автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Влияние покрытий, применяемых для защиты горно-шахтного оборудования от брызг расплавленного металла при сварке в CO2, на условия труда

На правах рукописи

ГРИШАГИН ВИКТОР МИХАЙЛОВИЧ

ВЛИЯНИЕ ПОКРЫТИЙ, ПРИМЕНЯЕМЫХДЛЯ ЗАЩИТЫ ГОРНОШАХТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ОТ БРЫЗГ РАСПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА ПРИ СВАРКЕ В СО2, НА УСЛОВИЯ ТРУДА

Специальность 0526.01 - охрана труда (отрасль горная) Специальность 05.03.06 - технологии и машины сварочного производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кемерово - 2004

Работа выполнена на кафедре сварочного производства Юргинского технологического института Томского политехнического университета.

Научные руководители: доктор технических наук, профессор

Шевченко Леонид Андреевич доктор технических наук, профессор Федько Валериан Тимофеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Сараев Юрий Николаевич кандидат технических наук, Гришин Михаил Викторович

Ведущая организация - Завод горно-шахтного оборудования

ООО «ПО Юрмаш» (Кемеровская обл., г. Юрга)

Защита состоится «10» июня 2004 г. в 13.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.102.03 в Кузбасском государственном техническом университете по адресу: 650026, г. Кемерово, ул. Весенняя, 28

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КузГТУ

Автореферат разослан «7» мая 2004 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Лесин Ю.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Механизированная сварка в углекислом газе является одним из самых высокопроизводительных и распространенных способов, применяемых при изготовлении горных машин, однако, как известно, имеет существенный недостаток - повышенное разбрызгивание металла и связанное с ним набрызгивание поверхности свариваемых деталей, сборочно-сварочных приспособлений и деталей сварочной аппаратуры. Приваренные брызги металла на деталях горно-шахтного оборудования являются концентраторами напряжений и очагами распространения коррозии, что влияет на прочность и долго -вечность секций механизированной крепи и других узлов, обеспечивающих безопасность горных работ. Наличие набрызгивания требует последующей операции очистки изделий от брызг расплавленного металла с помощью виброинструмента, что значительно ухудшает санитарно — гигиенические условия производства горно-шахтного оборудования.

Длительное воздействие вибрации приводит к профессиональному заболеванию — вибрационной болезни, эффективное лечение которой возможно лишь на начальной стадии ее развития.

Способы защиты свариваемых изделий от брызг расплавленного металла характеризуются тем, что поверхность металла, подлежащего сварке, покрывается защитным слоем в виде раствора веществ, высыхающего перед сваркой и препятствующего прилипанию брызг к основному металлу..

Для защиты поверхности свариваемых изделий от брызг расплавленного металла применяют различные составы покрытий. Известно, что некоторые из них ухудшают санитарно - гигиенические условия работы, в частности, вследствие выделения вредных веществ. Однако достаточных исследований влияния защитных покрытий на условия труда не было проведено, хотя покрытия используют в производстве горных машин.

Цель работы. На основе исследований влияния покрытий, применяемых для защиты горно-шахтного оборудования от брызг расплавленного металла при сварке в углекислом газе, на условия труда, разработать состав покрытия, по основным параметрам соответствующего требованиям экологической безопасности, а также экономическим и технологическим нормам.

Идея работы. Идея работы состоит в создании на основе теоретических и экспериментальных исследований (с использованием теории планирования многофакторного эксперимента и апробированных методов математического анализа) путей решения проблемы набрызгивания металла.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Исследовать влияние набрызгивания на прочность сварных конструкций горно-шахтного оборудования.

2. Установить влияние вибрации, возникающей при зачистке узлов горношахтного оборудования от брызг расплавленного металла на организм человека.

3. Исследовать влияние различных типов защитных покрытий на выделения вредных веществ в зоне дыхания сварщика.

4. Разработать состав защитного покрытия, обеспечивающего поддержание предельно-допустимых концентраций вредных веществ в воздухе рабочей зоны, и соответствующего требованиям технологии сварки конструкций горных машин.

5. Провести систематизацию защитных покрытий по степени загрязнения воздуха рабочей зоны и пожаробезопасности.

Методы исследований. Теоретические исследования выполнены с помощью методов планирования многофакторного эксперимента, апробированных методов математического анализа, эвристических методов (изобретения, патенты).

Часть задач решена численными методами на ЭВМ. Экспериментальные исследования проведены в лабораторных условиях и цехах завода, на экспериментальных образцах и серийно выпускаемой продукции.

Научная новизна работы состоит:

1. В обосновании использования защитных покрытий от брызг расплавленного металла в качестве средства, снижающего образование зон структуры стали с низким содержанием углерода.

2. В установлении зависимости снижения уровня параметров вибрации, и как следствие, предотвращении развития виброболезни от применения защитных покрытий в сочетании с частотой вибрации, диаметром капли и состоянием поверхности изделия.

3. В разработке состава нового защитного покрытия, максимально обеспечивающего поддержание предельно допустимых концентраций вредных веществ в воздухе рабочей зоны и соответствующего требованиям технологии сварки конструкций горных машин.

4. В определении признаков систематизации защитных покрытий по степени загрязнения воздуха рабочей зоны и пожаробезопасности.

Практическая ценность работы. Теоретические и экспериментальные результаты работы доведены до конкретных формул и методик, удобных для проведения инженерных расчетов, результаты которых могут быть использованы при выборе рациональной технологии изготовления сварных конструкций горных машин.

Разработан, запатентован и внедрен новый состав покрытия, обладающий улучшенными санитарно-гигиеническимими и защитными свойствами.

Суммарный экономический эффект от внедрения покрытия на заводе горно-шахтного оборудования ООО «ПО ЮРМАШ» (г. Юрга) и ЗАО «Сибтензо-прибор» (г. Топки) составил 16,5 тысяч рублей в год на один сварочный пост.

Научные положения и результаты, выносимые на защиту:

1. Набрызгивание металла снижает прочность сварных конструкций горношахтного оборудования в результате образования структуры стали с низким содержанием углерода в зоне контакта капли с основным металлом, а применение защитных покрытий значительно снижает образование таких зон.

2. Применение защитных покрытий от брызг расплавленного металла значительно снижает уровень параметров вибрации (виброскорость), а величина снижения зависит от частоты вибрации, диаметра капли и состояния поверхности изделия, что позволяет предотвратить развитие виброболезни.

3. Выделение вредных веществ в зоне дыхания сварщика зависит от состава применяемых защитных покрытий, расположения места нанесения покрытия и силы сварочного тока; оптимальным является нанесение покрытий на околошовную зону, при этом увеличение силы сварочного тока снижает концентрацию сварочного аэрозоля, оксида углерода и пыли, но увеличивает концентрацию оксида марганца.

4. Состав защитного покрытия, максимально обеспечивающий поддержание предельно допустимых концентраций вредных веществ в воздухе рабочей зоны и соответствующий требованиям технологии сварки конструкций горных машин, целесообразно сформировать из ранее применявшихся компонентов, но в других пропорциях - воды (70%) и сульфитно-спиртовой барды (25%) и нового компонента - бария (5%).

5. Систематизацию защитных покрытий по степени загрязнения воздуха рабочей зоны и пожаробезопасности целесообразно выполнять по следующим признакам: по выделению высокодисперсной пыли при приготовлении покрытий, по выделению вредных веществ при проведении сварки с применением защитных покрытий, по воспламенению связующего компонента входящего в состав покрытия, по наличию трудноудолимых брызг.

Апробация работы. Результаты данной работы заслушивались на: Международном конгрессе «Производство. Технология. Экология» MГТУ «Стан-кин», Москва, сентябрь 2000г.; 13 региональной научно-практической конференции, посвященной 100-летию начала учебных занятий в ТПУ, Юрга, апрель 2000г.; 4-й международной научно-практической конференции «Экономика природопользования и природоохраны», Приволжский Дом знаний, Пенза, 2001 г, Международной конференции «ПРОТЕК-2001», МГТУ «Станкин», Москва, сентябрь 2001г.; 4-й международной конференции «Экология и жизнь», Пенза, 2001г.; Международной конференции «ПРОТЕК-2002», Москва, сентябрь 2002г; 2-й всероссийской научно-практической конференции «Инновации в машиностроении», Общество «Знание России», Пенза, 2002г.; Всероссийской конференции «Прогрессивные технологии и экономика в машиностроении», филиал ТПУ, Юрга, 2003г.; Международная конференция «ПРОТЕК-2003», МГТУ «Станкин», Москва, 2003г.; Всероссийской конференции «Прогрессивные технологии и экономика в машиностроении», ЮТИ ТПУ, Юрга, 2004 г.

Результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических семинарах кафедры «Аэрологии, охраны труда и природы» КузГТУ и кафедры «Сварочное производство» ЮТИ ТПУ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 научных работ, в том числе 1 решение о выдаче патента на изобретение (РФ).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и выводов, библиографии (120 наименований) и приложения, содержит

147 страниц машинописного текста, включая 47 рисунков, 24 таблицы и 6 страниц приложения

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Работа состоит из четырех глав.

