Дисперность частиц и валентность марганца в сварочным аэрозоле
Методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии определено валентное состояние соединений марганца в сварочном аэрозоле. Обнаружено ранее не выявленное валентное состояние соединений марганца (Mn⁴⁺) при сварке электродами с покрытием основного вида. Проведен анализ дисперсности твердой сос...
Saved in:
| Published in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Date: | 2011 |
| Main Authors: | , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2011
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102901 |
| 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: | Дисперность частиц и валентность марганца в сварочным аэрозоле / И.К. Походня, В.И. Карманов , И.Р. Явдощин, И.П. Губеня, О.Ю. Хижун, И.В. Хобта // Автоматическая сварка. — 2011. — № 9 (701). — С. 36-39. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859596191329681408 |
|---|---|
| author | Походня, И.К. Карманов, В.И. Явдощин, И.Р. Губеня, И.П. Хижун, О.Ю. Хобта, И.В. |
| author_facet | Походня, И.К. Карманов, В.И. Явдощин, И.Р. Губеня, И.П. Хижун, О.Ю. Хобта, И.В. |
| citation_txt | Дисперность частиц и валентность марганца в сварочным аэрозоле / И.К. Походня, В.И. Карманов , И.Р. Явдощин, И.П. Губеня, О.Ю. Хижун, И.В. Хобта // Автоматическая сварка. — 2011. — № 9 (701). — С. 36-39. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии определено валентное состояние соединений
марганца в сварочном аэрозоле. Обнаружено ранее не выявленное валентное состояние соединений
марганца (Mn⁴⁺) при сварке электродами с покрытием основного вида. Проведен анализ дисперсности
твердой составляющей сварочного аэрозоля с помощью метода лазерной гранулометрии.
Method of X-Ray photoelectronic spectroscopy was used to establish the valent state of manganese compounds
in the welding aerosol. Valent state of manganese compounds of Mn⁴⁺ was found in welding with coated
basic electrodes. Analysis of dispersity of welding aerosol solid compound was performed using the method
of laser granulometry.
|
| first_indexed | 2025-11-27T19:57:16Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.791.01:669
ДИСПЕРСНОСТЬ ЧАСТИЦ И ВАЛЕНТНОСТЬ МАРГАНЦА
В СВАРОЧНОМ АЭРОЗОЛЕ
Академик НАН Украины И. К. ПОХОДНЯ, В. И. КАРМАНОВ , д-р техн. наук, И. Р. ЯВДОЩИН, канд. техн. наук,
И. П. ГУБЕНЯ, инж. (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины),
О. Ю. ХИЖУН, д-р физ.-мат. наук, И. В. ХОБТА, инж.
(Ин-т проблем материаловедения им. И. Н. Францевича НАН Украины)
Методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии определено валентное состояние соединений
марганца в сварочном аэрозоле. Обнаружено ранее не выявленное валентное состояние соединений
марганца (Mn4+) при сварке электродами с покрытием основного вида. Проведен анализ дисперсности
твердой составляющей сварочного аэрозоля с помощью метода лазерной гранулометрии.
К л ю ч е в ы е с л о в а : дуговая сварка, покрытые элект-
роды, твердая составляющая сварочного аэрозоля, дисперс-
ность частиц, бимодальное распределение, агломераты,
валентность марганца
При сварке углеродистых низколегированных ста-
лей наиболее опасными компонентами твердой
составляющей сварочного аэрозоля (ТССА) яв-
ляются соединения марганца [1, 2]. Токсичность
этих соединений в свою очередь зависит от ва-
лентности марганца и возрастает с увеличением
его окисленности. Предельно допустимые концен-
трации (ПДК) марганца и его соединений в сва-
рочном аэрозоле (СА) в воздухе рабочей зоны
составляют 0,6/0,2 и 0,3/0,1 мг/м3 (в числителе
указана максимальная разовая, а в знаменателе
— среднесменная ПДК) при его содержании в
составе СА меньше 20 % и от 20 до 30 % со-
ответственно [3]. Современные нормы ПДК мар-
ганца в СА и рекомендации не разделяют сое-
динения марганца по валентности и устанавли-
вают единую норму ПДК, равную 0,2 мг/м3 [4,
5]. Марганец в СА относится ко второму классу
опасности [3].
