Олег Левченко

Продовження серії навчальних науково-інформаційних публікацій

ТЕХНОЛОГІЧНІ СПОСОБИ ЗНИЖЕННЯ ВИДІЛЕНЬ ШКІДЛИВИХ РЕЧОВИН ПІД ЧАС ДУГОВОГО ЗВАРЮВАННЯ

Як вибирати режим зварювання

Регулювання режиму зварювання (сили зварювального струму та напруги дуги) приводить до зміни рівня виділень зварювального аерозолю (ЗА). Залежності рівнів виділень ЗА від режиму зварювання мають складний вигляд: зі збільшенням величини зварювального струму та одночасно напруги дуги інтенсивність утворення ЗА спочатку підвищується, потім знижується до певного мінімального значення, після чого знову починає зростати (рис. 1 і 3). При цьому питомі виділення ЗА переважно знижуються (рис. 2 і 4).

Такі складні залежності рівнів виділень ЗА від режиму зварювання пояснюються впливом на процес виділення ЗА потужності дуги, характеру переносу електродного металу та рівня його розбризкування, що залежить, в свою чергу, від складу зварювальних дротів, захисного газу та режиму зварювання. На ділянці режимів зварювання, в межах якої інтенсивність утворення ЗА збільшується при підвищенні зварювального струму, зварювальний процес супроводжується коротким замиканням дугового проміжку краплями електродного металу, а вибухи перемичок посилюють інтенсивність викиду пари за межі дуги. Аналогічним змінам у рівні виділень ЗА сприяє збільшення довжини дуги, а відповідно, і часу переносу та випарування крапель металу. При переході до крапельного або до струменевого переносу без замикань дугового проміжку, а також по мірі занурення дуги у ванну, викликаним подальшим збільшенням зварювального струму, інтенсивність утворення ЗА починає знижуватися та досягає мінімуму при повному зануренні дуги.

Отже, при зварюванні в захисних газах дротом суцільного перерізу в межах технологічно допустимих режимів зварювання існує ділянка зменшеного виділення ЗА. Як видно з рис. 1 та 3, при зварюванні у вуглекислому газі сталі Ст3сп дротом Св-08Г2С діаметром 2 мм (струм постійний зворотної полярності) в інтервалі 400…430 А інтенсивність утворення ЗА знижується із 1,50 до 0,75 г/хв, а питомі виділення – з 14,00 до 4,50 г/кг. Підвищення зварювального струму з режиму, який зазвичай застосовується (400 А) до рекомендованого з гігієнічних позицій (430 А) дає можливість при збереженні продуктивності процесу знизити питомі виділення ЗА більш, ніж у 3 рази і відповідно зменшити продуктивність необхідної вентиляції. Ділянка різкого зниження інтенсивності виділень ЗА відповідає різкому зануренню дуги в основний метал і відбувається за певних значень потужності дуги, що визначається, насамперед, діаметром зварювального дроту (у даному випадку це – 12,3 кВт).

Ділянка значень сили струму, що забезпечує мінімальне виділення ЗА (0,7…0,8 г/хв) при зварюванні в аргонових сумішах знаходиться в межах 370…500 А, при зварюванні у вуглекислому газі – в межах 420…500 А. Завдяки тому, що ділянка струму з мінімальними виділеннями ЗА при використанні аргонових сумішей починається при більш низьких значеннях зварювального струму, ніж у випадку зварювання у вуглекислому газі, застосування цих сумішей розширює можливості маневрувати в технологічно допустимому діапазоні режимів зварювання та знижувати виділення аерозолю.

