Исследовательская работа по физике "ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СВАРОЧНЫХ РАБОТ"

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «КАМЕНСКИЙ ТЕХНИКУМ СТРОИТЕЛЬСТВА И АВТОСЕРВИСА» РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ РЕФЕРАТ «ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ  СВАРОЧНЫХ РАБОТ» Выполнил обучающийся группы  13 Алексеев Михаил Александрович Руководитель, осуществляющий подготовку обучающегося к участию в конкурсе: Семиколенова Наталья Анатольевна г. Каменск­Шахтинский 2017 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………....… 3 1 2 3 4 ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ……….....….. КЛАССИФИКАЦИЯ СВАРКИ МЕТАЛЛОВ…………………...…. ВОЗДЕЙСТВИЕ СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА НА  ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ …………..........……………………....... ИДЕНТИФИКАЦИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ АСПЕКТОВ И  ВОЗДЕЙСТВИЙ…………………………………………………......... 3 4 6 7 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ………………………………………………….....… 9 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ……………...… 10 ПРИЛОЖЕНИЯ  .................................................................................. 11 3 ВВЕДЕНИЕ Большие технологические возможности сварки обеспечили ее широкое применение   в машиностроении, ракетостроении, атомной энергетике и так далее. Без сварки металлов не обходится ни один производственный процесс. Строительство   и   реконструкцию   искусственных   сооружений   также невозможно представить без проведения сварочных работ  Развитие   промышленности   поставило   перед   человечеством   острую  охраны окружающей среды и, в частности, защиты атмосферы от проблему  загрязнения промышленными выбросами вредных веществ. ‒ Обучаясь санитарно­технических, вентиляционных систем и оборудования» темой своего реферата я выбрал «Экологические аспекты сварочных работ».   профессии   «Монтажник   Цели данной работы: выявить отрицательные воздействия сварочных  работ, способы их минимизации. Для этого необходимо решить задачи:  Описать процесс образования электрической дуги;  Классифицировать виды сварки металлов;  Определить воздействие сварочных работ на окружающую среду;  Способы и методы снижения вредного воздействия сварки. 1 ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА Электрическая   дуга  (Вольтова   дуга,  Дуговой   разряд) ­   физическое явление, один из видов электрического разряда в газе. Впервые была описана в  1802  году  русским   учёным  В.  Петровым  в   книге  «Известие   о   гальвани­ вольтовских  опытах   посредством  огромной  батареи,  состоявшей  иногда  из 4200 медных и цинковых кружков» (Санкт­Петербург, 1803). Электрическая дуга   является   частным   случаем   четвёртой   формы   состояния   вещества ­ плазмы ­ и состоит из ионизированного, электрически квазинейтрального газа. Присутствие свободных электрических зарядов обеспечивает проводимость электрической дуги. Электрическая   дуга   между   двумя   электродами   в   воздухе   при атмосферном   давлении  образуется   следующим   образом:При   увеличении напряжения между двумя электродами до определённого уровня в воздухе между   электродами   возникает  электрический   пробой.   Напряжение электрического пробоя зависит от расстояния между электродами и других факторов.   Потенциал   ионизации   первого   электрона   атомов   металлов составляет приблизительно 4,5 ­ 5 В, а напряжение дугообразования ­ в два раза больше (9 ­ 10 В). Требуется затратить энергию на выход электрона из 4 атома металла одного электрода и на ионизацию атома второго электрода. Процесс приводит к образованию плазмы между электродами и горению дуги (для сравнения: минимальное напряжение для образования искрового разряда немногим превышает потенциал выхода электрона ­ до 6 В). Для   инициирования   пробоя   при   имеющемся   напряжении   электроды приближают   друг   к   другу.   Во   время   пробоя   между   электродами   обычно возникает  искровой   разряд,   импульсно   замыкая  электрическую   цепь. Электроны  в   искровых   разрядах  ионизируют  молекулы   в   воздушном промежутке   между   электродами.   