Оцінка складу диму, який виділяється при зварюванні виробів із легованих сталей

Результати кінозйомок дуги змінного струму дозволили прийти до висновку, що майже весь аерозоль утвориться в області, де високотемпературні пари попадають у навколишню атмосферу. Торець електрода має найбільш високу температуру, тому саме тут створюються умови, найбільш сприятливі для випару металу. Температура металу в активних плямах дуги на аноді доходить до 2600 К, на катоді - до 2400 К.

Рис. 2.1. Механізм утворення ТСЗА при зварюванні покритими електродами: 1 - крапля; 2 - дуга; 3 - стрижень; 4 - електрод; 5 - покриття; 6 - шлаки; 7 - метал шва; 8 - основний метал

У звичайних зварювальних дугах температура їхніх активних плям досягає крапки кипіння металу електрода. Температура крапель електродного металу й зварювальної ванни залежить від температури плавлення металу, його питомої теплоємності і перебуває в інтервалі між температурами плавлення й кипіння металу. Так, при зварюванні дротом марки Св-08Г2С у СО₂ максимальна температура крапель електродного металу становить 2860…2970 К, що трохи нижче температури кипіння низьколегованої сталі [21].

Значна частина енергії зварювальної дуги губиться на перегрів краплі і її випар. За даними А.А. Єрохіна, при зварюванні стали покритими електродами 20…30% енергії зварювальної дуги губиться на перегрів краплі й близько 20% - на випар металу. За даними А.В. Петрова, при зварюванні в аргоні у випадку струминного переносу приблизно 10…20% електродного металу переноситься з електрода в основний метал у вигляді пари. Однак втрати металу на випар визначаються не загальною кількістю паркого металу, а тільки лише тією його частиною, що не сконденсувалася у ванні через розсіювання пари у навколишнє середовище [21]. Газовий потік, спрямований звичайно з електрода на виріб, прискорює відхід пар від поверхні торця електрода.

Інтенсивність утворення ТСЗА визначається швидкістю плавлення електродного матеріалу й залежить від зварювального струму й напруги на дузі, від складу зварювальних матеріалів, основного металу й захисного середовища, а також від просторового положення шва й техніки зварювання. Установлено, що при зварюванні покритими електродами в ТСЗА переходить 1…3% маси електрода, а у випадку зварювання електродом, що плавиться, у захисних газах - 0,5…2,0% маси зварювального дроту. Хімічний склад ТСЗА на 80…90% обумовлений складом зварювальних матеріалів [21].

Газоподібна складова ЗА являє собою суміш газів, що утворяться при термічній дисоціації газошлакообразующих компонентів, що входять до складу зварювальних матеріалів (СО, СО₂, HF й ін.) або в результаті фотохімічної дії ультрафіолетового випромінювання зварювальної дуги на молекули газів захисної атмосфери й навколишню дугу повітря (СО, NO, NO₂, О₃).

При зварюванні в захисних газах склад ГСЗА визначається складом захисної суміші (рис. 2.2). До складу ГСЗА можуть входити диоксид вуглецю, монооксид вуглецю, оксиди азоту, озон й інертні гази (аргон і гелій). Основною причиною утворення токсичного монооксида вуглецю при зварюванні в СО₂ є дисоціація останнього при високій температурі зварювальної дуги [21]:

СО₂-СО +Ѕ О₂.

При використанні зварювальних матеріалів, що містять фтористий кальцій або інші фтор утримуючі компоненти, у складі ГССА спостерігаються фтористий водень і чотирьох-фтористий кремній. Фтористий водень з'являється в газовому середовищі при температурі вище 2000°С у результаті взаємодії фтористого кальцію з водяною парою [21]:

СаF₂ + Н₂O > СаO + ₂HF.

Морфологія, склад аеродисперсних часток і газової фази залежать від складу використовуваних зварювальних матеріалів і металу, що зварюється, різновиду зварювання, а кількість - від різновиду й режиму зварювання.

Компоненти ГСЗА можна підрозділити по наступних основних ознаках:

1) неорганічні з'єднання кислотного характеру (HF, SiF, NO₂, HCl, Cl₂, SO₂, SO₃,…)

2) органічні сполуки (CCl₄, CCl, CHCl, COCl₂,…)

3) неорганічні з'єднання з вираженими окисними (О₃), відбудовними (СО, РН₃) властивостями, а також з'єднання, що проявляють властивості залежно від умов реакційного середовища (NO, NO₂, SO₂) [38].

Рис. 2.2. Механізм утворення ГСЗА й ТСЗА при зварюванні у вуглекислому газі: СО, СО₂, N_xO_y, N₂, O₂, О₃ - компоненти ГСЗА; 1 - сопло пальника для подачі захисного газу; 2 - зварювальний дріт; 3 - захисний газ (СО₂); 4 - крапля; 5 - дуга; 6 - шлаки; 7 - метал шва; 8 - основний метал; 9 - пара; 10 - аерозоль

2.2 Фактори, що впливають на зміст зварювального аерозолю

Найбільше утворення диму доводиться на піку величини струму, напівперіод якого триває в середньому 0,01 с. Розташування факторів, які не піддаються точній оцінці, що впливають на склад ЗД, зроблено в порядку убування, і представлено у вигляді таблиці 2.1 [39].

Як видно з табл. 2.1 за результатами експертної оцінки найбільше істотно на утворення шкідливого аерозолю впливають склади: основного металу; покриття електрода; стрижня електрода; суцільного й порошкового дроту; захисної газового й газошлакового середовища й ін.

Таблиця 2.1. Фактори технологічного процесу, що впливають на склад диму

№ п/п	Фактор	Експертна оцінка ступеня впливу
1	Умови зварювання	31,5
2	Основний матеріал	15
3	Присадковий матеріал	10
4	Склад покриття	10
5	Сила струму	6
6	Нахил електрода	3,5
7	Тип металу й тип оброблення	3,5
8	Тип покриття	3
9	Захисний газ	3
10	Підготовка поверхні	3
11	Атмосферні умови	2
12	Спосіб ведення електрода	2
13	Витрата захисного газу	2
14	Напруга на дузі	1
15	Довжина дуги	1
16	Геометрія шва	1
17	Розмір шва	1
18	Підготовка електрода	0,5
19	Діаметр електрода	0,5
20	Рід і полярність струму	0,5

Примітка: Експертна оцінка проводилася анкетуванням атестованих зварників регіону. Середня оцінка по 30 респондентам.

