Dym spawalniczy pod kontrolą
Czym jest dym spawalniczy i jak powstaje?
Podczas spawania, łuk spawalniczy osiąga temperaturę kilku tysięcy stopni. Metal odparowuje, wchodzi w reakcję i ulega kondensacji – powstaje dym spawalniczy. Zawiera on składniki gazowe, jak ozon, tlenek węgla, dwutlenek węgla lub tlenki azotu, oraz składniki stałe, jak tlenki żelaza, niklu i ołowiu, mangan lub chrom VI. Warto zapamiętać, że około 95% emisji pochodzi ze spoiwa, czyli z drutu, który jest ciągle doprowadzany do jeziorka spawalniczego.
Dymy spawalnicze stanowią w dużej mierze ukryte zagrożenie: duża część cząstek jest ultradrobna – często mniejsza niż 1 µm, a niektóre są nawet mniejsze niż 0,1 µm. Cząstki te docierają do alweoli, czyli pęcherzyków płucnych, w których zachodzi wymiana gazowa. (Rys. 1) Stamtąd mogą one – w zależności od składu – przedostać się do krwiobiegu. Skutki obejmują od przewlekłych obciążeń dróg oddechowych (np. syderoza w przypadku tlenków żelaza), przez oddziaływanie toksyczne (np. przez tlenek węgla, tlenki azotu, ozon lub tlenki manganu), aż po zagrożenia rakotwórcze w przypadku związków chromu(VI) lub tlenku niklu, w szczególności podczas spawania stali wysokostopowych.
Wartości graniczne są pomocne, ale nie zastępują odpowiedzialności
W różnych krajach obowiązują różne wartości emisji: Holandia, w której obowiązuje ograniczenie 1 mg/m³ pyłu A (pyłu przenikającego do pęcherzyków płucnych), jest wyjątkowo surowa, w Niemczech obowiązuje wartość 1,25 mg/m³, w Austrii (tak jak choćby we Francji, Belgii, Norwegii lub Stanach Zjednoczonych i Kanadzie) – 5 mg/m³ w powietrzu atmosferycznym. Ważne: Wartości graniczne, normy i przepisy odzwierciedlają stan w danym czasie i mogą ulec zmianie w dowolnej chwili. Przedsiębiorstwa powinny regularnie sprawdzać aktualne wytyczne krajowe i odpowiednie dostosowywać ocenę zagrożeń.
Systemowe podejście: zasada STOP
Skuteczna redukcja dymu spawalniczego ma wyraźną strukturę – zgodną z zasadą STOP. Wszelkie środki należy stosować według następującej hierarchii: Rozwiązania zastępcze i rozwiązania techniczne pełnią funkcję ochrony zbiorowej i tym samym chronią również ludzi w otoczeniu. Środki organizacyjne ograniczają przede wszystkim ekspozycję resztkową. Środki ochrony indywidualnej (ŚOI) chronią wyłącznie konkretną osobę i dlatego są ostatnim poziomem hierarchii.
S - Substitution (zastąpienie): metody o niższym poziomie emisji (np. TIG), alternatywne druty spawalnicze i gazy osłonowe, zoptymalizowana długość łuku (rys. 2)
T - Technical measures (środki techniczne): palniki spawalnicze z odciągiem, zautomatyzowane cele spawalnicze, okapy odciągowe
O - Organizational measures (środki organizacyjne): elementy wolne od zanieczyszczeń, czystsze i odpowiednio uporządkowane miejsca pracy, skrócenie czasu ekspozycji, niedopuszczanie osób postronnych, regularne szkolenia
P - Personal measures (środki indywidualne): ochrona dróg oddechowych, gdy wszystkie poprzednie środki są niewystarczające
Skuteczna dźwignia leży w rękach tych, którzy spawają każdego dnia:
Gdy łuk spawalniczy robi różnicę
Badanie przeprowadzone przez niemieckie stowarzyszenie zajmujące się badaniami i technologią łączenia (FEF) z Aachen wspólnie z firmą Fronius pokazuje, w jakim stopniu ustawienia urządzenia spawalniczego wpływają na emisję dymu spawalniczego: Nie tylko metoda, ale także parametry mają znaczący wpływ na współczynnik emisji oparów (Fume Emission Rate – FER).
W porównaniu różnych wariantów procesu – standardowego łuku spawalniczego, łuku Low Spatter Control (LSC) i łuku pulsującego – łuk pulsujący okazał się procesem, który zapewniał najbardziej stabilne przejście materiału i najniższy wskaźnik emisji. Parametry procesu, takie jak prędkość podawania drutu, napięcie i natężenie prądu pozostały bez zmian.
Spawanie przeprowadzono drutem G-3Si1 (Ø 1,2 mm) na walcowanej na gorąco niestopowej stali konstrukcyjnej (S235JR) przy użyciu gazu osłonowego M21 (82% Ar / 18% CO2), w sposób w pełni zmechanizowany i w powtarzalnych warunkach.
Co ujawniła seria pomiarów
Ściegi napawane:
Podczas spawania z użyciem palnika z odciągiem szczególnie niskie wartości FER zaobserwowano przy prędkości podawania drutu 5 m/min i neutralnej pozycji palnika. Zaskakujące było, że FER przy 11 m/min było niższe niż przy 8 m/min. (Rys. 1) Powód: przy 8 m/min w czasie badania dochodziło do zwarć, które zwiększyły poziom emisji. Jeden czynnik był niezmienny: prowadzenie uchwytu spawalniczego poprzez ciągnięcie nieznacznie zredukowało emisje w całym zakresie prędkości podawania drutu.