В первой главе дан анализ вредных и опасных производственных факторов, возникающих при сборке-сварке горно-шахтного оборудования, установлены связи и зависимости в системе «условия труда - технологический процесс — профессиональные заболевания», показано влияние процесса разбрызгивания при сварке в СО2 на изменение условий труда сборочно-сварочного производства горных машин, сформулированы цель и задачи исследования.

Во второй главе исследованы процессы вибрации, возникающие при зачистке сварных конструкций горных машин от брызг расплавленного металла, и их влияние на организм человека, показаны особенности взаимодействия капель расплавленного металла с поверхностью свариваемых конструкций горных машин, исследовано влияние защитных покрытий на снижение вредного вибрационного воздействия.

В третьей главе исследовано влияние защитных покрытий на выделение вредных веществ в зону дыхания сварщика, проанализировано соответствие защитных покрытий достаточной эффективной термостойкости и достаточной смачиваемости поверхности горного оборудования, исследовано влияние защитных покрытий на разбрызгивание электродного металла при сварке в СО2-

В четвертой главе представлена практическая ценность и реализация результатов исследований, описаны методики определения толщины покрытия, нормирования расхода покрытий и расчета экономической эффективности сварки с применением защитных покрытий с учетом социального фактора, проведена систематизация защитных покрытий по безопасности.

Влияние набрызгивания металла на прочность сварных конструкций горно-шахтного оборудования

Одним из ответственных узлов горно-шахтного оборудования являются гидроцилиндры стоек и подвижек шахтных крепей угледобывающего комбайна. Целью данной работы являлось исследование процессов набрызгивания при сварке в углекислом газе гидроцилиндров шахтных крепей, изготовленных из стали ЗОХГСА.

Предварительно были проведены исследования набрызгивания при однопроходной сварке. При этом определялось количество трудноудаляемых брызг. Трудноудаляемые - брызги, которые возможно удалить только при помощи механической обработки методом срезания. При этом усилие среза составляет от 1 до 40 МПа. Прочие брызги удаляются при помощи металлической щётки и ветоши. Процент трудноудаляемых брызг находится из выражения:

где М1 - масса трудноудаляемых брызг, кг; Мо - масса легкоудаляемых брызг, кг.

Результаты экспериментальных исследований представлены на рис. 1а (зависимости по покрытиям №№ 7 - 12) и рис. 1б (зависимости по покрытиям №№ 1-6). Составы данных покрытий представлены в таблице 2. Опытным путём установлено, что максимальное количество трудноудаляемых брызг отмечается при силе сварочного тока 300 - 320 А (при сварке проволокой диаметром 1,6 мм). Именно при данном токе были проведены исследования по на-брызгиванию расплавленного металла при многопроходной сварке.

Сварка проводилась проволокой Св-08Г2С за шесть проходов в щелевую разделку. Результаты экспериментальных исследований представлены на рис. 2а и б.

200 250 300 350 400 450 500 Л А 200 250 300 350 400 450 500 Л А а б

Рис.1. Зависимость количества трудноудаляемых брызг ({3, %) от тока и состава защитного покрытия (поверхность изделия в состоянии поставки): * " без покрытия

Рис.2. Зависимость количества трудноудаляемых брызг (Р, %) от количества наплавленных слоев (^(поверхность изделия в состоянии поставки):

• без покрытия

Результат получился аналогичный проводимым исследованиям при однослойной сварке. Только здесь количество трудноудаляемых брызг пропорционально числу наплавленных слоев. Следует отметить, что при наложении пер-

вых пяти слоев сцепление брызг с поверхностью образцов возрастает равномерно, а при наложении последнего, шестого слоя - более интенсивно. Получается это потому, что в первом случае сварочная ванна находится в разделке и большая часть брызг сцепляется с кромками разделки, а при наложении последнего слоя, ванна оказывается на поверхности металла. При наложении же просто шести валиков на поверхность интенсивность сцепления брызг в зависимости от количества наплавленных слоев будет иной.

Анализ экспериментальных данных позволил описать полученную зависимость математическим уравнением вида:

где р — количество трудноудаляемых брызг, %; N - количество наплавленных слоев; аиЬ - эмпирические коэффициенты.

Уравнения вида (2), а также квадрат достоверности аппроксимации (Т?2) для различных защитных покрытий представлены в таблице 1. Составы покрытий показаны в таблице 2. Данные уравнения позволяют прогнозировать затраты на зачистку поверхности от брызг расплавленного металла

Таблица1

покрытие Р=ЯМ Я* покрытие Р=«Л0 ^

1 (5=1,9-ЛГ-1,5 0,95 7 Р=3,1-ЛГ-2,0 0,97

2 Р=2,9-ЛЧ,9 0,97 8 Р=4,1-ЛГ-2,5 0,98

3 Р=2,6-//-2,2 0,96 9 Р=1,4-ЛГ-1,3 0,95

4 (3 =4,6-7^-3,5 0,94 10 Р=6,3-ЛГ-5,5 0,95

5 3 =2,2-^-2,1 0,94 11 Р=4,4-ЛГ-2.6 0,98 <

6 Р =6,7-ЛГ -4,7 0,97 ПП Р=1,5-ЛЧ,0 0,94

без покрытия Р =7,0-Лг-4,7 0,97

Таблица 2

Составы защитных покрытий, применяемых при сварке в СО_

№ покрытия Состав защитного покрытия

1 Коалин, сода, концентрат сульфитно-спиртовой барды (КБЖ), вода

2 Маршалит, ацетон, лак поливинилбутераль 174.

3 Циркон, лак поливинилбутераль, растворитель 646 .

4 КБЖ, сода, декстрин, вода

5 КБЖ, мыло, сода

6 Графит, мыло, мел, вода

7 Алюминиевая пудра, декстрин, маршалит, вода

8 Карбидный ил, графит, глицерин

9 КБЖ, сода, сапралит

10 КБЖ

11 Декстрин, мел, тальк, вода

ПП КБЖ, бария сульфат, вода

Трудноудаляемые брызги металла на деталях горно-шахтного оборудования являются концентраторами напряжений и очагами распространения коррозии, что значительно снижает прочность и долговечность секций механизированной крепи и других узлов, обеспечивающих безопасность горных работ.

Для подтверждения теоретических и экспериментальных исследований был проведен микроструктурный анализ зоны взаимодействия капли расплавленного металла с поверхностью свариваемого изделия. По месту контакта были сделаны микрошлифы. Исследования проводились на металлографическом микроскопе ЕС Метам РВ-21. Документальная регистрация проводилась при помощи цифрового фотоаппарата Nikon Результаты представлены на рис.3.

При анализе микроструктуры зоны взаимодействия капли металла с поверхностью свариваемого изделия был обнаружен обезуглероженный участок в зоне контакта капли с основным металлом. Здесь происходит перераспределение углерода в глубь основного металла. Данный участок является центром повышенного распространения коррозии при работе горно-шахтного оборудования в условиях химически активной повышенной влажности. При удалении брызг металла с помощью виброинструмента вместе с каплей происходит частичное удаление основного металла с образованием ослабленного поперечного сечения, что снижает несущую способность сварной конструкции горношахтного оборудования, и как следствие, может являться причиной снижения безопасности производства горных работ.

основной металл

Рис.3. Микроструктура зоны взаимодействия капли с поверхностью свариваемого изделия (х80, выноска - хЗОО): основной металл - сталь ЗОХГСА, проволока Св-08Г2С)

Исследование процессов вибрации, возникающих при зачистке узлов горно-шахтного оборудования от брызг расплавленного металла, и их влияние на организм человека

При проведении измерений параметров локальной вибрации на операции удаления брызг расплавленного металла со сварного образца, выполненного из двух пластин листового металла толщиной 10 мм из стали ЗОХГСА, в качестве вибрирующего инструмента применяли пневматический рубильный молоток. Измерение вели с помощью измерителя шума и вибрации ВШВ-003М2, съем информации о вибрации осуществлялся вибропреобразователем ДН-3-М1. Вибропреобразователь закрепляли с помощью резьбового соединения (шпилькой М5) на рукоятке рубильного молотка.

На рисунках 4-7 показаны зависимости виброскорости от состояния свариваемых поверхностей и диаметра капли прилипшего металла. Из графиков наглядно видно, что вибрация имеет высокий уровень при состоянии поверхности изделия после пескоструйной обработки и обработки наждачным кругом. Удаление брызг металла с поверхности, находящейся в состоянии поставки с помощью виброинструмента, также происходит при значениях виброскорости, превышающих предельно допустимые. И только с применением защитного покрытия вибрация имеет уровень значительно ниже допустимого.

Для защиты организма рабочего от вредного воздействия вибрации применяются различные методы и средства индивидуальной и коллективной защиты, однако наиболее эффективным является устранение вибрации как явления. Поэтому нанесение защитного покрытия, снижающего налипание брызг металла на изделие, можно рассматривать как наиболее радикальное и экономичное средство в борьбе с вредом от вибрации.

