Анализ производственной безопасности при проектировании технологических процессов нанесения плазменных покрытий

Авторы: Сацик Сергей Павлович

.

Рубрика: Технические науки

Страницы: 41-45

Объём: 0,36

Опубликовано в: «Наука без границ» № 6(34), июнь 2019

Скачать электронную версию журнала

Библиографическое описание: Сацик С.П. Анализ производственной безопасности при проектировании технологических процессов нанесения плазменных покрытий // Наука без границ. 2019. № 6(34). С. 46-50.

Аннотация: В статье приведены рекомендации  по обеспечению производственной безопасности при проектировании технологических процессов нанесения плазменных покрытий. В этой связи реализация предлагаемого комплекса мероприятий по обеспечению производственной безопасности  увеличивает число требований к плазменным установкам и технологиям нового поколения, которые должны носить опережающий характер.

При оценке существующих и проектировании новых технологических процессов нанесения плазменных покрытий необходимо наряду с основными производственными факторами учитывать их влияние на окружающую среду, а также проведение комплекса организационных мероприятий по обеспечению экологической безопасности.

По результатам исследований по определению влияния факторов, формирующих условия труда и экологическую безопасность, можно утверждать, что при различных видах плазменной обработки металлов (резке, напылении, наплавке, плазменно-механической обработке и др.) наряду с общими закономерностями, характерными для плазменного нагрева, имеются и отличительные особенности, связанные с условиями образования сжатой дуги (дуги прямого или косвенного действия) и режимами обработки (мощность сжатой дуги, вид и расход плазмообразующего газа, полярность и др.) [1].

На сегодняшний день широкое применение получил ряд новых образцов плазменных установок блочно-модульного типа, оснащенных автоматизированными системами управления технологическими процессами  и обеспеченных современными средствами защиты от шума, излучения, а также оборудованных эффективными вентиляционными устройствами. Однако при всем этом вопрос о полном удовлетворении всех требований санитарно-гигиенических норм не только остается открытым, но и приобретает все большую значимость и актуальность.

При работе на плазменных установках по сравнению с дуговыми сварочно-наплавочными установками (под слоем флюса, в среде углекислого газа и др.) действие вредных и опасных производственных факторов интенсифицируется. Кроме того, возникает ряд новых вредных факторов, обусловленных физической сущностью образования плазмы и её взаимодействием с окружающей средой [2, 3].

В результате истечения плазменной струи при наплавке износостойких покрытий возникает шум, уровень которого тем выше, чем выше скорость струи. В свою очередь скорость струи зависит от режима наплавки и от расхода плазмообразующего газа. Скорость истечения при плазменной наплавке может достигать 1000 м/с. Суммарный уровень шума в комбинации с ультразвуком на расстоянии 250 мм от плазмотрона составляет 115…130 дБА (нормативное значение уровня шума по ГОСТ 12.1.003 – 83 составляет 85 дБА) с диапазоном высокочастотных и низкочастотных ультразвуковых колебаний порядка 4000…40000 Гц.

Анализ экологического мониторинга и скрининга на предприятиях различных отраслей промышленности показал, что интенсивный высокочастотный шум сохраняет ведущую роль в формировании экологического неблагополучия [4, 5].

Результаты измерений шума при работе плазменных установок различного типа (табл. 1) убедительно иллюстрируют необходимость эффективного укрытия плазмотрона. Помимо шумовых, возникает такая группа факторов (аэрозоль металлов, излучение, озон, окислы азота и др.), воздействие которых выходит за границы установленных норм предельно допустимой концентрации. Причем отягчающим обстоятельством данной группы факторов служит применение широкого спектра порошков, содержащих тяжелые металлы и другие вредные вещества, способные даже при низких, на уровне предельно-допустимых концентрациях, заметно увеличить отрицательное воздействие на иммунологический статус организма [6].

