AGENTI CHIMICI E CANCEROGENI GENERATI DALLE DIVERSE TECNICHE DI SALDATURA

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1 AGENTI CHIMICI E CANCEROGENI GENERATI DALLE DIVERSE TECNICHE DI SALDATURA 1

2 Saldatura In metalmeccanica, giunzione di pezzi di metallo (metallo base) resi plastici o liquidi: dal calore, dalla pressione da entrambi i fattori con o senza l aggiunta di altro materiale, detto materiale d apporto 2

3 Processi di saldatura più diffusi SMAW GMAW (MAG/MIG) FCAW GTAW (TIG) SAW Saldobrasatura Brasatura 5

4 Altri tipi di saldatura Laser Ultrasuoni Elettroscoria Esplosione Fascio elettronico Diffusione Plasma Per punti OFW 6

5 Tipi di saldatura autogena per pressione Saldatura autogena per fusione 7

6 Saldatura autogena per fusione A gas: OFW (per es. ossiacetilenica, ossidrica) Ad arco elettrico: SMAW (MMAW), GTAW (TIG), GMAW (MIG/MAG), SAW, FCAW Alluminotermica (alla termite) 8

7 Saldatura autogena per fusione La saldature più diffuse nell industria sono la SMAW e la GMAW 9

8 Tipi di saldatura eterogena dolce Brasatura Saldatura eterogena forte Saldobrasatura 10

9 Composti chimici di interesse per l igiene industriale riscontrabili nelle attività di saldatura Derivano (a causa della saldatura) da: gas e materiali di protezione del bagno di saldatura metalli base metalli d apporto rivestimenti contaminazione del metallo base aria 11

10 Composti chimici di maggior interesse per l igiene industriale riscontrabili nelle attività di saldatura Gassosi CO (monossido di carbonio) O 3 (ozono) COCl 2 (fosgene) NOx (NO, NO 2 ) ossidi di azoto CH 2 O (formaldeide) cancerogeno HCl (acido cloridrico) HCN (acido cianidrico) Toluene diisocianato (TDI) Idrazina cancerogeno 12

11 Composti chimici di maggior interesse per l igiene industriale riscontrabili nelle attività di saldatura FeO Fe 2 O 3 Particolati Ossidi di ferro Fe 3 O 4 MnO 2 Mn 2 O 3 Mn 3 O 4 MnO Al 2 O 3 (ossido di alluminio) 13

12 Composti chimici di maggior interesse per l igiene industriale riscontrabili nelle attività di saldatura Particolati NaF KF CaF Fluoruri TiO 2 (biossido di titanio) K 2 O (ossido di potassio) Na 2 O (ossido di sodio) 14

13 Composti chimici di maggior interesse per l igiene industriale riscontrabili nelle attività di saldatura Na 2 CrO 4 Particolati K 2 CrO 4 ZnCrO 4 Composti del Cr(VI) cancerogeni CrO 3 NiO 2 Ni 2 O 3 NiO Ossidi di nichel cancerogeni 15

14 Composti chimici di maggior interesse per l igiene industriale riscontrabili nelle attività di saldatura Particolati CdO (ossido di cadmio) cancerogeno ThO 2 (biossido di torio) cancerogeno BaF 2 (fluoruro di bario) V 2 O 5 (pentossido di vanadio) 16

15 Brasatura dolce Leghe e materiali d apporto più diffusi nella brasatura dolce (temperatura di fusione inferiore a 450 C): possono contenere Cu, Ag, Sn, Zn, Cd e Sb Flussanti adoperati: colofonia Esposizione: colofonia e suoi prodotti di degradazione; possono inoltre essere presenti idrazina, formaldeide, Pb, HCl, HBr, Sn (a seconda del flussante adoperato) 17

16 Brasatura forte e saldobrasatura Leghe e materiali d apporto più diffusi nella brasatura forte (temperatura di fusione superiore a 450 C e inferiore a C)): possono contenere Cu, Zn, Ag, Sn, Al, Cd e Ni Flussanti adoperati: contengono acido borico, fluoruri, borace Esposizione: ossido di cadmio, ossido di rame, ossido di zinco, fluoruri, ossidi di boro, ossido d argento (a seconda del flussante adoperato) 18