Ряд исследований, посвященных изучению хи-
мического состава ТССА [1, 6–9], показал, что
наиболее вероятное состояние марганца Mn2+,
Mn3+.
Сотрудниками Института электросварки
им. Е. О. Патона и Института проблем матери-
аловедения им. И. Н. Францевича НАН Украины
проведены исследования валентного состояния
марганца в аэрозолях, образующихся при сварке
электродами с покрытиями рутилового и основ-
ного видов. Исследования выполняли с исполь-
зованием рентгеновского фотоэлектронного спек-
трометра ES-2401.
Для исследований использовали ТССА, обра-
зующиеся при сварке опытными электродами с
покрытием рутилового (индекс электрода Е4) и
основного (индекс электродов ПШ4 и ПШ5) ви-
дов. При этом ТССА для анализа отбирали с по-
мощью осаждения на фильтр, механического сня-
тия с фильтра и помещения в латунную бюксу
с последующим заполнением последней аргоном
для предотвращения доокисления образцов при
контакте с кислородом окружающей атмосферы.
Спектры возбуждали немонохроматизированным
излучением MgKα-линий. ТССА втирали в повер-
хность медной пластины, которую предваритель-
но шлифовали и протравливали азотной кислотой.
Исследуемые образцы полностью покрывали мед-
ную пластину, так что на обзорных спектрах не
наблюдались линии, которые соответствуют ато-
мам меди. В обзорном режиме были сняты Mn2p-
и Mn3p-спектры и для исследования выбрали оп-
тимальный режим измерения Mn2p-спектров. По
результатам анализа полученных Mn2p-спектров
(рис. 1, а) установлено, что марганец в ТССА элек-
тродов с покрытием основного вида (ПШ4, ПШ5)
присутствует в валентном состоянии +4 (пик I), а
в ТССА электродов с покрытием рутилового вида
(Е4) в валентном состоянии +3 (пик II).
Экспериментальные данные, полученные на
опытных электродах, подтвердились при рентге-
новских фотоэлектронных спектрометрических
(РФЭС) исследованиях валентного состояния мар-
ганца в ТССА промышленных марок электродов
УОНИ-13/55 и МР-3 (рис. 1, б). Приведенные дан-
ные свидетельствуют о наличии четырехвалент-
ного марганца в ТССА, образующихся при сварке
электродами с покрытием основного вида.
Важным фактором, который определяет ток-
сичность ТССА, является дисперсность частиц
СА. Частицы диаметром менее 20 мкм могут ос-
таваться взвешенными в воздухе. 100 % частиц
диаметром менее 1 мкм проникают в организм
дыхательными путями [10]. Около 30 % частиц
размером 0,1…1 мкм осаждаются в легких. Час-
© И. К. Походня, В. И. Карманов , И. Р. Явдощин, И. П. Губеня, О. Ю. Хижун, И. В. Хобта, 2011
36 9/2011
тицы размером менее 0,1 мкм (100 нм) также
вдыхаются и осаждаются в легких. Возможно про-
никновение наноразмерных частиц через кожу
[11], а также попадание в мозг через нервы в
носовых пазухах [12, 13].
Большинство последних исследований прово-
дили с использованием каскадных импакторов,
работающих по методу аэродинамической сепа-
рации [7, 9, 14–16].
В данной работе дисперсность ТССА оцени-
вали методом лазерной гранулометрии анализа-
тором Analysette 22 MicroTec plus компании
«Fritsch» (диапазон измерений 0,08…42 мкм). Ис-
следовали ТССА, полученные при сварке элект-
родами с покрытием основного и рутилового ви-
дов. Извлеченный из фильтра СА хранили в стек-
лянной бюксе. При приготовлении к анализу об-
разец смешивали лопаткой, после чего помещали
в мензурку, куда добавляли дистиллированную
воду с ПАВ (0,1%-й раствор пирофосфата натрия).
Суспензию размешивали в течение трех минут
в ультразвуковом диспергаторе Ultrasonic Bath
LABORETTE 17. Перед анализом суспензии про-
веряли ее стабильность.
Каждый образец анализировали трижды. Резуль-
таты измерений и расчетов представлены на рис. 2.
Объемное распределение частиц рассчитывали с
использованием теории Фраунгофера. Результаты
исследования дисперсности ТССА оказались сле-
дующими. У электродов УОНИ-13/55 объем
частиц диаметром менее 10 мкм составляет 0,2 %;
менее 50 мкм — 0,4 %; менее 90 мкм — 0,8 %.
