Анотація до роботи:

Левченко О. Г. Способи та засоби локалізації і нейтралізації зварювальних аерозолів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.26.01 - охорона праці. - Національний НДІ охорони праці, Київ, 2002.

Дисертація присвячена створенню способів та засобів ефективного захисту зварників і виробничого середовища від шкідливої дії аерозолів, що утворюються при електродуговому зварюванні. На основі дослідження залежностей рівнів і хімічного складу ЗА від складу зварювальних матеріалів, захисних газів і режимів зварювання розвинуто уявлення про процеси утворення зварювальних аерозолів (ЗА) та розроблено технологічні способи зниження їх виділень. Запропоновано класифікацію ЗА і способів зварювання, при використанні яких ці ЗА утворюються, що дозволило для кожного способу зварювання визначити методи нейтралізації шкідливих речовин. Створено нові фільтруючі матеріали для очищення повітря від ЗА. Розроблено комп’ютерну інформаційно-пошукову систему, що дає можливість отримувати інформацію про хімічний склад і рівні виділень ЗА, продуктивність вентиляції, виконувати порівняльну гігієнічну оцінку зварювальних матеріалів, аналізувати вплив параметрів процесу зварювання на виділення ЗА, а також вибирати засоби захисту органів дихання зварників та виробничого середовища в залежності від марки зварювального матеріалу. Створено комплекс засобів місцевої вентиляції та індивідуального захисту органів дихання нового покоління для різних способів та умов зварювання.

Дослідженнями процесів утворення аерозолів при електродуговому зварюванні отримано наукові результати, на основі яких розроблено технологічні способи зниження виділення ЗА та комплекс нових засобів захисту органів дихання зварників, що дозволило вирішити актуальну науково-технічну проблему забезпечення нормованого вмісту шкідливих речовин в повітрі робочої зони. Ця проблема має важливе соціальне та народногосподарське значення.

Основні наукові результати і висновки, отримані при виконанні досліджень, полягають в наступному.

1. Аналіз сучасного стану питань по вивченню процесів утворення ЗА і методів захисту органів дихання при дуговому зварюванні показав, що ця проблема вивчена недостатньо, а існуючі засоби захисту від шкідливої дії ЗА на організм людини не досконалі.

2. Дістали подальший розвиток уявлення про формування складу ТСЗА при електродуговому зварювальному процесі як результат рівноважного та нерівноважного випаровування компонентів розплаву. Установлено, що шляхом вибору режиму зварювання можна регулювати співвідношення коефіцієнтів рівноважного та нерівноважного випаровування компонентів розплаву і змінювати склад ТСЗА – знижувати в ній вміст летучого токсичного марганцю.

3. Дослідженнями залежності рівня виділень ЗА (ТСЗА і ГСЗА) при зварюванні у вуглекислому газі дротом суцільного перерізу від режиму зварювання, глибини і ширини зварювальної ванни установлено, що складні залежності показників рівня виділень ЗА від зварювального струму в основному обумовлені глибиною проплавлення основного металу. Ділянка зменшення інтенсивності утворення ТСЗА відповідає різкому збільшенню глибини зварювальної ванни. Мінімальний рівень виділення ЗА досягається при максимальному проплавленні основного металу.

4. Установлено, що спосіб зварювання модульованим струмом на відміну від зварювання неперервним (постійним) струмом дозволяє знизити інтенсивність виділення ТСЗА і вміст у ній марганцю. Зменшення загальної потужності дуги за рахунок пауз знижує непотрібний надлишок енергії, яка має місце при зварюванні неперервним струмом і йде на перегрівання і випаровування матеріалів, що розплавляються. Рівні виділення ТСЗА і марганцю знижуються зі зменшенням струму і напруги імпульсів, а також зі збільшенням їх тривалості. Зниження вмісту марганцю в аерозолі при зварюванні модульованим струмом досягається за рахунок нерівноважного випаровування металу внаслідок наявності примусових коротких замикань дугового проміжку, обумовлених імпульсною модуляцією струму.

5. Розроблені основи математичного моделювання хімічного складу та рівнів виділень ТСЗА показали, що хімічний склад ТСЗА визначається складом зварювального матеріалу, парціальними тисками насиченої пари, що утворюється, і співвідношенням коефіцієнтів рівноважного та нерівноважного випаровування при електродуговому процесі, а рівень виділення ТСЗА визначається потужністю зварювальної дуги. На основі запропонованих математичних моделей розроблена програмна комп’ютерна система прогнозування хімічного складу, рівнів виділення ТСЗА та її компонентів.

