Ручне дугове зварювання покритими електродами

Рівні виділень і хімічний склад ЗА, які утворюються при зварюванні покритими електродами, визначаються рядом основних факторів: вмістом в шлаковому розплаві, що утворюється в результаті плавлення покриття на торці електрода, хімічних елементів чи сполук з високою пружністю пари, які вносять великий вклад в утворення аерозолів; характеристикою основності (кислотності) шлаку, від якої залежить інтенсивність випаровування окремих його складових; окиснювальним потенціалом атмосфери дуги; діаметром електрода і режимом зварювання (сила зварювального струму та напруга дуги).

У вітчизняній і зарубіжній практиці ручного дугового зварювання використовуються електроди з покриттями, які розподіляються на такі основні види: кислі, рутилові, целюлозні, основні (фтористо-кальцієві); а також змішані види покриття: рутилово-кислі (ільменітові), рутил-целюлозні, рутил-основні тощо. Результати досліджень рівнів виділень ЗА, виконані в різних країнах, показують, що найбільші виділення аерозолю характерні для електродів з целюлозним покриттям. За ними йдуть електроди з покриттям основного типу. Електроди з кислим, рутиловим і ільменітовим покриттям за рівнем виділення ЗА розрізнюються між собою незначно, а порівняно з електродами з целюлозним та основним покриттям характеризуються значно меншим виділенням аерозолю (рис. 1.3).

Високий рівень виділень ЗА при зварюванні електродами з целюлозним покриттям обумовлено виділенням в великих кількостях газів: СО, СО₂, Н₂, Н₂О, які утворюються при згорянні органічних складових целюлозного покриття, надходженням в розплавлену краплю на торці електрода вуглецю, що утворюється в результаті розкладання целюлози в покритті, і підвищенням інтенсивності виділення ЗА через підсилення інтенсивності вибуху рідких крапель внаслідок окиснення вуглецю та утворення СО.

Високий рівень виділення ЗА при зварюванні електродами з основним покриттям обумовлено наявністю в покритті летучих сполук фтору (CaF₂, Na₂SiF₆) і високою основністю шлакової фази, яка сприяє більш інтенсивному надходженню в ЗА сполук лужних металів. Великий вміст карбонатів (мармуру, крейди, вапняку, магнезиту, доломіту) в покритті сприяє стисненню дуги вуглекислим газом, який утворюється при їх розкладанні, що також призводить до підвищення інтенсивності виділення ЗА.

Аналіз багатьох даних щодо визначення хімічного складу ЗА показує, що при зварюванні електродами з рутиловим, кислим і ільменітовим покриттям утворюються ЗА близькі за хімічним складом. Основою ЗА є оксиди заліза. Із шлакової фази в ЗА переходять, переважно, SiO₂ (20…30 %), К₂О (5…10 %), Na₂O (6…10 %). Вміст у ЗА сполук кальцію, магнію, алюмінію та титану незначний: 0,1…0,8 % СаО; 0,1…3 % МgО; 0,1…0,3 % Аl₂О₃; 0,1…2 % ТіО₂. Вміст найбільш токсичної складової ЗА - сполук марганцю - при зварюванні електродами загального призначення складає 5…10 %. Це є результатом випаровування його, переважно, з металічного розплаву, в якому концентрація марганцю при зварюванні електродами різних марок також змінюється в порівняно вузькому інтервалі.

Склад ЗА, які утворюється при зварюванні целюлозними електродами, відрізняються від складу, що утворюється при зварюванні зазначеними вище електродами, лише більш високим вмістом оксидів заліза внаслідок деякого зниження кількості інших складових.

Склад ЗА при зварюванні електродами з покриттям основного типу істотно відрізняється: наявністю великої кількості розчинних і нерозчинних фторидів (10…20 % в перерахунку на фтор); більш високою порівняно зі зварюванням кислими, рутиловими та целюлозними електродами кількістю сполук лужних і лужно-земельних металів (6…25 % Na₂O; 5…30 % К₂О; 7…15 % СаО; 0…8 % МgO, причому сума К₂О+Nа₂О складає 20…40 %, а їх співвідношення визначається, головним чином, складом рідкого скла-зв’язуючого); більш низьким вмістом оксидів кремнію (4…12 %) та заліза (10…20 % Fe₃O₄). Ці відмінності обумовлені, в першу чергу, наявністю фторидів у складі основного покриття і високою основністю шлаків, що утворюються при плавленні покриття електродів. Крім того, при зварюванні електродами з покриттям основного виду поряд з фторидами у складі ЗА в повітрі присутні також токсичні газоподібні фториди (фтористий водень, тетрафторид кремнію тощо). Вміст оксидів марганцю в ЗА, що утворюється при зварюванні електродами з основним покриттям, нижчий, ніж при зварюванні електродами інших видів, і складає звичайно 3…5 %. Це пояснюється більш низьким вмістом феромарганцю в покритті основного виду.

Найбільш шкідливими речовинами, які входять до складу ЗА, що утворюються при зварюванні вуглецевих і низьколегованих сталей з покриттями рутилового, кислого, ільменітового та целюлозного видів є марганець, а при використанні електродів з покриттям основного виду - сполуки фтору (особливо газоподібні). При зварюванні оцинкованих сталей в складі ЗА присутні токсичні сполуки цинку. В процесі зварювання легованих, в тому числі нержавіючих сталей, в складі ЗА, крім токсичних сполук марганцю та фтору, з’являються ще більш токсичні сполуки шестивалентного хрому і нікелю з канцерогенними властивостями. Хром у складі ЗА присутній у вигляді двох різних за токсичністю сполук: в шестивалентному стані у вигляді хроматів та біхроматів натрію і калію (Na₂CrO₄, Na₂Cr₂O₇, К₂CrО₄, К₂Cr₂О₇), які утворюються в результаті взаємодії хрому з сполуками калію та натрію із рідкого скла, і в трьохвалентному стані у вигляді Cr₂О₃. Згідно з ГОСТ 12.1.005, шестивалентний хром відноситься до першого, а трьохвалентний - до третього класу небезпеки. Таким чином, при зварюванні електродами хромонікелевих легованих сталей сполуки шестивалентного хрому є компонентами, які визначають токсичність ЗА.

Основними токсичними компонентами ЗА, що утворюються в процесі зварювання кольорових металів (алюмінію, міді та ін.), є їх оксиди.

Одночасно з ЗА та газоподібними сполуками фтору в складі аерозолів можуть бути і такі шкідливі гази, як оксиди азоту та монооксид вуглецю.

Дата добавления: 2014-01-13