При действии на руки работающих местной (локальной) вибрации (вибрирующий инструмент) происходит нарушение чувствительности кожи, окостенение сухожилий, потеря упругости кровеносных сосудов и чувствительности нервных волокон, отложение солей в суставах кистей рук и пальцев и другие негативные явления. Длительное воздействие вибрации приводит к профессиональному заболеванию - вибрационной болезни, эффективное лечение которой возможно лишь на начальной стадии ее развития.

Как известно, при длительном воздействии шума на организм человека, происходят нежелательные явления: снижается острота слуха, зрения, повышается кровяное давление, понижается внимание. Сильный продолжительный шум может быть причиной функциональных изменений сердечно-сосудистой и нервной систем.

Пыль, попадая в организм человека, оказывает фиброгенное воздействие, заключающееся в раздражении слизистых оболочек дыхательных путей. При длительном вдыхании пыли возникают профессиональные заболевания легких —пневмокониозы, силикозы.

При совместном действии вибрации, шума и пыли наблюдается взаимное усиление эффекта в результате его суммации.

V. мм/с

40

ЗЬ

30 Л , -

2Ь

20 -V*

15

10

Ь

1000 \Гц

мм "*"2мм ~*"3мм "°"4мм. ГЩЗ

Рис. 4. После обработки наждачным кругом

ю

100

1000 ^Гч

"1мм "*"2мм "*~3мм - "°"4мм —ПДЗ

Рис.5. В состоянии поставки

100 1000 уГц

"•"1мм "*"2 мм "*-3 мм "°~4 мм

Рис.6. После пескоструйной обработки

1000 \Гц

Рис. 7. После обработки защитным покрытием

Исследование влияния защитных покрытий на выделения вредных веществ в зоне дыхания сварщика.

Первым по значимости требованием, предъявляемым к защитным покрытиям при сварке конструкций горных машин, является обеспечение поддержания предельно допустимых концентраций вредных примесей в воздухе рабочей зоны. Так, например, некоторые из применяемых защитных покрытий ухудшают санитарно-гигиенические условия работы, в частности, вследствие выделения вредных веществ - смеси газов, образующихся при термической диссоциации газошлакообразующих компонентов сварочных и присадочных материалов (оксид и двуокись углерода - СО, СО2; фтористый водород - HF и др.) и за счет фотохимического действия ультрафиолетового излучения дугового разряда на молекулы газов воздуха (окислы азота - NO, NC2; озон - 03) и др. При сварке с использованием защитных покрытий в ряде случаев происходит увеличение концентрации сварочных аэрозолей в зоне дыхания сварщика , однако, в проведенных ранее исследованиях, сварка велась по покрытию, нанесенному на поверхность образца (так как по существующим цеховым технологиям вероятность попадания покрытия в сварной шов не исключается).

В данной работе были проведены исследования при сварке по защитным покрытиям, и когда защитное покрытие нанесено на околошовную зону (ОШЗ)

шириной 100 — 120 мм (область наиболее подверженная налипанию брызг расплавленного металла). Исследования проводились с целью выявления валовых выделений пыли и газов при сварке в углекислом газе с применением защитных покрытий в лабораторных условиях, при этом изучались: количество пыли, образующейся при сварке, и ее химический состав; содержание в пыли марганца; качественный и количественный состав дисперсионной среды образующегося сварочного аэрозоля; содержание СО, окиси кремния, сероводорода, окислов фосфора, сернистого газа, окислов азота, фтористого водорода, алюминия. В ходе проведения эксперимента использовались ряд известных покрытий, а также новое предлагаемое покрытие (ПП) (таблица 2).

Сварка в углекислом газе производилась на стальных образцах с нанесенными защитными покрытиями по всей поверхности и на ОШЗ, проволокой марки Св-08Г2С диаметром 2 мм. Расход углекислого газа составлял р=1000 л/ч. Сварочный ток изменялся от 200 до 500 А. Отбор проб воздуха (для определения уровня загрязнения воздушной среды) проводился в зоне дыхания сварщика. В исследованиях использовали аспиратор для отбора проб воздуха модели 822. Аспиратор работал 10 минут при каждом отборе пробы, протягивая за это время 100 л воздуха или 0,1 м3.

Результаты опытов показали, что при нанесении защитных покрытий на ОШЗ, вредных веществ, в среднем, выделяется на 10 - 15% меньше, чем при сварке по покрытиям, нанесенным по всей поверхности образца. Основную вредность представляют сварочные аэрозоли, пыль, МпО, СО, которые во многих случаях и во много раз превышают ПДК.

Анализируя полученные результаты, необходимо отметить: при сварке образцов без покрытия количество пыли, оксида углерода и аэрозоля сварочного с ростом сварочного тока понижается, а количество оксида марганца увеличивается, та же закономерность просматривается и при использовании защитных покрытий: покрытия ПП - выделяют количество пыли меньше пре-

дельно допустимых концентраций; остальные покрытия выделяют значительное количество пыли, которое больше ПДК. Наибольшее количество пыли выделяют покрытия второй группы: № 5, № 6, № 7, № 8, № 9 (рис. 8).

Оксида марганца в пределах ПДК выделяют покрытия: №1, №2, № 11,ШТ; остальные покрытия выделяют большое количество марганца, намного превышающее ПДК (рис. 9).

По выделению оксида углерода удовлетворительными следует считать покрытия: № 1, № 2, № 4, № 5, № 6, № 9, № 11, ШТ, остальные покрытия на токах 200ч-400 А выделяют СО больше ПДК, при силе тока 500 А все покрытия выделят СО в пределах ПДК (рис. 10).

Количество сварочных аэрозолей превышает предельно-допустимые концентрации при использовании любого состава покрытия (рис. 11).

-е- Без покрытия (ПДК=0,Змг/м3) Рис. 9. Выделение оксида марганца

500 1,А

Без покрытия (ПДК=20мг/м3) Рис. 10. Выделение оксида углерода

-е- Без покрытия (ДДК-бмг/м3) Рис. 11. Выделение сварочных аэрозолей

Разработка нового состава защитного покрытия и исследование его свойств

На основании проведенных выше исследований, можно сделать вывод, что наилучшие санитарно-гигиенические характеристики, технологические свойства и наименьшее влияние на электрические и технологические характеристики процесса сварки оказывают покрытия на основе водного раствора сульфитно-спиртовой барды (КБЖ).

Однако не все эти покрытия удовлетворяют в достаточной степени требованиям, предъявляемым к защитным покрытиям. Поэтому необходимо было разработать такой состав защитного покрытия, который бы удовлетворял всем требованиям, предъявляемым к защитным покрытиям.

Автором данной работы разработан следующий состав защитного покрытия, содержащего воду-70%, сульфитно-спиртовую барду-25% и барий-5%.

Исследования технологических свойств нового покрытия показали, что оно обеспечивает хорошую смачиваемость поверхности свариваемых изделий. Углы смачивания новым покрытием поверхности свариваемых изделий следующие: сталь в состоянии поставки 8 - 42,4 ± 5,7°; пескоструйная поверхность 6 = 45,7 ± 6,3°; шлифованная поверхность 0 = 38,3 ± 7,2°; поверхность со смазкой Исследование термостойкости нового покрытия показало, что оно обладает достаточной термостойкостью, чтобы не дать возможности прилипнуть брызгам расплавленного металла к поверхности изделия, из-за введения в состав отходов абразивного производства в качестве термостойкого наполнителя. Теплота сгорания навески уголь + новое покрытие равна 23,549 МДж/кг (рис. 12). Разработанный состав защитного покрытия не оказывает существенного влияния на стабильность процесса сварки. Потери металла на угар и разбрызгивание при сварке с новым покрытием составляют 22...27%.

15 20

Теплота сгорания, МДж/кг Рис.12. Теплота сгорания угля с добавками защитных покрытий

Установлено, что разработанный состав защитного покрытия выделяет при сварке вредных веществ гораздо меньше предельно допустимых норм во всем диапазоне режимов сварки. Новое покрытие легко наносится на поверхность свариваемых изделий, не осыпается при транспортировке и легко удаляется после сварки металлической щеткой. Компоненты, входящие в состав разработанного покрытия, недефицитиы и имеют небольшую стоимость. Технология приготовления нового покрытия проста и не требует специальных навыков и дорогих устройств.

Методика определения номинальной толщины защитного покрытия от брызг расплавленного металла при изготовлении горно-шахтного оборудования сваркой в углекислом газе

Защита свариваемых конструкций горно-шахтного оборудования от брызг расплавленного металла заключается в том, что поверхность металла, подлежащего сварке, покрывается защитным слоем в виде раствора веществ, высыхающего перед сваркой и препятствующего прилипанию брызг к поверхности свариваемого изделия.

Количество тепла дк, содержащегося в капле в момент контакта со слоем толщиной 5 защитного покрытия, должно быть меньше количества тепла, потребного для разложения и испарения этого слоя. Все известные методики расчета толщины защитного покрытия обладают одним недостатком: в них не учитывается толщина свариваемого изделия. А также отсутствуют конкретные рекомендации по выбору толщины защитных покрытий в зависимости от толщины свариваемых конструкций горных машин.