На жаль, вплив більшості факторів на димоутворення при зварюванні неоднозначне. Ранжирування ступеня впливу факторів технологічного процесу на димоутворення при зварюванні представлене в табл. 2.2. На сьогоднішній день інформація про вплив окремих факторів або їхніх варіантів або недостатня, або відсутня взагалі.

Таблиця 2.2. Різноманіття деяких факторів технологічного процесу

п.п	Фактор	Експертна оцінка ступеня впливу
1.	Присадковий матеріал	1. Покритий електрод. 2. Голий електродний дріт. 3. Неплавкий вольфрамовий (графітовий) електрод. 4. Порошковий дріт.
2.	Тип покриття	1. Рудно-кисле, 2. Фтористо-кальцієве, 3. Рутилове
3.	Діаметр електрода	2, 3, 4,5, 6, 8
4.	Склад покриття	1. Із залізним порошком, 2. Подвійне, 3. Із введенням легуючих елементів.
5.	Підготовка електрода	1. Прожарений, 2. Мокрий.
6.	Умови зварювання	1. Тип шва (стиковий, кутовий, прорізний, переривчастий, безперервний). 2. Тип з'єднання (стикове, кутове, таврове, нахлесточное, впритул). 3. Положення шва в просторі (нижнє, стельове, на вертикальній площині, проміжне). 4. Вид конструкції (балка, рама, ферма, листова конструкція). 5. Розмір конструкції (габаритна, негабаритна). 6. Місце зварювання (у цеху, на монтажі, на постійному робочому місці, на непостійному робочому місці, у закритій ємності). 7. Положення зварника (сидячи, стоячи, з опорою на коліно, з опорою на руку, лежачи)
7.	Рід струму й полярність	1. Змінний. 2. Постійний (полярність пряма, зворотна). 3. Імпульсний струм.
8.	Сила струму, А	100, 200, 300, 400, 500
9.	Напруга на дузі, В	20-36
10.	Довжина дуги, мм	3-10
11.	Геометрія з'єднання	1. Замкнутий шов 2. Незамкнутий шов
12.	Спосіб ведення електрода	1. Вузький валик на прохід 2. З поперечними коливаннями. 3. З зворотно-поступальними коливаннями
13.	Атмосферні умови	1. Тепла пора року 2. Холодна пора року 3. Температура і швидкість переміщення повітряних потоків на робочому місці змінні
14.	Основний метал (тип)	Маловуглецева сталь, маловуглецева низьколегована сталь, середньолегована сталь, високолегована сталь, кольоровий метал, різнорідні сталі і сплави.
15.	Товщина металу й тип оброблення	1. V - образне, 2. К - образне, 3. X - образне. 4. Зварювання у вузький зазор.
16.	Розмір шва	1. Ширина шва, 2. Катет шва.
17.	Підготовка поверхні	Підігріта, з окалиною, очищена до металевого блиску, оцинкована, ґрунтована
18.	Геометрія шва	Прямолінійний, криволінійний, круговий, кільцевий
19.	Захисний газ	1. Активний (СО, СО2 + O2) 2. Нейтральний (Аr + Не, Аr + Не) 3. Суміш газів (Аr + О2, Нe + О2)
20.	Витрата захисного газу, л/хв	6-12

2.3 Залежність інтенсивності виділення ЗА від характеру переносу електродного металу

Хімічний склад й інтенсивність виділення зварювального аерозолю залежать від характеру переносу електродного металу у зварювальну ванну. Розглянемо наступні види переносу електродного металу: перенос із короткими замиканнями, крупнокапельний і струменевий.

Перенос із короткими замиканнями характеризується чергуванням періодів горіння дуги з періодами короткого замикання, під час якого інтенсивність утворення ТСЗА невелика. Відбувається лише деякий випар металу нагрітого зварювального дроту й зварювальної ванни. Пара ця збагачена летучими компонентами, наприклад марганцем. Такий характер утворення пари називають фракційним, тому що пара, що утвориться, розділена на фракції. Одна з них складається з легких-киплячих компонентів, інша - зі слабовипаруючихся. Співвідношення цих фракцій залежить від умов випару. Склад пари значно відрізняється від складу металу. При наступному окислюванні й конденсації цієї пари утвориться аерозоль, зміст якого можна розрахувати на основі обліку парціального тиску компонентів сплаву.

Наприкінці періоду короткого замикання відбувається руйнування й вибуховий випар перемички (шейки) металу, що утворилася, між електродом й основним металом; разом з тим викидається струмінь розплавленого металу. Такий характер випару приводить до утворення пари, склад якої подібний до складу металу присадкового дроту. Аерозоль, який отриманий при цьому називають нефракційним. Краплі, викинуті при вибуху перемички, також можуть виділяти ТСЗА. Загальна площа поверхні випару при цьому значно збільшується. Частина металу у вигляді бризів викидається із зони захисного газу й попадає в навколишню атмосферу, у якій відбувається його посилений випар і згоряння, що супроводжується інтенсивним виділенням ТСЗА. Швидкість випару металу в активній плямі дуги може бути настільки великий, що це приводить до ерозії верхніх шарів поверхні металу електрода. При цьому утвориться нефракційний аерозоль [21].

Крупнокрапельний перенос, при такому виді переносу крапля розплавленого металу росте на кінці зварювального дроту доти, поки її діаметр не перевищить діаметра дроту. Потім вона відокремлюється від електрода й падає у зварювальну ванну. Утворення аерозолю при цьому може відбуватися внаслідок випару металу з кінця електрода, зі зварювальної ванни й із крапель електродного металу. Випар елементів зі зварювальної ванни й із крапель у дузі приводить до утворення аерозолю, розділеного на фракції. У міру відділення кожної краплі від зварювального дроту вибуховий випар стислої шийки приводить до подальшого нефракційного утворення ТСЗА. Крупнокрапельний перенос при зварюванні в СО₂ нерідко супроводжується підвищеним розбризкуванням металу, що також сприяє утворенню аерозолю.

Струменевий перенос. У цьому випадку випар також відбувається з кінця зварювального дроту, зварювальної ванни й краплі розплавленого металу. При випарі зі зварювальної ванни й крапель переносимого металу утвориться фракціонований аерозоль. У той же час більше інтенсивний випар з активних плям дуги, імовірно, приводить до появи нефракційних ТСЗА. Розбризкування металу при цьому невелике, так що більша частина пари утвориться в області дуги.

