Přihlásit | Registrovat
Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně
TRILOBIT
Emisie vznikajúce pri zváraní kovových materiálov

Emisie vznikajúce pri zváraní kovových materiálov

Zuzana Szabová | 1. 12. 2013 0:00:00
Zařazení: Technika|Vědecká stať|Číslo 2/2013

Zuzana Szabová

Slovenská technická univerzita v Bratislave
Materiálovotechnologická fakulta so sídlom v Trnave
Ústav bezpečnostného aenvironmentálneho inžinierstva
Paulínska 16
917 24 Trnava
Email: zuzana.szabova@stuba.sk

Ivana Tureková

Slovenská technická univerzita v Bratislave
Materiálovotechnologická fakulta so sídlom v Trnave
Ústav bezpečnostného aenvironmentálneho inžinierstva
Paulínska 16
917 24 Trnava
Email: ivana.turekova@stuba.sk

Michal Belčík

Slovenská technická univerzita v Bratislave
Materiálovotechnologická fakulta so sídlom v Trnave
Ústav bezpečnostného aenvironmentálneho inžinierstva
Paulínska 16
917 24 Trnava
Email: michal.belcik@stuba.sk

Abstrakt

Kzávažným rizikovým faktorom, ktoré sa vyskytujú vpracovnom prostredí pri zváraní atepelnom delení materiálov, patria najmä emisie zváračských dymov. Príspevok sa zaoberá problematikou zdraviu škodlivých plynov, pár a aerosólov vnikajúcich pri zváraní, ich chemickým zložením v závislosti od použitých základných a prídavných materiálov, parametrov zvárania, ochranných plynov ataktiež povrchovej úpravy materiálov.

Kľúčové slová: zváranie, zváracie dymy, bezpečnosť

Abstract

Emission of welding fumes is one of the most important risk factors which occurs during welding and thermal cutting of materials. This paper deals with hazardous gases, vapors and aerosols generated during welding in dependence on chemical composition, base metals and  filler materials, welding parameters, shielding gases and surface treatment.

Key words: welding, welding fumes, safety

Úvod

Pri zváraní vzniká množstvo zdraviu škodlivých plynov, pár a aerosólov, z ktorých je väčšina jedovatých, otravných alebo fibrogénnych. Množstvo týchto škodlivých látok je závislé nielen od metódy, spôsobu a parametrov zvárania, ale taktiež i od druhu základného a prídavného materiálu [4]. Zváranie je definované ako technologický proces spájania materiálov do nerozoberateľných celkov. Vzávislosti od použitej technológie možno hovoriť otavnom, tavno-tlakovom atlakovom spôsobe zvárania. Z hľadiska škodlivosti majú najväčší dosah na ľudský organizmus tavné spôsoby zvárania ato najmä ručné oblúkové zváranie obalenými elektródami MMAW (Manual Metal Arc Welding) a oblúkové metódy zvárania vochranných atmosférach plynov GMAW (Gas Metal Arc Welding) a GTAW (Gas Tungsten Arc Welding). Veľké množstvo škodlivých výparov sa uvoľňuje taktiež pri zváraní, resp. spájkovaní (pri oblúkových procesoch spájkovania, napr. MIG spájkovaní) materiálov s povrchovou úpravou zinkovaním [1,2].

Emisie zváracích dymov vpracovnom prostredí

Zváracie dymy sú zložené zkondenzátov pár, aerosólov, plynov ale taktiež prachov, ktoré sa zachytávajú na prirodzených filtroch ľudského tela:

  •  v nose a hrdle: veľké častice ø >10 µm,
  •  v priedušnici: prachové častice 5 µm < ø < 10 µm,
  •  v prieduškách: fibrogénny prach 1 µm < ø < 5 µm,
  • v pľúcnych vačkoch: fibrogénny prach 0,2 µm < ø < 1 mm
  •  častice menšie ako 0,2 µm prechádzajú až do krvného obehu [3].

Zložky zváracieho dymu významné z hľadiska možného poškodenia ľudského organizmu možno rozdeliť na:

1. plynné toxické zložky:

  •  pochádzajúce z technologického procesu - CO, O3, NOx , COCl2,
  •  pochádzajúce z ochranných povlakov základného materiálu - HCN, CH2O,

2. tuhé zložky:

  •  látky ohrozujúce pľúca – FexOy (Fe2O3, Fe3O4 ), Al2O3, K2O, Na2O, TiO2,
  •  látky toxické - MnxOy (MnO, Mn2O, MnO2, Mn3O4), CaF2, KF, NaF, BaF2, BaCO3, PbO, CuO, ZnO, V2O5,
  •  karcinogény, resp. potencionálne karcinogénne látky - Cr+6, NixOy (NiO, NiO2, Ni2O3), CdO, BeO, CoO [4].

