گازها ٬ بخارات وفیوم های فلزی در جوشکاری

جوشکاری معمولیترین و متداولترین طریقه اتصال دو قطعه به همدیگر می باشد.امروزه نزدیک به 106-105 نوع فرایند جوشکاری وجود دارد. دو روش کلی برای جوش دادن دوقطعه به هم وجود دارد که عبارتند از :

الف) جوشکاری ذوبی

ب  )جوشکاری فشاری (خمیری)

در جوشکاری ذوبی قطعه کار و الکترود ذوب شده و بدون کمک هر گونه فشار مکانیکی قطعات در یکدیگر نفوذ کرده و باعث اتصال انها به یکدیگر می شود. جوشکاری ذوبی خود نیز به دو شکل ٬ جوشکاری ذوبی با شعله برق (الکترود فلزی و الکترود ذغالی) و جوشکاری ذوبی با شعله گاز (اکسی استیلن ٬ اکسی هیدروژن و...) تقسیم می شود.

در جوشکاری فشاری دو قطعه فلز را بایستی گرم کرده و محل اتصال را تحت فشار قرار داد تا دو قطعه به یکدیگر متصل شوند ٬ مانند : نقطه جوش .

متداولترین نوع جوشکاری ٬ جوشکاری با الکترود روپوش دار (استاندارد اروپائی:MMA ٬ امریکائی : SMAW ) است. در این جوشکاری از الکترود روپوش دار برای اتصال قطعات به یکدیگر استفاده می شود. امروزه بیش از 800 نوع الکترود روپوش دار در صنعت استفاده می شود. در این نوع جوشکاری انرژی حرارتی معادل 5000 تا 7000 درجه سانتیگراد از طریق انرژی الکتریکی  تامین می شود. از سایر انواع جوشکاری می توان به جوشکاری با گاز محافظ (GMAW یاMIG/MAG  ) جوشکاری با فلز تنگستن (GTAW یا TIG ) و...اشاره نمود.

از انجائیکه امروزه جوشکاری در اکثر صنایع وجود دارد و نیز دارای خطرات بهداشتی و ایمنی زیادی است ٬ بررسی خطرات و در نهایت کنترل انها بسیار ضروری به نظر می رسد .

 

• از جمله خطرات ایمنی و بهداشتی جوشکاری می توان به موارد زیر اشاره کرد :

-  خطر گازها ٬ بخارات و فیوم ها

-  خطر تششعشع شعله

-  خطر سوختگی

-  خطر قلم زنی و پاک کردن گرده جوش

-  خطر شوک الکتریکی

-  خطر برق گرفتگی

-  خطر برق زدگی چشم

-  خطر مسمومیت

-  خطر انفجار کپسول

-  خطر انباشته شدن گازهای سمی در یک فضای محدود

-  خطر ایجاد مشکلات اسکلتی – عضلانی

-  خطر ناشی از سر و صدا

-  خطر سرما یا گرمای شدید

-  خطر پرتاب ذرات

-  خطر بریدگی و زخم

و سایر خطرات

در این نوشته خطرگازها ٬ بخارات و فیوم های جوشکاری به طور مختصر بررسی شده است. اصولاً در تمام انواع جوشکاری ها به علت متصاعد شدن گازها ٬ بخارات و فیومها  خطر مسمومیت و ایجاد بیماریهای حاد و مزمن وجود دارد که اگر به موقع تشخیص٬ اندازه گیری و کنترل نشود می تواند سبب ایجاد بیماریهای لاعلاجی مانند سرطان ریه  سرطان خون و ....شود .