М.И. Ерман й А.Г. Потап'євський експериментально довели [21], що утворення аерозолю при зварюванні залежить від тривалості формування краплі розплавленого металу, її розмірів і довжини зварювальної дуги. При крупнокапельному переносі металу у випадку зварювання в СО₂ спостерігається більше пилоутворення, чим при дрібнокапельному переносі (зварювання в суміші вуглекислого газу з 5% О₂). При імпульсно-дуговому зварюванні в аргоні також замічено менш інтенсивне, у порівнянні зі звичайним зварюванням, утворення аерозолю через мінімальний час перебування краплі в дузі.

Виходячи зі сказаного, можна зробити висновок, що для прогнозування складу й кількості аерозолю, що виділиться при зварюванні в захисному газі необхідно використати поняття фракційного й нефракційного випару, а також брати до уваги його залежність від типу переносу електродного металу [21].

2.4 Випаровування матеріалу під дією зварювального джерела

Під дією високотемпературних концентрованих джерел теплоти (дуги, електронного променя, лучачи лазера й інших) оброблюваний матеріал плавиться, частково випаровується або сублімує і несеться в навколишнє середовище. Для мало амперних дуг у різних дослідженнях отримані наступні значення питомої швидкості б_н випару металу в області катодної плями [8]:

б_и, г/(А•г)

Мідь (тверда) 0,0252-0,054

Більші значення б_и І. Г. Кесаєв вважає завищеними в результаті недостатньо повного виключення розбризкування із втрат на випаровування.

Для багатоамперної дуги І. Д. Кулагін й А.В. Ніколаєв, визначаючи швидкість випару по різниці мас залізного електроду діаметром 5 мм при імпульсному впливі (час горіння дуги становив 0,01-0,7 з і у всіх випадках було менше часу існування краплі на електроді), знайшли, що швидкість випаровування при I > 250 А пропорційна силі струму (б_и?const); а при I < 250 А б_и збільшується зі зростанням сили струму (рис. 2.3). Значення с% у цьому досліді становили 0,2 - 0,6 мг/(Ас). Відносна кількість металу, що випаровується, можна знайти зі співвідношення швидкостей випару й плавлення:

g_и/g_p=б_и/б_р (2.1)

На жаль, коефіцієнт розплавлення дроту, використаний у цих дослідах, невідомий. Якщо взяти для голого дроту б_р = 12ч14 г./(А•ч) при зазначених значеннях б_и, відношення g_и/g_p складе 0,06-0,17 (6-17%).

А.В. Петров, порівнюючи при аргонодуговому зварюванні дротом Св-Х18Н9Т масу розплавленого за деякий проміжок часу електродного металу й масу краплі, що перейшли за цей час у ванну, знайшов, що в пароподібному стані з електрода переноситься 10-25% металу (більші значення відповідають більшій силі струму). Масу крапель визначали по їх геометричним розмірах на кадрах швидкісної кінозйомки (по двох проекціях).



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2.3. Питома (віднесена до 1 А) швидкість випару металу залізного електрода діаметром 5 мм: а - електрод-катод; б - електрод-анод

У той же час Д. Хоуден, розплавляючи невеликі (1 см³) зразки металу в мідній водо охолоджуючій формі в захисній (аргон або аргон + 5-10% водню) атмосфері, одержав швидкості випару, які не тільки значно менше швидкостей, отриманих у досвідах І. Д. Кулагіна й А.В. Ніколаєва, але й швидкостей у випадку малоамперной дуги:

б_и, мг/(А•с)

Для заліза (при 300А) 0,0016

Для міді (при 300А) 0,0002

Для олова (при 80 А) 0,0060

Випаровування визначали тільки для анода при силі струму 100 - 300 А; відзначене збільшення б_и зі зростанням сили струму [19].

Значна розбіжність дослідних даних пояснюється, видимо, не тільки розходженнями в методиках експериментів (насамперед різним ступенем поділу втрат на випаровування і розбризкування металу дрібними краплями), але й різними фізичними умовами на поверхні, що випаровується (умовами теплоотвода, концентрацією теплового потоку й т.д.). Ці умови більше сприяють випару на торці електрода, що плавиться внаслідок скрутності опорної плями дуги й відповідно більшої щільності потоку енергії, гірших умов теплоотвода й, головне, наявності газового потоку, спрямованого звичайно з електрода на вироби й прискорювальне видалення пар з поверхні. Про ролі напрямку газового потоку можна судити по зміні швидкості випару на катоді малоамперной дуги, що, як відомо, швидко збільшується зі зниженням тиску. Інша картина на поверхні ванни. Падаючий на неї газовий потік з електрода повинен гальмувати пароутворення. Це, видимо, і є причиною невеликих значень б_и отриманих Д. Хоуденом [12].

2.5 Випаровування електродного матеріалу й утворення зварювального аерозолю

Установлено, що при зварюванні покритими електродами випаровується 1-3% електродного матеріалу [8]. Інтенсивність випару металевого й шлакового розплавів, що утворяться при плавленні електрода й основного металу, залежить від режимів зварювання, техніки зварювання, просторового положення зварювання, складів електродного покриття, основного й присадкового металів. Ці ж фактори дуже впливають і на склад зварювального аерозолю.

Швидкість випару однофазного розплаву визначається площею його вільної поверхні й тиском насиченої пари. Залежність тиску насиченої пари чистої речовини від температури виражається відомим рівнянням Клаузіуса - Клапейрона:

lg р = - ?H/4,575Т + const, (2.2)

де р - тиск пари над рідиною; ?H - теплота випару, прийнята спрощено постійної. Чим менше теплота випару речовини й більше температура його нагрівання, тим інтенсивніше йде процес випару.

При зварюванні, як правило, розплавляються не чисті метали, а сплави складного складу. У цих випадках пар являє собою суміш парів компонентів сплаву, причому елементи з більше низькою теплотою випару будуть становити відносно більшу частину (тиск) парів. Вибірковість є найважливішою особливістю випару багатокомпонентних систем. Наприклад, з залізомарганцевих розплавів випаровується при нагріванні, насамперед марганець [19], причому цей процес розвивається тим інтенсивніше, чим вище зміст марганцю в розплаві. Нижче дані приклади виборчого випару елементів з більше низькими значеннями температури кипіння й теплоти випару, чим залізо (хімічний склад в% по масі).

