Концентрации оксида углерода и диоксида азота в воздухе рабочей зоны при дуговой сварке покрытыми электродами

Представлены результаты исследований зависимостей концентраций вредных газов (оксида углерода и диоксида азота), поступающих в воздух рабочей зоны при ручной дуговой сварке покрытыми электродами, от расстояния до сварочной дуги в различных условиях вентилирования (с общеобменной и местной вентиляц...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2011
Hauptverfasser:	Левченко, О.Г., Лукьяненко, А.О., Полукаров, Ю.О.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2011
Schriftenreihe:	Автоматическая сварка
Schlagworte:	Научно-технический раздел
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102301
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:	Концентрации оксида углерода и диоксида азота в воздухе рабочей зоны при дуговой сварке покрытыми електродами / О.Г. Левченко, А.О. Лукьяненко, Ю.О. Полукаров // Автоматическая сварка. — 2011. — № 1 (693). — С. 37-40. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-102301
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1023012025-02-23T18:26:55Z Концентрации оксида углерода и диоксида азота в воздухе рабочей зоны при дуговой сварке покрытыми электродами Concentration of carbon oxide and nitrogen dioxide in air of working zone in covered electrode arc welding Левченко, О.Г. Лукьяненко, А.О. Полукаров, Ю.О. Научно-технический раздел Представлены результаты исследований зависимостей концентраций вредных газов (оксида углерода и диоксида азота), поступающих в воздух рабочей зоны при ручной дуговой сварке покрытыми электродами, от расстояния до сварочной дуги в различных условиях вентилирования (с общеобменной и местной вентиляцией и без нее). Получены соответствующие аналитические уравнения, позволяющие прогнозировать концентрации вредных газов в различных точках рабочей зоны в зависимости от мощности сварочной дуги. The paper presents the results of investigations of dependencies of concentrations of noxious gases (carbon oxide and nitrogen dioxide) released into work zone air in coated-electrode manual arc welding, on distance to welding arc under different ventilation conditions (with general ventilation, local ventilation and without ventilation). Respective analytical equations are derived that allow forecasting noxious gas concentrations in different points of the work zone, depending on welding arc power. 2011 Article Концентрации оксида углерода и диоксида азота в воздухе рабочей зоны при дуговой сварке покрытыми електродами / О.Г. Левченко, А.О. Лукьяненко, Ю.О. Полукаров // Автоматическая сварка. — 2011. — № 1 (693). — С. 37-40. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102301 621. 791: 614.8 ru Автоматическая сварка application/pdf Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Научно-технический раздел Научно-технический раздел
spellingShingle	Научно-технический раздел Научно-технический раздел Левченко, О.Г. Лукьяненко, А.О. Полукаров, Ю.О. Концентрации оксида углерода и диоксида азота в воздухе рабочей зоны при дуговой сварке покрытыми электродами Автоматическая сварка
description	Представлены результаты исследований зависимостей концентраций вредных газов (оксида углерода и диоксида азота), поступающих в воздух рабочей зоны при ручной дуговой сварке покрытыми электродами, от расстояния до сварочной дуги в различных условиях вентилирования (с общеобменной и местной вентиляцией и без нее). Получены соответствующие аналитические уравнения, позволяющие прогнозировать концентрации вредных газов в различных точках рабочей зоны в зависимости от мощности сварочной дуги.
format	Article
author	Левченко, О.Г. Лукьяненко, А.О. Полукаров, Ю.О.
author_facet	Левченко, О.Г. Лукьяненко, А.О. Полукаров, Ю.О.
author_sort	Левченко, О.Г.
title	Концентрации оксида углерода и диоксида азота в воздухе рабочей зоны при дуговой сварке покрытыми электродами
title_short	Концентрации оксида углерода и диоксида азота в воздухе рабочей зоны при дуговой сварке покрытыми электродами
title_full	Концентрации оксида углерода и диоксида азота в воздухе рабочей зоны при дуговой сварке покрытыми электродами
title_fullStr	Концентрации оксида углерода и диоксида азота в воздухе рабочей зоны при дуговой сварке покрытыми электродами
title_full_unstemmed	Концентрации оксида углерода и диоксида азота в воздухе рабочей зоны при дуговой сварке покрытыми электродами
title_sort	концентрации оксида углерода и диоксида азота в воздухе рабочей зоны при дуговой сварке покрытыми электродами
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2011
topic_facet	Научно-технический раздел
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102301
citation_txt	Концентрации оксида углерода и диоксида азота в воздухе рабочей зоны при дуговой сварке покрытыми електродами / О.Г. Левченко, А.О. Лукьяненко, Ю.О. Полукаров // Автоматическая сварка. — 2011. — № 1 (693). — С. 37-40. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.