Chemické zloženie zváracích dymov, intenzita ich produkcie ale aj veľkosť a štruktúra zváracích aerosólov je závislá od zloženia zváraných materiálov (t.j. základných a prídavných materiálov), režimu a parametrov zvárania, používaných ochranných plynov, povrchovej úpravy materiálov a od maximálnej výšky pracovných teplôt pri zváraní .[7]

Vtabuľke č. 1 sú uvedené hlavné zložky emisií, ktoré vnikajú pri zváraní rôznych druhov základných materiálov klasickými metódami zvárania.

Tabuľka č. 1 Zložky emisií vznikajúce pri zváraní plameňom aelektrickým oblúkom [11]

Metóda zvárania

Základné materiály

Hlavné zložky

Zváranie plameňom

Konštrukčné uhlíkové ocele

Zváračský dym, zplynov oxidy dusíka NOx

Ručné zváranie obalenou elektródou (MMAW)

Konštrukčné uhlíkové ocele

Zváračský dym

Nízkolegované ocele CrNi

Zváračský dym, zlúčeniny chrómu Cr+6

Nikel, zliatiny niklu

Zváračský dym, zaerosólov napr. oxidy niklu alebo medi

MAG – CO2

Konštrukčné uhlíkové ocele, plnený drôt

Zváračský dym, zplynov oxid uhoľnatý CO

MAG – zmesi plynov

Konštrukčné uhlíkové ocele, plný drôt

Zváračský dym, z plynov oxid uhoľnatý CO aoxidy dusíka NOx

Nízkolegované ocele CrNi, plný drôt

Zváračský dym, z aerosólov napr. oxidy niklu , zplynov oxid uhoľnatý CO aoxidy dusíka NOx

Nízkolegované ocele CrNi, plnená rúrková elektróda

Zváračský dym, zaerosólov zložky chrómu Cr+6, zplynov oxid uhoľnatý CO aoxidy dusíka NOx

MIG

Nikel, zliatiny niklu, plný drôt

Zváračský dym, zaerosólov napr. oxidy niklu alebo medi, zplynov ozón

Čistý hliník, zliatiny Al, plný drôt

Zváračský dym, zplynov ozón

TIG

Konštrukčné uhlíkové ocele

Zváračský dym, zplynov ozón

Nízkolegované ocele CrNi

Zváračský dym, zplynov ozón

Nikel, zliatiny niklu

Zváračský dym, zplynov ozón

Čistý hliník, zliatiny Al

Zváračský dym, zplynov ozón

Prach vznikajúci pri zváraní sa podľa NV SR č. 355/2006 hodnotí ako zváračský pevný aerosól, ktorý je zaradený medzi pevné aerosóly s možným fibrogénnym účinkom. NPEL je stanovená ako celozmenová priemerná hodnota expozície celkovej (vdychovateľnej) koncentrácie pevného aerosólu (NPELc). NPELc pre zváračský pevný aerosól je podľa NV SR č. 355/2006 stanovená na 5,0 mg.m -3. Táto hodnota platí pre pevné častice. VTabuľke č. 2 je uvedený rozsah veľkosti častíc zváračského dymu vnikajúcich pri vybraných druhoch zvárania apri tepelnom delení materiálov [5].

Aerosóly a prachy môžu mať na organizmus dráždivý, toxický účinok, alebo môžu spôsobiť škodlivé zmeny na pľúcach (pneumokonióza). Miera biologickej účinnosti prachu závisí od:

  •  kvality prachu (druh, forma a veľkosť častíc, rozpustnosť a pod.),
  •  kvantity prachu a dĺžky expozície,
  •  pracovných metód a technických zariadení,
  •  individuálnej citlivosti exponovaného pracovníka. [7]

Tabuľka č. 1 Veľkosť vznikajúcich častíc zváračského dymu pri rôznych druhoch technológie zvárania apri tepelnom delení materiálov [11]

Metóda zvárania

Veľkosť vznikajúcich častíc zváračského dymu

Zváranie MMAW

Veľkosť častíc je prevažne v rozsahu 0,01 – 0,4 µm.