Fе Мn

Електрод 98 1,13

Продукти конденсації пари 45 6,2

При зварюванні електродом, що плавиться, метал проходить послідовно стадії краплі й ванни. Для стадії краплі характерні висока питома поверхня, яка на порядок перевищує питому поверхонь зварювальної ванни [6], і більш високий рівень перегріву. У момент відриву від торця електрода середня температура краплі, як відзначалося вище, може досягати 2500 К, причому в зонах активних плям вона може досягати значень, рівних температурі кипіння [4]. У випадку зварювання покритими електродами крім металевого розплаву зазначені стадії проходить і шлакова фаза. Оскільки на стадії краплі двофазна система металевий розплав - шлак характеризується більш високими значеннями питомої поверхні й температури, то можна думати, що тут умови випару більше сприятливі, чим на стадії ванни. Наявність великого градієнта температур у зоні дугового розряду створює сприятливі умови для конвективного масоперенесення продуктів випару в зону більш низьких температур, де відбувається конденсація парової фази й окислювання продуктів конденсації. Дослідження механізму утворення зварювального аерозолю, виконані М. Кобаяши зі співавторами [21], показали, що аерозоль утворюється головним чином внаслідок випару матеріалів електрода (покриття й стрижня). Частка розплаву на стадії ванни в утворенні аерозолю істотно менше (див. рис. 2.2).

Пара, що утвориться головним чином при випарі складових покриття й стрижня електрода, під впливом плазмових потоків і тиску дуги витісняється з нижньої зони стовпа дуги в навколишній простір з більше низькою температурою. Тут відбувається конденсація парової фази й окислювання деяких продуктів конденсації (металів і нижчих оксидів).

При зварюванні змінним струмом найбільша кількість пари утвориться в кожен напівперіод, коли величина зварювального струму досягає максимального значення [21]. Цікаво, що максимум виділення пари не пов'язаний з характером переносу краплі електродного металу.

У процесі зварювання в парову фазу може попадати багато елементів, що входять до складу електрода й металу, що зварюється. У результаті конденсації пари утворяться тверді частки складного складу. До складу ТСЗА, що утвориться при зварюванні покритими електродами, входять основні (Mn, Fе, Sі, К, Na, Са, Мg, Ті, Аl, Сr, Nі, F) і примесні (Аs, Сu, Rb, Sn, Zr, Sr, Nb, Мо, Аg, Sb, Ва, Рb) елементи. У результаті окислювання й конденсації цих елементів утворяться тверді частки складного складу. Однак дослідження структури й виду хімічних сполук (фазового складу) ТСЗА за допомогою сучасних фізичних методів (інфрачервоної спектроскопії, рентгенофазової й електронної дифрактометрії) дозволили встановити, що крім оксидів до складу ТСЗА входять також шпінелі, силікати, фториди й інші складні з'єднання (наприклад, Fе₃O₄, Мn₃O₄, МnFе₂O₄, Mn₂SiO₄, Fe₂SiO₄, Сr₂O₃•FеO, (Fе, Mn) O•Fe₂O₃, K₂CrO₇, Na₂CrO₇, NaF, CaF₂) [21].

Зміст основних елементів коливається від декількох десятих відсотка до десятків відсотків залежно від типу зварювального матеріалу. Через складність з'єднань, що утворяться при конденсації пари, склад ТСЗА в літературних джерелах приводять у вигляді масової частки елементів або оксидів. Розміри окремих часток коливаються від сотих до десятих часток мкм. Більші частки скупчуються в кластери розміром 1-2 мкм (рис. 2.4, a), а дрібні більш схильні до утворення ланцюжків (рис. 2.4, б).

Рис. 2.4. Електронно-мікроскопічне зображення часток ТСЗА, що утворяться при зварюванні електродами АНО-4 з покриттям рутилового виду (Ч200 000): а - скупчення часток у кластери, б - скупчення часток у вигляді ланцюжків

Крім того, у ТСЗА зустрічається невелике число сферичних часток діаметром 5-10 мкм. Більшість дрібних часток складається з ядра й оболонки (рис. 2.5). Ядро збагачене з'єднаннями заліза й марганцю, а оболонка містить з'єднання кремнію, калію й натрію.

Товщина оболонки залежить від температури, окисного потенціалу атмосфери дуги й збільшується з підвищенням змісту відзначених вище елементів у покритті електрода. Неоднорідність структури характерна для аерозолів конденсації складного складу.

Один і той же елемент може входити до складу декількох з'єднань. Наприклад, калій утворить з'єднання К₂СО₃, КFеО₂, К_m(SiO)_n, КСаF₃, фтор - СаF₂, NaF, FеF₃, МnF₂. Зміст тієї або іншої фази ТССА залежить від складу зварювального матеріалу, температури й окисного потенціалу атмосфери дуги, тиску пари елементів й їхніх з'єднань при температурі плавлення зварювального дроту або електрода [8].

Рис. 2.5. Типова будова частки ТСЗА, що складається з ядра і оболонки

Неоднорідність фазового складу часток аерозолів пов'язана з тим, що високотемпературна пара має складний склад й окремі його складові конденсуються при різній температурі. У першу чергу відбувається конденсація елементів з більше низьким тиском пари ( = 0,215 Па, = 0,148•10-⁵ Па), а потім елементів з більше високим тиском пари ( = 31,02•10⁶Па, = 30,9•10⁵ Па) [4]. Кремній присутній у високотемпературній парі в широкому температурному інтервалі (1500-3000 К) у вигляді й характеризується при цих температурах більш високим тиском пари, чим марганець і залізо [8], тому кремній конденсується разом з низькотемпературними оксидами натрію й калію, утворюючи силікати. Центрами конденсації пара можуть бути як самі атоми елементів, так і дрібні бризи металу, що виносять із зони дуги.

Для характеристики процесу утворення аерозолю при різних способах дугового зварювання у вітчизняній і закордонній практиці найчастіше використовують наступні показники: D - питоме виділення твердої складової зварювального аерозолю, що утвориться при розплавлюванні 1 кг електрода (г/кг або мг/кг); G - інтенсивність виділення твердої складової зварювального аерозолю, тобто кількість ТСЗА, що виділяється при розплавлюванні електрода в одиницю часу (г/ч або г/хв).

2.6 Випаровування металевого й шлакового розплавів й утворення зварювального аерозолю

Існує мало інформації про внесок металевої й шлакової фаз в утворення зварювального аерозолю. У роботі японських дослідників [8] відзначається, що в ТСЗА в помітних кількостях надходять зі шлаків з'єднання кремнію, калію, натрію, кальцію й фтору. При зварюванні низьководневими електродами, коли утворюються високоосновні фтор утримуючі шлаки, до складу зварювального аерозолю надходить більша кількість з'єднань лужних і лужноземельних металів, чим при зварюванні електродами з рутиловим, ільменітовим, кислим і целюлозним видами покриттів. Оксиди титану, алюмінію, магнію, марганцю надходять зі шлаку у зварювальний аерозоль у незначних кількостях.