 

• خطرات بهداشتی واثرات گازها ٬ بخارات و فیوم های جوشکاری به عوامل زیر بستگی دارد :

-  مدت زمان مواجهه با انها

-  نوع فرایند جوشکاری

-  محیط کار

-  اقدامات حفاظتی

 

• گازها و بخارات : کلمه گاز و بخار معمولاًبه صورت مترادف هم به کار برده می شود. اما گاز به ماده ای گفته می شود که در حرارت  C 25و فشار mmHg 760 به صورت گاز باشد و بخار به ماده ای اطلاق می شود که در شرایط مذکور به صورت جامد یا مایع باشد. تمام پروسه های جوشکاری گازهای خطرناکی را تولید می کنند. بعضی از این گازها مرئی و بعضی از انها نامرئی هستند . گرمای حاصل از شعله و قوس ٬ اشعه فرابنفش حاصل از قوس ٬ گازهایی را از قبیل مونواکسید کربن ٬ دی اکسید کربن ٬ اکسید نیتروژن وازن را تولید می کنند .سایر گازها و بخارات احتمال دارد که از مواد اولیه نامناسب و یا مواد محلول روی فلزات تولید شوند. یک سری از گازها نیز به عنوان محافظ قوس و سوخت استفاده می شوند.

 

• فیوم ٬ دمه یا دود فلزی : فیوم ها ذرات جامدی هستند که در اثر تراکم گازها پس از تصعید از مواد مذاب تولید می شوند. تولید انها معمولاً با یک واکنش شیمیایی خصوصاً اکسیداسیون همراه است . این ذرات بسیار کوچکند (اندازه قطر انها در حدود 2/0 تا 3/0میکرون است) و از این رو به سهولت استنشاق شده و خود را به قسمت های انتهائی دستگاه تنفس می رسانند.فیوم ها می توانند قابل مشاهده یا غیر قابل مشاهده باشند که SMOKE یا دود جوشکاری فیومهای قابل دیدن هستند.

سازمان بین المللی تحقیقات سرطان (IARC ) فیوم های جوشکاری را جزو عوامل سرطانزا قرار داده است.

 

• چطور گازها ٬ بخارات و فیوم ها برسلامتی انسان تاثیر می گذارند ؟

 گازها ٬ بخارات و فیوم ها از طریق هوائی که ما تنفس می کنیم وارد بدن می شوند. گازها وفیوم های مختلف از راه های متفاوتی بر بدن ما تاثیر می گذارند. بدن می تواند بدون ایجاد عوارض جانبی خود را از اثرات مضر گازها و بخارات دور نگه دارد . برای مثال ٬ گازهائی از قبیل دی اکسید کربن و ارگون نسبتاً غیر سمی هستند مگر انکه با مقدار زیادی تنفس شوند . اگرچه گازهایی مانند مونو اکسید کربن ٬ اکسیدهای نیتروژن و ازن بشدت سمی هستند. اثرات بهداشتی فیوم ها بستگی به نوع فیومی دارد ک�� تنفس میشود . اکسیدهای اهن که در طول اکثر جوشکاریها تولید می شوند نسبتاً غیر سمی هستند که اثرات معمول ان شناخته شده است و دائمی نیستند مگر انکه با دود سیگار یا دیگر مواد از قبیل سیلیس یا ازبست همراه باشند که در ان صورت روی ریه ها تاثیر میگذارند. اثراتی از فیوم ها مانند مشکل در تنفس پس از یکبار مواجهه و گذشت زمان برطرف  می شوند. فیوم هائی  که    در  طول  پروسه  جوشکاری  فولاد زنگ نزن  Stainless Steel) ) تولید می شوند ٬ خطرات جدی همچون مشکلات تنفسی دائمی  (تنفس های شدید و سرطان که نمونه ان کروم شش ظرفیتی است)  را ایجاد می کنند .