6. Установлено, що при зварюванні в СО₂, сумішах Аr + О₂ і Аr + СО₂ + О₂ дротом суцільного перерізу основними компонентами газоподібної складової ЗА є монооксид вуглецю й оксиди азоту. Зниження окиснювальної здатності захисного газу (уведення до складу суміші аргону) приводить до зменшення рівня виділення монооксиду вуглецю і збільшенню оксидів азоту. Уведення до складу захисної суміші кисню знижує виділення монооксиду вуглецю, підвищує інтенсивність утворення оксидів азоту і ТСЗА. Залежності інтенсивності утворення монооксиду вуглецю й оксидів азоту від зварювального струму при застосуванні СО₂, сумішей Аr + СО₂ і Аr + СО₂ + О₂ мають вид парабол з мінімумом, що відповідає режиму, при якому дуга максимально занурюється в основний метал.

7. Для вибору адекватних методів та засобів захисту органів дихання зварників при різних способах зварювання вперше запропонована класифікація ЗА і способів зварювання, при яких вони утворюються за хімічним складом. Показано, що усі види складів ЗА поділяються на шість типових класів: безфтористі, фтористі, оксидовуглецеві, озонові, фтористо-оксидовуглецеві та фтористо-озонові. Кожному класу відповідають певні способи зварювання. Це дає можливість для кожного способу зварювання визначити методи нейтралізації ЗА за допомогою спеціальних фільтруючих матеріалів, що застосовуються у засобах захисту виробничого середовища й індивідуального захисту органів дихання зварників.

8. В результаті дослідження адсорбційних властивостей деяких марок цеолітів (кліноптилоліту, морденіту, NaХ) установлено, що вони є ефективними адсорбентами шкідливих речовин ГСЗА, зокрема монооксиду вуглецю й оксидів азоту, і можуть використовуватися як фільтруючі матеріали у ФВА. На основі природного кліноптилоліту розроблено нові фільтруючі матеріали – кобальт- та кадмій-заміщені форми кліноптилоліту з підвищеною ємністю і терміном служби стосовно монооксиду вуглецю. Розроблено спосіб одержання зернистого фільтруючого матеріалу з природного кліноптилоліту.

На основі досліджень фільтраційних характеристик кліноптилоліту його рекомендовано застостосовувати як одноступінчатий фільтруючий матеріал для очищення повітря як від ТСЗА, так і від ГСЗА. Показано, що високу ефективність уловлювання ЗА і низький опір фільтра можна забезпечити шляхом вибору його оптимальних розмірів – відношення площі до товщини шару, розміру зерен і швидкості потоку повітря, що очищається.

9. На основі систематизації й узагальнення даних і знань про ЗА та їх класифікацію вперше на якісно новому рівні інформаційного забезпечення розроблено комп’ютерну інформаційно-пошукову систему «ECO-WELD», яка дозволяє оптимізувати параметри процесу зварювання і вибирати засоби захисту органів дихання зварників, що забезпечують необхідні умови праці. Запропонована структура і функціональна схема даної системи дозволяє одержувати інформацію про хімічний склад та рівні виділень ЗА, розраховувати необхідний повітрообмін вентиляції, проводити порівняльну гігієнічну оцінку зварювальних матеріалів, оцінювати вплив на характеристики ЗА технологічних параметрів процесу зварювання, а також вибирати засоби вентиляції й індивідуального захисту органів дихання зварників в залежності від способу зварювання та марки зварювального матеріалу.

10. Дістали подальший розвиток основи розрахунку пристроїв місцевої витяжної вентиляції, що застосовуються для уловлювання аерозолів при зварюванні. З урахуванням необхідної умови забезпечення нормованого вмісту шкідливих речовин у повітрі робочої зони зварника отримано математичні залежності, які дозволяють визначати вміст цих речовин у різних точках робочої зони в залежності від витрати повітря, що видаляється. Установлено, що вміст шкідливих речовин у повітрі робочої зони зменшується пропорційно відстані до витяжного отвору місцевого вентиляційного пристрою і обернено пропорційно витраті повітря, яке видаляється. Одержані на основі цього математичні залежності дозволяють оптимізувати дані параметри.