Основою зварювального аерозолю, що утворюється при зварюванні всіма видами покритих електродів, є залізо (з'єднання заліза). Найчастіше процеси випару заліза визначають кількість аерозолю, що утворюється.

При зварюванні конструкцій з вуглецевих сталей електродами з рутиловим, ільменітовим і целюлозним покриттями в складі ТСЗА поряд із з'єднаннями заліза в значних кількостях присутні з'єднання марганцю. При використанні зазначених вище електродів концентрація марганцю в розплавленому металі (на стадіях краплі й ванни) значно нижче, ніж у розплаві шлаків. Однак пружність пари марганцю над рідким металом, що містить розчинений марганець, за інших рівних умов значно вище, ніж пружність пари марганцю над шлаковим розплавом, у якому присутні оксиди марганцю [8]. Ця обставина значною мірою визначає підвищену концентрацію марганцю у зварювальному аерозолі.

У роботі [8] випаровування марганцю й заліза з металевих і шлакових розплавів вивчали за допомогою установки, що складається із часопрогіного мас-спектрометра МСХ-4 і спеціально виготовленої камери з високотемпературним осередком. Після проведення серії досвідів були зроблені наступні висновки. Інтенсивність випару марганцю з шлакового розплаву, що містить 10,8-11,6% Мn (14-15% МnО), приблизно така ж, як інтенсивність випару з металевого розплаву, що містить 0,6-1,1% Мn. Варто очікувати, що зниження концентрації марганцю в шлаку до рівня його змісту в металевому розплаві істотно зменшить інтенсивність випару марганцю. У зв'язку із цим можна припустити, що шлаки з низьким змістом оксидів марганцю можуть бути використані як захисний шар, що перешкоджає випару марганцю з рідкого металу.

Інтенсивність випару заліза з поверхні шлакового розплаву в кілька разів менше, ніж з поверхні розплавленого металу, і практично не залежить від основності шлаків.

Подовження дуги, збільшення питомої поверхні випару при здрібнюванні крапель веде до більше інтенсивного випару марганцю. Основним джерелом надходження марганцю й заліза у зварювальний аерозоль є металевий розплав. Наявність на його поверхні плівки шлаків перешкоджає випару заліза й марганцю. Інтенсивність випару марганцю з розплавлених шлаків збільшується з ростом основності й змісту оксидів марганцю, досягаючи значень, які характерні для металевого розплаву. Інтенсивність випару заліза з шлакового розплаву практично не залежить від основності шлаків й істотно менше відповідного показника для розплавленого металу.

Поряд з марганцем і залізом помітний внесок в утворення тієї частки зварювального аерозолю, що формується при випарі складових металевого розплаву, може вносити хром. Установлено, що найбільший перехід хрому в ТСЗА має місце в тих випадках, коли він входить до складу електродного дроту. Перехід хрому з основного металу або електродного покриття до складу ТСЗА в кілька разів менше [22]. При застосуванні електродів, стрижні яких виготовлені з нержавіючої сталі, зміст хрому в ТСЗА може досягати 6-8%. Результати розглянутих експериментальних даних свідчать про те, що металевий розплав - основне джерело випару заліза, марганцю й хрому.

З'єднання лужних і лужноземельних металів, кремнію й фтору випаровуються з шлакового розплаву. Згідно даним роботи [23], сумарний зміст оксидів лужних і лужноземельних металів у складі ТСЗА порівняно із сумарним змістом оксидів заліза й марганцю (табл. 2.3). Отже, інтенсивність випару зазначених елементів повинна дуже впливати на показники валових виділень ТСЗА при зварюванні покритими електродами. Тому вивчення особливостей випару лужних і лужноземельних металів поряд з аналізом закономірностей випару заліза й марганцю з оксидних і металевих розплавів представляє великий практичний інтерес.

Таблиця 2.3. Зміст оксидів натрію, калію, магнію й кальцію в ТСЗА [22], % (по масі)

Зварювальний матеріал	Na2O и K2O	MgO и CaO	Fe2O3 и Mn2O3
Електроди з покриттям:
основним	20-38	5,3-17,8	17,7-44,4
рутиловим	15-32	-	40-74,8
Порошкові дроти:
для зварювання в СО2	-	1,3-23,1	47,2-78,6
самозахисні	-	5,2-68,5	18,9-73,9

Також у роботі [23] досліджувались особливості випару лужних (натрій, калій) і лужноземельних (магній, кальцій) елементів зі зварювальних шлаків й їхній зв'язок з виділенням ТСЗА при зварюванні електродами з покриттям рутилового виду різної основности.

Досліди проводили за допомогою часопрогіного мас-спектрометра МСХ-4 за методикою з використанням шлаків двох серій. У шлаках серії ОК основність змінювалась варіюванням співвідношення змістів ТiО₂ і СаО, у шлаках серії ОМ - змістів ТiO₂ і МgO.

Результати досліджень показали, що збільшення основности шлаків сприяє більш інтенсивному випару калію, натрію, магнію й кальцію, причому початок цього процесу зміщається в область більше низьких температур. Це можна пояснити ростом активності зазначених елементів, обумовленим структурними змінами в рідкому шлаку [8], що знижують енергію активації дифузії.

Слід зазначити, що випар магнію й кальцію зі шлаків з низькою основностью (ОК-З й ОМ-З), що відповідають реальним шлакам електродів з покриттям рутилового виду, практично не спостерігається, у той час як калій і натрій випаровуються досить інтенсивно. Зіставлення даних, наведених на рис. 143 [8], показує, що зі шлаків, що характеризуються однакової основністю (наприклад, ОК-2 й ОМ-1), у міру зростання температури випаровуються калій і натрій, а потім магній і кальції.

З отриманих експериментальних даних видно, що інтенсивність випару калію, натрію, магнію й кальцію дуже впливає на валові виділення й хімічний склад ТСЗА. Установлено, що збільшення основности електродного покриття приводить до значного зростання в складі ТСЗА змісту з'єднань калію й натрію, причому цей приріст по абсолютній величині найбільший у калію. Що стосується змісту в ТСЗА лужноземельних елементів, то тут зберігається виявлена при дослідженні шлаків закономірність, причому зміст магнію в ТСЗА (серія ОМ) істотно вище, ніж кальцію (серія ОК). Таким чином, закономірності, установлені при зварюванні досвідченими електродами, збігаються із закономірностями, виявленими при вивченні особливостей випару шлаків. В основному весь приріст валових виділень ТСЗА обумовлений випаром лужних металів.