 

• جدول زیر اثرات بهداشتی  گازها ٬ بخارات الی  و فیوم ها را در طول جوشکاری نشان می دهد. در جدول اثرات حاد ( acute effect ) ان دسته از اثراتی است که بلافاصله یا سریع اتفاق می افتد و اثرات مزمن ( chronic effect ) ان دسته از اثرات هستند که در مدت زمان طولانی ظاهرمی شوند . برای مثال ٬تب فیوم فلزی ( Metal fume fever ) اثر حادی برای مواجهه با چند نوع از فیوم ها است .این عکس العمل شامل نشانه های انفلوانزا ٬ سردشدن متناوب و تب زیاد است . ممکن است شروع نشانه ها با تاخیر باشد ولی  نشانه ها معمولاً پس از گذشت یک یا دو روز فروکش می کنند.در ضمن مقدار حد تماس مواجهه مجاز TLV هرماده یا (AOE) طبق استاندارد کمیته فنی بهداشت حرفه ای کشورکه در جدول اورده شده است.

 

 • اثرات بهداشتی گازها ٬ بخارات الی  و فیوم های تولید شده در طی فرایند جوشکاری

 

نوع الاینده
    

منابع
    

اثرات ٬ علائم و نشانه ها

                   ↓                                                      ↓                                          ↓

فیوم ها

 

الومینیوم

TLV-TWA : 5 mg/m3
    

ترکیبات الومینیوم در الیاژهائی از قبیل Inconels٬ مس٬روی٬  اهن٬ منیزیم٬ برنج و فلزات پرکننده(بتونه) وجود دارد.
    

محرک و سوزش اور ریه

(در بین فیوم های فلزی کمترین خطر را داراست.)

بریلیوم

TLV-TWA : 0.002        mg/m3

TLV-STEL :              0.01     

                                   
    

عامل استحکام کننده درالیاژهای مس ٬ منیزیم الومینیوم و کنتاکت های الکتریکی است .
    

تب فیوم فلزی

سرطان زا

سایر اثرات مزمن شامل اسیب به مجراهای تنفسی است.

اکسیدهای کادمیوم

TLV-TWA :0.002 mg/m3
    

فولاد زنگ نزن ٬ فلزات ابکاری والیاژهای روی حاوی کادمیوم است .
    

تحریک و سوزش سیستم تنفسی ٬ جراحت وخشکی گلو(نای) ٬  درد در قفسه سینه وتنفس سخت

اثرات مزمن ان شامل اسیبهای کلیوی وامفیزم است.

مظنون به سرطان زائی

کروم

TLV-TWA :0.01 mg/m3
    

بیشتر در فولاد زنگ نزن الیاژهای سخت٬ فلزات ابکاری و سیم جوش یافت می شود.
    

افزایش خطر سرطان ریه

در بعضی از افراد سبب افزایش تحریک و سوزش پوست می شود.

نوع کروم شش ظرفیتی ان سرطانزا است.

مس

TLV-TWA :0.2 mg/m3
    

درالیاژهای Monel (الیاژی از مس و کبالت که در برابر خوردگی مقاوم است.) ٬ برنج ٬ برنز و سیم جوش وجود دارد .
    

تب فیوم فلزی

اثرات حاد ان شامل تحریک و سوزش چشم ها ٬ بینی  گلو و حالت تهوع و استفراغ  است.

فلوراید

TLV-TWA : 2.5 mg/m3
    

در اکثر پوشش الکترودها وجود دارد و عامل گداز اور درالیاژهای کم اهن و پراهن است.
    

اثرات حاد ان شامل تحریک و سوزش چشم ها ٬ بینی  گلواست.نتیجه مواجهه طولانی مدت با ان ایجاد مشکلات استخوانی ومفصلی است.مواجهه زیاد با ان می تواند باعث اثرات مزمن از قبیل ادم ریوی و راش پوستی شود.

اکسیدهای اهن

TLV-TWA : 5mg/m3
    

در تمامی فرایندهای جوشکاری اهن و فولاد عامل اصلی الودگی است.
    

اثرات حاد ان شامل تحریک و سوزش بینی وریه است که پس از قطع مواجهه برطرف می شود.

باعث بیماری سیدروزیس می شود که تاثیرات خطرناکی بر ریه ندارد ولی ذرات ریز ان در ریه ته نشین می شوند.