series	Автоматическая сварка
work_keys_str_mv	AT levčenkoog koncentraciioksidauglerodaidioksidaazotavvozduherabočejzonypridugovojsvarkepokrytymiélektrodami AT lukʹânenkoao koncentraciioksidauglerodaidioksidaazotavvozduherabočejzonypridugovojsvarkepokrytymiélektrodami AT polukarovûo koncentraciioksidauglerodaidioksidaazotavvozduherabočejzonypridugovojsvarkepokrytymiélektrodami AT levčenkoog concentrationofcarbonoxideandnitrogendioxideinairofworkingzoneincoveredelectrodearcwelding AT lukʹânenkoao concentrationofcarbonoxideandnitrogendioxideinairofworkingzoneincoveredelectrodearcwelding AT polukarovûo concentrationofcarbonoxideandnitrogendioxideinairofworkingzoneincoveredelectrodearcwelding
first_indexed	2025-11-24T10:11:02Z
last_indexed	2025-11-24T10:11:02Z
_version_	1849666109414834176
fulltext	УДК 621. 791: 614.8 КОНЦЕНТРАЦИИ ОКСИДА УГЛЕРОДА И ДИОКСИДА АЗОТА 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 зависимостей концентраций вредных газов (оксида углерода и диоксида азота), поступающих в воздух рабочей зоны при ручной дуговой сварке покрытыми электродами, от расстояния до сварочной дуги в различных условиях вентилирования (с общеобменной и местной вентиляцией и без нее). Получены соответствующие аналитические уравнения, позволяющие прогнозировать концентрации вредных газов в различных точках рабочей зоны в зависимости от мощности сварочной дуги. К л ю ч е в ы е с л о в а : дуговая сварка, покрытые электро- ды, вредные газы, оксид углерода, диоксид азота, вентиля- ция, содержание газов в воздухе, прогнозирование Одним из отрицательных следствий электроду- гового процесса является образование и накоп- ление в воздухе рабочей зоны сварочных аэро- золей и газов. Защита работающих и произ- водственной среды от их воздействия осущест- вляется с помощью различных видов систем вен- тиляции, которые должны обеспечить содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны не выше предельно допустимой концентрации (ПДК). Для выбора необходимой вентиляции и повышения ее эффективности на рабочих местах сварщиков не- обходимы экспериментальные данные о содер- жании вредных веществ в воздухе рабочей зоны при различных видах вентиляции. В литературе имеется достаточно большое количество данных по исследованию загрязнения воздуха рабочей зо- ны вредными веществами в виде аэрозолей, об- разующихся при сварке покрытыми электродами (например, [1]), но данные по вредным газам от- сутствуют. Это объясняется тем, что получение таких данных по общепринятым методикам [2, 3] является довольно длительной и трудоемкой задачей. Так, отбор одной пробы газов только в одной точке воздушного пространства рабочей зо- ны сварщика при применении конкретной марки сварочного материала длится практически в те- чение рабочей смены. При этом относительная погрешность получаемых данных в соответствии с требованиями [4] должна составлять ±25 %, что позволяет обеспечить избирательное определение содержания вещества на уровне не выше 0,5 ПДК. На сегодня надежные газоанализаторы газов, ко- торые бы позволили обеспечить высокую досто- верность определения их концентрации в воздухе рабочей зоны, отсутствуют. Поэтому возникла не- обходимость в получении таких данных расчет- ным путем, основанным на экспериментальных данных. К вредным газам, образующимся в атмосфере дуги при сварке покрытыми электродами, относят оксид углерода, диоксид азота, фтористый водо- род и озон. Состав образующихся газов в зна- чительной мере определяется составом электрод- ного покрытия [5]. Причиной образования ядо- витого диоксида азота преимущественно является высокотемпературное и фотохимическое окисле- ние азота воздуха [6]. Уровень образования этих газов зависит от мощности сварочной дуги. Цель данной работы — исследование зависи- мостей концентраций оксида углерода и диоксида азота в различных точках воздуха рабочей зоны при дуговой сварке низколегированными покры- тыми электродами от мощности сварочной дуги, расстояния до места