Zváranie MAG

Max. podiel častíc je vo veľkosti 0,01 – 0,05 µm, malé množstvo je väčšie ako 0,2 µm. Pri zváraní vysokolegovaných ocelí – prevažná veľkosť častíc je cca 0,1 µm.

Zváranie MIG

Max. podiel častíc je vo veľkosti 0,01 – 0,05 µm. Všetky častice sú menšie ako 0,4 µm.

Maximálny podiel častíc je vo veľkosti 0,01 – 0,05 µm.

Tepelné delenie

kovov

Veľkosť častíc je od 0,03 µm. Aglomerované sekundárne častice dosahujú veľkosť až 10 µm.

Štruktúra pevných častíc zváracích aerosólov je charakterizovaná kryštalickou sústavou látok nachádzajúcich sa vo zváracích aerosóloch. Má veľmi dôležitú úlohu pri určení ochorenia dýchacích ciest. Najnebezpečnejšie pre ľudský organizmus sú ostré kryštály jednoklonnej a trojklonnej sústavy, aké tvoria napr. kameň, azbest. Iné kryštály alebo amorfné látky sú menej nebezpečné. Pevné zložky zváracieho aerosólu z hľadiska štruktúry nepredstavujú homogénnu kryštalickú alebo amorfnú látku, ale zmes kovových častíc a chemických zlúčenín s nestechiometrickým zložením (s nestálym podielom jednotlivých  zložiek). Kryštalickými zložkami sú oxidy kovov – Fe3O4 ,Al2O3, Cu2O.

Emisie zváracích dymov z hľadiska chemického zloženia sú komplexom toxických a škodlivých látok v ich plynnej a pevnej časti. Chemické zloženie a fyzikálne vlastnosti zváracích dymov určujú rozsah ich absorpcie, reakcie tkaniva, miesto poškodenia, mechanizmus detoxikácie, vylučovania atď. Toxické látky môžu ohrozovať exponovaných pracovníkov rôznym spôsobom, napr. účinkom na kožu, oči, dýchacie cesty, absorbovaním do krvi a inými intoxikáciami. Najvýznamnejšou cestou vstupu látok do organizmu sú dýchacie cesty, koža a tráviace ústrojenstvo. Z preventívneho hľadiska je potrebné poznať nielen mechanizmus prenikania toxických látok do organizmu, ale i mechanizmus ich pôsobenia a vylučovania [4,7]. Problematika ochrany zdravia abezpečnosti zamestnancov pri práci schemickými faktormi je vSR legislatívne upravená NV SR 355/2006 Z. z. o ochrane zamestnancov pred rizikami súvisiacimi s expozíciou chemickým faktorom pri práci a NV SR č. 356/2006 Z.z. o ochrane zdravia zamestnancov pred rizikami súvisiacimi s expozíciou karcinogénnym a mutagénnym faktorom pri práci. Pre chemické faktory, ktoré sú klasifikované ako karcinogény alebo mutagénny kategórie 1 akategórie 2, sa stanovujú technické smerné hodnoty (TSH). Technické smerné hodnoty plynov, pár aaerosólov skarcinogénnymi alebo mutagénnymi účinkami vpracovnom ovzduší sú uvedené v NV SR č. 356/2006 Z.z. v prílohe č. 2. Pre niektoré chemické faktory sú stanovené najvyššie prípustné expozičné limity (NPEL). Pre chemické faktory, ktoré nie sú uvedené v nariadení vlády, resp. pre ktoré nie je stanovený NPEL, sa ochrana zdravia realizuje všeobecnými a špecifickými ochrannými opatreniami, využívaním poznatkov o účinkoch a toxicite danej látky a preberaním limitov z európskych, resp. svetových zdrojov (IARC, OSHA, NIOSH, IRIS.). Účinky jednotlivých chemických látok nie je možné hodnotiť samostatne, nakoľko sa vždy vyskytujú vzmesi, ktorá je charakterizovaná ich vzájomným pomerom aje rôzna vzávislosti od použitej technológie, materiálu apracovného postupu. Preto sa hodnotenie chemických faktorov pri zváraní môže vykonávať len pre konkrétnu zmes ana základe posúdenia formy výskytu, koncentrácie amožných účinkov na zamestnancov.