سرب

TLV-TWA : 0.05  mg/m3
    

درالیاژهای برنج ٬ برنز پوشش(استر) فولاد و فرایند لحیم کاری یافت می شود.
    

اثرات مزمن ان بر روی سیستم عصبی ٬ کلیه ها سیستم گوارشی و ظرفیت فکری و روانی است که میتواند سبب مسمومیت با سرب شود.

منگنز

TLV-TWA:  0.2 mg/m3   
    

در بیشتر پروسه های جوشکاری مخصوصا در فولادهای کششی (Tensil ) وجود دارد.
    

تب فیوم فلزی

اثرات مزمن ان می تواند شامل ایجاد مشکلاتی در سیستم عصب مرکزی شود.

مولیبدن

TLV-TWA: 10 mg/m3
    

درالیاژهای فولاد ٬ اهن و نیکل یافت می شود.
    

اثرات حاد ان شامل تحریک و سوزش چشم ها ٬ بینی  گلوو کوتاهی تنفس است.

نیکل

TLV-TWA:  0.1 mg/m3
    

درفولادهای زنگ نزن والیاژهای Inconel ٬ Monel٬ Hastelloy ودر دیگرالیاژها ٬ سیم جوش و فولاد روکش دار وجود دارد.
    

اثرات حاد ان شامل تحریک و سوزش چشم ها ٬ بینی  گلواست. افزایش ریسک سرطان نسبت به سایر جوشکاریها وموثر در ایجاد در ماتیت و مشکلات ریوی

وانادیوم

TLV-TWA:  0.05 mg/m3
    

درالیاژهای نیکل وبعضی ازالیاژهای فولاد واهن وجود دارد.
    

اثرات حاد ان تحریک چشمها ٬ بینی ومجاری تنفسی است.اثرات حاد ان شامل برونشیت رتینیتیس(اماس شبکیه) پنومونی وافزایش مایع داخل ریه است.

اکسید های روی

TLV-TWA:  5  mg/m3

TLV-STEL : 10 mg/m3
    

گالوانیزه و فلزات روکشدار
    

تب فیوم فلزی

گازها

 

مونواکسید کربن

TLV-TWA : 25 ppm
    

از قوس جوشکاری بوجود می اید.
    

با سرعت داخل رگهای خونی جذب شده سبب سردرد سرگیجه و سستی می شود.غلظت زیاد ان میتواند سبب بی هوشی و در نتیجه مرگ شود.

هیدروژن فلوراید

TLV-C : 3ppm
    

از تجزیه روکش الکترودها بوجود می اید.
    

حاصل مواجهه کوتاه مدت ان سوزش و تحریک چشمها ومجاری تنفسی است. مواجهه زیاد با ان می تواند سبب اسیبهای ریوی کلیوی ٬ استخوانی وکبدی شود.اثرات مزمن ان سوزش مزمن بینی ٬ گلو و برونشی (نایچه) است.

اکسیدهای نیتروژن

TLV-TWA :  3 ppm

 TLV-STEL : 5 ppm

 
    

از قوس جوشکاری بوجود می اید.
    

در کمترین غلظت ها(ppm 25 -20 ) سبب تحریک و سوزش چشم ها بینی و گلو می شود.

اثرات مزمن ان شامل مشکلات ریوی از قبیل امفیزم است.

ازن

TLV-TWA :            

Heavywork:0.05        Moderate work : 0.08

Light work : 0.1   ppm                                                                          
    

از قوس جوشکاری مخصوصاً در طول قوس پلاسما و جوشگاری MIG/MAG بوجود میاید.
    

اثرات حاد ان شامل افزایش مایع درون ریه و هموراژی است.در غلظت های خیلی کم (مانند ppm 1)سر درد و خشکی چشمها ایجاد میشود.اثرات مزمن ان شامل تغییرات قابل توجه در عملکرد ریه است.

