Warsztat Konstrukcja systemu filtrowentylacji w przyłbicy spawalniczej bywa określane jako proces 3D (tu w znaczeniu: dusty, dangerous and dirty, czyli zapylony, niebezpieczny i brudny), podczas którego wydzielają się różnego rodzaju gazy i pyły spawalnicze. Pojawiają się one w wyniku reakcji fizyko-chemicznych, zachodzących na pograniczu materiału podstawowego i dodatkowego, czyli w obrębie jeziorka spawalniczego, i zawierają dużą ilość chemicznych pierwiastków działających niekorzystnie na organizm spawacza. Szczególnie przy regularnej pracy [1]. Paweł Wilk Przedostawanie się zanieczyszczeń do układu oddechowego, podrażnione oczy (spojówki), niekorzystne oddziaływanie na poszczególne układy wewnętrzne, wymuszają podjęcie odpowiednich działań w celu eliminacji zagrożeń. Przypadki podwiewania dymów spawalniczych pod przyłbice spawalniczą są bardzo częste i nie pozwalają na właściwe skupienie się nad realizowaniem procesów spawalniczych. Pożądane jest aby dane stanowisko czy miejsce wykonywania prac spawalniczych było wyposażone w wentylację lub filtrowentylację (stanowiskową bądź ogólną), o czym mówią odpowiednie przepisy [2]. Niestety, niejednokrotnie wyposażenie miejsca pracy w tego rodzaju elementy ochronne jest niemożliwe lub bardzo trudne do zrealizowania. Wiąże się to nie tylko z dużymi kosztami ale także z brakiem akceptacji osób zarządzających przedsiębiorstwem. Istnieje kilka systemów wentylacji i filtrowentylacji, zarówno stanowisk, jak i pomieszczeń spawalniczych. Różnią się one zasadą działania, budową, możliwościami technicznymi, a także innymi aspektami dodatkowymi, związanymi z ekonomią stosowania, na przykład zapewnieniem dopływu ciepłego czystego powietrza do pomieszczenia (kiedy zanieczyszczone powietrze zostaje z niego usunięte) czy też wymianą lub czyszczeniem filtrów. Ciekawym rozwiązaniem w takim przypadku jest zastosowanie przyłbic spawalniczych z nadmuchem oczyszczonego powietrza przez specjalny filtr. Są one coraz częściej spotykane w większych zakładach pracy. Niestety, przy zastosowaniu tego typu elementu ochrony, ruchy spawacza mogą być w pewien sposób ograniczone, a niektóre czynności mogą zostać utrudnione. W perspektywie dbałości o zdrowie, czy przynajmniej o lepsze samopoczucie, warto jednak przemyśleć możliwość zaopatrzenia się w takie urządzenie. Niektórzy spawacze alternatywnie pracują w zwykłych maskach przeciwpyłowych z zaworkiem, pomimo działania wentylacji nawiewno-wywiewnej. Obecnie na rynku dostępnych jest wiele różnych urządzeń związanych z nadmuchem lub filtrowentylacją przyłbic spawalniczych. Niektórzy pracodawcy lub sami spawacze zastanawiają się nad ich zakupem, ale nie zawsze mają pewność, czy dane 54 Projektowanie i Konstrukcje Inżynierskie październik 2013 www.konstrukcjeinzynierskie.pl
Warsztat Rys. 1 Widok prototypowego urządzenia do filtrowentylacji standardowej przyłbicy spawalniczej Rura nadmuchowa Łącznik Pas Włącznik Akumulator bateria Obudowa z filtrem rozwiązanie w 100% spełni swoje zadanie. Celem opisywanego projektu była budowa prostego systemu filtrowentylacji przyłbicy spawalniczej (poprzedzona testami i analizą działania), w celu sprawdzenia możliwości takiego urządzenia (rys. 1). Urządzenie zostało przetestowane w jednym z zakładów produkcyjnych na dwóch spawaczach, którzy zdecydowali się na tego rodzaju próby, i mieli wcześniej do czynienia z profesjonalnymi