У электродов МР-3 менее 10 мкм составляет
0,2 %; менее 50 мкм — 0,4 %; менее 90 мкм —
первые два измерения 1,4 %, третье — 1,3 %.
Из приведенных данных видно, что средний ди-
аметр частиц аэрозоля электродов как основного,
так и рутилового вида находится в пределах
0,3…0,4 мкм (пик гистограмм плотности распре-
деления dQ3(x) на рис. 2). ТССА электродов МР-3
имеют также большее процентное соотношение
более крупных частиц.
Представленные результаты дают общую кар-
тину дисперсности ТССА. Для более детального
анализа нанодиапазона частиц, которые представ-
ляют особую опасность из-за повышенной спо-
собности проникновения в организм сварщика,
проводили анализ в Институте проблем матери-
аловедения им. И. Н. Францевича НАН Украины
на приборе Zetasizer 1000HS (диапазон измерений
0,002…3 мкм).
Исследовали ТССА, полученные при сварке эле-
ктродами с покрытием основного (УОНИ-13/55) и
рутилового (МР-3) видов. Извлеченный из филь-
тра СА механически измельчали и высыпали в
Рис. 1. Сравнение РФЭС спектров ТССА электродов с пок-
рытиями основного ПШ4 (1), ПШ5 (2), рутилового Е4 (3)
видов (а) и промышленных марок электродов (б) МР-3 (4) и
УОНИ-13/55 (5) (обозначения I, II см. в тексте)
Рис. 2. Объемное распределение Q3(x) (1) и плотность расп-
ределения dQ3(x) (2) дисперсности ТССА электродов с пок-
рытием основного УОНИ-13/55 (а) и рутилового МР-3 вида
(б)
9/2011 37
пластиковую посуду, заполненную дистиллирован-
ной водой с ПАВ (1%-й раствор гексаметафосфата
натрия). Суспензию размешивали в течение 10 мин
в ультразвуковом диспергаторе УЗДН-А. Несколь-
ко капель полученной суспензии добавляли в кю-
ветку, заполненную на 2/3 дисперсионной средой.
Кюветку помещали в прибор, где в ходе первич-
ного анализа определяли степень насыщенности
анализируемого раствора.
В ходе анализа каждого образца с помощью ПК
проводили три подсчета, каждый из которых про-
водили на основании результатов десяти измерений
с определением среднего значения. Результаты из-
мерений и расчетов представлены на рис. 3 и в
таблице. Среднее время анализа одного образца сос-
тавляло 25 мин. Объемное распределение частиц
рассчитывали с использованием теории Ми.
Полученные данные свидетельствуют о том,
что ТССА обоих типов электродов имеют бимо-
дальное распределение частиц по размерам. Сред-
ний диаметр частиц СА для электродов МР-3 и
УОНИ-13/55 составляет соответственно 209,8 и
236,1 нм.
Частички СА электродов МР-3 формируют аг-
ло- мераты со средним размером 150±60 и
370±120 нм, первичные частицы обозначены не-
четко. Первичные частички СА электродов УО-
НИ-13/55 имеют узкое распределение; их средний
размер около 25±6 нм.
Наблюдалась склонность к формированию аг-
ломератов размером 320±100 нм.
Выводы
1. В аэрозолях, образующихся при сварке элек-
тродами с покрытием основного вида, обнаруже-
ны соединения Mn+4.
2. ТССА, образующиеся при сварке электродов
с покрытием основного и рутилового видов, име-
ют бимодальное распределение по размерам.
3. Частицы СА обоих типов при охлаждении
формируют агломераты.
1. Voitkevich V. Welding fumes: formation, properties and bio-
logical effects. — Cambridge: Abington publ., 1995. —
110 p.
2. ISO 15011-4. Health and safety in welding and allied proces-
ses — laboratory method for sampling fume and gases gene-
rated by arc welding. — Pt 4: Fume data sheets, 2006.
3. ГН 2.2.5.1313-03. Предельно допустимые концентрации
(ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны. —
Введ. 15.06.03.
4. TLVs and BEIs. Threshold limit values for сhemical substan-
ces and biological exposure indices. — ACGIH, 2005. —
81 p.