17 Saldobrasatura Temperatura di fusione superiore alla brasatura forte ma inferiore al punto di fusione del materiale di base Le leghe adoperate sono di solito ottoni (leghe di Cu e Zn) che fondono a circa 800 C 19

18 Saldatura ad arco elettrico 20

19 Saldatura ad arco elettrico La saldatura ad arco elettrico è quella che genera inquinanti in quantità tali da destare maggior interesse dal punto di vista dell igiene industriale 21

20 Saldatura ad arco elettrico I parametri di saldatura influenzano l esposizione dell operatore a sostanze nocive A parità di tipo di procedimento di saldatura e materiale adoperato, voltaggi e correnti più elevate generano livelli più alti di sostanze nocive 22

21 Saldatura ad arco elettrico Il livello di emissioni dipende in gran parte dal tipo di saldatura eseguita e dalle condizioni operative: intensità di corrente ( fa aumentare il fumo) lunghezza dell arco (dipendente dal voltaggio e che condiziona il tempo di residenza nell arco e quindi porta a maggior fumo) angolo di saldatura (che consente di ridurre, se vicino alla perpendicolare, il voltaggio e di conseguenza il fumo) L abilità del saldatore è quindi molto importante (può ridurre l esposizione di un fattore 6) 23

22 Saldatura ad arco elettrico Influenzano l esposizione dell operatore a sostanze nocive anche: posizione della testa rispetto alla zona da saldare le dimensioni ed il tipo della visiera la struttura del pezzo da lavorare le dimensioni del locale le condizioni di ventilazione 24

23 Saldatura ad arco elettrico In base all elettrodo scelto (diametro e la sua composizione) le emissioni possono essere ridotte o aumentate 25

24 Saldatura ad arco elettrico Il materiale da saldare condiziona la scelta del materiale d apporto e del processo di saldatura 26

25 Saldatura ad arco elettrico I metalli di base si suddividono in: ferrosi non ferrosi 27

26 Saldatura ad arco elettrico Metalli ferrosi: acciai non legati debolmente legati (bassolegati) fortemente legati (altolegati) Gli acciai fortemente legati hanno un tenore in elementi di lega (Cr, Ni, Mn, Mo,Si, Cu, W, Ti ed altri) superiore al 5 % 28

27 Saldatura ad arco elettrico La presenza sul materiale da saldare di: rivestimenti superficiali (vernici, pigmenti, rivestimenti metallici) impurità (oli, grassi, solventi) riveste grande importanza nella formazione di sostanze nocive 29

28 Elettrodi a filo pieno Elettrodi a filo animato Elettrodi rivestiti Gas protettivi 30

29 Elettrodi rivestiti Rutilici Rutilici basici Basici Acidi Cellulosici 31

30 Saldatura ad arco elettrico: materiali di consumo I materiali di consumo sono quasi sempre impiegati e sono la principale fonte di sostanze nocive durante la saldatura 32

31 Saldatura ad arco elettrico Nel corso della saldatura si liberano: fumi polveri gas 33

32 Fumi Saldatura ad arco elettrico Sono sospensioni in aria di particelle solide molto fini. Nel corso della saldatura si originano per: condensazione di metalli in fase aerodispersa e da reazioni chimiche (ossidazione) combustione incompleta di materiali organici presenti nel rivestimento del materiale d apporto o di un rivestimento del materiale di base. Le particelle che si formano hanno diametri da 0,01 a 1 μm. 34

33 Saldatura ad arco elettrico Fumi Con maggior dettaglio: il materiale particolato ha dimensioni fra 0,005 e 20 μm) meno del 10 o 30 % (in dipendenza del processo di saldatura) ha diametro maggiore di 1 μm dal 50% al 75% dei casi i diametri sono compresi fra 0,4 e 0,8 μm 35

34 Saldatura ad arco elettrico Fumi La quantità di fumo generata varia in base al tipo di saldatura, andando da molto bassa (SAW) a 80 g di fumo/kg di materiale depositato (FCAW) 36

35 Saldatura ad arco elettrico Polveri Per coalescenza si formano anche strutture di diametro maggiore, che possono essere sia inalabili che respirabili 37