urządzeniami tego typu. Do budowy prototypu posłużyły następujące ogólnie dostępne elementy: pas wraz z kieszenią na akumulator (rys. 2) akumulator litowy 12 V 7,5 Ah wentylator promieniowy 12 V ok. 52 m 3 /h obudowa wentylatora z redukcją na przewód wąż przewód doprowadzający powietrze końcówka wylotowa mocowana do przyłbicy spawalniczej przewody (kable) włącznik rozpoczęcia pracy filtry wykonane z maski przeciwpyłowej ładowarka akumulatora litowego Rysunek 3 przedstawia spawacza stosującego system filtrowentylacji przyłbicy spawalniczej. Zastosowany akumulator (bateria) wystarcza nawet na 12-13 godzin spawania. W pierwszej wersji prototypu wykorzystano akumulator kwasowo-ołowiowy 12 V 7 Ah, lecz z racji jego dużej wagi (2,5 kg) został zastąpiony akumulatorem litowym 12 V 7,5 Ah (1,4 kg). Przy doborze akumulatora chodziło również o to, aby można było doprowadzać do jego regularnego rozładowania i ładowania (cykl 5-dniowego trybu pracy). Oczywiście, masę urządzenia można zmniejszyć przez zastosowanie Rys. 2 Pas z kieszenią na akumulator Projektowanie i Konstrukcje Inżynierskie październik 2013 www.konstrukcjeinzynierskie.pl 55
Warsztat Rys. 3 Spawacz realizujący proces spawania metodą MAG (135), z założonym systemem filtrowentylacji akumulatora o mniejszej pojemności np. 4,5 lub nawet 1,5 Ah, lecz takie działanie wiąże się z koniecznością wymiany baterii na inną naładowaną co kilka godzin, bądź też z doładowywaniem baterii, na przykład w przerwach od pracy. Dzięki temu jednak waga całego urządzenia mogłaby zmniejszyć się do około 1600 g. Przy zastosowaniu lżejszych materiałów do budowy poszczególnych elementów urządzenia (przewód, łączniki, obudowa czy pas) również moglibyśmy zmniejszyć wagę całości; także wykorzystanie wentylatora o mniejszej mocy pozwoliłoby zastosować lżejszy akumulator o mniejszej pojemności: możliwości modyfikacji prototypu są więc duże. Chcąc uzyskać efekt filtrowania zanieczyszczonego powietrza znajdującego się w otoczeniu spawacza trzeba zastosować filtr. Do tego celu wykorzystano maskę przeciwpyłową, z której wycięto odpowiednie elementy. Zdecydowano o zastosowaniu dwóch z trzech warstw filtrujących. Filtr powoduje delikatne stłumienie pracy wentylatora, lecz mimo to nawiew jest optymalny. Żywotność wentylatora (rys. 5) określana jest na około 70000 godzin. Ma on łożysko kulkowe, a jego moc wynosi Rys. 4 Ładowarka i bateria litowa zastosowana w urządzeniu 56 Projektowanie i Konstrukcje Inżynierskie październik 2013 www.konstrukcjeinzynierskie.pl
Warsztat Rys. 5 Wentylator promieniowy być miejscem rozwoju różnego rodzaju bakterii. Warto również, aby co pewien czas urządzenie było dezynfekowane środkami przeznaczonymi do tego celu. Rozwarstwienie filtra ukazano na rysunku 7. Obudowa (rys. 8), do której mocowany jest wentylator, jest jednocześnie elementem utwierdzenia węża. Ważne jest, aby w jego konstrukcji znajdowała się również siatka ochronna zabezpieczająca układ przed wciągnięciem filtra do wnętrza wentylatora. 8,6 W. Jest elementem, który decyduje o zastosowaniu pozostałych podzespołów w układzie, m.in. akumulatora, przewodu (dobór średnicy) i wielkości obudowy. Filtry zastosowane w urządzeniu przedstawiono na rysunku 6. Należy zwrócić uwagę na regularną wymianę zużytych filtrów. Wkłady zawilgocone mogą Docisk filtra Obudowa Wentylator Rys. 6 Filtry zastosowane w urządzeniu: po lewej czysty, nowy; po prawej filtr po 8-godzinnym dniu pracy Rys. 7 Filtr składający się z dwóch warstw. Po lewej- warstwa wewnętrzna; po prawej warstwa wierzchnia najbardziej narażona na zanieczyszczenia. Rys. 8 Obudowa mocowania wentylatora: powyżej zmontowane elementy (wentylator znajduje się wewnątrz); niżej zarys obudowy wykonany w programie CAD Projektowanie i Konstrukcje Inżynierskie październik 2013 www.konstrukcjeinzynierskie.pl 57
