Методы снижения вредного воздействия плазменной дуги на оператора механизированной наплавки порошковыми материалами

После того как инициирующее событие определено, формируются пути развития (распространения) аварии внутри системы как следствие этого инициирующего события. Составляется сценарий развития аварии в системе. Сценарий представляет собой логическую схему, на которой наглядно видно, как протекает авария, в каких подсистемах и какое оборудование она затрагивает. При этом необходимо учитывать возможность срабатывания соответствующих подсистем в той обстановке, которая складывается к моменту подключения подсистемы.

Таким образом, единственным практически реальным и доступным путем для проектирования систем является моделирование. Это может производиться на ЭВМ вместе с соответствующим математическим обеспечением. Поскольку компьютерные технологии непрерывно развиваются, то этот путь оказывается весьма перспективным. Созданные на основе логико-вероятностной теории методы для практического использования являются наиболее привлекательными, поскольку они исключительно четки, однозначны и удобны для анализа влияния любого элемента на безопасность всей системы. Это методы расчета показателей безопасности системы, при которых сценарий поведения системы (сценарий аварии) описывается средствами математической логики, а оценка ее безопасности производится с помощью теории вероятности. Из-за невозможности проведения полноценных натурных экспериментов, проигрывают все возможные варианты развития аварийной ситуации на математических моделях. Однако препятствием на пути решения этой задачи является представление о практической невозможности перебора всех ситуаций, которые могут привести систему в опасное состояние.

Литература

1. Альтшуллер Г.С. Творчество как точная наука. -М.: Советское радио.-1979.- С.122-127.

2. Горопашная А.В. Методы анализа безопасности сложных технических систем: Дис... канд. физ.-мат. наук.- СПб., 2009.

3. Рябинин И.А. Надежность и безопасность структурно-сложных систем.-СПб.: Политехника-2000.-248с.

4. Рябинин И.А. Надежность и безопасность структурно-сложных систем // Сайт «Рекламно-информационное агентство ««PRо Атом»

URL: http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=2576,- (15.01.2015).

5. Черкесов Г.Н. Методы и модели оценки живучести сложных систем.- М.: Знание, 1987.-С. 1-2.

УДК 631.31. :631.43 Доктор техн. наук Н.М.ОЖЕГОВ

(СПбГАУ, 54 zxcv@gmail.com) Канд. техн. наук Т.Ю._ВАЛЬДМАН Инженер И.В. ЦЫПЛАКОВА

(СПбГАУ, tkm-wear@mail.ru) Отформатировано: Шрифт: 9 пт

МЕТОДЫ СНИЖЕНИЯ ВРЕДНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ПЛАЗМЕННОЙ ДУГИ НА ОПЕРАТОРА МЕХАНИЗИРОВАННОЙ НАПЛАВКИ ПОРОШКОВЫМИ

МАТЕРИАЛАМИ

Вертикальная наплавка, излучение сварочной дуги, защита оператора

Электрическая дуга является мощным источником излучения ультрафиолетовых и инфракрасных лучей. Ультрафиолетовое излучение оказывает вредное воздействие на оператора, вызывая воспаления слизистой оболочки, аналогично повреждению кожного покрова при ожоге солнечными лучами [1].

Инфракрасное излучение вызвано действием тепловой энергии сварочной дуги в виде покраснения и ожогов глаз различной степени.

Излучение сварочной дуги в виде ослепляющего эффекта также временно снижает на остроту зрения. Газы, образуемые в зоне сварочной дуги в виде дыма и сварочных аэрозолей, содержат вредные соединения, включающие марганец, кремний, хром, азот, фтор, титан и др., которые воздействуют на органы дыхания сварщика.

Окислы марганца попадают в организм человека через органы дыхания и пищеварения и могут вызвать острые и хронические отравления с поражением нервной системы. Окислы марганца отрицательно воздействуют на работу легких и печени, вызывают головную боль, головокружение, изжогу, а также боли в конечностях.

Окислы хрома при сварке стали попадают в организм человека через органы дыхания, раздражают слизистую оболочку носовой полости, вызывают насморк, головную боль, слабость и воспалительные процессы в кишечнике.

Двуокись кремния образуется при сварке покрытыми электродами и может вызывать силикоз легких, при этом выделение фтористого водорода вызывает раздражение верхних дыхательных путей, насморк и потерю обоняния.

Окислы азота образуются при взаимодействии сварочной дуги с окружающей атмосферой. Они попадают в органы дыхания и контактируя с их влажной поверхностью могут образовывать азотную кислоту, вызывающую кашель и головную боль.

Для защиты от вредного воздействия сварочной дуги применяют защитные маски со светофильтрами, а в ряде случаев используют маски с дополнительным притоком воздуха.

Удаление вредных газов и сварочных аэрозолей из зоны горения дуги производят как общей, так и местной вытяжной вентиляцией.

Отличительной особенностью плазменной наплавки с использованием порошкообразных присадочных материалов по сравнению с дуговой наплавкой плавящимся электродом является раздельное регулирование электрических параметров дуги и подачи присадочного материала, что снижает перемешивание покрытий с основным металлов при нанесении высоколегированных порошков с нержавеющими, жаропрочными и другими свойствами.

Наиболее распространенные в практике методы подачи порошка в сжатую дугу потоком транспортирующего газа увеличивают неоднородность нагрева и плавления частиц при переносе на наплавляемую поверхность, что увеличивает технологические потери присадочного порошка и снижает качество формирования наплавляемого слоя. При наплавке деталей малого типоразмера с большой кривизной поверхности происходит стекание металла.