2.7 Взаємозв'язок валових виділень, хімічного складу зварювального аерозолю й умов зварювання

Випар електродного й основного матеріалів при зварюванні, у результаті якого утвориться зварювальний аерозоль, значною мірою залежить від температурних умов у зоні дугового розряду. Останні залежать від режимів зварювання: зварювального струму, полярності й напруги. Установлено [8], що незалежно від типу застосовуваних електродів зростання зварювального струму приводить до росту валових виділень зварювального аерозолю. Це обумовлено підвищенням температури краплі металу на торці електрода, що приводить до інтенсифікації процесів випаровування. На рис. 2.6 показана типова залежність валових виділень ТСЗА від величини зварювального струму при зварюванні електродами діаметром 3,2-8 мм із покриттям ільменітового виду.

За даними роботи М. Кобаяши [8] залежність інтенсивності виділення ТСЗА від сили зварювального струму має параболічний характер й описується рівнянням

G=AIⁿ, (2.3)

де G - у мг/хв; А и n - емпіричні постійні, величина яких залежить від виду покриття: А = 0,0361 для електродів з ільменітовим покриттям, А = 0,4519 для електродів з рутиловим покриттям, А = 0,0697 для електродів з основним покриттям, показник п відповідно дорівнює 1,73; 1,17 й 1,65.

Необхідно відзначити, що електрод меншого діаметра виділяє більше ТСЗА, чим електрод більшого діаметра, якщо зварювання виконується на струмі однакової величини. Очевидно, це обумовлено тим, що при однаковому зварювальному струмі щільність його на меншому діаметрі електрода (а отже, і температура нагрівання краплі на торці електрода) вище, ніж на електроді більшого діаметра. Це і є причиною більшої інтенсивності випару розплаву й виділення аерозолю електродом меншого діаметра.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2.6. Залежність питомих виділень ТСЗА (штрихові криві) і їхньої інтенсивності (суцільні криві) від величини зварювального струму при зварюванні електродами з ільменітовим покриттям діаметром 3,2-8 мм

Збільшення струму супроводжується, як правило, ростом номінальної напруги на дузі, тобто потужність зварювальної дуги росте не тільки через ріст струму, але й у результаті збільшення напруги дуги. Спостерігається пропорційна залежність інтенсивності виділення ТСЗА від потужності дуги.

Установлено, що великий вплив на валові виділення ТСЗА робить напруга дуги [8]. Її збільшення внаслідок подовження дуги викликає істотне збільшення валових виділень ТСЗА. Це обумовлено, по-перше, погіршенням умов захисту розплавленого металу на торці електрода від кисню навколишнього повітря, тобто збільшенням окисного потенціалу атмосфери дуги, що, інтенсифікує процес виділення зварювального аерозолю. По-друге, приріст потужності дуги, викликаний ростом напруги через її подовження, даремно витрачається на випромінювання в навколишній простір, практично не збільшуючи швидкість плавлення електрода. У результаті обидва показники, що характеризують валові виділення зварювального аерозолю - інтенсивність G і питоме виділення D ТСЗА, - ростуть при подовженні дуги.

Якщо збільшення напруги дуги обумовлено її стисканням, воно також викликає ріст валових виділень ТСЗА, але в меншій мірі, чим подовження дуги, тому що при стисканні дуги умови захисту зони плавлення електрода від навколишнього повітря не погіршуються.

Відомості про вплив роду струму й полярності на валові виділення ТСЗА суперечливі. У більшості робіт відзначається, що за інших рівних умов найбільша інтенсивність виділення ТСЗА спостерігається при зварюванні постійним струмом зворотної полярності. Цей факт добре погодиться з експериментальними даними про більш високу температуру крапель на торці електрода при зварюванні на зворотній полярності. Однак у деяких роботах [8] відзначається, що при зварюванні високопродуктивними електродами з рутиловим і кислим покриттями найбільша інтенсивність виділення ТСЗА має місце при зварюванні на прямій полярності. При зварюванні змінним струмом інтенсивність виділення ТСЗА, як правило, нижче, ніж при зварюванні постійним струмом. Таку залежність можна пояснити періодичним зниженням зварювального струму до нульового значення (на відміну від постійного струму), що спричиняє відповідні температурні зміни нагрівання металу на торці електрода й інтенсивності випару електродного матеріалу, що плавиться [21].

Під час ведення процесу зварник звичайно переміщує електрод не менш чим у двох напрямках. По-перше, він подає електрод уздовж його осі в дугу, підтримуючи необхідну в залежності від швидкості плавлення електрода довжину дуги. По-друге, переміщає електрод у напрямку наплавлення або зварювання для утворення шва.

При правильно обраному діаметрі електрода й силі зварювального струму швидкість переміщення дуги має велике значення для якості шва. При підвищеній швидкості дуга розплавляє основний метал на малу глибину й можливе утворення непроварів. Дослідження форми проплавлення основного металу за допомогою макрошліфів дозволили встановити, що мінімальне виділення ТСЗА відповідає максимальній глибині зварювальної ванни, тобто максимальному зануренню дуги в основний метал [3].

Положення електроду відносно поверхні виробу і просторове положення зварювання впливає на форму шва й проплавлення основною металу. При зварюванні кутом назад поліпшуються умови відтискування з-під дуги рідкого металу, товщина прошарку якого зменшується. При цьому поліпшуються умови теплопередачі від дуги до вогненного металу й росте глибина його проплавлення. Те ж спостерігається при зварюванні шва на підйом на похилій або вертикальній площині. При зварюванні кутом уперед або на спуск розплавлений метал зварювальної ванни, підтікаючи під дугу, погіршує теплопередачу від її до основного металу - глибина проплавлення зменшується, а ширина шва зростає (перетини швів на рис. 2.7). При зварюванні нахиленим електродом збільшується інтенсивність утворення ТСЗА, тому що збільшується площа електроду, який знаходиться в зоні зварювання.

Рис. 2.7. Способи виконання зварювання: а - кут назад; б - кутом вперед; в-на підйом; г - на спуск

При стельовому положенні шва в просторі (рис. 2.8, б), зварник виявляється в зоні впливу меншої кількості шкідливих елементів, які важчі повітря й тому будуть осідати вниз, а значна кількість ЗА буде підніматися нагору (не впливаючи на організм зварника). Але зварювання швів у стельовому положенні найбільш складні і його при можливості варто уникати. При зварюванні цих швів погіршені умові виділення з розплавленого металу зварювальної ванни шлаків і газів.