Таблица 1

Результаты измерений уровня звука (шума) при работе плазменных установок

Тип установки

Уровень звука, дБА

Режим работы

Вид укрытия плазмотрона

УПУ-3

121

Ток – 300 А Напряжение – 85 В Сопло – 6 мм

Металлический шкаф без звукопоглощения

УПУ-3Д

124

Ток – 400 А Напряжение – 85 В Сопло – 4,5 мм

Металлический шкаф без звукопоглощения

УПУ-3Д

98

Ток – 400 А Напряжение – 70 В Сопло – 7 мм

Металлический шкаф со звукопоглощающей облицовкой

УПУ-3Д

92

Ток – 400 А Напряжение – 70 В Сопло – 4,0…4,5 мм

Металлический шкаф со звукопоглощением и закрытым проемом

УПУ-3Д

88

Ток – 400 А Напряжение – 70 В Сопло – 4,0…4,5 мм

Закрытая камера

ОПН-11

89

Ток – 400 А Напряжение – 70 В Сопло – 6 мм

Закрытая камера

ОПН-11

81

Ток – 400 А Напряжение – 70 В Сопло – 8 мм

Закрытая камера

15В-Б

84

Ток – 200 А Напряжение – 110 В Сопло – 4 мм

Закрытая камера

УН-108УХЛ4

97

Ток – 160 А Напряжение – 180 В Сопло – 4 мм

Кабина без звукопоглощения

Так, например, плазменная наплавка твердых порошковых сплавов на никелевой и железной основах, содержащих 17…22% меди и 16…20% нитрида бора, сопровождается незначительным пылевыделением в рабочую зону, при этом концентрации пыли находятся в пределах 1,3…1,9 мг/м3. Однако, по данным атомно-спектрального анализа, в составе пыли концентрация оксидов никеля, обладающего канцерогенным действием, составляет в среднем 0,34 мг/м3, превышая в 6 раз нормы предельно-допустимой концентрации [7, 8].

При горении плазменной струи образуется ослепительное яркое световое и невидимые инфракрасное и ультрафиолетовое излучения. Длительное облучение яркими видимыми лучами приводит к ослаблению зрения. Даже кратковременное действие ультрафиолетового излучения вызывает электроофтальмию, основными признаками которой являются слезотечение, спазмы век, резь и боль в глазах.

Инфракрасное излучение как интенсивный источник радиации и коротковолновое ультрафиолетовое излучение вредны не только как факторы, воздействующие на кожу или глаза, но и как источники ионизации воздуха с образованием озона. Озон обладает высокой окислительной способностью, и его вдыхание приводит к поражению слизистой оболочки дыхательных путей. Высокие дозы озона могут вызвать отек легких. Озон образуется под воздействием ультрафиолетового излучения в диапазоне длин волн (1200…2000) х10-8 м.

Аэрозоль образуется в воздушной среде из мелких металлических частиц и их соединений в виде оксидов, нитридов, конденсированных паров напыляемых материалов. Он представляет собой многокомпонентную паро-газопылевую смесь высокой дисперсности, обладающую большой проникающей способностью, что нередко приводит к поражению дыхательных путей оператора.

Кроме того, при работе плазмотрона происходит образование средних и тяжелых ионов, количество которых возрастает до 3×107. При длительном воздействии их из-за недостаточности средств защиты здоровье оператора может значительно ухудшиться.

Наряду с перечисленными выше факторами на сегодняшний день практически не решены вопросы по очистке и утилизации удаляемого воздуха от твердых частиц и газов, что также оказывает негативное воздействие на окружающую среду и экологическую безопасность производства [9].

В этой связи реализация предлагаемого комплекса мероприятий по обеспечению производственной безопасности  увеличивает число требований к плазменным установкам и технологиям нового поколения, которые должны носить опережающий характер.

В основу предложенных мероприятий положена организация плазменных участков блочного типа с изолированным размещением модулей (струйно-абразивной подготовки поверхностей деталей, плазменной наплавки, напыления, защиты производственной и окружающей среды, пульта управления, источника питания и др.), а также мероприятия по воздухоочистке (циклоны, тканевые и электрофильтры, аппараты мокрой очистки). Наличие защитного модуля, управляемого ПЭВМ, должно быть главным преимуществом при проектировании и создании технологического оборудования.

