Меры и средства защиты при проведении электрогазосварочных работ

Выпускаемые промышленным способом электроды в зависимости от допустимого пространственного положения сварки могут делиться на четыре группы:

электроды, которыми можно варить во всех положениях шва;

электроды, предназначенные для всех положений, кроме вертикального сверху вниз;

для нижнего, горизонтального на вертикальной плоскости и вертикального снизу вверх;

для нижнего и нижнего в лодочку.

Неплавящиеся электроды применяют для возбуждения и поддержания сварочной дуги, но сами они сварочную ванну не наполняют.

Графитовые электроды имеют высокую электропроводность, стойкие против окисления при значительных положительных температурах.

Вольфрамовые электроды могут быть изготовлены из чистого вольфрама или с добавлением активизирующих присадок, которые обеспечивают более устойчивое горение дуги, повышают стойкость электрода при увеличенной плотности тока.

Флюсы для дуговой сварки используют для защиты от вредных воздействий атмосферных газов и металлургической обработки сварочной ванны. Их введение обеспечивает хорошее качество шва за счет поддержания устойчивого процесса сварки, формирования химического состава, механических свойств сварных соединений и легкой отделяемое™ шлаковой корки от поверхности. К основным требованиям, предъявляемым к сварочным флюсам, относят:

1. температура плавления флюсов должна быть ниже температуры плавления основного и присадочного металла;
2. флюсы не должны оказывать вредного воздействия на металл во время сварки, а также после ее окончания;
3. плотность флюсов должна быть меньше плотности свариваемых металлов;
4. в расплавленном состоянии флюсы должны хорошо растекаться по поверхности металла и активно реагировать с образовавшимися, окислами ванны;
5. образовавшиеся при сварке шлаки должны легко отделяться от поверхности наплавленного металла [13].

Сварку низкоуглеродистых сталей выполняют преимущественно низкоуглеродистой сварочной проволокой в сочетании с высоко кремнистым марганцевым флюсом.

Защитные газы, используемые для снижения вредного воздействия окружающей среды, могут применяться как в чистом виде, так и смесями. В своей основе это инертные газы, к которым относятся аргон и гелий. Инертные газы химически не взаимодействуют с металлом и не растворяются в нем. Их применяют преимущественно для сварки химически активных металлов (титан, алюминий, магний и т.д.). Кроме инертных газов для защиты сварочной ванны могут применять активные газы, к которым относят углекислый газ и азот. Аргон представляет собой бесцветный, негорючий неядовитый газ, который тяжелее воздуха и не образует е ним взрывчатых смесей. Он хорошо обеспечивает защиту сварочной ванны, не вступая ни в какую реакцию. Поставляется в баллонах вместимостью 40 л под давлением. Гелий — значительно легче воздуха, а, следовательно и аргона, поэтому расход гелия при сварке увеличивается в 1,5—2 раза. По своим качествам гелий не уступает аргону, а в некоторых случаях и превосходит его. Азот — активный газ без цвета, запаха и вкуса. Азот, соединяясь с металлами, образует нитриды, снижающие механические свойства металла. Его используют для сварки меди и ее сплавов, по отношению к которым азот является инертным Газом. Водород — горючий взрывоопасный газ, не имеющий цвета, запаха и вкуса. Смесь аргона и водорода значительно улучшает процесс формирования шва, повышает чистоту его поверхности, увеличивает глубину проплавления. Кислород — газ, активно поддерживающий горение и не имеющий цвета, запаха и вкуса. Его используют для газопламенной сварки металлов. Углекислый газ (двуокись углерода) — является активным защитным газом со слабым запахом и резко выраженными окислительными свойствами. Для сварки применяют сварочный углекислый газ чистотой 99,5%. Смесь аргона и кислорода при сварке стали хорошо сказывается на металлургических процессах и технологических характеристиках. Кроме перечисленных в сварочных процессах применяют еще целый ряд смесей, которые, как показывает практика, зачастую обладают лучшими технологическими свойствами, чем отдельные защитные газы.

2. Анализ опасных и вредных  производственных факторов

Сварка относится к работам с повышенной опасностью, что влечет за собой ряд требований, выполнение которых обязательно.

Опасными и вредными факторами при сварке могут быть: факторы производственной среды - физические (повышенная температура поверхностей оборудования, материалов, воздуха на рабочем месте, повышенные уровни электромагнитных полей, производственного шума, локальной и общей вибрации, ультрафиолетового излучения и др.) и химические (вредные вещества - ингредиенты сварочных аэрозолей, а также органические растворители, используемые для предварительного обезжиривания свариваемых деталей);

психофизиологические факторы трудового процесса - длительное нахождение в вынужденной рабочей позе, монотонность работы, частые наклоны корпуса, значительные статические нагрузки на руку и плечевой пояс и др.;

эргономические характеристики инструмента сварщика, наплавщика, резчика и рабочих мест - масса оборудования, удерживаемого в руках, усилия на органах управления, их размещение в зонах досягаемости моторного поля, высота рабочей поверхности и др.