Warsztat Rys. 9 Widok przewodu nadmuchowego Przewód doprowadzający powietrze (w wersji prototypowej) był wężem, którego pierwotnym zastosowaniem jest odciąg zanieczyszczeń podczas odkurzania. Został on wykorzystany z uwagi na oryginalne przyłącza do obudowy i końcówki wylotowej, dzięki czemu połączenie poszczególnych elementów było sprawniejsze. Druga wersja urządzenia została wyposażona w specjalny przewód przeznaczony do odciągów zanieczyszczeń spawalniczych (pyłów i dymów). Przewód ma rdzeń w postaci spirali z drutu, powleczonej niepalnym materiałem (rys. 9). W sprzedaży dostępne są węże o średnicy już od ok 40 mm i taki właśnie został zastosowany. Na rysunku 10 widać przyłbicę spawalniczą z zainstalowaną końcówką nadmuchową. Skierowanie nadmuchu świeżego powietrza z góry okazało się być optymalnym rozwiązaniem i po aprobacie spawaczy (testerów) zdecydowano o pozostawieniem takiego układu bez instalowania dodatkowych kanałów nawiewnych z boku lub od spodu przyłbicy. Waga skonstruowanego urządzenia wynosi ok. 2000 g. Jest ona większa niż seryjnie produkowanych urządzeń filtrowentylacji, na co początkowo spawacze zwracali uwagę. Bardzo szybko jednak testujacy przyzwyczaili się do tej masy i w późniejszym etapie testów temat ten nie był już poruszany. Zastosowanie omawianego urządzenia pozwoliło na wykonywanie prac spawalniczych w przyzwoitych warunkach. Delikatny nawiew powietrza spełnia trzy 58 Projektowanie i Konstrukcje Inżynierskie październik 2013 www.konstrukcjeinzynierskie.pl
Warsztat Rys. 10 Przyłbica spawalnicza z zamontowaną końcówką nadmuchową wysoki komfort pracy, dzięki czemu spawacz nie męczy się tak szybko, nawet podczas prac w atmosferze podwyższonych temperatur. Przeprowadzone testy pozwoliły jednoznacznie stwierdzić, iż zastosowanie tego rodzaju środka ochrony zdrowia spawacza jest bardzo dobrym rozwiązaniem, pod warunkiem odpowiedniego doboru proporcji, związanych z prędkością nawiewu, jak i miejscem skierowania strumieni powietrza. Zbyt intensywny nadmuch, niewymienianie filtrów i brak regularnego czyszczenia urządzenia mogą dać odwrotny do zamierzonego skutek. Paweł Wilk LOGITER M zadania. Z jednej strony dostarcza świeże (przefiltrowane) powietrze w obręb twarzy spawacza. Z drugiej strony, dodatkowo jego strumień zapobiega dostawaniu się dymów spawalniczych pod przyłbicę spawalniczą (w okolicy brody), po trzecie zaś chłodzi przyłbicę dzięki czemu spawacz nie odczuwa na twarzy ciepła wywołanego nagrzanymi elementami spawanymi i łukiem spawalniczym. Te wszystkie elementy dają Literatura: [1] Matusiak J.: Zagrożenia zdrowia spawaczy podczas spawania stali nierdzewnych, Przegląd Spawalnictwa, 3/2008, s.3 9 [2] Rozporządzenie Ministra Gospodarki z 27 kwietnia 2000 r. w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy przy pracach spawalniczych. (Dz. U. z 19 maja 2000 r.) Projektowanie i Konstrukcje Inżynierskie październik 2013 www.konstrukcjeinzynierskie.pl 59