Елементний склад частинок, що утворюються при зварюванні штучними електродами

Автор(и)

  • С. А. Кіро Фізико-хімічний інститут захисту навколишнього середовища і людини МОН України та НАН України , Ukraine
  • Н. М. Абрамова Фізико-хімічний інститут захисту навколишнього середовища і людини МОН України та НАН України , Ukraine
  • В. В. Грідяєв Національний ТУ “Дніпровська політехніка”, Ukraine
  • Н.О. Гусельникова Фізико-хімічний інститут захисту навколишнього середовища і людини , Ukraine

DOI:

https://doi.org/10.18524/0367-1631.2023.61.292233

Ключові слова:

зварювальний аерозоль, штучні електроди, рентгеноспектральний електронно-зондовий мікроаналіз, елементний склад частинок, аеродинамічний діаметр

Анотація

Методом рентгеноспектрального електронно-зондового мікроаналізу досліджено елементний склад респірабельних частинок зварювального аерозолю (ЗА), що утворюється зварюванні вуглецевих і низьколегованих сталей штучними електродами з рутиловим (АНО-4) і основним (УОНИ 13/45) типом покриття. У діапазоні аеродинамічного діаметра від 0,25 до 16 мкм усі частинки ЗА були розділені на три групи: з низьким (Fe≤20%), середнім (20%<Fe<40%) та високим (Fe≥40%) вмістом заліза. Кожна група містить різну кількість елементів, що походять зі зварювальних матеріалів, та відображає механізм її утворення. Їх відносний вміст у ЗА залежить від аеродинамічного діаметра частинок, типу покриття електродів і потужності дуги. Частинки із середнім вмістом заліза (агломерати нанорозмірних первинних частинок) становлять найчисленнішу групу (понад 70%) респірабельних частинок ЗА. Для кожного типу електродів їх середній елементний склад не залежить від розміру агломератів. Частинки з низьким вмістом заліза містять різні комбінації елементів з покриття електродів, і різноманітність комбінацій збільшується зі зростанням їх аеродинамічного діаметру. Ці частинки ЗА можна ідентифікувати як агрегати агломератів первинних частинок та мікробризок, що утворюються при дезінтеграції покриття електрода. Частинки ЗА з високим вмістом заліза утворюються внаслідок агрегації мікрокрапель розплавленого електродного металу та агломератів первинних нанорозмірних частинок. Вони здебільшого містять залізо (60–70%) та кисень (15–35%). Їх середній елементний склад не залежить від розміру агрегатів, типу електродного покриття і потужності дуги. Отримані результати можуть бути корисними для аналізу та оцінки ризиків для здоров'я зварників.

Посилання

Antonini J. M. Health effect of welding // Critical Reviews of Toxicology. – 2003. – Vol. 33, no. 1. – P. 61-103.

Voitkevich V. G. Welding fumes formation, properties and biological effects. – Abington Publishing, 1995. – 111 p.

Металлургия дуговой сварки. Процессы в дуге и плавление электродов. Походня И.К. (ред.), Горпенюк В.Н., Миличенко С. С., Пономарев В. Е., Стародубцев Л. В., Швачко В. И., Явдошин И. Р. – Київ : Наук. думка, 1990. – 224 с.

Vishnyakov V. I., Kiro S. A., Oprya M. V., Chursina O. D., Ennan A. A. Numerical and experimental study of the fume chemical composition in gas metal arc welding // Aerosol Sci. Eng. – 2018. – Vol. 2, no. 3. – P. 109–117.

Sowards J. W., Lippold J. C., Dickinson D. W., Ramirez J. С. Characterization of Welding Fume from SMAW Electrodes - Part I // Welding Journal. – 2008. – Vol. 87, no. 4. – P. 106-112.

Pohlmann G., Holzinger C., Spiegel-Ciobanu V. E. Comparative investigations in order to characterise ultrafine particles in fumes in the case of welding and allied processes // Welding and Cutting. – 2013. – Vol. 12, no. 2. – P. 2-10.

Berlinger B., Benker N., Weinbruch S., Lvov B., Ebert M., Koch W., Ellingsen D.G., Thomassen Y. Physicochemical characterization of different welding aerosols // Anal. Bioanal.Chem. – 2011. – Vol. 399. – P. 1773–1780.

Vishnyakov V. I., Kiro S. A., Oprya M. V., Chursina O. D., Ennan A.-A. А. Formation of particles in welding fume plasmas: Numerical modeling and experiment // Ukr. J. Phys. – 2019. – Vol. 64, no. 5. – Р. 380-393.

Левченко О. Г., Безушко О. Н. Математическое моделирование химического состава сварочного аэрозоля при ручной дуговой сварке // Автом. сварка. – 2017. - № 1. – С. 35-38.

Oprya M., Kiro S., Worobiec A., Horemans B., Darchuk L., Novakovic V., Ennan A., Van Grieken R. Size distribution and chemical properties of welding fumes of inhalable particles // J. Aerosol Sci. - 2012. - Vol. 45. - P. 50-57.

Ennan A. A., Kiro S. A., Oprya M. V., Vishnyakov V. I. Particle size distribution of welding fume and its dependency on conditions of shielded metal arc welding // J. Aerosol Sci. – 2013. – Vol. 64. – Р.103-110.

Fasiska E. J., Wagenblast H. W., Nasta M. Characterization of Arc Welding Fume. – Miami, Florida : American Welding Society, 1983. – 56 p.

Oberdörster G., Maynard A., Donaldson K., Castranova V., Fitzpatrick J. Principles for characterizing the potential human health effects from exposure to nanomaterials: ele-ments of a screening strategy // Particle and Fibre Toxicology. – 2005. – Vol. 2, no. 8. – P. 1-35.

Nemmar A., Hoet P. H. M., Vanquickenbome В., Dinsdale D., Thomeer M., Hoylaerts M.F., Vanbilloen H., Mortelmans L., Nemery B. Passage of inhaled particles into the blood circulation in humans // Circulation. – 2002. – Vol. 105. – P. 411-414.

Szaloki I., Osan J., Worobiec A., de Hoog J., Van Grieken R. Optimization of experi-mental conditions of thin-window EPMA for light-element analysis of individual envi-ronmental particles // X-Ray Spectrometry. – 2001. - Vol. 30. – P. 143-155.

Osan J., Szaloki I., Ro C.U., Van Grieken R. Light element analysis of individual microparticles using thin-window EPMA // Mikrochimica Acta. – 2000. – Vol. 132. – P. 349-355.

Szaloki I., Osan J., Ro C.U., Van Grieken R. Quantitative characterization of individual aerosol particles by thin-window electron probe microanalysis combined with iterative simulation // Spectrochimica Acta Part B-Atomic Spectroscopy. – 2000. – Vol. 55. – P. 1017-1030.

Worobiec A., Stefaniak E., Kiro S., Oprya M., Bekshaev A., Spolnik Z., Potgieter-Vermaak S. S., Ennan A., Van-Grieken R. Сomprehensive microanalytical study of welding aerosols with x-ray and Raman based methods // X-rayspectrometry. – 2007. – Vol. 36, no. 5. – P. 328-335.

Ерохин А. А. Основы сварки плавлением. Физико-химические закономерности. – Москва : Машиностроение, 1973. – 448 с.

Voitkevich V. G., Bezruk L. I., Esaulenko G. B. Investigation of welding fume by electron microscopy method // The Paton Welding Journal. - 1984. – No. 6. – P. 33-35.

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-12-09

Номер

Розділ

Фізика аерозолів