В работе ставилась задача по определению номинальной толщины слоя защитного покрытия в зависимости от режима сварки, теплофизических характеристик покрытия, температуры капли в момент контакта, контактного диаметра взаимодействия капли с поверхностью свариваемого изделия и толщины свариваемого изделия.

При решении поставленной задачи исходили из того, что в процессе полета до момента контакта с поверхностью свариваемого металла, капля остывает незначительно.

Рассматривая процесс приращения температуры на поверхности пластины в момент введения теплоты от нормально кругового источника, путем математических преобразований было получено следующее уравнение:

Цкк

СряТ^!

. (3)

где ср - объемная теплоемкость защитного покрытия, Дж/см3 °С; к - коэффициент сосредоточенности (зависящий от контактного диаметра взаимодействия); Т - температура капли в момент контакта; б/ ■- толщина свариваемого изделия.

Объемная теплоемкость защитных покрытий была определена по известным методикам (таблица 3).

Таблица 3

Объемная теплоемкость защитных покрытий__

№ п/п Состав покрытия ср, Дж.. см3 °С

1 Сульфитно-спиртовая барда (ГОСТ 8578-57) - 140г, мыло - ЗОг, кальцинированная сода - 25г, вода -1 ОООг 928,1

2 Сульфитно-спиртовая барда (ГОСТ 8578-57) - 60 - ЮОг, мыло - 25-45г, кальцинированная сода - 15-25г, каолин -25-50г, вода - ЮООг 985,5

3 Циркон (ЦМТУ 4469-54) - 40%, поливинилбутераль (ГОСТ 9439-73) - 3%, растворитель - 646 (ГОСТ 18188-72) - 57% 1254,5

4 Сульфитно-спиртовая барда (ГОСТ 8578-57) - 25 %, барий - 5 %, вода - 70 %. 1123,1

По данной методике были проведены расчеты и построены номограммы зависимости толщины защитного покрытия от толщины свариваемых конструкций горных машин для ряда защитных покрытий (рис. 13, а) и в зависимости от сварочного тока (рис. 13, б).

о.ш^ 8 0,11 0,1

£ 3 ода 11 ода

2 | 0,07"

5 10 15 20 25 Талиртна свариваемого изделия, мм а

0,12

О 0,1

X I- £ 2 0,08

3 го а; 0,06"

X о. 0,04"

С

с; £ 0,02

NN / -1 = 40 ЗА ""

\ /

\ ч -1 = 300

1 = 200 А—

0 5 10 15 20 25 30

Толщина свариваемого изделия, мм

б

Рис.13. Номограммы зависимости толщины защитного покрытия от толщины свариваемого изделия (а) (обозначения см. табл. 1) и для покрытия № 4 от сварочного тока (б)

Определение признаков проведения систематизации защитных покрытий по степени загрязнения воздуха рабочей зоны и пожаробезопасно -сти

С целью разработки эффективного защитного покрытия и внедрения его в производство была проведена систематизация известных защитных покрытий и выявлены основные требования, предъявляемые к ним.

В целом, защитные покрытия представляют собой смесь компонентов: наполнителя и связующего. В качестве наполнителя используют различные вещества, которые и предопределяют защитные свойства покрытий. В качестве связующего вещества используют воду, жидкое стекло и различные крема, масла и растворители.

Систематизация защитных покрытии была проведена по характеру связующего (масла и растворители огнеопасны и их пары вредны) и по некоторым свойствам наполнителя (образующие вредную высокодисперсную пыль).

Защитные покрытия должны удовлетворять ряду требований, наиболее важные из которых - предельно допустимая концентрация выделений газа и пыли и пожаробезопасность (рис. 14).

Требуют вентиляции 7,8

1. Условия приготовления защитных покрытий

Не требуют вентиляции 1АЗА5.б,9,10,11,ПП

Выше, чем при сварке без покрытия

6,7,8

2. Выделение вредных веществ (при нанесении на ОШЗ)

Возможно 7,8

Ниже, чем при сварке без покрытия 1,23,4,3,9,10,11.ПП

3. Воспламенение при сварке

Выше, чем при сварке без покрытия 3,4,5,6,7,8,9,10

Невозможно 1,2,3,4,5,6,9,10, И ,ПП

4. Выделение вредных веществ (при попадании на свариваемые кромки)

Выше, чем при сварке без покрытия

Ниже, чем при сварке без покрытия 1,2,11,ПП

5. Наличие трудноудалимых брызг

Ниже, чем при сварке без покрытия Все покрытия

Рис. 14. Систематизация покрытий

При одновременном присутствии в воздушной среде нескольких вредных веществ, обладающих однонаправленным действием, должно соблюдаться условие

С,/ПЖ,Ч<:2/ПДК2^зЛТДКз+...+ С,ДТДКп<1, (4)

г д Сь Сг, Сэ,Сп - е с к и е концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны, мг/м3; ПДК|, ПДК2, ПДК3,..., ПДКп - предельно допустимые концентрации этих веществ в воздухе рабочей зоны.

В соответствии с данной закономерностью были рассчитаны численные значения условий безопасности выделения вредных веществ (таблица 4) и по приведенным значениям видно, что наиболее безопасно новое предлагаемое покрытие.

Таблица 4

Численные характеристики и критерии безопасности покрытий

Покры- Условия Условие Воспламене- Условие Количество

тие приготовле- безопасно- ние при свар- безопасно- трудноуда-

ния защит- сти ке сти лимых

ных покры- (выделение (+ — возмож- (выделение брызг,%

тии (+-требуют вредных веществ но, - - невоз- вредных веществ

вентиляции, при нане- можно) при попа-

- — не тре- сении на дании на

буют вентиляции) ОШЗ) свариваемые кромки)

БП 4,5 4,5 4,52

1 + 3,98 + 4,2 1,2

2 + 3,84 + 4,02 1,243

3 - 4,3 - 5,82 1,308

4 - 3,6 - "5,43 1,345

5 - 4,08 - 5,8 1,39

6 - 5,7 - 7,9 1,45

7 + 6,4 - 8,2 1,48

8 + 7,5 - 8,2 1,81

9 - 3,92 - 5,25 0,98

10 - 4,9 - 6,3 3,45

11 - 2,1 - 3,6 1,178

ПИ - 1,74 - 2,2 1

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой изложены научно обоснованные технические и технологические решения по разработке защитных покрытий от брызг расплавленного металла, обеспечивающих безопасные условия труда и необходимую прочность сварных конструкций при производстве горно-шахтного оборудования.

Основные научные и практические результаты работы:

1. Вопросы производительности и качества в современном производстве горных машин представляют инженерную задачу и имеют множество решений. Наиболее сложной проблемой является гуманизация сварочного производства горного оборудования : создание безвредных, безопасных условий для человека. Положительное решение проблемы может быть найдено при комплексном изучении системы: сваршик - сварочное оборудование - свариваемый узел (зона сварки) - рабочая среда, ее внутренних и внешних связей, возникающих между элементами системы, а также помех, препятствуюших их осушествлению. Применение покрытий для зашиты сварных конструкций горных машин и комплексов делает возможным выполнение всех основных требований безопасности и технологичности при проведении горных и сварочных работ.

2. Установлено, что наибольший диаметр взаимодействия образуют капли расплавленного металла с поверхностью, обработанной наждачным кругом, наименьший - с поверхностью, обработанной зашитным покрытием. Наибольшее количество трудноудаляемых капель наблюдается на поверхности, обработанной наждачным кругом.

3. Анализ микроструктур в зоне контакта капли с поверхностью показал, что при наиболее прочном их сцеплении, когда взаимодействие осушествляется за счет самодиффузии поверхностных атомов капли и поверхности в зоне контакта, усилие среза достигает 500 Н/мм2. При этом происходит диффузионное перераспределение углерода в основном металле в зоне контакта. При менее прочном, когда окислы на поверхности изделия сплавляются с окислами на поверхности капли, -до 40 Н/мм2. На прочность сцепления влияют интенсивность процесса теплоотво-да, энергетическое содержание капли, ударное давление в момент контакта и наличие окислов на поверхности. При тех же значениях интенсивности и ударного давления, но низком теплосодержании усилие среза составляет 60-300 Н/мм2, так как замедляются процессы диффузии.

4. Анализ микроструктур показал, что в месте контакта капли с поверхностью изделия образуется зона концентрации напряжений и очаг распространения коррозии. Эти явления снижают прочность и долговечность сварных конструкций горного оборудования, работаюшего при больших нагрузках и в условиях химически активных вод.

5. Для зашиты организма рабочего от вредного воздействия вибрации применяются различные методы и средства индивидуальной и коллективной зашиты, однако наиболее эффективным является устранение вибрации как явления. Поэтому нанесение зашитного покрытия при сварке, снижаюшее налипание брызг металла на изделие, можно рассматривать как наиболее радикальное и экономичное средство в борьбе с вредом, наносимым вибрацией.