36 Saldatura ad arco elettrico Gas Le sostanze nocive in fase gassosa derivano dai gas, dall aria, dai materiali di rivestimento e d apporto e dalle impurità 38

37 Saldatura ad arco elettrico: elettrodo rivestito (SMAW) - Shielded Metal Arc Welding 39

38 Saldatura ad arco elettrico: elettrodo rivestito (SMAW) 40

39 Saldatura ad arco elettrico: elettrodo rivestito (SMAW) È il tipo di saldatura più diffuso L arco elettrico si forma tra l estremità di un elettrodo rivestito e la superficie del metallo base L elettrodo è in sostanza una bacchetta di metallo ricoperto da un rivestimento di materiale che ha varie funzioni (protezione del bagno di saldatura dall atmosfera, stabilizzazione dell arco, etc.) I rivestimenti variano in base al tipo di applicazione 41

40 Saldatura ad arco elettrico: elettrodo rivestito (SMAW) La saldatura con elettrodo rivestito produce la maggiore quantità di sostanze nocive. La composizione del fumo di saldatura riflette quella dell elettrodo (metallo e rivestimento) 42

41 Saldatura ad arco elettrico: elettrodo rivestito (SMAW) Il materiale di base (nel caso che questo non abbia rivestimenti metallici, verniciatura, tracce di solvente o lubrificanti) ha poco rilievo sulla quantità dei fumi prodotta durante la saldatura Il 95% circa del fumo da saldatura deriva dai materiali d apporto 43

42 Saldatura ad arco elettrico: elettrodo rivestito (SMAW) Nei fumi di saldatura di acciaio non legato o bassolegato possono essere presenti: Fe 2 O 3 SiO 2 K 2 O MnO (può raggiungere il 10% nel caso di elettrodi acidi) Na 2 O Al 2 O 3 CaO Fluoruri 44

43 Saldatura ad arco elettrico: elettrodo rivestito (SMAW) Sostanze presenti nei fumi di saldatura di acciaio altolegato (20% Cr e 30 % Ni nel metallo d apporto): l agente chimico di maggior interesse per la salute umana è il Cr I composti di cromo possono raggiungere il 16%; di questa percentuale, il 90% sono composti del Cr(VI) (ciò dipende dalla composizione più elevata in sali di sodio e di potassio del rivestimento degli elettrodi) In genere, i cromati sono maggiormente presenti nel fumo di elettrodi basici 45

44 Saldatura ad arco elettrico: elettrodo rivestito (SMAW) Sostanze di maggior interesse per la salute umana nei fumi di saldatura di acciaio altolegato (più di 30 % Ni nel metallo d apporto): l agente chimico di maggior interesse per la salute umana è il Ni (come ossidi di Ni, fino al 5%) 46

45 Saldatura ad arco elettrico: elettrodo di tungsteno (GTAW o TIG) Gas Tungsten Arc Welding Tungsten Inert Gas 47

46 Saldatura ad arco elettrico: elettrodo di tungsteno (GTAW o TIG) La saldatura può avvenire con o senza metallo d apporto L arco elettrico si forma tra un elettrodo di tungsteno non consumabile ed il metallo base Il bagno di saldatura è protetto per mezzo di un gas inerte (Ar o He) 48

47 Saldatura ad arco elettrico: elettrodo di tungsteno (GTAW o TIG) Produce poco fumo (il metallo d apporto è inserito direttamente nel bagno di saldatura) Pertanto i parametri di saldatura hanno poco effetto sullo sviluppo di fumo. Generalmente utilizzata per saldature su acciaio inox e leghe di Ni e Cu 49

48 Saldatura ad arco elettrico: elettrodo di tungsteno (GTAW o TIG) Le sostanze di maggior rilevo per la salute umana riscontrabili nella TIG sono: l ozono (O 3 ) che è prodotto a livelli considerevoli (ciò è dovuto alla ridotta formazione di fumo) Il biossido di torio, se si utilizzano elettrodi toriati (possibile esposizione interna a radiazioni per inalazione di fumo contenente biossido di torio, specialmente durante la saldatura di Al) 50

49 Saldatura ad arco elettrico: elettrodo ad alimentazione continua (GMAW o MIG/MAG) Gas Metal Arc Welding, Metal arc Inert Gas/Metal arc Active Gas 51