بخارات الی

 

الدهیدها

(مانند:فرمالدهید)

TLV-C :    25      ppm
    

از پوشش فلزات دارای رنگ (پایه رنگ وپیگمانها) متصاعد می شود.همچنین در حلالهای الی روغن چربی ٬ گریس و ... وجود دارد.
    

محرک و سوزش اور چشمها و مجاری تنفسی

دی ایزو سیانات ها
    

از فلزات رنگ شده توسط رنگهای پلی اورتان متصاعد می شود.
    

اثرات حاد ان شامل تحریک و سوزش چشم ها ٬ بینی  وگلواست. امکان ایجاد حساسیت ٬ ایجاد نشانه های اسم یا دیگر اثار حساسیتی  حتی در مواجهه بسیار کم

فسژن

TLV-TWA: 1 ppm

TLV-C :  0.1ppm
    

از فلزاتی که هنوز اثر پاک کردن روغن ٬ گریس و... هنوز روی انها باقی مانده متصاعد می شود.

فسژن از واکنش حلالها و تشعشع جوشکاری ایجاد میشود.
    

تحریک و سوزش شدید در چشم ها ٬ بینی وسیستم تنفسی

نشانه های ان معمولاً دیر ظاهر می شوند.

فسفین

TLV-TWA :  0.3 ppm
    

ازواکنش پوشش هایی که مانع زنگ زدن فلزات (زد زنگها) میشوند وتشعشع جوشکاری ایجاد می شوند.
    

اثرات حاد ان شامل تحریک و سوزش چشم ها و بینی است. به کلیه ها و دیگر ارگانها نیز اسیب می رساند.

 

 

 

• چگونه نشانه های مضروخطرناک مواجهه تشخیص داده شود ؟

بیشتر نشانه های مضر مواجهه اولیه در طول جوشکاری شبیه به هم هستند.انها شامل:تحریک و سوزش چشمها ٬ بینی ٬ سیستم تنفسی و گاهی اوقات پوست (مانند جرب نیکل Nickel itch در مواجهه با فیومهای نیکل) سرفه کردن ٬ تنگی نفس ٬ درد قفسه سینه ٬ سردرد ٬ حالت تهوع واستفراغ و خستگی هستند که می توانند از نشانه های مضر و پایدار ان باشند.چون این نشانه ها در بیشتر بیماریها متداول هستند تشخیص این که این علائم ٬ شغلی یا غیر شغلی هستند بسیار سخت هستند که فرد می تواند با تشریح کار و شرایط زندگی خود برای دکتر متخصص طب کار٬ وی  رابطه این علائم  با شغل را بهتر تشخیص دهد.

 

• چه زمانی گازها و فیوم ها بر سلامتی فرد تاثیر می گذارند ؟

گازها و فیوم ها به طور طبیعی بلافاصله مشکلات بهداشتی ایجاد نمی کنند ٬ اما اگر جوشکاری سالها ٬ در حالی که گازها ٬ بخارات و فیوم ها را بیش از حد مجاز OEL تنفس کرده باشد ٬ کار کند ٬ به طور یقین سالهای بعدی زندگی اش را با درد و رنج ادامه خواهد داد.

 

• خطرات جدی در جوشکاری به موارد زیر بستگی دارد :

-  پروسه جوشکاری

شامل انواع مختلف فلزاتی که ذر جوشکاری وجود دارد.

-  نوع فیومی که بوجود می اید.

برای مثال الکترود E6010 که برای فلزات کم کربن استفاده می شود ٬ مقدار زیادی ذرات اکسید اهن تولید می کند ٬ که نسبتاً غیر سمی هستند.اما الکترود E316-15 مقدار کمی فیوم های بسیار سمی کروم را تولید می کنند . بنابراین اینجا الکترود E316-15 به طور اشکاری خطرناک تر است .

