При наплавке алюминиевых сплавов порошковой проволокой марок ПЛ-М А-5..7 образующиеся газы, их состав и количество, оказывают существенное влияние на физико­металлургические процессы наплавки, стабильность дугового разряда, плавление основного металла и электрода, взаимодействие расплавленного металла с окружающими газами [42]. Ранее было показано, что образующиеся в процессе наплавки газы оказывают существенное влияние на пористость наплавленного металла и его прочностные характеристики.

В то же время образующиеся при наплавке вредные газы, пары и сварочные аэрозоли загрязняют воздушную среду, что при неблагоприятном стечении обстоятельств может вызвать отравления и профессиональные заболевания сварщиков. Поэтому в работе были проведены исследования с целью выявления состава и количества вредных выделений, происходящих при наплавке алюминиевых сплавов порошковой проволокой.

При плавлении порошкового электрода происходит образование аэрозолей и газов вследствие взаимодействия компонентов шихты, оболочки порошковой проволоки, расплавленного основного металла и защитного газа. Основными процессами, определяющими состав газов, являются процессы окисления, а также реакции взаимодействия основного металла и составляющих шихты порошковой проволоки с фтором.

Количественное определение степени окисления компонентов шихты и алюминия оболочки газами при наплавке весьма затруднительно, так как оно происходит в высокотемпературной атмосфере дугового разряда, причем в этих процессах участвуют не только газы, но и образующийся шлак. Обычно в состав сварочных материалов входит ряд газообразующих элементов и веществ, таких, как углерод, кремний, фтортитанат калия и др.[21, 59].

Исходя из состава порошковых проволок марок ПЛ- МА-5..7 реакциями, протекающими с образованием газов, могут быть следующие:

SiF4 + 3H<->SiF + 3HF; H + F<->HF; 2АІ + ЗНр <->Aip, +6Н; 2А1 +3/20г <-> Alp у Al + 3/2F2 <->AlFy Si + 2F2 <->SiF4.

Находящийся в составе шихты порошковой проволоки углерод в зависимости от температурных условий и концентрации окисляется до оксида углерода и двуоксида углерода.

Определение состава газов осуществлялось по методике аспирационного отбора проб, применяемой в гигиенической практике [184, 185]. Способ позволяет улавливать микропримеси отдельных веществ из определенного объема воздуха. Импульсно-дуговая наплавка производилась порошковым электродом марки ПЛ-МА-6 в среде аргона на пластины из сплава АЛ 25 на режиме: 1а= 230- 260 А, 11д= 21-23 В, Vcii= 0,8 см/с, QAr= 15л/мин, амплитуда импульсов Інмп“ 700А, частота импульсов f = 100 Гц, длительность импульсов 2,0 х 10-3 с.

Выполненные исследования показали (табл. 13.1), что в газовой атмосфере дуги при аргонодуговой наплавке поршневых алюминиевых сплавов порошковой проволокой образуются газы 02, Оэ, СО, С02 и фтористые соединения TiF4, HF, SiF4 и др.

Определение концентрации вредных выделений (аэрозолей, оксидов алюминия, марганца и др.) производилось при ремонтной наплавке алюминиевых поршней порошковой проволокой марки ПЛ-МА-6 в производственных условиях Мариупольского ремонтного предприятия. Отбор проб проводился при работе по двум режимам: без использования местного отсоса и при включенном местном отсосе.

Исследовались три зоны воздушной среды: перед щитком сварщика, под щитком и на расстоянии 2 метров по горизонтали (на высоте 1500 мм от уровня пола) от зоны горения дуги.

Таблица 13.1 — Состав газов, образующихся при наплавке порошковыми электродами (в объемных %)

Мар­

ка

Вид газа

элек­

трода

о2

Os

СО:

СО

NO2

HF

SiF4

ПЛ-

3.6

0.75

3.2

0.14

1.3

2.4

0.6

МА-6

10’1

10’3

10’1

10"’

10"2

і о3

10°

ПЛ-

3.7

0.8

2.4

0.17

1.6

5.2

1.7

МА-7

10’1

10°

IQ’1

IQ’1

10’2

10°

10"3

Соответствующие результаты представлены на рисунках 13.1 и 13.2.

Из рисунков видно, что концентрация вредных выделений в исследуемых зонах при выключенной вентиляции выше предельно допустимых концентраций (ПДК) по аэрозолям (пыли), озону, оксидам азота. Ниже норм ПДК выделяется оксидов алюминия, марганца (на рисунках не приведено).

Для уменьшения концентрации вредных выделений на рабочем месте сварщика, в соответствии с требованиями производственной санитарии, была применена вентиляция с наклонной вытяжной панелью [185], обеспечивающей равномерное всасывание со скоростью движения воздуха менее 0,1 м/с, что меньше допустимой скорости (0,3 м/с).

а

Концентрация вредных выделений при работающей вентиляции резко уменьшилась (см. рис. 13.1, 13.2), поэтому разработанные порошковые электроды и технологию наплавки можно рекомендовать для промышленного использования.

5.1

б

Рис. 13.1. Концентрация вредных выделений при наплавке в среде аргона порошковым электродом ПЛ-МА-6: а — твердая фаза аэрозоля; б — озон.

1 — Без местной вытяжной вентиляции.

2 — При включенном местном отсосе

Под щитком

— 8.0

В ПДК=5

На расст.

2 м от дуги

_^Щн/обн_

__4||[нЛэбн_

BJ а

Е [?]

а

Под щитком

На расст.

ПДК=2

2 м от дуги

VT* «•••••і

0.5

0.2

_^^Н/обн_

^_^ЩН/обн_

Е (2]

Е ill

с — , мг/м

40

Перед щитком

30

20

10

с — . мг/м

2

1,5

1

0.5

Перед щитком

SHAPE * MERGEFORMAT

Рис. 13.2. Концентрация вредных выделений при наплавке в среде аргона порошковым электродом ПЛ-МА-б: а — оксиды азота в пересчете на NO,; 6 — алюминий и его оксиды.

1 — Без местной вытяжной вентиляции.

2 — При включенном местном отсосе