При   достаточной   мощности   источника напряжения   в   воздушном   промежутке   образуется   достаточное   количество плазмы   для   значительного  падения  напряжения   пробоя   или  сопротивления воздушного   промежутка.   При   этом   искровые   разряды   превращаются   в дуговой   разряд —   плазменный   шнур   между   электродами,   являющийся плазменным  тоннелем. Возникающая дуга является, по сути, проводником и замыкает электрическую цепь между электродами. В результате средний ток увеличивается   ещё   больше,   нагревая   дугу   до   5000–50000 K.   При   этом считается,   что  поджиг   дуги  завершён.   После   поджига   устойчивое   горение дуги   обеспечивается   термоэлектронной   эмиссией   с  катода,   разогреваемого током и ионной бомбардировкой. В заимодействие электродов с плазмой дуги приводит к их нагреву, частичному расплавлению, испарению, окислению и другим видам коррозии. После поджига дуга может оставаться устойчивой при   разведении   электрических   контактов   до   некоторого   расстояния. Классификация газовых разрядов осуществляется по физическим процессам, по форме тока, и давлению рабочего газа (см. Приложение 1). 2 КЛАССИФИКАЦИЯ СВАРКИ МЕТАЛЛОВ Сварка   –   процесс   получения   неразъёмного   соединения   посредством установления   межатомных   связей   между   свариваемыми   частями   при   их местном   или   общем   нагреве,   или   пластическом   деформировании,   или совместном действии того и другого. Обычно применяется для соединения металлов, их сплавов или термопластов, а также в медицине. Для производства сварки используются различные источники энергии: электрическая   дуга,   газовое   пламя,   лазерное   излучение,   электронный   луч, трение,   ультразвук.   Развитие   технологий   позволяет   в   настоящее   время осуществлять   сварку   не   только   на   промышленных   предприятиях,   но   и   на открытом   воздухе,   под   водой   и   даже   в   космосе.   ГОСТ   19521­74 устанавливает   классификацию   сварки   металлов   по   основным   физическим, техническим и технологическим признакам. 5 Физические признаки, в зависимости от формы энергии, используемой для образования сварного соединения, подразделяются на три класса: Термический   класс:   виды   сварки,   осуществляемые   плавлением   с использованием тепловой энергии. Термомеханический класс: виды сварки, осуществляемые   с   использованием   тепловой   энергии   и   давления. Механический   класс:   виды   сварки,   осуществляемые   с   использованием механической   энергии   и   давления.   К   техническим   признакам   относятся: способ   защиты   металла   в   зоне   сварки,   непрерывность   сварки,   степень механизации сварки. Технологические признаки установлены ГОСТ 19521­74 для каждого способа сварки отдельно. Электродуговая сварка. Источником теплоты является электрическая дуга,   возникающая   между   торцом   электрода   и   свариваемым   изделием   при протекании   сварочного   тока   в   результате   замыкания   внешней   цепи электросварочного аппарата. Сопротивление электрической дуги больше, чем сопротивление   сварочного   электрода   и   проводов,   поэтому   б льшая   часть тепловой   энергии   электрического   тока   выделяется   именно   в   плазму электрической   дуги.   Этот   постоянный   приток   тепловой   энергии поддерживает плазму (электрическую дугу) от распада. оо Выделяющееся   тепло   (в   том   числе   за   счёт   теплового   излучения   из плазмы)  нагревает  торец  электрода  и  оплавляет  свариваемые  поверхности, что приводит к образованию сварочной ванны – объёма жидкого металла. В процессе остывания и кристаллизации сварочной ванны образуется сварное соединение.  Основными разновидностями электродуговой сварки являются: ручная дуговая   сварка,   сварка   неплавящимся   электродом,   сварка   плавящимся электродом, сварка под флюсом, электрошлаковая сварка [1]. Сварка   неплавящимся   электродом.   В   качестве   электрода используется   стержень,   изготовленный   из   графита   или   вольфрама, температура   плавления   которых   выше   температуры,   до   которой   они нагреваются при сварке.  Сварка чаще всего проводится в среде защитного газа (аргон, гелий, азот и их смеси) для защиты шва и электрода от влияния атмосферы, а также для устойчивого горения дуги.  