сварки (сварочной дуги) и вида системы вентиляции. Опыты выполняли в Институте электросварки им. Е. О. Патона на типичном рабочем месте руч- ной дуговой сварки с использованием общеоб- менной и местной вентиляции, а также без вен- тиляции. Пробы газов отбирали вокруг дуги в трех точках на разном расстоянии от дуги: 55 см (зона дыхания сварщика), 100 и 150 см (рабочая зона). Для сравнения эффективности как общеобменной, так и местной вентиляции ее производительность выбрали одинаковой — 1500 м3/ч. В системе об- щеобменной вентиляции использовали типичный осевой вентилятор, а в местной — типичный стол сварщика с вмонтированным вытяжным устройс- твом типа наклонной панели [1]. Пробы газов отбирали в процессе наплавки покрытыми электродами общего назначения мар- ки АНО-36 диаметром 4 мм на пластины стали Ст3сп. Использовали постоянный ток обратной© О. Г. Левченко, А. О. Лукьяненко, Ю. О. Полукаров, 2011 1/2011 37 полярности. Для установления зависимости кон- центрации газов в воздухе рабочей зоны свароч- ный ток изменяли в пределах 130…230 А, нап- ряжение дуги — 24…40 В. Определение концен- траций оксида углерода CO в воздухе рабочей зоны выполняли с помощью газоанализатора «Ак- вилон-1-1», диоксида азота NO2 — «Аквилон-1- 2». Достоверность полученных эксперименталь- ных данных проверяли в соответствии с приня- тыми методическими указаниями [4]. Аналити- ческую и статистическую обработку установлен- ных зависимостей выполняли с использованием разработанной в Национальном НИИ промышлен- ной безопасности и охраны труда специальной программы с помощью заложенного в ней метода регрессионного анализа [7, 8]. Исследования зависимостей концентраций ок- сида углерода от расстояния до сварочной дуги (рис. 1, а) свидетельствуют о том, что они мак- симальны при сварке без вентиляции, минималь- ны при местной вентиляции и уменьшаются с уве- личением расстояния к дуге, но во всех случаях не превышают ПДК (20 мг/м3). Причиной обра- зования оксида углерода во время сварки пок- рытыми электродами преимущественно является окисление углерода, который содержится в ме- талле и покрытии электродов, кислородом воздуха на первой стадии C + O2 = CO2 и диссоциация диоксида углерода в результате высокой температуры сварочной дуги на второй стадии CO2 ↔ CO + 12O2, а также восстановление углерода из его диоксида металлом CO2 + Me = CO + MeO. Кроме того, источником образования оксида углерода в незначительных количествах может быть наличие диоксида углерода в атмосферном воздухе в количестве 0,03…0,04 % [9], который разлагается при высокой температуре дуги до ок- сида углерода в результате химической реакции (2). Поэтому низкая суммарная концентрация ок- сида углерода в воздухе рабочей зоны объясняется незначительным содержанием углерода в составе свариваемого металла и атмосферном воздухе. При сварке электродами с целлюлозным или карбонат- содержащим покрытием оксид углерода также об- разуется в результате термической диссоциации этих газошлакообразующих компонентов покры- тия. В этих случаях в воздух рабочей зоны пос- тупает повышенное количество оксида углерода. Зависимости концентрации диоксида азота в воздухе рабочей зоны от расстояния до сварочной дуги имеют более сложный вид, особенно при сварке без вентиляции (рис. 1, б). Это объясняется последовательным окислением азота воздуха по двум стадиям. Сначала в ближней зоне в резуль- тате высокотемпературного окисления азота воз- духа, окружающего дугу, появляется оксид азота N2 + O2 ↔ 2NO, затем под влиянием ультрафиолетового излучения дуги оксид азота со временем и отдалением от дуги окисляется кислородом воздуха до ядовитого диоксида азота [6, 10] 2NO + O2 ↔ 2NO2. Поэтому на определенном расстоянии от дуги (около 1 м) при сварке без вентиляции концент- рация диоксида азота вследствие его накопления в воздухе увеличивается, а с дальнейшим отда- лением от дуги (до 1,5 м) вследствие рассеивания уменьшается. Следует отметить, что при применении как местной, так