6. Результаты исследований газопылевыделений в зоне дыхания сварщика при сварке в СО2 с применением защитных покрытий показало, что при сварке по защитным покрытиям, нанесенным по всей поверхности образца, количество выделяющихся вредных веществ на 10 - 15 % больше, чем при сварке образцов с защитными покрытиями, нанесенными на околошовную зону. С увеличением сварочного тока выделение пыли, оксида углерода и сварочных аэрозолей

уменьшается, а оксида марганца увеличивается. Наибольшее количество вредных веществ выделяют покрытия типа №№ 3-10, когда превышение предельно допустимых концентраций достигает пределов 10 - 100 %. Покрытия № 1, № 2, № 11, № 12 выделяют вредных веществ на 10-70 % меньше ПДК.

7. Разработана методика расчета экономической эффективности сварки с применением защитных покрытий с учетом социальных факторов.

8. Проведена систематизация ряда известных защитных покрытий, выявлены основные требования, предъявляемые к ним, и сделан анализ соответствия покрытий этим требованиям.

9. Разработан, запатентован и внедрен состав нового защитного покрытия. Установлено, что разработанный состав защитного покрытия является наиболее безопасным и технологичным. Экономический эффект от внедрения покрытия на Юргинском заводе горно-шахтного оборудования и ЗАО «Сибтензоприбор» г. Топки составил 16,5 тысяч рублей в год на один сварочный пост.

Основные положения диссертации изложены в следующих публикациях:

1. Гришагин В.М., Томас К.И., Сапожков СБ. Защитные покрытия при сварке в ССЬ как средство снижения воздействия на организм работающих вредных производственных факторов // Труды 13 научно-практической конференции, посвященной 100-летию начала учебных занятий в ТПУ. Юрга. - 2000.

- С. 59.

2. Гришагин В.М. К вопросу о влиянии защитных покрытий, применяемых при сварке в СОг, на санитарно-гигиенические условия производства. // Сборник трудов международного конгресса «Производство. Технология. Экология». МГТУ «Станкин». Москва. - 2000. - С. 103-108. (Обзор)

3. Гришагин В.М., Федько В.Т., Сапожков СБ. Некоторые проблемы охраны труда и экологии в сварочном производстве. // Труды 4 международной научно-практической конференции «Экономика природопользования и природоохраны». Приволжский Дом знаний. Пенза. - 2001. - С. 156-160.

4. Гришагин В.М., Шевченко Л.А. Вредные производственные факторы при производстве сварки. // Вестник КузГТУ. - № 4. - 2001. - С. 84-86.

5. Гришагин В.М., Федько В.Т., Сапожков СБ. Санитарно-гигиенические условия сварочного производства и их влияние на организм человека. // Безопасность жизнедеятельности. - 2001. - № 10. - С. 25-35.

6. Гришагин В.М. Роль защитного покрытия от брызг металла при сварке в нейтрализации вредных вибраций. // Международный конгресс «ПРОТЭК-2001». Москва.-2001 -Т. 1.-С. 148-152.

7. Гришагин В.М. Защитные покрытия от брызг металла при сварке как средство устранения вредных вибрационных воздействий. // Сборник материалов 4 Международной научно-практической конференции «Экология и жизнь».

- Пенза. - 2001. - 4.2. - С. 64-67.

8. Гришагин В.М., Шевченко Л.Л. Пути устранения вибрации, возникающей при зачистке сварных соединений от брызг расплавленного металла. // Вестник КузГТУ. - 2002. - № 4. - С. 92-96.

9. Гришагин В.М., Сапожков СБ. Влияние защитных покрытий на газопы-левыделения в зоне дыхания сварщика при сварке в СО2. // Сборник трудов Международной конференции» ПРОТЭК-2002». Москва. - 2002. - Т.1. - С 185191.

10. Гришагин В.М. Природа и виды вредных производственных факторов, возникающих в процессе удаления брызг металла после сварки. // Сборник статей 2 всероссийской научно-практической конференции «Инновации в машиностроении». - Пенза. - 2002. - С. 249-251.

11. Гришагин В.М. Вибрация как вредный производственный фактор. // Сборник трудов Всероссийской научно-практической конференции «Прогрессивные технологии и экономика в машиностроении». - Юрга. - 2003. - С. 310311.

12. Гришагин В.М. Об исследовании вибрационной опасности спектральными и дозиметрическими методами. // Сборник трудов Международной научно-практической конференции МГТУ «Станкин». - 2003. - С. 12-13.

13. Гришагин В.М., Федько В.Т. Влияние вибрации, возникающей при зачистке сварных изделий от брызг металла, на организм человека. // Безопасность жизнедеятельности. - 2003.- № 12. - С. 8-10.

14. Решение о выдаче патента на изобретение (РФ). Заявка № 2003120844/02 (022021) от 07.07.2003. Покрытие для защиты поверхности от брызг расплавленного металла при дуговой сварке плавлением. Федько В.Т., Сапожков СБ., Зернин Е.А., Гришагин В.М.

15. Федько В.Т., Сапожков СБ., Зернин Е.А., Гришагин ВМ. Анализ соответствия покрытий, применяемых для защиты горно-шахтного оборудования от брызг расплавленного металла при сварке в углекислом газе, достаточной эффективной термостойкости. // Сборник трудов Всероссийской научно-практической конференции «Прогрессивные технологии и экономика в машиностроении». - Юрга. - 2004. - С 28.

16. Федько В.Т., Сапожков СБ., Зернин ЕЛ., Гришагин В.М. Методика определения номинальной толщины защитного покрытия от брызг расплавленного металла при изготовлении горно-шахтного оборудования сваркой в углекислом газе. // Сборник трудов Всероссийской научно-практической конференции «Прогрессивные технологии и экономика в машиностроении». - Юрга. -2004. - С. 25-26.

17. Федько В.Т., Сапожков СБ., Зернин Е.А., Гришагин В.М. Набрызгива-ние расплавленного металла при многопроходной сварке в углекислом газе узлов горно-шахтного оборудования. // Сборник трудов Всероссийской научно-практической конференции «Прогрессивные технологии и экономика в машиностроении». - Юрга. - 2004. - С. 27.

18. Федько В.Т., Зернин Е.А., Соколов П.Д., Гришагин В.М. Разработка состава защитного покрытия, применяемого при дуговой сварке плавлением, на основе проведения многофакторного эксперимента // Сборник трудов Всероссийской научно-практической конференции «Прогрессивные технологии и экономика в машиностроении». - Юрга. — 2004. - С 29-30. / /1

Подписано к печати 5.05.2004 г. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Плоская печать. Усл. печ. л. 1,28 Уч. - изд. л. 1,16 Тираж 80 экз. Заказ 187

ИПЛ ЮТИ ТПУ. Лицензия ПЛД № 44-55 от 04.12.97 Ризограф ЮТИ ТПУ. 652050, Юрга, ул. Московская, 17

»12124

ВВЕДЕНИЕ

ОГЛАВЛЕНИЕ

Глава 1. Анализ вредных и опасных факторов возникающих при сборкесварке горно-шахтного оборудования.

1.1. Характеристика негативных производственных факторов.

1.2. Некоторые комплексные методы гуманизации условий труда сварщика горно-шахтного оборудования.

1.3. Влияние процесса разбрызгивания при сварке в С02 на изменение условий труда сборочно-сварочного производства.

1.4. Цель и задачи исследования.

Глава 2. Исследование процессов вибрации, возникающих при зачистке сварных конструкций горных машин и комплексов от брызг металла, и их влияние на организм человека.

2.1. Природа и причины воздействия вибрационных процессов в аспекте их влияния на организм человека.

2.2. Исследование физических характеристик вибрации.

2.3. Методика определения параметров вибрации при зачистке брызг расплавленного метала.

2.4. Особенности взаимодействия капель расплавленного металла с поверхностью свариваемого изделия.

2.5. Исследование влияния защитных покрытий на снижение вредного вибрационного воздействия.

Выводы по главе 2.

Глава 3. Анализ соответствия свойств защитных покрытий предъявляемым требованиям.

3.1. Влияние защитных покрытий на газопылевыделения в зоне дыхания сварщика при сварке в С02.

3.2. Анализ соответствия защитных покрытий достаточной эффективной термостойкости.

3.3. Анализ соответствия защитных покрытий достаточной смачиваемости поверхности свариваемых изделий.

3.4. Влияние защитных покрытий на разбрызгивание электродного металла при сварке в СО2.

Выводы по главе 3.

Глава 4. Практическая ценность и реализация результатов исследований.

4.1. Разработка нового состава защитного покрытия и исследование его свойств.

4.2. Методика определения толщины покрытия для защиты поверхности сварного изделия от капель (брызг) расплавленного металла.

4.3. Методика нормирования расхода покрытий для защиты поверхности свариваемого изделия от брызг расплавленного металла.

4.4. Технология приготовления и применения защитных покрытий.

4.5. Методика расчета экономической эффективности сварки с применением защитных покрытий с учетом социальных факторов.

4.6. Систематизация защитных покрытий по безопасности.

Основные результаты работы.