5. Recommendation of occupational exposure limits (2009-
2010). The Japan Society for Occupational Health // J. of
Occupational Healt. — 2009. — 51. — P. 454–470.
6. Jenkins N. T., Eager T. W. Chemical analysis of welding
fume particle // Welding J. — 2005. — № 6. — P. 87–93.
7. Characterization procedure for the analysis of arc welding
fume / J. W. Sowards, J. C. Lippold, D. W. Dickinson, A. J.
Ramires // Welding J. — 2008. — 87, № 4. — P. 76–83.
8. Characterization of welding fume generated by high-Mn
consumables / M. J. Gonser, J. C. Lippold, D. W. Dickinson
et al. // Ibid. — 2010. — 89, № 2. — P. 25–33.
9. Characterization of welding fume from SMAW electrodes.
— Pt II / J. W. Sowards, J. C. Lippold, D. W. Dickinson,
A. J. Ramirez // Ibid. — 2010. — 89, № 4. —P. 82–89.
10. Sterjovski Z., Norrish J., Monaghan B. J. The effect of volt-
age and metal-transfer mode on particulate-fume size during
the GMAW of plain-carbon steel. — [2008]. — 12 р. — (In-
tern. Inst. of Welding; Doc. VIII-2092–08).
Рис. 3. Объемное распределение дисперсности ТССА элект-
родов с покрытием рутилового МР-3 (а) и основного УОНИ-
13/55 (б) вида
Результаты анализа дисперсности ТССА
Пик Площадь, усл. ед. Среднее, нм Ширина, нм
Пиковые анализы по интенсивности
I 100,0
99,9
236,2
259,9
243,4
220,6
Пиковые анализы по объему
I
II
48,0
16,8
52,0
83,2
156,5
25,6
370,1
318,2
96,5
6,0
243,1
212,1
Пиковые анализы по количеству
I 100,0
99,4
129,8
25,6
85,0
6,0
Пр и м е ч а н и е . В числителе приведены данные для электро-
дов МР-3, в знаменателе — для УОНИ-13/55.
38 9/2011
11. Hoet P. H. M., Bruske-Hohlfeld I., Salata O. V. Nanopartic-
les — known and unknown health risks // J. of Nanobiotech-
nology. — 2004. — 12, № 2.
12. Raloff J. Destination brain // Sci. News. — 2010. — 177,
№ 11.
13. Глушкова А. В., Радилов А. С., Рембовский В. Р. Нано-
технологии и нанотоксикология — взгляд на проблему //
Токсиколог. вест. — 2007. — № 6. — С. 4–8.
14. Jenkins N. T., Pierce W. M. G., Eagar T. W. Particle size dis-
tribution of gas metal and flux cored arc welding fumes //
Welding J. — 2005. — № 84. — P. 156–163.
15. Characterization of welding fume from SMAW electrodes.
— Pt I / J. W. Sowards, J. C. Lippold, D. W. Dickinson,
A. J. Ramirez // Ibid. — 2008. — 87, № 4. — P. 106–112.
16. Physicochemical characterization of different welding aero-
sols / B. Berlinger, N. Benker, S. Weinbruch et al. // Anal
Bioanal Chemistry. — 2010. — № 10. — Р. 1773–1789.
Method of X-Ray photoelectronic spectroscopy was used to establish the valent state of manganese compounds
in the welding aerosol. Valent state of manganese compounds of Mn4+ was found in welding with coated
basic electrodes. Analysis of dispersity of welding aerosol solid compound was performed using the method
of laser granulometry.
Поступила в редакцию 31.05.2011
11-я МЕЖДУНАРОДНАЯ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННАЯ
ВЫСТАВКА-КОНФЕРЕНЦИЯ
СВАРКА
29 ноября–1 декабря 2011 Екатеринбург
Выставочное общество «Уральские Выставки» приглашает принять участие в специализиро-
ванной выставке конференции «Контроль и диагностика».
Одновременно пройдет 11-я Специализированная выставка «Сварка».
Цель выставки: способствовать развитию и внедрению в производстве новейших технологий
и оборудования неразрушающего контроля и технической диагностики, продвижение наиболее
высококачественной и конкурентоспособной продукции, расширение научно-технического сот-
рудничества и долгосрочных коммерческих связей.