Коли зварювання ведеться в нижнім положенні, конвективне тепло, що віддає дуга й нагріта деталь навколишньому повітрю, сприяє виникненню вгорі забрудненого струменя - зварювального смолоскипа, що підіймається.

При зварюванні здійснюється нагрівання до високих температур і тому більше легші, чим навколишнє повітря, пари металу, компонентів зварених матеріалів піднімаються над постом зварювання й попадають у зону температур одного порядку з навколишнім повітрям, тому швидко конденсуються й твердішають. Зварювання вертикальних швів можна виконати нa підйом (знизу нагору, рис. 2.8, а) або на спуск.

Рис. 2.8. Положення електроду при зварюванні швів: а - вертикальних; б - стельових; в-горизонтальних

При зварюванні на підйом нижчий метал шва, що закристалізувався допомагає удержати розплавлений метал зварювальної ванни. При цьому способі полегшується можливість провару кореня шва й крайок, тому що розплавлений метал стікає з них у зварювальну ванну, поліпшуючи умови теплопередачі від дуги до основного металу [28].

При зварюванні на спуск одержати якісний провар важко: шлаки й розплавлений метал підтікають під дугу й від подальшого стікання втримуються тільки силами тиску дуги й поверхневого натягу. При зварюванні на вертикальній площині виділення ЗД займає проміжне положення між двома попередніми (рис. 2.8, а) [5].

Автори робіт [40, 42] досліджували впливи кута нахилу електрода (при РДЗ) на виділення зварювального аерозолю (ТСЗА). Відхилення положення електрода від вертикалі приводить до невеликого збільшення інтенсивності утворення ТСЗА [8]. Очевидно, ріст виділення аерозолю в цьому випадку (рис. 2.9) обумовлений деяким погіршенням захисту зони плавлення електрода від кисню навколишнього повітря.

Рис. 2.9. Схема процесу зварювання

Виконуючи зварювання виробу зі швами різним образом орієнтування в просторі зварник змінює кут нахилу електрода до виробу. Кутові шви, що з'єднують елементи тавра або внахлест, виконується в основному при розташуванні електрода під кутом. Така обставина має місце при зварюванні горизонтального шва на вертикальній площині, що з'єднує кузов і раму вагона электро - і дизельпоїздів. Ці шви найбільше важко виконувані. Досліджували активності виділення ТСЗА при зміні кута б уздовж шва й кута в поперек шва. У першій серії досліджень змінюють кут нахилу електрода уздовж лінії зварювання.

Досліджували нахилення електродів від 35 до 90°. Установлено, що зі збільшенням відхилення електрода від вертикального положення приводить до збільшення інтенсивності утворення ТСЗА (рис. 2.10).

Пояснити таку залежність можна по двох напрямках: перше - погіршення захисту зони плавлення електрода від кисню навколишнього повітря; друге - збільшення площі поперечного перерізу поверхні, з якої відбувається випар металу, збільшення обсягу розплавленого металу (рис. 2.9). При нахилі електрода площа плавлення зростає (рис. 2.11), а відношення площ залежить від кута нахилу б.

Рис. 2.10. Залежність інтенсивності виділення ТСЗА від кута нахилу електрода

Рис. 2.11. Вплив кута нахилу електрода на збільшення площі випару

Втрати металу на випаровування визначають не загальною кількістю металу, що випаровується, а тільки лише тією його частиною, що не сконденсувалася у ванні через зміну напрямку потоку пар, що йдуть на ванну. Підтвердженням цього можуть бути досліди з імпульсним зварюванням [24]. Втрати на випар зменшувалися зі збільшенням частоти проходження імпульсів, що можна пояснити меншими при імпульсному режимі відхиленнями потоку газів і пари від напрямку по осі електрода. При зварюванні в аргоні загальні втрати становлять близько 1%; більше половини цих втрат становлять втрати на розбризкування. Таким чином, втрати електродного металу на випар при нормальному протіканні процесу можна прийняти меншими або рівними 0,5% [12].

Говорячи про випар металу, доречно згадати про вплив виборчого випару на втрати марганцю й інших хімічних елементів при зварюванні. Як відомо, склад пари над розчином відрізняється від складу розчину, пара збагачена компонентами, що мають більшу пружність пари при даній темпері-турі. Ґрунтуючись на цьому, часто пояснюють підвищене вигоряння деяких компонентів електродного металу їх виборчим випаром. Однак виборчий випар навряд чи дуже впливає на втрати елементів при зварюванні.

Досліди показують, що втрати кремнію при зварюванні бувають більшими, ніж втрати марганцю, хоча тиск насиченої пари для кремнію на кілька порядків менше, ніж цей же тиск для марганцю.

Відомо також, що втрат марганцю (і інших елементів) при зварюванні в аргоні, коли метал захищений від окислювання, практично немає або вони не носять виборчого характеру. Останнє підтверджується наступним дослідом. Дугою із електродом, що не плавиться (вольфрамовим), в аргоні розплавляли електродні дроти різного складу (Св-20ХГСА, Х18Н10Т, Св-10Г2С, Св-Х20Н10Г6 и Св-Х14Г14НЗТ), а також пластини (накладення швів) зі сталі Г13Л.

Зіставлення вихідного змісту марганцю з його змістом у наплавленому металі показало, що марганець практично не випаровується (рис. 2.12), хоча при виборчому випаровуванні втрати його повинні були б із зі зростанням концентрації. Власне кажучи єдиним дослідом, як би підтверджуючим наявність виборчого випару, є досвід А.А. Алова, що одержав значну кількість марганцю в осаді після пропущення через водяну пастку газів, які відсмоктувались із зони дуги [12]. Однак цей осад є скоріше результатом сублімації й розпилення окислів, що утворюються при зварюванні, чим випару металу.

Отже, втрати марганцю, як й інших елементів при зварюванні, варто віднести в основному за рахунок окислювання.

Рис. 2.12. Залежність змісту марганцю в наплавленні від його вихідного змісту

Проте, виборчий випар при зварюванні можливо й має місце. Це підтверджує дослід, у якому були зафіксовані помітні втрати марганцю при аргнодуговому зварюванні дротом Св-08Г2С, хоча зміст кремнію не змінювався [25]. У досвіді дуга й потік газів були спрямовані убік від ванни (дуга горіла на мідну трубку, розташовану збоку, а краплі електродного металу падали вниз, в виливницю). У звичайному ж процесі потік пари спрямований на ванну, де вона конденсується. Таким чином, навіть при наявності виборчого випару склад металу, якщо, звичайно, немає окислювання, практично не повинен змінюватися. Роль виборчого випару може проявлятися лише в особливих випадках. Звичайно ж електродний метал переноситься у ванну повністю (якщо не вважати розбризкування, що свідомо не носить виборчого характеру). Поняття пружності пари над розплавом (і інших фізичних властивостей) у зоні опорної плями дуги (де в основному й відбувається випар металу) певною мірою губить свій зміст, тому що умови на поверхні металу в плямі дуги настільки відмінні від умов, у яких визначають пружність пари й інші константи матеріалів, що застосування цих констант стає скрутним [9].