Záver

Prítomnosť zdraviu škodlivých látok vpracovnom prostredí možno obmedziť voľbou technologického postupu zvárania, čo zhľadiska vykonania kvalitných zvarových spojov nie je vždy prakticky možné. Ďalšou možnosťou je obmedzenie prístupu škodlivín kdýchacej zóne zvárača aochrana dýchacích ciest zvárača používaním osobných ochranných pracovných pomôcok. Technologický postup je nutné voliť sohľadom na základné materiály, prídavné materiály aspôsob zvárania. Meraním sa preukázalo, že pri oblúkovom zváraní kyslými elektródami vznikajúce zváračské dymy obsahujú menej škodlivých látok ako pri zváraní elektródami bázickými (vznik fluorovodíka) alebo pri zváraní vochranných plynoch. Obzvlášť nebezpečné je zváranie vysokolegovaných ocelí, zváranie atepelné delenie plazmou, zváranie neželezných kovov az plameňových metód je to predovšetkým spájkovanie vzhľadom na používané základné materiály ahlavne tavivá. Opatrenia na obmedzenie prístupu škodlivín kdýchacej zóne zvárača sa realizujú pomocou rôznych systémov odsávania škodlivých splodín, kombinovaných sprívodom čerstvého vzduchu, resp. upraveného (ohriateho alebo ochladeného) vzduchu. Výhodné je využitie miestnych odsávacích jednotiek, ktoré je možné použiť aj na prechodných zváracích pracoviskách [7]. Najmä pri ručných spôsoboch zvárania je nutné chrániť zvárača pred škodlivinami, pretože zvárač je vbezprostrednej blízkosti ich vzniku. Aby odsávané škodliviny neprechádzali dýchacou zónou zvárača, je potrebné umiestňovať prestavovacie sacie nástavce do vhodných polôh ado vhodnej vzdialenosti od horiaceho oblúka alebo plameňa Efektívnym a ekonomicky nenáročným riešením je napr. priame odsávanie na horáku pri zváraní MIG/MAG. (obr. 1) Okrem uvedených spôsobov ochrany pred nepriaznivým vplyvom vznikajúcich škodlivín sú ďalšie možnosti vo využití rôznych zásten, clôn akrytov.

Obr. 1 Priame odsávanie na horáku pri zváraní MIG/MAG [3]

Poďakovanie

Príspevok vznikol za podpory grantu KEGA 028STU-4/2013.

Použitá literatúra

[1.] Senderská, K. - Viňáš, J. - Zajac, J.: Projekt inovácie vzduchotechniky vo zváračskej škole. In:Vytápění, větrání, instalace. - ISSN 1210-1389. - Roč. 20, č. 5 (2011), s.24-27
[2.] Senderská, K. - Mareš, A. - Zajac, J, Cvetkovic, S.: Innovation of welding workplace exhaust systems. In:Safety.Engineering – Vol. 2. - ISSN 2217-7124. - (2012), s.85-88
[3.] Zváranie bez následkov In: Zvárač. - ISSN 1336-5045. - Roč. 7, č. 1 (2012), s. 25-27
[4.] Kosnáč, Ľ. Ochrana zdravia abezpečnosť pri zváraní.1995
[5.] Turňová, Z. - Bábelová, E.: Tichý zabijak - emisie zváračských dymov. In: Zvárač. - ISSN 1336-5045. - Roč. 4, č. 1 (2007), s. 25-27
[6.] Jajcay, A.: Odsávanie afiltrácia zváračských dymov. In. ZVÁRANIE – SVAŘOVÁNÍ, 2006, roč.55, č. 11-12, s321-325, ISSN 004-5525
[7.] Výroba a inžinierske aplikácie. IV. diel učebných textov pre kurzy zváračských technológov. VÚZ – Výskumný ústav zváračský, Bratislava; ZEROSS, Ostrava, 2001, s. 87 – 121
[8.]  STN 05 0601 Zváranie. Bezpečnostné ustanovenia pre zváranie kovov. Prevádzka
[9.] NV SR 355/2006 Z. z. o ochrane zamestnancov pred rizikami súvisiacimi s expozíciou chemickým faktorom pri práci
[10.] NV SR č. 356/2006 Z.z. o ochrane zdravia zamestnancov pred rizikami súvisiacimi s expozíciou karcinogénnym a mutagénnym faktorom pri práci.
[11.] Kozmová, R.: Emisie vznikajúce pri zváraní nelegovaných a nízkolegovaných ocelí metódou MAG: In. ZVÁRANIE – SVAŘOVÁNÍ, 2008, č. 10, s 281-283, ISSN 004-5525


Odborný vědecký časopis Trilobit | © 2009 - 2017 Fakulta aplikované informatiky UTB ve Zlíně | ISSN 1804-1795