Основные направления выставки:
• Оборудование и технологии для электродуговой сварки металлов
• Оборудование и технологии для наплавки и напыления
• Оборудование и технологии для плазменной, газоплазменной сварки и резки
• Оборудование и технологии для производства сварочных электродов и проволок
• Вспомогательное сварочное оборудование
• Сварка в стройиндустрии
• Спецодежда, средства индивидуальной защиты
• Материалы для сварки, наплавки, напыления, резки
• Средства и методы защиты от вредных производственных факторов в сварочном производстве
• Инструменты для сварки и механической обработки
• Промышленная вентиляция
• Методы обучения и повышения квалификации персонала.
Параллельно с выставкой «СВАРКА» будет работать 6-я Международная специализированная
выставка-конференция «КОНТРОЛЬ И ДИАГНОСТИКА».
Контакты: Россия, 620027, Екатеринбург, ул. Свердлова, 11А, оф. 507.
Тел./факс: +7(343) 310-03-30
9/2011 39
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-102901 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-27T19:57:16Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Походня, И.К. Карманов, В.И. Явдощин, И.Р. Губеня, И.П. Хижун, О.Ю. Хобта, И.В. 2016-06-13T03:37:16Z 2016-06-13T03:37:16Z 2011 Дисперность частиц и валентность марганца в сварочным аэрозоле / И.К. Походня, В.И. Карманов , И.Р. Явдощин, И.П. Губеня, О.Ю. Хижун, И.В. Хобта // Автоматическая сварка. — 2011. — № 9 (701). — С. 36-39. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102901 621.791.01:669. Методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии определено валентное состояние соединений марганца в сварочном аэрозоле. Обнаружено ранее не выявленное валентное состояние соединений марганца (Mn⁴⁺) при сварке электродами с покрытием основного вида. Проведен анализ дисперсности твердой составляющей сварочного аэрозоля с помощью метода лазерной гранулометрии. Method of X-Ray photoelectronic spectroscopy was used to establish the valent state of manganese compounds in the welding aerosol. Valent state of manganese compounds of Mn⁴⁺ was found in welding with coated basic electrodes. Analysis of dispersity of welding aerosol solid compound was performed using the method of laser granulometry. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Научно-технический раздел Дисперность частиц и валентность марганца в сварочным аэрозоле Dispersion of particles and valence of manganese in welding fumes Article published earlier |
| spellingShingle | Дисперность частиц и валентность марганца в сварочным аэрозоле Походня, И.К. Карманов, В.И. Явдощин, И.Р. Губеня, И.П. Хижун, О.Ю. Хобта, И.В. Научно-технический раздел |
| title | Дисперность частиц и валентность марганца в сварочным аэрозоле |
| title_alt | Dispersion of particles and valence of manganese in welding fumes |
| title_full | Дисперность частиц и валентность марганца в сварочным аэрозоле |
| title_fullStr | Дисперность частиц и валентность марганца в сварочным аэрозоле |
| title_full_unstemmed | Дисперность частиц и валентность марганца в сварочным аэрозоле |
| title_short | Дисперность частиц и валентность марганца в сварочным аэрозоле |
| title_sort | дисперность частиц и валентность марганца в сварочным аэрозоле |
| topic | Научно-технический раздел |
| topic_facet | Научно-технический раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102901 |
| work_keys_str_mv | AT pohodnâik dispernostʹčasticivalentnostʹmargancavsvaročnymaérozole AT karmanovvi dispernostʹčasticivalentnostʹmargancavsvaročnymaérozole AT âvdoŝinir dispernostʹčasticivalentnostʹmargancavsvaročnymaérozole AT gubenâip dispernostʹčasticivalentnostʹmargancavsvaročnymaérozole AT hižunoû dispernostʹčasticivalentnostʹmargancavsvaročnymaérozole AT hobtaiv dispernostʹčasticivalentnostʹmargancavsvaročnymaérozole AT pohodnâik dispersionofparticlesandvalenceofmanganeseinweldingfumes AT karmanovvi dispersionofparticlesandvalenceofmanganeseinweldingfumes AT âvdoŝinir dispersionofparticlesandvalenceofmanganeseinweldingfumes AT gubenâip dispersionofparticlesandvalenceofmanganeseinweldingfumes AT hižunoû dispersionofparticlesandvalenceofmanganeseinweldingfumes AT hobtaiv dispersionofparticlesandvalenceofmanganeseinweldingfumes |