 

• تعداد گازها ٬ بخارات و فیوم هائی که در طول جوشکاری تولید میشوند به موارد زیر بستگی دارد :

-  پروسه جوشکاری

-  جریان

-  ولتاژ

-  نوع الکترود مصرفی

-  قطبیت

 

• اگرفلزات رنگ شده ٬ دارای پوشش باشند یا از حلال ها هنوز روی انها باقی مانده باشد در انصورت جوشکاری بخارات الی بسیار سمی را تولید می کند.

 

• تحقیقات نشان داده که جوشکاری اهن با روکش پلی اورتان جوشکار را در برابر غلظتی معادل 25 برابر حد تماس مجاز OEL دی ایزوسیانات ها قرار می دهد.همچنین مقدار کمی از حلالهای الی کلرینه ٬ از قبیل تری کلرواتیلن یا تتراکلریدکربن ٬ که برای پاکسازی سطوح از روغن و چربی استفاده می شود ٬ میزان خطرناکی از گاز فسژن را تولید می کنند.

 

• چسب ها و حلال های فلزات جوشکاران را می توانند در معرض غلظت فرمالدهیدی معادل دو برابر مقدار مجاز قرار دهند. بنابر این لازم است که فلزات پس از پاک شدن توسط حلالهای کلرینه در جائی که تهویه کافی دارد خشک شده و سپس عمل جوشکاری روی انها صورت گیرد. ظروف نگهداری این محلول ها نیز نباید در ایستگاه جوشکاری نگهداری شوند زیرا اشعه های جوشکاری می توانند با انها واکنش دهند.

 

• جوشکاری داخل مخازن خطرات بیشتری نسبت به سایر جوشکاریها دارد زیرا جوشکاری مواد داخل مخزن را درون مخزن منتشر می کند.

 

• تهویه و نزدیکی جوشکار به ناحیه تشکیل قوس

میزان تهویه و مجاورت جوشکار در کار دو عامل مهمی هستند که در مواجهه جوشکار با  گازها ٬ بخارات و فیوم ها تاثیر می گذارند.

میزان تهویه موجود تعیین می کند که چه مقدارگاز٬ بخاریا فیوم برای چه مدت زمانی در هوای تنفسی کارگر باقی می مانند.

 

 • تحقیقات نشان می دهد که میزان مونواکسید کربن میتواند درصورت نا کافی بودن تهویه بهppm  500 برسد ٬ در صورتی که میزان OEL مونواکسید کربن برای 8 ساعت کاردر روز ppm 25 است.

 

• در ازمایشی که در ان میزان تهویه بسیار کم بود٬ مشاهده شد که برش حرارتی اهنی با پوشش سرب قرمز غلظتی معادل 1000 برابر حد تماس مجاز سرب OEL ٬ سرب تولید می کند.

 

• موقعیت و پوسچر بدن جوشکار در کار نیز در میزان ریسک مواجهه تاثیر دارد. برای مثال اگر جوشکار برای جوشکاری شبکه لوله ها خم شده باشد ٬ منطقه تنفسی او مستقیماً بالای قوس جوشکاری قرار دارد.

 

• حدود مواجهه فیوم ها

PEL  OSHA  : OSHA به طور متداول برای فیوم های جوشکاری حدودی را تعیین نکرده است.

REL  NIOSH : REL را NIOSH برای فیوم های جوشکاری (وکلیه ذرات) کمترین غلظت ممکن انها در نظر می گیرد.NIOSH اعتقاد دارد که فیوم های جوشکاری عامل بالقوه سرطانزائی هستند. (NIOSH 1994 )

TLV ACGIH : ACGIH برای فیوم های جوشکاری TLV-TWA حد مواجهه مجاز میانگین وزنی زمانی را mg/m3 5 در نظر می گیرد. (برای 8 ساعت کار در روز و 40 ساعت در هفته ٬ ACGIH 1994, p.36 )

 

• مبنای در نظر گرفتن حدود

NIOSH مبنای حدود را ریسک سرطانزائی و بیماریهای تنفسی می داند. (1992 )

ACGIH مبنای حدود را ریسک