и общеобменной вентиляции кон- центрации диоксида азота в рабочей зоне не пре- вышают ПДК (2 мг/м3). Во время сварки без вен- Рис. 1. Зависимость концентрации оксида углерода СCO (а) и диоксида азота CNO2 (б) в воздухе рабочей зоны от расстояния L к сварочной дуге при сварке без вентиляции (1), с общеоб- менной (2) и местной (3) вентиляцией 38 1/2011 тиляции на расстоянии приблизительно от 80 до 130 см к сварочной дуге концентрация диоксида азота превышает ПДК (см. рис. 1, б). При применении местной или общеобменной вентиляции повышенное содержание диоксида азота в ближней к сварочной дуге зоне объясня- ется более активным окислением азота, чем в от- даленной от нее зоне. Это и приводит к образо- ванию в зоне дыхания большего количества ок- сидов азота, а с увеличением расстояния от сва- рочной дуги интенсивность окисления азота воз- духа, естественно, снижается. Из зависимостей содержания оксида углерода и диоксида азота в воздухе рабочей зоны от мощ- ности сварочной дуги видно, что концентрации этих газов в воздухе увеличиваются с повыше- нием мощности дуги (рис. 2). Аналитическая и статистическая обработка ус- тановленных зависимостей (см. рис. 1) с учетом влияния расстояния до сварочной дуги и ее мощ- ности (рис. 2), выполненная с помощью метода регрессионного анализа [7, 8], позволила получить следующие зависимости: зависимость концентрации CO (CCO) от мощ- ности (IсвUд) сварочной дуги и расстояния до дуги L (м) при сварке без вентиляции CCO = –0,197 + 2,178⋅10–4IсвUд + 0,071L – – 1,192⋅10–4IсвUдL, (1) с общеобменной вентиляцией CCO = –48,099⋅10–2 + 2,929⋅10–4IсвUд + 34,679⋅10–2L – – 3,268⋅10–4IсвUдL + 0,902⋅10–4IсвUдL 2, (2) с местной вентиляцией CCO = –2,657⋅10–2 + 0,439⋅10–4IсвUд – 0,857⋅10–2L – – 0,177⋅10–4IсвUдL; (3) зависимость концентрации NO2 от мощности сварочной дуги и расстояния до дуги при сварке без вентиляции CNO 2 = –4,991⋅10–2 + 0,414⋅10–4IсвUд + + 0,942⋅10–2L – 0,11⋅10–4IсвUдL, (4) с общеобменной вентиляцией CNO 2 = 1,344⋅10–2 + 0,209⋅10–4IсвUд – – 4,014⋅10–2L, (5) с местной вентиляцией CNO 2 = 2,195⋅10–2 + 0,162⋅10–4IсвUд – 4,182⋅10–2L. (6) Значения относительных погрешностей и коэффициентов суммарной корреляции получен- ных зависимостей представлены в табл. 1. Как видно из таблицы, значения относительных пог- решностей не превышают установленного мето- дическими указаниями значения (25 %) [4]. Коэф- фициенты суммарной корреляции данных зави- симостей имеют значения от 0,940 до 1,0 (см. табл. 1), что свидетельствует о том, что полу- ченные математические зависимости можно ис- пользовать для вычисления содержания оксида уг- лерода и диоксида азота в зоне дыхания сварщика и в рабочей зоне с целью санитарно-гигиеничес- кой оценки условий труда. С целью проверки корректности математичес- ких зависимостей (1)–(6) для других марок элек- тродов, отличающихся составом покрытия, были проведены сравнительные исследования концен- трации данных газов в различных точках прос- транства при сварке другими известными марками электродов без применения вентиляции. Эти ре- зультаты показали, что среди указанных в табл. 2 и 3 марок электродов средние концентрации оп- ределяемых газов не выходят за пределы допус- тимой погрешности (25 %) только при сварке электродами АНО-4. Таким образом, можно сде- лать вывод, что математические зависимости (1)– (6) можно использовать для прогнозирования заг- рязнения воздуха рабочей зоны, по крайней мере, Т а б л и ц а 1. Значения относительных погрешностей и коэффициентов суммарной корреляции зависимостей (1)–(6) Зависимость Относительная погрешность, % Коэффициент суммар- ной корреляции (1) 18,0 0,940 (2) 18,2 0,986 (3) 19,2 0,939 (4) 5,00 1,00 (5) 10,0 0,074 (6) 11,5 0,960 Рис. 2. Зависимость концентрации газов оксида углерода (1) и диоксида азота (2) в воздухе рабочей зоны на расстоянии 100 см до сварочной дуги от мощности дуги 1/2011 39 при сварке электродами с рутиловым и рутил- целлюлозным покрытием. Результаты исследований зависимостей