Охрана труда в отрасли для сварочных специальностей. Физико-химические процессы, обуславливающие возникновение вредных факторов

Электрическая сварка металлов характеризуется высокой концентрацией вводимого в изделие теплового потока (свыше 30 кал/с на 1 мм² площади дугового пятна). Этим объясняется специфика процессов, сопровождающих процесс сварки. Имеет место очень быстрый переход свариваемого металла и сварочных материалов из твердого в жидкое и парообразное состояние.

Процесс носит взрывной характер и проходит при очень высоких температурах: несколько тысяч градусов в зоне дуги. Подводимая электрическая энергия переходит в другие виды: тепловую, световую и в меньшей степени звуковую. В итоге вся электроэнергия, затраченная на сварку, превращается в тепло, за исключением незначительного количества, идущего на необратимые химические реакции.

При электросварке организм человека может подвергаться воздействию следующих видов энергии:

а) электрической, вызывающей поражения электрическим током;

б) электромагнитной (возникновение сильных электромагнитных полей характерно для сварочных машин, работающих при высоких силах электрического тока; при специальных видах сварки возможно возникновение радиационной опасности, мягкого рентгеновского излучения);

в) механической в виде вибрации и шума, возникающих при сварке.

Особого внимания заслуживают взрывные явления: выброс капель расплавленного металла и искр. Проведение электросварки в атмосфере, заполненной газовоздушной смесью взрывоопасной концентрации, может привести к взрыву с опасными последствиями. Перечисленными опасностями не исчерпывается вредное воздействие электросварки на организм человека. Серьезным потенциально опасным фактором является загрязнение воздушной среды в цехах пылью (сварочным аэрозолем) и газами.

При сварке нагретые до высокой температуры и поэтому более легкие, чем окружающий воздух, пары металла, компонентов электродного покрытия или других сварочных материалов поднимаются над местом сварки и попадают в зону температур одного порядка с окружающим воздухом, поэтому быстро конденсируются и затвердевают. Образуется твердая фаза частиц сварочной пыли – аэрозоль конденсации.

Большинство частиц сварочного аэрозоля (порядка 90%) имеет размер менее 5 мк; значительное число частиц имеет размеры в десятые и сотые доли микрона. В силу ряда причин, в частности из-за противоположности заряженности частиц, наблюдается процесс агрегации – объединения частиц.

Сварочные работы на машиностроительных заводах производятся главным образом в сборочно-сварочных цехах или отделениях. Большой объем сварки, значительный расход электродов в цехах могут приводить к значительному загрязнению производственной атмосферы сварочным аэрозолем. Механизм распространения сварочного аэрозоля по объему производственного помещения требует специального рассмотрения, особенно в связи с тем, что правильное решение вопросов вентиляции непосредственно зависит от учета характера распространения вредных примесей в воздухе производственного помещения.

В период проведения сварки вокруг сварочной ванны образуется квазистационарное температурное поле: это значит, что поле перемещается вместе со сварочной дугой по изделию, а расстояние между любыми точками изотерм практически не изменяется. Это предельное состояние, как показали исследования советской научной школы, возглавляемой акад. Н.Н. Рыкалиным, достигается очень быстро, что объясняется высокой концентрацией вводимого в изделие теплового потока.

В процессе распространения тепла в металле при сварке различаются три стадии:

1) теплонасыщение, когда температуры в поле, перемещающемся вместе с источником тепла, нарастают;

2) предельное состояние, когда температуры в подвижном поле практически не изменяются;

3) процесс остывания металла, по окончании сварки.

Например, по данным акад. Н.Н. Рыкалина, при общей продолжительности сварки (одного шва) 10 мин. Процесс возрастания температур в металле, которые фиксировались термопарами, достиг предельного состояния через 45 с после начала сварки. Теплообмен металла с окружающей средой происходит непрерывно в течение трех указанных выше стадий. исходит непрерывно в течение трех указанных выше стадий. Над нагретым металлом возникают конвективные (тепловые) воздушные потоки, которые в период горения сварочной дуги подхватывают образующиеся частицы сварочного аэрозоля и газы.

Аэрозольные частицы поднимаются воздушным потоком до тех пор, пока скорость потока, локально воздействующая на частицу, будет больше скорости ее витания. Средняя скорость витания частиц сварочного аэрозоля составляет 1 см/с, поэтому частицы сравнительно легко подхватываются циркуляционными воздушными потоками в помещении. Некоторое количество частиц оседает на пол, оборудование и строительные ограждения. В сварочных цехах, как правило, наблюдается коричнево-бурое загрязнение окон, особенно в их средней по высоте части.

Возникающие в процессе сварки вредные факторы могут стать причиной травматизма (поражения электрическим током, ожоги брызгами расплавленного металла, ушибы и порезы рук о кромки металла) и профессиональных заболеваний (электроофтальмия), пневмокониозы, интоксикация марганцем и др.