11. Розроблено комплекс засобів місцевої витяжної вентиляції й індивідуального захисту органів дихання зварників нового покоління, а також рекомендації по їх застосуванню при різних способах і умовах зварювання: ФВА «Темп-2000» і модифікації на його основі – для ручного дугового зварювання покритими електродами у виробничих приміщеннях; ПВА «Джміль-2500» – для зварювання різними способами в замкнутих об’ємах; пальник з відсмоктуванням ЗА марок ГСЛ-315-У3, ГСЛ-315-УЗМ і ГСД-315-У3 – для механізованого зварювання в захисних газах у виробничих приміщеннях; захисна маска зварника з портативною системою очищення і подачі повітря в зону дихання «Джміль-50», пристрій очищення і подачі повітря в зону дихання зварника «Джміль-40» та шлангова захисна маска з системою очищення і подачі повітря – для зварювання у важкодоступних і недостатньо вентильованих приміщеннях або в умовах, де неможливо застосовувати ніякі засоби вентиляції.

Публікації автора:

1. Головатюк А. П., Левченко О. Г. Гигиена труда при сварке в защитных газах. – Киев: ИЭС им. Е. О. Патона, 1990. – 24 с.

2. Левченко О. Г., Метлицкий В. А. Современные средства защиты органов дыхания сварщиков (Обзор). – Киев: ИЭС им. Е. О. Патона, 1993. – 20 с.

3. Левченко О. Г., Метлицкий В. А. Современные средства вентиляции рабочих мест и индивидуальной защиты сварщиков. – Киев: ИЭС им. Е. О. Патона, 1997. – 32 с.

4. Левченко О. Г., Метлицкий В. А. Новые средства защиты от сварочных аэрозолей. – Киев: Экотехнология, 1999. – 48 с.

5. Левченко О. Г., Метлицкий В. А. Современные средства защиты сварщиков. – Киев: Экотехнология, 2001. – 84 с.

6. ДСТУ 3671–97 (ГОСТ 10543–98) Дріт сталевий наплавний. Технічні умови (Проволока стальная наплавочная. Технические условия). – На заміну ГОСТ 10543-82; Введ. 12.10.98 / Розробники Л. М. Лобанов, В. Г. Ігнатьев, П. В. Гладкий, І. О. Кондратьев, О. Г. Левченко. – Київ: Держстандарт України, 1999. – 4 с.

7. Подгаецкий В. В., Головатюк А. П., Левченко О. Г. О механизме образования сварочного аэрозоля и прогнозировании его состава // Автомат. сварка. – 1989. – № 8. – С. 9–12.

8. Левченко О. Г. Влияние технологических режимов сварки в СО₂ конструкционных сталей на выделение аэрозоля // Автомат. сварка. – 1992. – № 9–10. – С. 31–33.

9. Метлицкий В. А., Левченко О. Г., Гурешидзе В. А. Работы ИЭС им. Е. О. Патона по оздоровлению условий труда сварщиков // Автомат. сварка. – 1994. – № 5–6. – С. 41–44.

10. Левченко О. Г., Метлицкий В. А. Современные средства вентиляции при сварке (Обзор) // Автомат сварка. – 1995. – №3. – С. 40–48.

11. Левченко О. Г., Метлицкий В. А. Современные средства индивидуальной защиты органов дыхания сварщиков (Обзор) // Автомат. сварка. – 1995. – № 7. – С. 45–50.

12. Переносной вентиляционный агрегат для удаления сварочного аэрозоля из замкнутых объемов / Ильинский Н. И., Андрианов Ю. И., Левченко О. Г., Метлицкий В. А., Кравченко В. Н. // Свароч. пр–во. – 1995. – № 9. – С. 35–36.

13. Левченко О. Г. Процессы образования сварочного аэрозоля (Обзор) // Автомат. сварка. – 1996. – № 4. – С.17–22.

14. Защитная маска сварщика с портативной системой очистки и подачи воздуха в зону дыхания / Левченко О. Г., Метлицкий В. А., Ильинский Н. И., Андрианов Ю. И., Кравченко В. Н. // Свароч. пр–во. – 1996. – № 7. – С. 32–33.

