне производственного по-
мещения ниже ПДК (см. рис. 2).
Прогнозирование содержания СА и марганца
в воздухе рабочей зоны с целью выбора вида вен-
тиляции и ее оптимальных параметров можно осу-
ществлять по формулам (6)...(8), сначала опреде-
лив экспериментальным путем интенсивность их
выделения [1, 2] или рассчитав ее в зависимости
от режима сварки (сварочного тока и напряжения
дуги) по выражениям (9) и (10).
1. Методические указания 1924–78. Гигиеническая оценка
сварочных материалов и способов сварки, наплавки и
резки металлов. — М.: Минздрав СССР, 1980. — 15 с.
2. Методические указания по определению вредных ве-
ществ в сварочном аэрозоле (твердая фаза и газы),
№ 4945–88. — М.: Минздрав СССР, 1990. — 150 с.
3. Методические указания 3936–85. Контроль содержания
вредных веществ в воздухе рабочей зоны. — М.: Минз-
драв СССР, 1985. — 18 с.
4. Орловский П. Н. Системный анализ: Учеб. пособие. —
Киев: Ин-т содержания и методов обучения. — 1996. —
358 с.
5. Ферстер Е., Ренц Б. Методы корреляционного и регрес-
сионного анализа. — М.: Финансы и статистика, 1987.
— 365 с.
6. Мышкис А. Д. Элементы теории математических моде-
лей. — М.: КомКнига, 2007. — 191 с.
7. Металлургия дуговой сварки. Процессы в дуге и плавле-
ние электродов / И. К. Походня, В. Н. Горпенюк, С. С.
Миличенко и др.; Под ред. И. К. Походни. — Киев: На-
ук. думка, 1990. — 224 с.
Investigation results are presented on dependence of the concentration of harmful materials in the work zone air in
manual rutile-cellulose electrode welding upon the distance to the welding arc under different ventilation conditions
(general, local and without ventilation), as well as analytical dependencies of the concentration of harmful materials at
different points of the work zone upon the intensity of formation of welding fumes and power of the welding arc.
Поступила в редакцию 23.04.2009
ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕАЛИЗАЦИИ НАУЧНОГО,
РЕСУРСНОГО И ПРОМЫШЛЕННОГО ПОТЕНЦИАЛА
В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ
10-я Юбилейная международная промышленная конференция
и блиц-выставка
18–22 февраля 2010 п. Славское, Карпаты
Конференция включает обзорные доклады ученых и специалистов металлургической, горно-
добывающей, газовой, нефте- и горноперерабатывающей промышленности, строительного, тран-
спортного, инструментального и другого машиностроения, научно-исследовательских, проектных,
конструкторских организаций, а также презентации ведущих фирм.
В рамках конференции состоятся семинары:
1. Оборудование. Инструменты, Оснастка. Перспективные металлические и неметаллические
материалы. Технологии. Наноматериалы и нанотехнологии. Научный руководитель — Коваленко
В. С., НТУУ «КПИ», г. Киев.
2. Современные технологии ремонтно-восстановительных работ в промышленности. Научный
руководитель — Лобанов Л. М., ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины, г. Киев.
3. Перспективы развития автодорожной отрасли. Строительные материалы. Научный руко-
водитель — Богомолов В. В., Харьковский НАДУ (ХАДИ).
4. Теоретические и прикладные проблемы трибологии. Защита материалов от коррозии. Научные
руководители — Похмурский В. И., Широков В. В., ФМИ НАН Украины, г. Львов.
5. Горнодобывающая промышленность: технология, оборудование, безопасность и экология.
Научные руководители — Духовский А. Ю., директор НПП «Интрон-СЭТ», г. Донецк.
УИЦ «Наука. Техника. Технология»
Тел./факс: +38(044) 573 30 40, моб.: +38 067 708 93 95
34 1/2010
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-101366 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:25:32Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Левченко, О.Г. Лукьяненко, А.О. Полукаров, Ю.О. 2016-06-02T20:58:33Z 2016-06-02T20:58:33Z 2010 Экспериментальное и расчетное определение концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны при дуговой сварке покрытыми электродами / О.Г. Левченко, А.О. Лукьяненко, Ю.О. Полукаров // Автоматическая сварка. — 2009. — № 12 (680). — С. 31-34. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101366 621. 791: 614.8 Представлены результаты исследований зависимости концентрации вредных веществ, поступающих в воздух рабочей зоны при ручной дуговой сварке электродами c рутил-целлюлозным покрытием, от расстояния до сварочной дуги в различных условиях вентилирования (с общеобменной вентиляцией, местной и без вентиляции). Получены аналитические зависимости концентрации вредных веществ в различных точках рабочей зоны от интенсивности образования сварочных аэрозолей и мощности сварочной дуги. Investigation results are presented on dependence of the concentration of harmful materials in the work zone air in manual rutile-cellulose electrode welding upon the distance to the welding arc under different ventilation conditions (general, local and without ventilation), as well as analytical dependencies of the concentration of harmful materials at different points of the work zone upon the intensity of formation of welding fumes and power of the welding arc. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Научно-технический раздел Экспериментальное и расчетное определение концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны при дуговой сварке покрытыми електродами Experimental and calculated determination of concentration of harmful elements in air of working zone in arc welding with coated electrodes Article published earlier |
| spellingShingle | Экспериментальное и расчетное определение концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны при дуговой сварке покрытыми електродами Левченко, О.Г. Лукьяненко, А.О. Полукаров, Ю.О. Научно-технический раздел |
| title | Экспериментальное и расчетное определение концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны при дуговой сварке покрытыми електродами |
| title_alt | Experimental and calculated determination of concentration of harmful elements in air of working zone in arc welding with coated electrodes |
| title_full | Экспериментальное и расчетное определение концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны при дуговой сварке покрытыми електродами |
| title_fullStr | Экспериментальное и расчетное определение концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны при дуговой сварке покрытыми електродами |
| title_full_unstemmed | Экспериментальное и расчетное определение концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны при дуговой сварке покрытыми електродами |
| title_short | Экспериментальное и расчетное определение концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны при дуговой сварке покрытыми електродами |
| title_sort | экспериментальное и расчетное определение концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны при дуговой сварке покрытыми електродами |
| topic | Научно-технический раздел |
| topic_facet | Научно-технический раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101366 |
| work_keys_str_mv | AT levčenkoog éksperimentalʹnoeirasčetnoeopredeleniekoncentraciivrednyhveŝestvvvozduherabočeizonypridugovoisvarkepokrytymielektrodami AT lukʹânenkoao éksperimentalʹnoeirasčetnoeopredeleniekoncentraciivrednyhveŝestvvvozduherabočeizonypridugovoisvarkepokrytymielektrodami AT polukarovûo éksperimentalʹnoeirasčetnoeopredeleniekoncentraciivrednyhveŝestvvvozduherabočeizonypridugovoisvarkepokrytymielektrodami AT levčenkoog experimentalandcalculateddeterminationofconcentrationofharmfulelementsinairofworkingzoneinarcweldingwithcoatedelectrodes AT lukʹânenkoao experimentalandcalculateddeterminationofconcentrationofharmfulelementsinairofworkingzoneinarcweldingwithcoatedelectrodes AT polukarovûo experimentalandcalculateddeterminationofconcentrationofharmfulelementsinairofworkingzoneinarcweldingwithcoatedelectrodes |