Механизированная сварка в углекислом газе является одним из самых высокопроизводительных способов, применяемых при изготовлении горных машин и комплексов. Однако, как известно, имеет существенный недостаток - повышенное разбрызгивание металла и связанное с ним набрызгивание поверхности свариваемых деталей, сборочно-сварочных приспособлений и деталей сварочной аппаратуры. Приваренные брызги металла на деталях горно-шахтного оборудования являются концентраторами напряжений и очагами распространения коррозии, что значительно снижает прочность и долговечность секций механизированной крепи и других узлов, обеспечивающих безопасность горных работ. Наличие набрызгивания требует последующей операции очистки изделий от прилипших брызг расплавленного металла с помощью виброинструмента, что значительно ухудшает санитарно - гигиенические условия производства горно-шахтного оборудования.

Применение виброинструмента связано с наличием таких вредных производственных факторов, как вибрация, шум и пыль. При действии на руки работающих местной (локальной) вибрации (вибрирующий инструмент) происходит нарушение чувствительности кожи, окостенение сухожилий, потеря упругости кровеносных сосудов и чувствительности нервных волокон, отложение солей в суставах кистей рук и пальцев и другие негативные явления. Длительное воздействие вибрации приводит к профессиональному заболеванию - вибрационной болезни, эффективное лечение которой возможно лишь на начальной стадии ее развития.

Как известно, при длительном воздействии шума на организм человека происходят нежелательные явления: снижается острота слуха, зрения, повышается кровяное давление, понижается внимание. Сильный продолжительный шум может быть причиной функциональных изменений сердечно-сосудистой и нервной систем.

Пыль, попадая в организм человека, оказывает фиброгенное воздействие, заключающееся в раздражении слизистых оболочек дыхательных путей. При длительном вдыхании пыли возникают профессиональные заболевания легких - пневмокониозы, силикозы.

При совместном действии вибрации, шума и пыли наблюдается взаимное усиление эффекта в результате его суммации.

Способы защиты свариваемых изделий от брызг расплавленного металла в общем характеризуется тем, что поверхность металла, подлежащего сварке, покрывается защитным слоем в виде раствора веществ, высыхающего перед сваркой и препятствующего прилипанию брызг к основному металлу.

Для защиты поверхности свариваемых изделий от брызг расплавленного металла применяют различные составы покрытий. Известно, что некоторые из них ухудшают санитарно - гигиенические условия работы, в частности, вследствие выделения вредных веществ в воздух рабочей зоны. Однако достаточно широких исследований о влиянии защитных покрытий на условия труда не было проведено, хотя покрытия используют в производстве.

Целью данной работы является исследование влияния применяемых защитных покрытий на изменение санитарно - гигиенической обстановки производства и разработка нового покрытия, максимально соответствующего требованиям экологической безопасности, а также экономическим и технологическим нормам.

Для достижения поставленной цели необходимо провести анализ условий труда при сборке-сварке горно-шахтного оборудования с применением механизированной сварки в углекислом газе; исследовать процессы вибрации, возникающие при зачистке сварных изделий от брызг металла и их влияние на организм человека; исследовать свойства защитных покрытий и их влияние на санитарно - гигиенические характеристики процесса сварки; разработать санитарно - гигиенические и технико - экономические показатели применения защитных покрытий при сварке в С02; разработать научно обоснованные и экспериментально подтвержденные рекомендации по выбору гигиенически допустимого и экономически обоснованного типа защитных покрытий, исследовать влияние набрызгивания на снижение прочностных характеристик узлов горно-шахтного оборудования. Степень новизны работы:

• в обосновании использования защитных покрытий от брызг расплавленного металла в качестве средства, снижающего образование зон структуры стали с низким содержанием углерода.

• в установлении зависимости снижения уровня параметров вибрации, и как следствие, предотвращении развития виброболезни от применения защитных покрытий в сочетании с частотой вибрации, диаметром капли и состоянием поверхности изделия.

• в разработке состава нового защитного покрытия, максимально обеспечивающего поддержание предельно допустимых концентраций вредных веществ в воздухе рабочей зоны и соответствующего требованиям технологии сварки конструкций горных машин.

• в определении признаков систематизации защитных покрытий по степени загрязнения воздуха рабочей зоны и пожаробезопасности.

Работа состоит из четырех глав.

В первой главе дан критический анализ условий труда сварщика горно-шахтного производства и особенности этих условий при механизированной сварке в С02, показаны применяемые меры борьбы с разбрызгиванием и набрызгванием. Сформулированы цель и задачи исследования.

Во второй главе изложены результаты теоретических и экспериментальных исследований параметров вибрации и их влияние на организм человека. А также освещается суммированное воздействие вибрации, шума и запыленности как сопутствующих вредных факторов при операции удаления брызг механическим способом.

В третьей главе проведен анализ соответствия свойств защитных покрытий предъявляемым требованиям. Из ряда защитных покрытий определены наиболее эффективные с точки зрения требований, предъявляемых в первой главе, которые послужили прототипом разработанного экологически безопасного покрытия.

В четвертой главе представлены практические результаты исследований и пути их реализации. Показаны результаты по разработке нового состава покрытия и исследованию его свойств. Приведены нормативные параметры оптимальной модели нанесения покрытий на защищаемую область.

Соавторы совместных работ не возражают против использования этих материалов в диссертационной работе Гришагина В.М., представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальностям 05.26.01 «Охрана труда (отрасль горная) » и 05.03.06. «Технологии и машины сварочного производства». s

Основные результаты работы.

1. Вопросы производительности и качества в современном производстве горных машин представляют инженерную задачу и имеют множество решений. Наиболее сложной проблемой является гуманизация сварочного производства горного оборудования- создание безвредных, безопасных условий для человека. Положительное решение проблемы может быть найдено при комплексном изучении системы сварщик -сварочное оборудование - свариваемый узел (зона сварки) - рабочая среда, ее внутренних и внешних связей, возникающих между элементами системы, а также помех, препятствующих их осуществлению. Применение покрытий для защиты сварных конструкций горных машин и комплексов делает возможным выполнение всех основных требований безопасности и технологичности при проведении горных и сварочных работ.

2. Установлено, что меньший диаметр взаимодействия образуют капли расплавленного металла с поверхностью, обработанной наждачным кругом, и наибольшую - с поверхностью в состоянии поставки. Наибольшее количество трудно-удолимых капель наблюдается на поверхности, обработанной наждачным кругом.

3. Анализ микроструктур в зоне контакта капли с поверхностью показал, что при наиболее прочном их сцеплении, когда взаимодействие осуществляется за счет самодиффузии поверхностных атомов капли и поверхности в зоне контакта, усилие среза достигает 500 Н/мм . При этом происходит диффузионное перераспределение углерода в основном металле в зоне контакта. При менее прочном, когда окислы на поверхности изделия сплавляются с окислами на поверхности капли, -до 40 Н/мм2. На прочность сцепления влияют интенсивность процесса теплоотвода, энергетическое содержание капли, ударное давление в момент контакта и наличие окислов на поверхности. При тех же значениях интенсивности и ударного давления, но низком теплосодержании усилие среза составляет 60-300 Н/мм , так как замедляются процессы диффузии.

4. Анализ микроструктур показал, что в месте контакта капли с поверхностью изделия образуется зона концентрации напряжений и очаг распространения коррозии. Эти явления снижают прочность и долговечность сварных конструкций горного оборудования работающего при больших нагрузках и в условиях химически активных вод.

5. Для защиты организма рабочего от вредного воздействия вибрации применяются различные методы и средства индивидуальной и коллективной защиты, однако наиболее эффективным является устранение вибрации как явления. Поэтому, нанесение защитного покрытия при сварке, исключающее налипание брызг металла на изделие, можно рассматривать как наиболее радикальное и экономичное средство в борьбе с вредом наносимым вибрацией.

6. Результаты исследований газопылевыделений в зоне дыхания сварщика при сварке в С02 с применением защитных покрытий показало, что при сварке по защитным покрытиям, нанесенным по всей поверхности образца, количество выделяющихся вредных веществ на 10 - 15 % больше, чем при сварке образцов с защитными покрытиями, нанесенными на околошовную зону, с увеличением сварочного тока выделение пыли, оксида углерода и сварочных аэрозолей уменьшается, а оксида марганца увеличивается. Наибольшее количество вредных веществ выделяют покрытия типа №№ 3-10, когда превышение предельно допустимых концентраций достигает пределов 10 - 100 %. Покрытия № 1, № 2, № 11, № 12 выделяют вредных веществ на 10-70 % меньше ПДК.

7. Разработана методика расчета экономической эффективности сварки с применением защитных покрытий с учетом социальных факторов.

8. Проведена систематизация ряда известных защитных покрытий, выявлены основные требования, предъявляемые к ним, и сделан анализ соответствия покрытий этим требованиям.

9. Разработан, запатентован и внедрен состав нового защитного покрытия . Установлено, что разработанный состав защитного покрытия является наиболее безопасным и технологичным. Экономический эффект от внедрения покрытия на Юргинском заводе горно-шахтного оборудования составил 9 тысяч рублей в год на один сварочный пост.