Под вредным производственным фактором подразумевается фактор, воздействие которого на работающего в определенных условиях может привести к заболеванию или стойкому снижению работоспособности. Опасным принято считать производственный фактор, воздействие которого в определенных условиях может привести к травме или другому внезапному ухудшению здоровья (острому отравлению оксидами углерода, цинка, меди, озоном; поражению роговицы и слизистых оболочек глаз ультрафиолетовым излучением дуги, искрами и брызгами расплавленного металла, термическому ожогу кожных покровов и др.) [20].

В условиях производства на работающих, как правило, воздействует одновременно ряд факторов производственной среды и трудового процесса. Их различные сочетания, а также интенсивность зависят от следующего: вида, способа сварки, наплавки, резки и др.; степени механизации и автоматизации производственного процесса; оснащенности используемого оборудования и рабочего места соответствующими средствами локализации вредностей в источнике их образования (отсосы сварочного аэрозоля, встроенные в сварочное оборудование, наличие местной вытяжной вентиляции, экраны для защиты от излучений дуги, глушители шума и др.); оснащенности работающих средствами индивидуальной защиты (СИЗ). Перечни основных вредных и опасных производственных факторов (табл. 1), сопутствующих процессам дуговой, ЭШС, контактной сварки, плазменной обработки материалов (сварке, резке, наплавке, напылению и др.), включены в качестве справочных приложений в ГОСТ 12.3.003 - 86.

Воздействие сварочных аэрозолей (СА). По уровням воздействия на работающих, медицинским и социальным последствиям (развитию профессиональных заболеваний, интоксикации металлами и сварочными газами и др.), а также по недостаточной защищенности (в связи с санитарным несовершенством многих видов и способов сварки, сварочного оборудования и применяемых электродных и присадочных материалов) в числе вредных производственных факторов ведущая роль принадлежит сварочным аэрозолям. Твердая составляющая СА (ТССА) - мельчайшие частицы сконденсировавшихся паров металлов, а также других веществ, входящих в состав сварочных и присадочных материалов, а также основного металла. Дисперсионная среда - газовая составляющая СА (ГССА) - это смеси газов, образующихся при термической диссоциации газошлакообразующих компонентов этих материалов (HF, SiF4, СО2) или за счет фотохимического действия ультрафиолетового излучения дуги на молекулы газов воздуха (NO, NО2, О3).

Частицы аэрозоля могут иметь размеры 0,01...0,6 мкм и более. Они неоднородны по строению. Биологическое действие может усиливаться выделяющимися газами ТССА. На открытых участках цехов концентрации ТССА и, соответственно, ее отдельных токсичных ингредиентов в зоне дыхания, как правило, может составлять несколько миллиграммов в 1 м воздуха, а при сварке внутри емкостей могут возрастать до десятков и сотен миллиграммов в 1 м3.

Сварка конструкций из высокопрочных сталей электродами, проволоками сплошного сечения и порошковыми проволоками сопровождается образованием и выделением в воздух рабочей зоны соединений трех- и шестивалентного хрома, никеля и других веществ. Среди механизированных способов сварки сталей общего назначения наиболее распространена сварка проволокой сплошного сечения в защитной среде СО2 или в смесях СО2 с аргоном, кислородом. Наличие в составе проволоки марганца приводит к выделению его в составе ТССА. Диссоциация С02 в зоне дуги способствует интенсивному образованию СО.

При сварке под флюсом дуга закрыта слоем флюса и в воздух рабочей зоны выделяется гораздо меньше ТССА (2..4 мг/м3), исключается воздействие излучений оптического диапазона на работающих. К числу ведущих вредных факторов при этом виде сварки следует отнести повышенное выделение в воздух рабочей зоны HF и SiF4 (до 1...2 мг/м3), а также высокодисперсной пыли флюса (до 25...30 мг/м3), особенно, когда его засыпают вручную.

Особенность процессов дуговой сварки цветных металлов - применение защитных газов, что существенно усиливает интенсивность излучения в ультрафиолетовой и видимой областях спектра. Ионизируя азот и кислород воздуха, УФ-лучи способствуют образованию больших количеств озона (О3) и оксидов азота. При сварке неплавящимся (вольфрамовым электродом) уровень запыленности на рабочих местах, как правило, невысокий. Процессы механизированной и автоматической сварки цветных металлов плавящимся электродом сопровождаются возрастанием выделений СА. Даже при незначительных пылевыделениях выполнение работ внутри замкнутых объемов может сопровождаться существенным накоплением ТССА и токсичных ГССА в воздушной среде.

Состав СА при процессах плазменной и микроплазменной сварки и резки металлов определяется в основном составом свариваемого или разрезаемого металла. Массовые концентрации ТССА могут достигать в воздухе рабочей зоны десятков и сотен миллиграммов на 1 м3.