кон- центраций оксида углерода и диоксида азота при ручной дуговой сварке покрытыми электродами должны учитываться при проведении санитарно- гигиенической оценки условий труда. При этом необходимо руководствоваться требованиями ГОСТ 12.1.005–88 [11], согласно которому для предупреждения возможности превышения ПДК в воздухе рабочей зоны для веществ однонаправ- ленного действия учитывается их суммарное действие на организм человека. Поэтому, учиты- вая, что оксид углерода и диоксид азота имеют однонаправленное общетоксическое действие [11], гигиеническая оценка воздуха рабочей зоны и выбор системы вентиляции в данном случае должны проводиться с соблюдением следующего условия: CCO ПДКCO + CNO 2 ПДКNO 2 ≤ 1. (7) Расчеты, полученные по формуле (7) на ос- новании данных рис. 1, показали, что в зависи- мости от условий выполнения сварочных работ (наличия или отсутствия вентиляции), расстояния до сварочной дуги и режима сварки результат сум- марного действия оксида и диоксида азота может принимать различные значения, т. е. может быть больше или меньше 1, что и является основанием для выбора вида и производительности венти- ляции. 1. Левченко О. Г., Лукьяненко А. О., Полукаров Ю. О. Экс- периментальное и расчетное определение концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны при дуговой сварке покрытыми электродами // Автомат. сварка. — 2010. — № 1. — С. 31–34. 2. МУ 1924–78. Гигиеническая оценка сварочных материа- лов и способов сварки, наплавки и резки металлов. — М.: Минздрав СССР, 1980. — 15 с. 3. МУ 4945–88. Определение вредных веществ в сварочном аэрозоле (твердая фаза и газы). — М.: Минздрав СССР, 1990. — 150 с. 4. МУ 3936–85. Контроль содержания вредных веществ в воздухе рабочей зоны. — М.: Минздрав СССР, 1985. — 18 с. 5. Походня И. К. Газы в сварных швах. — М.: Машиност- роение, 1972. — 225 с. 6. Press H. Formation des oxуdes d′azote lors du soudage aux gaz. Mesures pour la prevention d′atteintes a la sante // Sou- dage et techn. connexes. — 1981. — № 516. — P. 207–212. 7. Орловский П. Н. Системный анализ. — Киев: Изд. Мин- ва образования Украины, 1996. — 360 с. 8. Ферстер Е., Ренц Б. Методы корреляционного и регрес- сионного анализа. — М.: Финансы и статистика, 1987. — 365 с. 9. Основи охорони праці / М. П. Купчик, М. П. Гандзюк, І. Ф. Степанець та ін. — К.: Основа, 2000. — 416 с. 10. Sipek L. Emission of gases pollutants during GTA welding of yorcalbro brass. — [1988]. — 16 p. — (Intern. Inst. of Welding; Doc. VIII-1443–88). 11. ГОСТ 12.1.005–88. ССБТ. Общие санитарно-гигиеничес- кие требования к воздуху рабочей зоны. — Введ. 01.01.89. The paper presents the results of investigations of dependencies of concentrations of noxious gases (carbon oxide and nitrogen dioxide) released into work zone air in coated-electrode manual arc welding, on distance to welding arc under different ventilation conditions (with general ventilation, local ventilation and without ventilation). Respective analytical equations are derived that allow forecasting noxious gas concentrations in different points of the work zone, depending on welding arc power. Поступила в редакцию 07.04.2010 Т а б л и ц а 3. Концентрация диоксида азота в воздухе рабочей зоны Марка электрода Расстояние до места сварки L, м 0,55 1,00 1,50 Минимально и максимально возможная концентрация NO2, мг/м3 1,22…2,04 2,26…3,78 0,79…1,31 АНО-36 1,63 3,02 1,05 АНО-4 1,56 2,60 1,23 АНО-24 0,85 1,42 1,37 УОНИ-13/55 2,34 1,58 1,33 АНО-6 2,40 1,78 1,98 Т а б л и ц а 2. Концентрация оксида углерода в воздухе рабочей зоны Марка электрода Расстояние до места сварки L, м 0,55 1,00 1,50 Минимально и максимально возможная концентрация CO, мг/м3 0,64…1,06 0,29…0,49 0,13…0,21 АНО-36 0,85 0,39 0,17 АНО-4 0,65 0,43 0,13 АНО-24 0,40 0,22 0,10 УОНИ-13/55 1,23 0,29 0,50 АНО-6 1,19 0,02 0,73 40 1/2011

Концентрации оксида углерода и диоксида азота в воздухе рабочей зоны при дуговой сварке покрытыми электродами

Institution

Ähnliche Einträge