Рис. 1 Схема плазменной наплавки порошковыми материалами:

а - с подачей порошка транспортирующим газом; б - с подачей порошка под действием сил тяжести частиц; 1 - Ш-электрод; 2 - сопло плазматрона; 3 - плазменная дуга; 4 - столб плазменной дуги; 5 - сварочная ванна; 6 - бункер-дозатор порошка; 7 - поток порошкового материала в плазменную дугу

* - ,

При использовании стабилизированной или сжатой дуги, температура которой в зоне токопроводящего канала по сравнению со свободно горящей дугой возрастает в 2-3 раза, что

необходимо учитывать при защите оператора механизированной наплавки от светового и теплового излучения в окружающую среду.

В случае подачи порошкообразного присадочного материала в плазменную дугу с помощью транспортирующего газа, наплавку ведут в нижнем положении (рис.1а), что увеличивает степень воздействия плазменной дуги на оператора механизированной наплавки [2].

При подаче порошкообразного присадочного материала в столб плазменной дуги (рис.1б) под действием сил тяжести снижается степень воздействия излучения высокотемпературной дуги и металла сварочной ванны на оператора сварочных работ, в том числе за счет уменьшения объема расплавленного металла при его переносе на наплавляемую поверхность в жидком состоянии.

В результате усовершенствования системы дозирования порошковых материалов путем подачи в плазменную дугу снаружи плазмотрона [2] реализуется возможность скоростной наплавки деталей без перегрева [3] металла околошовной зоны.

При этом обеспечивается: 1) высокая скорость плавления порошка в столбе дуги с его переносом на наплавляемую поверхность в зону активного пятна дуги в расплавленном состоянии; 2) скорость наплавки 80-200 м/ч (60-120 см2/мин) при толщине слоя 0,5-1,5 мм; 3) стабильность и устойчивость процесса наплавки при надежной работе плазмотрона; 4) плавная регулировка толщины наплавляемого слоя при коэффициенте использования порошка 0,9-0,95; 5) автоматизация процесса наплавки в непрерывном, точечном или импульсном режимах с возможностью встраивания оборудования в автоматические линии программного обеспечения; 6) высокое качество наплавки длинномерных поверхностей круглого профиля в режиме установившегося термического цикла нагрева и охлаждения наплавляемой поверхности; 7) возможность наплавки тонкостенных деталей и деталей малого типоразмера; 8) согласованная подача порошкообразного материала в режиме точечной наплавки импульсной дугой; 9) 2-х - 3-х-кратное снижение расхода электроэнергии и рабочих газов.

Устройство подачи и дозирования порошка в столб сжатой дуги снаружи плазмотрона является простым и надежным в эксплуатации.

Производственные испытания технологии скоростной наплавки на базе установок для плазменной сварки показали высокую эффективность нанесения высоколегированных порошков с нержавеющими, жаропрочными и другими свойствами при восстановлении и упрочнении деталей машин и оборудования (валы, оси, цапфы, втулки, клапаны, золотники, штоки гидроцилиндров, валы электродвигателей, детали погружных насосов, детали почвообрабатывающих машин и др.).

Многократное увеличение номенклатуры наплавляемых изделий с малым припуском на механическую обработку расширяет технологические возможности метода скоростной плазменной наплавки, включая нанесение точечных покрытий [4].

Внешний вид наплавленных деталей с подачей порошкообразного материала в столб сжатой дуги под действием сил тяжести приведен на (рис.2).

а - диаметр штока 60 мм

в - диаметр детали 40 мм

Рис. 2 Внешнее формирование наплавленного слоя с подачей присадочного порошка в столб сжатой дуги под действием сил тяжести частиц:

а и б - наплавка по винтовой линии; в - точечная наплавка

Снижение вредного воздействия плазменной дуги на оператора механизированной наплавки порошковыми материалами достигается за счет подачи порошка в столб плазменной дуги с тыльной стороны наплавляемой поверхности детали. Потери порошкообразного присадочного материала при вертикальной наплавке не превышают 2-5 %, а производительность по площади наплавки в единицу времени возрастает в 3 - 5 раз при обеспечении минимального термического влияния на основной металл.

Горизонтальное расположение плазмотрона относительно наплавляемой поверхности повышает эффективность удаления вредных газов и аэрозолей из зоны горения сварочной дуги.

Литература

1. Кисаримов Р.А. Справочник сварщика. - 2-е изд., стереотип. - М.: ИП Радио-Софт, 2009. - 288 с.

2. Соснин Н.А., Ермаков С.А., Тополянский П.А. Плазменные технологии. Руководство для инженеров. -

СПб.: Изд-во Политехнического университета, 2008. - 406с.

3. Патент РФ 2412030, МПК В23К 9/04. Способ плазменной наплавки / Н.М.Ожегов, В.П.Пазына.

4. Ожегов Н.М., Капошко Д.А., Бармашов А.В. Методы нанесения тонкослойных покрытий плазменно-порошковой наплавкой стационарной и импульсной дугой// Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки от нано- до макроуровня: Мат. 13-ой Междунар. науч.-практ. конференции 12-15 апреля 2011г. - Ч. 1. -СПб: Изд-во Политехнического университета, 2011 - С. 224-226.