Разработка задач, связанных с проектированием процесса нанесения плазменных покрытий, должна вестись с целью создания комплекса автоматизированных процессов. Это вызвано, с одной стороны, тяжелыми и вредными условиями труда при проведении процесса, с другой – низким уровнем воспроизводимости процесса, а следовательно, пониженным качеством наплавляемых покрытий деталей. Поэтому решение этих задач позволит осуществлять новые перспективные и оптимальные технологические и конструкторско-технические решения, направленные не только на повышение качества наносимых плазменных покрытий, сокращения сроков и стоимости разработки технологических процессов, но и на обеспечение мероприятий по экологической безопасности [10].

Реализация предложенных рекомендаций по обеспечению экологической безопасности при проектировании технологических процессов нанесения покрытий позволила выделить следующие направления:

1. Разработку (проектирование) оптимального (рационального) способа, при котором снижаются материальные затраты, трудоемкость, длительность процесса восстановления при повышении качества восстановленных деталей.

2. Выявление зависимостей между факторами процесса, при которых достигается максимальное снижение трудоемкости подготовки и времени проведения работ, минимизация затрат на технологический процесс, защиту окружающей среды и экологическую безопасность, а также существенное повышение качества проводимых работ в производственных условиях.

Список литературы

  1. Кравченко И.Н. Ресурсосберегающие технологии ремонта сельскохозяйственной техники: учебное пособие / И.Н. Кравченко, В.М. Корнеев, Д.И. Петровский, Ю.В. Катаев. – М.: ФГБНУ «Росинформагротех». 2018. – 184 с.
  2. Кравченко И.Н. Подготовка поверхностей деталей для нанесения упрочняющих покрытий / И.Н. Кравченко, Ю.В. Катаев, В.А. Сиротов, Я.В. Тарлаков // Сельский механизатор. 2017. № 8. С. 36-38.
  3. Кравченко И.Н. Применение плазменно-напыленных ферроокислов для поршневых колец автотракторных двигателей / И.Н. Кравченко, А.А. Пузряков, Ю.В. Катаев, И.Е. Пупавцев, Д.Г. Гречко // Труды ГОСНИТИ. 2016. Том 122. С. 188-193.
  4. Кравченко И.Н. Методика обоснования структурных элементов обслуживания мобильного парка сельскохозяйственных машин / И.Н. Кравченко, В.М. Корнеев, Ю.В. Катаев, М.С. Овчинникова // Труды ГОСНИТИ. 2017. Том 127. С. 41-46.
  5. Катаев Ю.В. Безразборная очистка двигателя от нагара // Сельский механизатор. 2011. № 9. С. 34-35.
  6. Кравченко И.Н. Оценка остаточных напряжений и прочности покрытий повышенной толщины при послойном их формировании / И.Н. Кравченко, О.В. Закарчевский, Ю.В. Катаев, А.А. Коломейченко // Труды ГОСНИТИ. 2017. Том 127. С. 171-175.
  7. Кравченко И.Н. Управление формой поршневых колец ДВС при плазменном напылении / И.Н. Кравченко, А.Ф. Пузряков, Ю.В. Катаев, Т.А. Чеха // Труды ГОСНИТИ. 2017. Том 126. С. 196-203.
  8. Малыха Е.Ф., Катаев Ю.В. Современные формы организации технического сервиса // Экономика сельского хозяйства России. 2018. № 3. С. 27-33.
  9. Катаев Ю.В., Малыха Е.Ф. Роль инженерно-технического обеспечения в сельскохозяйственном производстве // Наука без границ. 2018. №8 (25). С. 19-23.
  10. Катаев Ю.В, Малыха Е.Ф., Вялых Д.Г. Организация технического сервиса машинно-тракторного парка на региональном уровне // Наука без границ. 2017. №11 (16). С. 60-64.

Материал поступил в редакцию 12.06.2019

© Сацик С.П., 2019