Сварку можно проводить как без, так и с присадочным материалом. В качестве   присадочного   материала   используются   металлические   прутки, проволока, полосы [4]. Сварка плавящимся электродом. В качестве электрода используется металлическая   проволока,   к   которой   через   специальное   приспособление (токопроводящий   наконечник)   подводится   ток.   Электрическая   дуга расплавляет проволоку, и для обеспечения постоянной длины дуги проволока подаётся   автоматически   механизмом   подачи   проволоки.   Для   защиты   от атмосферы применяются защитные газы (аргон, гелий, углекислый газ и их 6 смеси), подающиеся из сварочной головки вместе с электродной проволокой. Следует заметить, что углекислый газ является активным газом – при высоких температурах   происходит   его   диссоциация   с   выделением   кислорода. Выделившийся   кислород   окисляет   металл.   В   связи   с   этим   приходится   в сварочную проволоку вводить раскислители (такие, как марганец и кремний). Другим   следствием   влияния   кислорода,   также   связанным   с   окислением, является резкое снижение поверхностного натяжения, что приводит, среди прочего, к более интенсивному разбрызгиванию металла, чем при сварке в аргоне или гелии [2]. Ручная дуговая сварка. Для сварки используют электрод с нанесённым на его поверхность покрытием (обмазкой). При плавлении обмазки образуется защитный слой, отделяющий зону сварки   от   атмосферных   газов   (азота,   кислорода),   и   способствующий легированию   шва,   повышению   стабильности   горения   дуги,   удалению неметаллических включений из металла шва, формированию шва и т. д. В зависимости   от   типа   электрода   и   свариваемых   материалов   электросварка производится постоянным током обеих полярностей или переменным током [5]. 3 ВОЗДЕЙСТВИЕ СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ Сварка   является   одним   из   ведущих   технологических   процессов изготовления металлических конструкций. В   процессе   проведения   сварочных   работ   выделяются   различные примеси, основными из которых являются твердые частицы и газы. Особенно сильное загрязнение воздуха вызывает сварка электродами с качественными покрытиями.   Состав   пыли   и   газов   определяется   содержанием   покрытия   и составом   свариваемого   и   электродного   металла.   Сварочная   пыль представляет собой смесь мельчайших частиц окислов металлов и минералов. Основными   составляющими   являются   окислы   железа  (до  70 %),  марганца, кремния,   хрома,   фтористые   и   другие   соединения.   Наиболее   вредными веществами, входящими в состав покрытия и металла электрода, являются хром, марганец и фтористые соединения. Воздух в рабочей зоне сварщика также загрязняется различными вредными газами: окислами азота, углерода, фтористым водородом и др. При   газовой   резке   металлов   выделяется   сварочный   аэрозоль,  окислы марганца, оксиды хрома, азота и углерода. Удаление вредных газов и пыли из зоны сварки и резки, а также подача чистого   воздуха   обычно   осуществляется   местной   и   общей   вентиляцией. Объем   подаваемого   свежего   воздуха   должен   быть   не   менее   30   м3/ч.   Без вентиляции сварка внутри замкнутых пространств не разрешается. Поэтому, 7 если часовой расход электродов менее 0,2 кг на 1 м3 объема помещения и если концентрация   сварочной   пыли   меньше   предельно   допустимой,  разрешается естественное проветривание помещений.  Если сварка и газовая резка металлов производятся в одном цехе, то при   определении   валового   выброса   той   или   иной   примеси   необходимо суммировать все выделения в том и другом процессах. Расчет   вредных   веществ,   выделяющихся   при   сварке   металлов, определяется из расчета расхода массы электродов. При   проведении   сварочных   работ   образуются   огарки   сварочных электродов в количестве 10­15% от массы использованных электродов. 4 ИДЕНТИФИКАЦИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ АСПЕКТОВ И ВОЗДЕЙСТВИЙ Экологический   аспект   –   элемент   деятельности   организации,   ее продукция или услуги, которые могут оказывать воздействие на окружающую среду [3]. Из всех факторов воздействия электродуговой сварки на окружающую среду и человека наиболее опасными и вредными являются:  Повышенное содержание вредных газов и аэрозолей, выделяющихся при сварке;  Интенсивное инфракрасное (тепловое) излучение свариваемых изделий и сварочной ванны;  Искры, брызги и выбросы расплавленного металла и шлака. Содержание различных вредных газов и аэрозолей  является главным опасным фактором в процессе электродуговой сварки. Сварочный аэрозоль представляет   собой   совокупность   мельчайших   частиц,   образовавшихся   в результате   конденсации   паров   расплавленного   металла,   шлака   и   покрытия электродов.   Состав   сварочного   аэрозоля   зависит   от   состава   сварочных   и свариваемых   материалов   (см.   Приложение   2).   В   силу   своих   мельчайших размеров   (иногда   меньше   1   микрометра)   сварочный   аэрозоль беспрепятственно проникает в глубинные отделы легких (легочные альвеолы) и частично остается в их стенках, вызывая профессиональное заболевание – «пневмокониоз сварщика», а частично всасывается в кровь. Если сварочный аэрозоль   содержит   значительное   количество   марганца,   а   так   бывает   при сварке легированных и нержавеющих сталей качественными электродами, то, распространяясь с кровью по организму, этот чрезвычайно токсичный элемент вызывает   тяжелое   заболевание   –   марганцевую   интоксикацию.   При   этом страдает,   главным   образом,   центральная   нервная   система.   Изменения   в организме   при   марганцевой   интоксикации   необратимы.   Другие   элементы 8 сварочного   аэрозоля,   а   также   так   называемые   сварочные   газы,   обладая сильным раздражающим действием, способны вызвать хронический бронхит. В   последние   годы   установлено,   что   многие   компоненты   сварочного аэрозоля, хоть и не вызывают профессиональных специфических болезней, но при   длительном   воздействии   увеличивают   риск   возникновения   сердечно­ сосудистых   и   онкологических   заболеваний,   а   также   уменьшают продолжительность жизни.  Для снижения содержания вредных газов и аэрозолей, выделяющихся при сварке необходимы:  механизация   и   автоматизация   производственных   процессов,   дистанционное управление ими;  исключение   или   резкое   уменьшения   выделения   вредных   веществ   в   воздух производственных помещений (заменой токсичных веществ нетоксичными); усовершенствование системы вентиляции и ионизации воздуха.  Интенсивное   теплое   излучение.   Спектр   излучения   сварочной   дуги включает   в   себя   диапазон   инфракрасных   волн   (3430–750   нм),   видимый диапазон (750–400 нм) и ультрафиолетовый диапазон (400–180 нм). При этом доля инфракрасных лучей составляет от 30 до 70 % всей энергии излучения дуги.   Именно   инфракрасные   лучи   способны   вызвать   профессиональную катаракту. Видимый свет электрической дуги нестерпимо ярок. Смотреть на него сколько­нибудь долго невозможно, поэтому ни у кого из сварщиков не вызывает сомнения необходимость использования светофильтров. Для снижения вредного воздействия теплового излучения необходимо:  Использование   теплозащитных   экранов   (для   локализации   источников теплового излучения, снижения облученности на рабочих местах, а также для снижения   температуры   поверхностей,   окружающих   рабочее   место).   Часть теплового излучения экраны отражают, а часть поглощают.  Правильная   организация   труда   и   отдыха   работников.   Для   них   нужно устраивать   специальные   места   отдыха   в   помещениях   с   нормальной температурой,   оснащенных   системой   вентиляции   и   снабжения   питьевой водой. Искры, брызги и выбросы расплавленного металла и шлака. Искры и брызги   могут   служить   причиной   ожогов   различной   степени.   Грамотный подбор и применение комплексных средств индивидуальной защиты позволит свести   к   минимуму   риск   поражения   данным   фактором.   Необходимо снабжение   рабочих   куртками,   брюками,   обувью   специальной   конструкции, при которой искры от сварки и горячая окалина не смогут задержаться на их поверхности  долгое время,  попасть  между деталями  одежды или ботинок. Для производства такой одежды нужно использовать хлопковые ткани нового поколения высокой плотности с огнестойкими отделками. 