50 Saldatura ad arco elettrico: elettrodo ad alimentazione continua (GMAW o MIG/MAG 52

51 Saldatura ad arco elettrico: elettrodo ad alimentazione continua (GMAW o MIG/MAG) È un tipo di saldatura che permette lunghe sessioni operative Per questo può comportare un esposizione maggiore rispetto alla SMAW nonostante il livello di fumo sia più basso In base al gas adoperato, si sviluppa fumo in quantità più o meno elevata (con CO 2 di più, con gas inerti p es. Ar, di meno) Eccezioni sono state osservate con GMAW nelal saldatura di alluminio, con livelli di fumo più elevati rispetto alla SMAW 53

52 Saldatura ad arco elettrico: elettrodo ad alimentazione continua (GMAW o MIG/MAG) MIG L arco elettrico si forma tra un elettrodo metallico consumabile (filo) ed il metallo base Il bagno di saldatura è protetto da un flusso di gas inerte (Ar, He) La scelta dell elettrodo dipende dal metallo base Saldatura di acciaio inox, alluminio 54

53 Saldatura ad arco elettrico: elettrodo ad alimentazione continua (GMAW o MIG/MAG) MIG Le quantità di fumo sviluppato durante sono inferiori a quelle della saldatura MAG, mentre superiori sono le quantità di ozono. Sostanze di maggior interesse per la salute umana: cromo (di cui meno del 10% è Cr (VI) nichel (come ossidi di nichel), con valori anche molto elevati (30 87%) ozono 55

54 Saldatura ad arco elettrico: elettrodo ad alimentazione continua (GMAW o MIG/MAG) MAG L arco si forma tra un elettrodo metallico consumabile (filo) ed il metallo base La protezione del bagno di saldatura è fornita da una miscela costituita da un gas inerte (Ar, He) e CO 2, oppure da sola CO 2 La quantità di sostanze nocive generate è simile quella della SMAW 56

55 Saldatura ad arco elettrico: elettrodo ad alimentazione continua (GMAW o MIG/MAG) MAG Il processo tende a portare ad 1 il rapporto Cr(VI) /Cr(III) con evidenti vantaggi dal punto di vista dell igiene industriale (produce meno cromo esavalente) 57

56 Saldatura ad arco elettrico: elettrodo ad alimentazione continua (GMAW o MIG/MAG) MAG Sostanze di maggior interesse per la salute umana presenti nei fumi di saldatura di acciaio non legato o bassolegato: CO è l agente chimico di maggior rilievo quando il gas di protezione del bagno di saldatura è CO 2 O 3 Nel fumo sono poi presenti ossidi di ferro 58

57 Saldatura ad arco elettrico: elettrodo ad alimentazione continua (GMAW o MIG/MAG) MAG Sostanze di maggior interesse per la salute umana presenti nei fumi di saldatura di acciaio altolegato: ossido di nichel composti del cromo ossidi di manganese O 3 59

58 Saldatura ad arco elettrico: elettrodo a filo animato (FCAW) Flux Cored Arc Welding 60

59 Saldatura ad arco elettrico: elettrodo a filo animato (FCAW) È il processo che, insieme alla SMAW, produce le quantità di fumo più elevate La composizione del fumo è influenzata meno dal metallo base e più dall elettrodo e dal materiale di protezione interno all elettrodo Il gas protettivo può non essere usato in quanto il materiale protettivo è contenuto all interno dell elettrodo 61

60 Saldatura ad arco elettrico: elettrodo a filo animato (FCAW) Sostanze di maggior interesse per la salute umana presenti nei fumi di saldatura: Composti del fluoro Composti del bario Composti del Cr (VI) 62

61 Saldatura ad arco elettrico: arco sommerso (SAW) Submerged Arc Welding 63

62 Saldatura ad arco elettrico: arco sommerso (SAW) L arco elettrico si forma fra l elettrodo (filo) ed il metallo base. Il bagno di saldatura è ricoperto da materiale granulare di protezione. 64

63 Saldatura ad arco elettrico: arco sommerso (SAW) Si tratta di un processo che di solito è automatico e che comporta il minor rischio per l operatore (è il processo di saldatura che produce meno fumi) 65