15. Левченко О. Г., Метлицкий В. А. Ускоренная оценка уровня выделения сварочных аэрозолей // Автомат. сварка. – 1997. – № 4. – С. 40–45.

16. Левченко О. Г. Технологические способы снижения уровня образования сварочного аэрозоля (Обзор) // Свароч. пр–во. – 1998. – № 3. – С. 32–38.

17. Левченко О. Г., Метлицкий В. А. Требования безопасности при сварке покрытыми электродами // Сварщик. – 1998. – №3. – С. 32–33.

18. Левченко О. Г., Метлицкий В. А. Улучшение условий труда при механизированной сварке в защитных газах // Сварщик. – 1998. – №4. – С. 32–33.

19. Шланговые держатели с отсосом аэрозоля для сварочных полуавтоматов / Эннан А. А., Бутвин А. Н., Прокопьев И. А., Левченко О. Г., Метлицкий В. А. // Автомат. сварка. – 1998. – № 8. – С. 39–43.

20. Система кондиционирования воздуха для маски сварщика / Левченко О. Г., Метлицкий В. А., Сафонов В. А., Круть А. А. // Автомат. сварка. – 1998. – № 12. – С. 54.

21. Фильтровентиляционный агрегат «Темп-2000» / Левченко О. Г., Метлицкий В. А., Рудой В. Д., Агасьян Н. Ю. // Автомат. сварка. – 1999. – № 5. – С. 64–66.

22. Левченко О. Г. Классификация сварочных аэрозолей и выбор методов их нейтрализации // Автомат. сварка. – 1999. – № 6. – С. 38–41.

23. Левченко О. Г. Комплекс новых средств защиты органов дыхания сварщиков // Свароч. пр–во. – 1999. – №10. – С. 42–45.

24. Банк данных сварочных аэрозолей / Демченко В. Ф., Левченко О. Г., Метлицкий В. А., Козлитина С. С. // Сварщик. – 2000. – № 4. – С. 29.

25. Левченко О. Г. Образование аэрозолей при сварке в СО₂ модулированным током // Автомат. сварка. – 2000. – № 8. – С. 48–50.

26. Сербін В. П., Левченко О. Г., Шевченко Л. А. Застосування кліноптилоліту для очищення повітря від зварювального аерозолю // Наукові вісті НТТУ «КПІ». - 2000. - № 6. - С. 111-117.

27. Левченко О. Г. Химический состав газообразной составляющей аэрозоля при сварке в защитных газах // Автомат. сварка. – 2001.– № 3. – С. 25-28.

28. Левченко О. Г. Совершенствование методов и средств защиты от сварочных аэрозолей // Автомат. сварка. – 2001.– № 6. – С. 27-33.

29. Левченко О. Г. Математическое моделирование химического состава и уровня выделения сварочного аэрозоля // Свароч. пр-во. - 2001.- № 7. - С. 25-28.

30. Информационно-поисковая система гигиенических характеристик сварочных аэрозолей / Демченко В. Ф., Левченко О. Г., Метлицкий В. А., Козлитина С. С. // Свароч. пр-во. - 2001.- № 8. - С. 41-45.

31. Левченко О. Г. Теоретические основы расчета местной вытяжной вентиляции в сварочном производстве // Экотехнологии и ресурсосбережение. - 2001. - № 4. - С. 71-75.

32. Golovatyuk A. P., Levchenko O. G. Welding aerosols: formation processes in gaz-shielded welding, estimation criteria, recommendation on improving working condition // Institute International Welding Doc. VIII–1579–91. – 8 р.

33. Levchenko O. G., Metlitski V. A. Accelerated evaluation of the level of generation of welding fume // Institute International Welding Doc. VIII–1868–99. – 12 p.

34. Метлицкий В. А., Левченко О. Г. Гигиеническая оценка сварочных технологий, материалов и оборудования // Экологические проблемы сварочного производства: 1 Международный семинар (13-15.10.1992 г., г. Гливице, Польша). – МАС, 1992. – С. 1–2.

35. О. Левченко, В. Метлицький. Проблеми оздоровлення умов праці зварників в Україні // 2 Міжнар. симп. укр. інж.-мех. у Львові. – Львів: ЛПІ , 1995. – С. 133–134.