3. Аналіз існуючих методів виміру параметрів пилу

Дугове зварювання плавленням широко застосовується в багатьох галузях господарської діяльності. Для нього характерне високотемпературне нагрівання, що супроводжується випаром деякої частини основного й електродного матеріалів.

Тривалий вплив підвищених концентрацій пилу приводить до важких професійних захворювань органів подиху - пневмоконіозам і пиловим бронхітам. Нозологічна форма пневмоконіозів (від латинських слів pneumo-легені й conіo - пил) визначається речовинним складом аерозолів.

При нагромадженні пилу в легенях розвивається пневмоконіоз - стадійний прогресуючий процес формування фіброзу з комплексом запальних і компенсаторно-пристосувальних реакцій у бронхах і легеневій тканині.

Результатом цих змін є дихальна, а на пізніх важких стадіях захворювання - серцева недостатність. Фактично розвиток захворювань органів подиху залежить від кількості пилу, що нагромадилася в легенях. Основними факторами, що впливають на надходження пилових часток в організм й їхню затримку в органах подиху, є концентрація пилу у вдихуваному повітрі, час її впливу, дисперсний склад часток, їхня щільність, розчинність, обсяг подиху залежно від ваги праці, а також індивідуальна чутливість організму.

Дія пилу на організм залежить в основному від хімічного складу пилу, від ступеня запилення повітря, від розмірів і форми пилових часток.

Ступінь запилення повітря виражають у міліграмах пилу на 1 м³ повітря. У чистому повітрі втримується менше 1 мг пилу в 1 м³. При великому запиленні зміст пилу в повітрі досягає сотень і навіть тисяч міліграмів в 1 м³. Природно, що зі збільшенням запилення дія пилу на організм підсилюється.

Розмір порошин впливає на тривалість перебування їх у зваженому стані в повітрі й на глибину проникнення в дихальні шляхи. Залежно від розмірів пилові частки підрозділяються на видимі (>10 мкм), мікроскопічні (0,25-10 мкм) і ультрамікроскопічні (<0,25 мкм) і аерозолі.

3.1 Методи, засновані на попереднім осадженні, і методи без попереднього осадження

Вимір дисперсних параметрів пилу є важким технічним завданням, що обумовлено тим, що пил є складною багатопараметричною системою. Методи виміру параметрів пилу можна розділити на дві основні групи: методи, засновані на попереднім осадженні, і методи без попереднього осадження [30].

Основною перевагою методів першої групи є можливість виміру масової концентрації. До недоліків варто віднести циклічність виміру, високу трудомісткість, низьку чутливість, що обумовлює тривалість пробовідбору до декількох годин при вимірі малих концентрацій. Для методів першої групи використають прилади попереднього осадження, що може бути здійснене шляхом седиментації або інерційного осадження часток за допомогою термо - або електропреципітатора.

При цьому розміри часток можуть бути визначені по швидкості їхнього осадження, наприклад, оптичним методом. Якщо частки електрично заряджені, то їхня швидкість і розмір можуть бути визначені по швидкості їхнього руху в електричному полі. Визначення концентрації часток виробляється або шляхом рахунку часток візуально, або із застосуванням сучасних засобів (відеокамера, фотографія).

Основною проблемою при використанні методів, заснованих на попереднім осадженні часток, є одержання представницької проби.

Ефективність цих методів залежить від умов відбору проб і невизначеностей, внесених пробовідбірним пристроєм і пов'язаних з неминучими перекручуваннями усередині приладу. Крім того, виконання умов ізокинетичності в загальному випадку неможливо через мінливість швидкості аеродисперсного середовища. Умови ізокинетичності виконуються тільки у випадку рівності по величині й напрямку швидкості усмоктування аерозолю в прилад і зовнішньої швидкості плину. Один з перспективних методів виміру концентрації пилу - п'єзоелектричний, при якому можливі два варіанти використання: зміна частоти коливань п'єзокристала при осадженні на його поверхню пилу й за рахунок електричних імпульсів, що виникають при зіткненні часток пилу з п'єзокристалом. Застосовують також радіоізотопні й фотоелектричні методи, засновані на визначенні концентрації осілого на фільтрі пилу по зміні коефіцієнта поглинання радіаційного або оптичного випромінювання до й після осадження часток аерозолю на фільтр.

Вільними від недоліків методів виміру з попереднім осадженням часток аерозолю є прилади без попереднього осадження часток. Ці прилади використають в основному оптичні й електричні методи виміру параметрів аерозолю. У порівнянні з іншими методами, застосовуваними для цих цілей, оптичні методи володіють рядом переваг: вони швидкодіючі, не вносять перекручувань у досліджуваний об'єкт і не змінюють його властивості, дають можливість проведення дистанційних вимірів [30].

Оптичні методи виміру засновані на використанні властивостей розсіяного й поглиненого в аерозольному середовищі оптичного випромінювання. Найбільше поширення одержали: методи, засновані на вимірі поглинання оптичного випромінювання аерозолем; методи, засновані на вимірі параметрів індикатриси неуважного випромінювання; у тому числі: метод розрахунку часток по вимірі інтенсивності неуважного випромінювання.

Метод, заснований на вимірі коефіцієнта поглинання оптичного випромінювання, є найбільш простим. Застосування даного методу виміру припускає або знання дисперсного складу аерозолів, або постійності його дисперсного й фізико-хімічного складу в процесі експлуатації приладу при його попередньому калібруванні.

Для виміру малих концентрацій часток аерозолів широко використаються лічильники часток, засновані на вимірі інтенсивності розсіяного часткою світла. При цьому в момент виміру в освітлюваному обсязі лічильника перебуває тільки одна частка. Імпульси розсіяного світла реєструються фотоприймачем і надходять на амплітудний аналізатор або аналогово - цифровий перетворювач. Таким чином, визначається не тільки рахункова концентрація часток, але і їхній дисперсний склад, об'ємна концентрація. До приладів цієї серії необхідно віднести лічильники фірми Hіac-Royco (США), АЗ-5, ПК.ГТА 0,3-002, ПКЗВ-906, «Монітор-93Б» (Росія).