При процессах контактной стыковой сварки металлов массовые концентрации оксида углерода в воздухе рабочей зоны на рабочих местах операторов машин контактной стыковой сварки с предварительным оплавлением достигают 40 мг/м3 и более, диоксида азота 7...8 мг/м3, ТССА до 30 мг/м3 и зависят от характера технологического процесса, количества свариваемых изделий в смену, длительности сварки, наличия на поверхности свариваемых деталей консервирующих смазок и др.

При процессах контактной точечной, роликовой, шовной сварки уровни образования вредных веществ, как правило, гораздо меньшие. Однако при интенсивной сварке содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны может превышать установленные предельно допустимые концентрации (ПДК).

Наплавочные процессы с использованием электродов и порошковых проволок характеризуются выделением в воздухе рабочей зоны соединений марганца, хрома, никеля, фторидов и др., в основном характерных для ручной дуговой и полуавтоматической сварки металлов [18].

Поскольку сварочные материалы, а также процессы дуговой, плазменной, газоплазменной сварки и другие - это источники образования вредных химических веществ, для решения вопросов о внедрении их в производство, осуществления контроля воздушной среды при выполнении сварочных и наплавочных работ необходима их предварительная санитарно-гигиеническая оценка. Один из ее этапов - определение удельных выделений ТССА и ГССА, которые служат также исходными данными для расчетов местной и общеобменной вентиляции в сборочно-сварочных цехах. Проведение таких исследований регламентировано. Удельные выделения ТССА и ГССА выражают в граммах на 1 кг расходуемого сварочного либо наплавочного материала, а интенсивность образования вредных веществ - в миллиграммах за 1 мин сварки (наплавки, резки).

При выполнении сварки, наплавки, резки, напыления и других родственных процессов основным критерием оценки соответствия воздушной среды в рабочей зоне современным санитарно-гигиеническим требованиям и нормам является содержание наиболее характерных и опасных химических веществ (как правило, вредных веществ 1 - 2 классов опасности по ГОСТ 12.1.005-88) в зоне дыхания - под наголовной маской или щитком сварщика. Для характеристики общего (фонового) уровня загрязнения воздуха в цехах и на участках проведения этих работ пробы воздуха отбирают также на расстоянии не менее 2 м от конкретного рабочего места [14].

Оптическое излучение, спектр которого включает инфракрасное, видимое и ультрафиолетовое излучения, имеет место при всех способах дуговой и плазменной сварки (за исключением сварки под флюсом и ЭШС).

При дуговой сварке внутри емкостей и объемных конструкций большое значение приобретает отраженное излучение, увеличивающее облучаемые поверхности одежды и тела. В ряде случаев дополнительные вредные факторы - это длительный контакт отдельных участков тела с охлажденным или нагретым металлом, особенно когда технологической необходимостью диктуется выполнение сварки в положении лежа или стоя на коленях.

ИК-облученность работающих (100... 2450 Вт/м2) зависит от силы тока и напряжения на дуге, объема сварочной ванны, массы прогреваемого металла [9]. Суммарная спектральная плотность УФ-облучения при дуговых и плазменных способах сварки различных металлов составляет на расстоянии 1 м от зоны сварки 0,4... 162 Вт/м2. При этом доля коротковолнового излучения в этой области спектра возрастает при увеличении силы тока, применении в качестве защитных газов аргона, смесей его с кислородом и С02 [4]. Допустимые уровни УФ- и ИК-излучения работающих регламентированы.

Статические нагрузки на руки и плечевой пояс при ручной дуговой и механизированной сварке металлов, обусловлены необходимостью удержания ручного инструмента. В зависимости от характера выполняемых работ сварщики могут находиться в напряженной рабочей позе в течение 40...80% продолжительности смены. При сварке внутри емкостей малого объема в связи с поддержанием тела в неудобной, порой вынужденной позе, статические нагрузки могут резко возрастать. Нагрузки увеличиваются также при росте интенсивности и скорости сварки. Эргономическими исследованиями труда сварщиков, занятых на сборке и сварке кузовов автомобилей, показано, что физические усилия, связанные с необходимостью подъема и перемещения деталей, манипуляций ручными клещами для контактной точечной сварки, могут достигать 60.. .280 Н при допустимой нагрузке 40 Н.

Критерии оценки тяжести и напряженности труда регламентированы. Для работ по сварке, наплавке и резке, относящихся ко II-III классам по степени тяжести и напряженности, должны быть разработаны рациональные внутрисменные режимы труда и отдыха.

Производственный шум, возникающий при процессах плазменной сварки и резки металлов, а в ряде случаев при контактной стыковой сварке деталей большого сечения, может

оказывать отрицательное воздействие. При работе плазменных горелок шум возникает вследствие прохождения плазмы с большими скоростями через сопло плазмотрона. Уровень шума зависит от типа плазмотрона, природы плазмообразующего газа, режимов и других параметров сварки. Интегральный уровень звукового и ультразвукового давления может достигать 120...130 дБ [1]. Такие уровни звукового давления способны приводить к выраженному отрицательному и даже травмирующему воздействию на органы слуха, центральную нервную систему, вызывать резкое снижение работоспособности.