1. Расчет и конструирование гидропривода механизированных крепей. / Под общ. ред. Ю. Ф. Пономаренко. М.: Машиностроение, 1981.

2. Орлов А.А., Баранов С.Г., Мышляев Б.К. Крепление и управление кровлей в комплексно-механизированных очистных забоях. М.: Недра, 1993.

3. Белов С.В. Безопасность производственных процессов. Справочник. М.: Машиностроение, 1985. 448 с.

4. Акулов А.И., Бельчук Г.А., Демянцевич В.П. Технология и оборудование сварки плавлением. М.: Машиностроение, 1977. 432 с.

5. Походня И.К. Газы в сварных швах. М.: Машиностроение, 1972. 352 с.

6. Елисеев О.В. Биологическое действие и гигиеническое значение атмосферных загрязнений. М.: 1966. 264 с.

7. Артамонова В.Г., Шаталова Н.Н. Профессиональные болезни. М.: Медицина, 1988.

8. Каховский Н.И. и др. Технология механизированной дуговой и электрошлаковой сварки. М.: Высшая школа, 1972. 368 с.

9. Папаев С.Т. Охрана труда. М.: Издательство стандартов, 1988. 240 с.

10. Ильницкая А.В., Сыромятников Ю.П. Прогнозирование состояния здоровья и профилактика профзаболеваний при плазменной технологии. // Сварочное производство. 1994. - № 8. - С. 15-17.

11. Малышев Б.Д. и др. Сварка и резка в промышленном строительстве. М.: Стройиздат. 1989. - Т.2. - С. 400.

12. Китаев A.M., Китаев Я.А. Дуговая сварка. М.: Машиностроение, 1983. 272 с.

13. Кукин П.П. и др. Безопасность технологических процессов и производств. Охрана труда. М.: Высшая школа, 1999, 318 с.

14. Ланкин Ю.Н. Акустическая эмиссия сварочной дуги. // Автоматическая сварка. 2001. - №2. - С. 25-31.

15. Пыкин Ю.А., Анахов С.В. Факторы снижения шумов при работе плазменного оборудования. // Сварочное производство. 1996г. - № 4. - С. 2627.

16. Откидач Jl.Г. Шумопоглащающие устройства в процессах механизированной плазменной резки. // Сварочное производство. 1993г. - № 3. - С. 2325.

17. Троицкий В.А. и др. Неразрушающий контроль качества сварных конструкций. Киев: Техника, 1986. - 159 с.

18. Козлов В.И. Эргонометрические нормативы при проектировании и организации рабочего места сварщика. // Технология машиностроения. 2000г. -№5. - С. 53-57.

19. Горбач В.Д., Корюкаев Ю.С., Корнюхин Л.М., Морозов Ю.К. Разработка современных средств защиты сварщиков в судостроении. // Сварочное производство. 1995. - №5. - С. 38.

20. Рыбаков В.М., Ширшов Ю.В., Чернавский Д.М. и др. Сварка строительных металлических конструкций. М.: Стройиздат, 1993. 272 с.

21. Никифоров А.С. и др. Справочник молодого газосварщика и газорезчика. М.: Высшая школа, 1990. 239 с.

22. Алексеев Е.К., Мельник В.И. Сварка при строительных и монтажных работах. М.: Издательство литературы по строительству, 1969. 360 с.

23. Коган Э.Э. Охрана труда на тяжелых и вредных производствах (сварочные работы) // Сварочное производство. 1997. - № 10. - С. 49-54.

24. Горбань Л.Н., Метлицкий В.А., Эннан А.А. Условия труда и здоровье сварщиков: современные проблемы и пути их решения. // Сварочное производство. 1995. - №6. - С. 31-32.

25. Глебов А.З., Глебов З.А., Глебов В.А. Оптимизация условий труда на рабочем месте электросварщика. // Сварочное производство. 1994. - № 8. - С. 9-14.

26. Алексеева И.А., Колодин Э.А. Охрана труда и экология в сварочном производстве. Сварочное производство. 1994. - №8. - С. 4-5.

27. Лесенко Г.Г., Паньковский Ю.С., Петров В.Н. Инженерно-технические средства безопасности труда. Киев: Техника. 1986. - 128 с.

28. Елисеев В.И., Никоноров Н.И., Горбань Л.Н., Гвозденко JI.A. К вопросу об аттестации мест сварщиков по гигиене труда // Сварочное производство. -1994. -№8.-С. 19-22.

29. Лонгин Б., Грящук Ф. Разрушение композитных материалов при ударах с малыми скоростями. Пер. с англ. / Под ред. С.С. Григоряна. М.: Наука, 1988.

30. Мазель А.Г. Влияние сил поверхностного натяжения на перенос металла и коэффициент потерь при ручной дуговой сварке. // Сварочное производство. 1960. - №8.-С. 14-15.

31. Заруба И.И. Механизм разбрызгивания металла при дуговой сварке. // Автоматическая сварка. 1970. - №11. - С. 12-16.

32. Заруба И.И. Электрический взрыв как причина разбрызгивания металла. // Автоматическая сварка. 1970. - №3. - С. 14-18.

33. Акулов А.И., Бельчук Г.А., Демянцевич В.П. Технология и оборудование сварки плавлением. М.: Машиностроение, 1977. 432 с.

34. Под ред. Муравья Л.А. Экология и безопасность жизнедеятельности. М.: ЮНИТИ, 2000. 447 с.

35. Федько В.Т., Сапожков С.Б. Покрытия для защиты поверхности свариваемых изделий от брызг при сварке в С02. // Сварочное производство. -1997.-№2.-С. 29-33.

36. Федько В.Т., Попков A.M. Влияние защитных покрытий на санитар-но-гигиенические условия труда при сварке в углекислом газе. // Сварочное производство. 1974. - № 6. - С. 56-58.

37. Томас К.И., Сапожков С.Б., Федько В.Т. Санитарно-гигиенические характеристики защитных покрытий свариваемых изделий. // Технология металлов. 1999. - № 1. - С. 40-44.

38. Вибрации в технике. Т. 6. /Под ред. Фролова К.В. М.: Машиностроение, 1981.-445 с.

39. Кондратьев А.И., Местечкина Н.М. Охрана труда в строительстве. М.: Высшая школа, 1990. 352 с.

40. Федько В. Т. Теория, технология и средства снижения набрызгивания и трудоемкости при сварке в углекислом газе. Томск: Издательство Томского университета, 1998. 432 с.

41. Гришагин В.М. К вопросу о влиянии защитных покрытий, применяемых при сварке в СОг, на санитарно-гигиенические условия производства. Материалы международного конгресса ПРОТЕК 2000. М.: Станкин. 2000. - С. 103-108.

42. Суворов Г.А., Шкаринов Л.Н., Денисов Э.И, Гигиеническое нормирование производственных шумов и вибраций. М.: Медицина, 1984 .

43. Человеческий фактор. Т.2. Под ред. Салвенди Г. М.: Мир, 1991.

44. Raynaud М. Local asphyxia and symmetrical gangrene at the extremities (Trans.), In Selected Monographs., London, New Sydenham Society, 1888 (Original work M. D. Thesis, Paris, 1862.)

45. Loriga G. Pneumatic tools, Occupation and health, Ball Inspect. Larboro., 2, 35-37 (1911).

46. Hamilton A. A study of spastic anemia in the hands of stonecutters, An effect of the air hammer on the hands of stonecutters, Industrial Accidents and Hygiene Series, USDOL Bureau of Labor Statistics, Bulletin 236, No. 19, 1918.

47. Toy/or W., Wasserman D. E., Behrens V., SamueloffS., Reynolds D. Effects of the air hammer on the hand of stonecutters, The limestone quarries of Bedford, Indiana, revisited, British Journal of Industrial Medicine, 41,773 -776 (1984).

48. Taylor W., Pelmear P. L, Eds. Vibration white finger in industry, London, Academic, 1975.

49. Wasserman D. £., Taylor W., Eds. Proceedings of the International Occupational Hand-Arm Vibration Conference, DHEW/NIOSH, Pub. No. 77-170, 1977.

50. Wasserman D. E., Taylor W., Behrens V., Samueloff S., Reynolds D. VWF disease in U. S. workers using pneumatic chipping and grinding hand tools, Epidemiology, Vol. 1, DHHS/NIOSH, Pub. No. 82-118, 1982.

51. Behrens V.\ Taylor W., Wilcox Т., Wasserman D. E., SamueloffS., Reynolds D. Vibration syndrome in chipping and grinding workers, Journal for Occupational Medicine, 26, 765-788 (1984).

52. Матвеев Ю.И. Вибродозиметрия контроль условий труда. М.: Машиностроение, 1989. - С. 7-13.

53. Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий. Санитарные нормы СН 2.2.4/2.1.8.566 96. Информационно - издательский центр Минздрава России.

54. Федько В. Т., Сапожков С. Б. Покрытия для защиты свариваемых изделий от брызг при сварке в СОг- // Сварочное производство. 1997. - № 2. - С. 29-33.

