Presentazione Dott. Francesco Summa

AGENTI CHIMICI E CANCEROGENI GENERATI DALLE
DIVERSE TECNICHE DI SALDATURA
Parma 13.05.2016
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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
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Processi di saldatura più diffusi







SMAW
GMAW (MAG/MIG)
FCAW
GTAW (TIG)
SAW
Saldobrasatura
Brasatura
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Altri tipi di saldatura









Laser
Ultrasuoni
Elettroscoria
Esplosione
Fascio elettronico
Diffusione
Plasma
Per punti
OFW
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Tipi di saldatura autogena
per pressione
Saldatura autogena
per fusione
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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)
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Saldatura autogena per fusione
La saldature più diffuse nell’industria sono
la SMAW e la GMAW
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Tipi di saldatura eterogena
dolce
Brasatura
Saldatura eterogena
forte
Saldobrasatura
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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
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Composti chimici di maggior interesse per l’igiene
industriale riscontrabili nelle attività di saldatura
Gassosi









CO (monossido di carbonio)
O3 (ozono)
COCl2 (fosgene)
NOx (NO, NO2) ossidi di azoto
CH2O (formaldeide) cancerogeno
HCl (acido cloridrico)
HCN (acido cianidrico)
Toluene diisocianato (TDI)
Idrazina cancerogeno
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Composti chimici di maggior interesse per l’igiene
industriale riscontrabili nelle attività di saldatura
Particolati



FeO
Fe2O3
Fe3O4
Ossidi di ferro

MnO2
Mn2O3
Mn3O4
MnO

Al2O3 (ossido di alluminio)



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Composti chimici di maggior interesse per l’igiene
industriale riscontrabili nelle attività di saldatura
Particolati






NaF
KF
CaF
Fluoruri
TiO2 (biossido di titanio)
K2O (ossido di potassio)
Na2O (ossido di sodio)
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Composti chimici di maggior interesse per l’igiene
industriale riscontrabili nelle attività di saldatura
Particolati







Na2CrO4
K2CrO4
ZnCrO4
CrO3
NiO2
Ni2O3
NiO
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Composti del Cr(VI) cancerogeni
Ossidi di nichel
cancerogeni
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Composti chimici di maggior interesse per l’igiene
industriale riscontrabili nelle attività di saldatura
Particolati




CdO
ThO2
BaF2
V2O5
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(ossido di cadmio) cancerogeno
(biossido di torio) cancerogeno
(fluoruro di bario)
(pentossido di vanadio)
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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)
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Brasatura forte e saldobrasatura
Leghe e materiali d’apporto più diffusi nella
brasatura forte
(temperatura di fusione superiore a 450°C e
inferiore a 600 – 700°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)
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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
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Saldatura ad arco elettrico
20
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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
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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
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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
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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
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Saldatura ad arco elettrico
In base all’elettrodo scelto (diametro e la sua composizione)
le emissioni possono essere ridotte o aumentate
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Saldatura ad arco elettrico
Il materiale da saldare condiziona la scelta del
materiale d’apporto e del processo di saldatura
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Saldatura ad arco elettrico
I metalli di base si suddividono in:


ferrosi
non ferrosi
27
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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
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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
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



Elettrodi a filo pieno
Elettrodi a filo animato
Elettrodi rivestiti
Gas protettivi
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Elettrodi rivestiti





Rutilici
Rutilici basici
Basici
Acidi
Cellulosici
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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
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Saldatura ad arco elettrico
Nel corso della saldatura si liberano:



fumi
polveri
gas
33
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Saldatura ad arco elettrico
Fumi
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
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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
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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)
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Saldatura ad arco elettrico
Polveri
Per coalescenza si formano anche
strutture di diametro maggiore, che
possono essere sia inalabili che
respirabili
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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
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Saldatura ad arco elettrico: elettrodo
rivestito (SMAW) - Shielded Metal Arc
Welding
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Saldatura ad arco elettrico: elettrodo
rivestito (SMAW)
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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
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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)
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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
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Saldatura ad arco elettrico: elettrodo
rivestito (SMAW)
Nei fumi di saldatura di acciaio non legato o
bassolegato possono essere presenti:








Fe2O3
SiO2
K2O
MnO (può raggiungere il 10% nel caso di elettrodi acidi)
Na2O
Al2O3
CaO
Fluoruri
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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
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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%)
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Saldatura ad arco elettrico: elettrodo di tungsteno
(GTAW o TIG) Gas Tungsten Arc Welding –
Tungsten Inert Gas
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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)
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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
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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 (O3) 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)
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Saldatura ad arco elettrico: elettrodo ad
alimentazione continua (GMAW o MIG/MAG) Gas
Metal Arc Welding, Metal arc Inert Gas/Metal arc
Active Gas
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Saldatura ad arco elettrico: elettrodo ad
alimentazione continua (GMAW o MIG/MAG
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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 CO2 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
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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
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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
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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
CO2, oppure da sola CO2
La quantità di sostanze nocive generate è simile
quella della SMAW
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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)
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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 CO2
 O3
 Nel fumo sono poi presenti ossidi di ferro
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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
O3
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Saldatura ad arco elettrico: elettrodo a filo animato
(FCAW) Flux Cored Arc Welding
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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
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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)
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Saldatura ad arco elettrico: arco sommerso (SAW)
Submerged Arc Welding
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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.
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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)
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