Плазменная обработка металлов

Плазма представляет собой высокоионизированный, электропроводящий газ. Температура плазмы, поступающей в виде струи из сопла, составляет 6 000–20 000^оС. При плазменной обработке происходит довольно интенсивное образование окислов азота и озона, концентрации которых при работе без вентиляции довольно значительны.

При напылении в плазменную струю вводится в виде порошка или проволоки напыляемый материал, в качестве которого используют главным образом тугоплавкие металлы – вольфрам, цирконий, окись алюминия, их карбиды, бориды, силициды.

Плазменная обработка металла (напыление, сварка, резка) является основным источником загрязнения производственной атмосферы аэрозолем, состав которого зависит от применяемых порошков и обрабатываемого металла.

При работе плазменных горелок возникают высокочастотные звуковые и ультразвуковые колебания. Суммарный уровень звукового давления, по данным Института гигиены им. Ф. Ф. Эрисмана, составляет в рабочей зоне 120–130 дБ.

Спектральный анализ выявляет широкий диапазон колебаний звукового давления 40–31 500 Гц с максимумом в области высоких звуковых и низких ультразвуковых частот в диапазоне 16 000–25 000 Гц.

Работа в вытяжных шкафах и специальных камерах позволяет значительно снизить уровень звукового и ультразвукового давления в рабочей зоне. Так же как и при ручной дуговой сварке, при плазменной обработке металла работающие могут подвергаться повышенной ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной радиации. Интенсивность ультрафиолетового излучения зависит от подаваемого на плазменные установки напряжения, свойств напыляемого порошка и газа, а также конструкции горелки. В литературе [5] приводятся данные о заболеваниях, подобных электроофтальмиям и эритемам кожи, причиной которых являются короткие ультрафиолетовые лучи.

При использовании дуги прямого действия (между электродом и изделием) возникает ионизирующая радиация (тяжелые аэрофоны различной полярности). В производственных помещениях вблизи плазменных установок мягкие лучи не обнаруживаются.

Воздействие таких факторов, как ионизирующая, повышенная ультрафиолетовая и инфракрасная радиация, высокочастотный шум и ультразвук, загрязнение воздуха аэрозолями требует проведения комплекса защитных мероприятий: укрытия установок в вытяжных шкафах, применения шумозаглушающих насадок на горелку, использование средств индивидуальной защиты органов зрения, слуха, лица.

В последнее время внедряется новый метод так называемой плазменно-дуговой резки, которым можно обрабатывать практически все металлы, но особенно эффективно – легированные и нержавеющие стали, цветные металлы и сплавы. Разделительная плазменная термическая резка состоит в сквозном проплавлении металла мощным дуговым разрядом. Дуга, возбуждаемая между разрезаемым металлом и неплавящимся (чаще всего вольфрамовым) электродом, представляет собой газовый поток. Режущим инструментом является струя высокотемпературной (10 000–50 000^оС) плазмы, которая образуется при принудительном продувании рабочего газа (аргон, азот, кислород, воздух) через сопло плазмотрона. Газ сжимает (стабилизирует) дугу, нагревается, превращаясь в ионизированный поток плазмы, которая отличается большим проплавляющим действием. Как кислородная, так и плазменная резка выполняется на современных фотокопировальных машинах и машинах с цифровым программным управлением, на механизированных линиях, делающих эти процессы высокопроизводительными.

Применение плазменно-дуговой резки требует специальных мер для создания благоприятных условий труда. Это вызвано тем, что для устойчивой работы электродов (вольфрамовых, гафниевых, циркониевых и др.) их стабилизируют присадками из металлов редкоземельной группы (например, вольфрам лантанированный), пары которых сильно насыщены различными вредными веществами, а влияние на организм многих их них еще полностью не изучено.

Валовое выделение пыли при интенсивной работе одной машины типа ЮГ (раскрой листовой низкоуглеродистой стали толщиной 12–40 мм) достигает 2 кг/ч и при отсутствии местного отсоса содержание пыли в рабочей зоне достигает 2000 мг/м³. Большим недостатком этого процесса является шум, уровень которого достигает 120 дБ, что в сочетании с ультразвуковыми колебаниями частотой 50–4000 Гц требует разработки специальных мероприятий по защите органов слуха работающих. Особенно неблагоприятным является сильное излучение (ультрафиолетовое и инфракрасное), сопровождающее плазменную резку и другие виды плазменной обработки металлов (напыление, наплавку, сварку, плазменно-механическую обработку).

По данным А.В. Ильницкой, наиболее полно исследовавшей процессы плазменной обработки металлов, доминирующими вредными веществами, выделяющимися в окружающую среду, являются окислы азота и озон, концентрации которых превышают ПДК в 10 раз. Проблема коренного оздоровления условий труда может быть решена только автоматизацией процесса, что исключит пребывание рабочих в зоне совокупного действия вредных факторов. А пока при плазменно-дуговой обработке обязательным является устройство надежной местной вентиляции и применение средств индивидуальной защиты органов слуха и глаз.