36. Левченко О. Г., Метлицкий В. А. Новые разработки средств защиты органов дыхания сварщиков // Повышение эффективности сварочного производства: Международная конф. (г. Липецк, 17–18 октября 1996 г.). – Липецк: ЛГТУ, 1996. – С. 146–149.

37. Средства защиты органов дыхания сварщиков при работе в помещениях небольшого объема с недостаточной или отсутствующей вентиляцией / Ю. Андрианов, Н. Ильинский, О. Левченко, В. Метлицкий. // Welding. Technologies, equipment: International conference. Reports and theses. MET-97. (Riga, October 16–17, 1997). – Riga, 1997. – C. 74–85.

38. Расчетно-информационная система «ECO-WELD» / Демченко В. Ф., Левченко О. Г., Метлицкий В. А., Козлитина С. С. // Сварка и родственные технологии: мировой опыт и достижения: II Международный симпозиум (28 марта 2001 г., Минск, Беларусь). - М., 2001. - С.212.

39. Левченко О. Г., Метлицький В. О. Засоби захисту зварників для роботи у стиснених умовах // Міжнародна науково-технічна конф. «Зварювання в енергетиці» (Київ, 2–3 жовтня 1996 р.): Тези доповідей. – Київ: ІЕЗ ім. Є. О. Патона, Німецьке зварювальне товариство, 1996. – С. 32–33.

40. Левченко О.Г., Метлицкий В.А. Пути оздоровления условий труда при сварке под флюсом // Сварка под флюсом сегодня и завтра: Тез. докл. Международ. науч.-техн. семинара. (Запорожье, 3-6 сент. 1998 г.). – Киев: ИЭС им. Е. О. Патона, 1998. – С.41–42.

41. Метлицкий В. А., Левченко О. Г. Исследование сварочных аэрозолей и разработка средств защиты сварщиков // Сварка и родственные технологии – в ХХI век (Киев, ноябрь 1998 г.): Тез. докл. – Киев: ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины, 1998. – С. 73–74.

42. Расчетно-информационная система гигиенических характеристик сварочных аэрозолей / Демченко В. Ф., Левченко О. Г., Метлицкий В. А., Козлитина С. С. // Международная конференция «Сварные конструкции»: Тез. стенд. докл. (Октябрь, 2000 г., Киев). – Киев: ИЭС им. Е. О. Патона, 2000. – С. 88–89.

43. Способ получения сорбента для очистки газов от моноокиси углерода: А.с. № 1549583 СССР, МКИ В01 Д53/02 / Л. А. Шевченко, А. А. Пащенко, Ю. И. Андрианов, А. П. Головатюк, О. Г. Левченко, К. А. Погребняк, Т. В. Верхошапова (СССР). - № 4386776; Заявлено 03.03.88; Опубл. 15.03.90, Бюл. - № 10. - 2 с.

Особистий внесок автора в роботи, опубліковані в співавторстві. В роботах [1,9,15,18,32] автором установлено залежності рівнів виділень ЗА від технологічних параметрів процесу зварювання та розроблено рекомендації для зниження виділень шкідливих речовин. В [2-5,10,11] виконано огляд сучасних засобів захисту органів дихання зварників та виробничого середовища, обгрунтовано необхідність створення високоефективних засобів захисту і наведено власні розробки. В державному стандарті [6] розробив розділ «Вимоги безпеки та охорона навколишнього середовища». В статті [7] виконав експерименти та запропонував теоретичні пояснення процесу формування хімічного складу ТСЗА, в [12,37] розробив нову конструкційну схему вентиляційного агрегату, а в [14] нову модель системи очищення та подачі повітря під маску зварника. В [15] розробив схему програмного забезпечення нової методики та виконав дослідження залежностей рівнів виділень ЗА від режимів зварювання. В роботі [19] розробив методику випробувань ефективності роботи зварювальних пальників з відсмоктуванням ЗА та виконав випробування нових моделей, розроблених з його участю, в [20] запропонував нову схему системи подачі повітря під маску зварника, в [21] розробив нову конструкцію ФВА. В роботах [24,30,38] автор розробив нову схему функціонування інформаційної системи, склав банк даних та систему рекомендацій для захисту зварників, основану на власній класифікації ЗА. В [26,43] запропонував використовувати цеоліти для очищення повітря від ЗА, виконав дослідження їх фільтраційних властивостей та розробив спосіб одержання нового фільтруючого матеріалу.