55. Заруба И.И. Факторы, определяющие разбрызгивание металла при сварке с короткими замыканиями. // Автоматическая сварка. 1974. - № 8. - С. 71.

56. Федько В.Т. Исследование, разработка и внедрение комплекса средств снижения набрызгивания и трудоемкости при сварке в углекислом газе: Дис. канд. техн. наук. Киев, 1974. 235 с.

57. Кривень Д.Ю., Ясногорская Э.И. и др. Состав покрытия для защиты поверхности металла от налипания брызг расплавленного металла, авт. св. № 1532251 // Сварочное производство. 1990. - № 6. - С. 44- 47.

58. Павлюк С.К. Применение кремнеорганической жидкости ГКЖ-94 для защиты изделия от брызг при дуговой сварке. // Сварочное производство. -1971.-№5.-С. 37- 39.

59. Кассов В.Д., Катренко В.Т. и др. Состав покрытия для защиты поверхности от налипания брызг расплавленного металла, авт. св. № 1250429. // Сварочное производство. 1987. - № 1. - С. 44 - 46.

60. Походня И.К. Газы в сварных швах. М., Машиностроение, 1972. С256.

61. Горюнов Ю.В. Физико-химические закономерности распространения жидкого металла по твердой металлической поверхности // Успехи химии. Издательство «Наука». 1964. - Т. 23. - С. 1062-1082.

62. Горюнов Ю.В., Сумм Б.Д. Кинетические закономерности растекания ртути по поверхности твердых металлов. // Вестник Московского университета. 1973.-№3.-С. 259-269.

63. Федько В.Т., Томас К.И., Сапожков С.Б. Защита поверхности свариваемого изделия от брызг расплавленного металла при сварке в СОг- // Сварочное производство. 1997. - № 7. - С. 13-16.

64. Fedko V.T., Tomas K.I. and Sapozhkov S.B., Protecting the surfaces of welded components against molten metal splashes in CO2 welding// Welding International. 1998. № 1. S. 58-62.

65. Виноградов Г.В., Малкин А .Я. Реология полимеров. М.: Химия, 1978. -437 с.

66. Карякина М.И., Попцов В. Е. Технология полимерных покрытий. М.: Химия, 1983. 335 с.

67. Энциклопедия полимеров. Т. 1. Москва. 1972. - С. 1140 - 1150.

68. Сапожков С.Б., Разумова С.Ю. Анализ основных направлений в снижении набрызгивания//Тезисы докладов 2-й областной научно-практической конференции молодежи и студентов. Томск: Изд. ТПУ. 1996. - С. 43.

69. ГОСТ 147-74. Топливо твердое. Метод определения высшей теплоты сгорания и вычисление низшей теплоты сгорания. М.: Изд-во стандартов, 1974. 15 с.

70. Федько В.Т., Попков A.M. Влияние защитных покрытий на санитарно гигиенические условия труда при сварке в углекислом газе. // Сварочное производство. - 1974. - № 6. - С. 56-58.

71. Елесеева О.В. Биологическое действие и гигиеническое значение атмосферных загрязнений. Москва. 1966. - С. 188.

72. Попков A.M., Федько В.Т., Ковалев Г.Д. Влияние состояния поверхности свариваемого изделия на набрызгивание и потери электродного металла при сварке в углекислом газе. // Сварочное производство. 1974. - № 8. - С. 2627.

73. Багрянский К.В., Добротина З.А., Хренов К.К. Теория сварочных процессов. Киев: ИО «Вища школа», 1976. С. 140-142.

74. Васильцов Э.Д., Ушаков В.Г. Аппараты для перемешивания жидких сред. Л.: 1979.

75. Вольченко В.Н., Ямпольский В.М., Винокуров В.А. и др. Теория сварочных процессов: Учеб. для вузов по спец. «Оборуд. и технология сварочного производства». / Под ред. В.В. Фролова М.: Высшая школа, 1988. С. 158-159.

76. Горюнов Ю.В. Физико-химические закономерности распространения жидкого металла по твердой металлической поверхности. // Успехи химии. Издательство «Наука». 1964. - Т. 23. - С. 1062-1082.

77. Заявка № 97113298/20(014389) (положительное решение). Устройство для приготовления и хранения эмульсии / Федько В.Т.

78. Михеев М.А., Михеева И.М. Краткий курс теплопередачи: Учеб. для неэнергет. спец. Высш. техн. учебн. заведений. Л.: Госэнергоиздат, 1961. С. 180-182.

79. Политехнический словарь. 2-е изд. / Гл. ред. А.Ю. Имлинский. М.: Советская энциклопедия, 1980.

80. Рыкалин Н.Н. Расчеты тепловых процессов при сварке: Учеб. пособие для машиностроительных вузов. М.: Машгиз., 1951. С. 14-17

81. СТП 406-0409-76. Защита поверхности свариваемых изделий от брызг расплавленного металла. Типовой технологический процесс. Юрга. 1976.

82. Федько В.Т. Тепловое взаимодействие брызг (капель) расплавленного металла с поверхностью деталей при сварке в С02. // Сварочное производство. -1993. -№ 11/12. С. 23-27.

83. Федько В.Т., Есаулов В.Н. Методика расчета экономической эффективности при сварке в С02 с применением защитных покрытий. // Сварочное производство. 1997. - № 10. - С. 18-19.

84. Федько В.Т., Сапожков С.Б. Методика определения толщины покрытия для защиты поверхности свариваемого изделия от брызг расплавленного металла. // Сварочное производство. 1997. - № 7. - С. 15-16.

85. Федько В.Т., Сапожков С.Б. Методика определения толщины покрытия для защиты поверхности сварного изделия от капель (брызг) расплавленного металла. // Десятая научная конференция: Труды. Юрга: Изд. ТПУ. 1997. - С. 75.

86. Федько В.Т., Томас К.И. Методика нормирования расхода покрытий для защиты свариваемого металла от брызг при сварке в С02. // Сварочное производство. 1997. - № 4. - С. 20-22.

87. Федько В.Т., Томас К.И., Сапожков С.Б. Патент № 2117562 (РФ). Состав покрытия для защиты поверхности от налипания брызг расплавленного металла.

88. Fedko V.T., Sapozhkov S.B. Method of determining the thickness of the coating for protecting the surface of welded components against molten metal splashes // Welding International. 1998. № 12. S. 60-62.

89. Химическая энциклопедия: В 5 т. Т. 3: Мед Пол/ X 46 Редкол.: Кнунянц И.Л. (гл. ред.) и др. - М.: Большая Российская Энцикл. - 1992. - С. 323-324.

90. Кубашевский О., Гопкинс Б. Окисление металлов и сплавов. М.-.Металлургия, 1965. 425 с.

91. Походня И.К., Явдощин И.Р. Механизм сцепления шлаковой корки с поверхностью шва. // Автоматическая сварка. 1974. - № 5. - С. 5-9.

92. Гуляев А.П. Металловедение. М.: Металлургия, 1986. 544 с.

93. Лившиц Л.С., Хакимов А.Н. Металловедение сварки и термическая обработка сварных соединений. М.: Машиностроение, 1989. 336 с.

94. Лившиц Б.Г. Металлография. М.: Металлургия, 1990. 236 с.

95. Федько В.Т. Состав покрытия для защиты поверхности от налипания брызг расплавленного металла. А.С. № 923784 СССР // Б.И. 1982. - №16.

96. Евдокимов Н.И., Яковлев В.Ф., Козина Н.А. Композиция для защиты поверхности свариваемых изделий от брызг расплавленного металла: А.С. № 215708 СССР // Б.И. 1968. - № 13.

97. Федько В. Т., Сапожков С. Б. Покрытия для защиты свариваемых изделий от брызг при сварке в С02. // Сварочное производство. 1997. - № 2. -С. 29-33.

98. Федько В. Т., Томас К. И., Сапожков С. Б. Покрытие для защиты поверхности от налипания брызг расплавленного металла: Патент № 2117562 РФ.

99. Федько В. Т., Томас К. И., Сапожков С. Б. Покрытие для защиты поверхности от налипания брызг расплавленного металла: Патент № 2134186 РФ.

100. ИЭС им. Е.О. Патона. Состав покрытия для защиты поверхности от налипания брызг расплавленного металла. // Сварочное производство. 1982. -№ 2. - С. 44 - 46.

101. Верстник Л.Д., Евдокимов К.К. и др. Покрытие для защиты металлической поверхности от брызг расплавленного металла: А.С. № 273350 СССР // Б.И. 1970. -№20.

102. Райский Е.Е. Состав противосварочного покрытия: А.С. № СССР // Б.И. 1980.-№41.

103. Федько В. Т., Сапожков С. Б. Покрытия для защиты свариваемых изделий от брызг при сварке в СОг- Н Сварочное производство. 1997. - № 2. - С. 29-33.

104. Самойлов М.И., Смирнов В.А. и др. Покрытие для защиты поверхности от брызг расплавленного металла: А.С. № 280209 СССР // Б.И. 1970. - № 27.