9 Обувь должна обладать жаростойкими и антистатическими свойствами; иметь простые застежки, позволяющие быстро снять обувь в случае аварийной ситуации, связанной с угрозой здоровью работника. Для снижения вредного воздействия теплового излучения необходимо:  использование теплозащитных экранов;  правильная организация труда и отдыха работников. В   целом   для   предотвращения,   снижения   потенциальных неблагоприятных   воздействий   на   природную   среду   и   здоровье   работников участка электродуговой сварки сварочного цеха необходимо:  строгое   соблюдение   требований   законодательства   в   области   охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов;  строгое соблюдение технологии и проектных решений;  строгий производственный контроль за источниками воздействия. 10 ЗАКЛЮЧЕНИЕ Современное   производство   предусматривает   использование   самых разнообразных технологических приемов, связанных с обработкой различных материалов,   монтажом   и   сборкой   изделий.   В   процессе   производства появляются   отрицательные   факторы,   которые   могут   влиять   как непосредственно   на  человека,   осуществляющего   производственный   процесс (например,   электрический   ток,   световые   вспышки,   вращающиеся   части оборудования),   так   и   на   окружающую   среду   (например,   шумы,   пыль, загрязнение воздуха химически активными веществами). Чистый   воздух,   лишенный   пылевидных   и   газообразных   загрязнений, является   недостижимым   идеалом   и   не   встречается   в   природе.   В   воздухе всегда содержатся примеси вследствие постоянного динамического обмена между   атмосферой,   гидросферой   и   литосферой,   а   также   в   результате естественного (природного) загрязнения, в том числе из­за пожаров, пыльных бурь, извержений вулканов. Для   снижения   неблагоприятных   воздействий   на   природную   среду   и здоровье работников необходимо:  строгое   соблюдение   требований   законодательства   в   области   охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов;  строгое соблюдение технологии и проектных решений;  осуществлять контроль за источниками негативного воздействия. Развитие   технологий   требуют   дальнейшего   развития   сварочного производства   и   повышения   его   эффективности,   лучшего   использования материалов,   энергоресурсов,   рабочего   времени   и   оборудования,   широкого применения и   высокопроизводительной технологии. вычислительных машин   робототехники,     Я продолжу знакомство с инновационными методами и средствами не только личной защиты, но и защиты окружающей среды.   11 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. Томас, К. И., Ильященко Д.М. Технология сварочного производства: Учебное пособие. –  Томск: ТПУ, 2011. – 247 с. 2. Ансеров, Ю.М., Дурнев, В.Д. Машиностроение и охрана окружающей среды. – Л.: Машиностроение, 1979. – 512 с. 3. Системы   управления   окружающей   средой.   Требования   и   руководство   к применению: СТБ ИСО 14001. – 2005. – Минск: Госстандарт, 2005. 4. Белмане, И. Системы экологического менеджмента: от теории к практике: руководство   по   внедрению   СЭМ   в   соответствии   с   требованиями Международного стандарта ИСО 14001 / И. Белмане, К. Далхаммар. – Лунд: МИИЭЭ, 2002. – 196 с. 5. Дорожко,   С.В.,   Благовещенская,   Т.С.,   Скуратович,   И.В.   Экологический менеджмент.   Учебное   издание.   Методические   указания   по   выполнению курсовой работы для студентов четвертого курса специальности 1­57 01 02 «Экологический менеджмент и аудит в промышленности». – М.: БНТУ, 2009. – 30с. 12 ПРИЛОЖЕНИЯ Приложение 1 Классификация газовых разрядов По физическим процессам По форме тока По давлению рабочего газа Не самостоятельный Самостоятельный  Постоянный Переменный ВЧ и СВЧ Импульсный Модулированный Высокое  Атмосферное  Низкое  Вакуум й ы н м е Т й ы н н о р о К й ы н ь л а м р о Н й и щ ю е л Т й о в о г у Д й ы н ь л а м о н А й ы н д о б о в С   й о в о р к с И й ы т а ж С 13 Приложение 2 В результате сварочного процесса в воздух выбрасываются различные химические соединения, газы, оксиды металлов 1­ сварочный шов 2­ электрическая дуга 3­ защитный газ 4­ ультрафиолетовое излучение 5­ видимое световое излучение 6­ озоновый щит 14