Дослідження залежностей рівнів виділень ЗА від режиму зварювання та діаметру зварювального дроту (рис. 3 і 4) показують, що при використанні дроту меншого діаметру (1,6 мм) на режимах, які зазвичай застосовують в порівнянні зі зварюванням дротом діаметром 2,0 мм, інтенсивність утворення ЗА знижується приблизно в 2 рази, питомі виділення – в 2,5 рази. При цьому максимум та мінімум інтенсивності виділень (рис. 3) відбуваються при більш низьких значеннях зварювального струму, що пояснюється впливом на виділення аерозолю змін характеру переносу електродного металу. При застосуванні дротів меншого діаметру ці зміни характеру переносу металу і, відповідно, ділянка режимів, яка забезпечує мінімальне виділення аерозолю, починається при більш низьких значеннях зварювального струму, що дозволяє значно знизити рівень шкідливих виділень як за рахунок вибору відповідного режиму зварювання, так і за рахунок застосування дротів меншого діаметру (рис. 3).

Залежності інтенсивності утворення шкідливих газів (монооксиду вуглецю та діоксиду азоту) від величини зварювального струму мають параболічний вид (рис. 5). Мінімальна інтенсивність утворення монооксиду вуглецю та діоксиду азоту реєструється при зварюванні зануреною дугою.

Таким чином, для розроблення технологічних рекомендацій зниження рівня шкідливих виділень при механізованому зварюванні в захисних газах необхідно керуватися такими закономірностями утворення ЗА:

1. Хімічний склад аерозолю, що утворюється при зварюванні в захисних газах, визначається переважно складом зварювального дроту та захисного газу.

2. Інтенсивність утворення ЗА залежить, по-перше, від потужності зварювальної дуги; по-друге, від характеру переносу електродного металу і ступеня його розбризкування також залежного від характеру переносу електродного металу. Останній, в свою чергу, визначається режимом зварювання, складом зварювального дроту та захисного газу.

3. При зварюванні на режимах з коротким замиканням дугового проміжку утворенню та виділенню ЗА в оточуючу атмосферу сприяють, по-перше, різке підвищення тиску в зоні дуги в результаті вибуху перемички електродного металу, що є причиною розбризкування, і, по-друге, додаткове випарування з бризок цього металу. Рівень розбризкування електродного металу визначається складом зварювального дроту, окиснювальною здатністю захисного газу та режимом зварювання.

4. Підвищення окиснювальної здатності захисного газу збільшує рівень утворення ЗА. Тому введення у склад захисної атмосфери інертного газу (наприклад, аргону) знижує рівень виділень ЗА.

5. Збільшення інтенсивності утворення ЗА з підвищенням зварювального струму та напруги дуги спостерігається за умови переносу металу з короткими замиканнями. З переходом до краплинного переносу без замикань дугового проміжку або до струменевого переносу інтенсивність утворення ЗА починає знижуватися і досягає мінімуму при зануренні дуги в зварювальну ванну.

6. Для кожного діаметра зварювальних дротів існують певні значення зварювальних струмів, за яких виділяється максимальна кількість ЗА, і ділянка струмів, що забезпечує мінімальну інтенсивність утворення аерозолю.

7. Для вибору оптимальної технології зварювання необхідно керуватися системою “хімічний склад – режим зварювання”, оскільки для кожної марки зварювального дроту існують свої певні значення зварювальних струмів, що забезпечують мінімальні виділення аерозолю.

Список використаних джерел

1. Левченко О. Г. Сварочные аэрозоли и газы: процессы образования, методы нейтрализации и средства защиты. – Киев: Наукова думка, 2015. −  248 с.

2. Левченко О. Г. Охорона праці та цивільний захист: Курс лекцій для студентів зварювальних спеціалізацій. − К.: КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2018. − 370 с. – [Електронний ресурс] / Режим доступу: http://ela.kpi.ua/handle/123456789/26040.

3. Левченко О. Г. Охорона праці у зварювальному виробництві: Навчальний посібник.- К.: Основа, 2010. – 240 с.

4. Левченко О. Г. Охорона праці у зварювальному виробництві: Курс лекцій. − К.: НТУУ «КПІ», 2013. − 217 с. – [Електронний ресурс] / Режим доступу: http://ela.kpi.ua/handle/123456789/3567.

You can follow any responses to this entry through the RSS feed. Both comments and pings are currently closed.