Najlepsze efekty przyniosła jednak korekta długości łuku spawalniczego. Już umiarkowane zwiększenie średniego napięcia – o +0,4 V – znacznie zmniejszyło wartość FER przy wszystkich prędkościach podawania drutu. (Rys. 2) Z fizycznego punktu widzenia: optymalnie ustawiona długość łuku minimalizuje występowanie zwarć. Mniej zwarć to płynniejsze przejście materiału – a tym samym mniej oparów metalu i dymu.
Spoiny pachwinowe:
W tym przypadku emisje były ogólnie niższe, ale wykazywały jednakową tendencję (grafika 3): ·
- Prędkość podawania drutu 5 m/min: ok. 0,55 mg/s ·
- Prędkość podawania drutu 8 m/min: ok. 0,7 mg/s ·
- Prędkość podawania drutu 11 m/min: ok. 1,7 mg/s
W tym przypadku również prowadzenie uchwytu spawalniczego poprzez ciągnięcie podczas spawania przy użyciu palnika z odciągiem było korzystniejsze, w szczególności przy dużych prędkościach podawania drutu. Szczegółowy test przy prędkości 11 m/min wykazał minimalną wartość FER przy korekcie -1,5 V. Wydłużenie lub skrócenie łuku spawalniczego spowodowało wzrost emisji – albo przez wyższą moc procesu, albo zwiększoną ilość zwarć.
Kluczowe wnioski dla warsztatu
Proces jest podstawą: proces Pulse zapewnia wyjątkowo korzystne przejście materiału w wielu zastosowaniach.
Precyzyjna regulacja długości łuku: łuk spawalniczy powinien być jak najkrótszy, tak aby proces pracował z mniejszą, ale stabilną częstotliwością zwarć.
Optymalizacja prędkości podawania drutu: prędkość podawania drutu na poziomie 5 m/min wykazała podczas testów najniższe wartości emisji. Podstawowa zasada: przy zachowaniu procesu spawalniczego niższa moc łuku spawalniczego jest korzystniejsza.
Wychwytywanie dymu, zanim się rozprzestrzeni
Oprócz metody i parametrów kluczowe znaczenie ma odciąganie dymu spawalniczego. Palniki z odciągiem, jak Fronius MTW 500i Exento, pochłaniają dym tam, gdzie powstaje: bezpośrednio w jeziorku spawalniczym. W połączeniu z wysokowydajnym mobilnym systemem odciągowym Fronius Exento HighVac można skutecznie wychwycić nawet 99% dymu spawalniczego. Ważne: Strumień objętości odciągu palnika musi być utrzymywany w optymalnym obszarze; zbyt niskie wartości zmniejszają wydajność przechwytywania, a zbyt wysokie mogą sprzyjać zrywaniu gazu osłonowego, rozpryskom lub nieregularnościom spoin. Zalecane jest regularne testowanie przy użyciu odpowiedniego miernika strumienia objętości.
Wszędzie tam, gdzie nie można użyć palnika z odciągiem, na przykład podczas spawania ręcznego elektrodą otuloną, mobilny system odciągowy Exento LowVac jest skuteczną alternatywą. Zawiera on obracalny okap odciągu o zoptymalizowanym przepływie, która obejmuje duży obszar wykrywania. Dodatkowo zawiera dużą powierzchnię filtracji i nadaje się idealnie do często zmienianych miejsc pracy.
Wszystkie systemy Exento spełniają wymagania normy DIN EN ISO 21904-1 w zakresie wychwytywania i separacji dymów spawalniczych. Norma ta określa ogólne wymagania dotyczące lokalnych systemów odciągowych – w tym parametry okapów odciągowych, kanałów odciągowych, jednostek filtrujących, ilości powietrza, systemów ostrzegawczych i instrukcji dotyczących bezpieczeństwa w miejscu pracy. Ich celem jest zapewnienie, że dym spawalniczy jest wychwytywany w miarę możliwości całkowicie i jak najbliżej miejsca powstawania oraz niezawodnie oddzielany.
Środki ochrony indywidualnej: Przyłbice spawalnicze z zespołem dmuchawy z filtrem
Tam, gdzie możliwości techniczne odciągu są niewystarczające lub spawacze potrzebują dodatkowej ochrony, decydującą rolę odgrywają środki ochrony indywidualnej. Przyłbice spawalnicze z dmuchawą (PAPR – Powered Air Purifying Respirators) zapewniają niezawodną ochronę przed najdrobniejszymi cząsteczkami dymów spawalniczych przez stałe doprowadzanie do przyłbicy przefiltrowanego, czystego powietrza do oddychania.
Połączenie nadciśnienia w przyłbicy i wysoce skutecznych filtrów cząstek znacznie zmniejsza poziom zanieczyszczeń – w szczególności podczas pracy w ograniczonych przestrzeniach, obszarach trudno dostępnych lub w procesach bez bezpośredniego odciągu punktowego. Fronius oferuje nowoczesne przyłbice spawalnicze Fronius Vizor Air z zespołem dmuchawy z filtrem. Równomierny przepływ powietrza, zredukowane obciążenie cieplne i niezakłócone pole widzenia wspomagają precyzyjną pracę nawet podczas długich zmian.
Wniosek: Dym spawalniczy to nie konieczność
Dym spawalniczy można łatwo opanować. Dzięki odpowiedniemu połączeniu nowoczesnego systemu sterowania procesami, precyzyjnej regulacji parametrów, punktowemu odciągowi i środkom ochrony indywidualnej miejsce pracy jest nie tylko bezpieczniejsze, ale również bardziej produktywne i atrakcyjne. Albo krócej: Fume Emission Rate nie jest prawem natury. Jest to wielkość nastawcza, a spawacze mają pełną kontrolę nad jej regulacją.