Contexte

Pendant un certain temps, les fabricants de tungstène ont ajouté un oxyde au tungstène pur pour améliorer les caractéristiques de démarrage de l’arc et la longévité des électrodes de soudage. Alors que le tungstène thorié à 2% est le matériau de tungstène le plus utilisé depuis de nombreuses années, ce type d’électrode est de plus en plus examiné en raison de préoccupations pour l’environnement et pour la sécurité des utilisateurs de ce matériau. Les préoccupations proviennent du fait que l’élément thorium est radioactif. Sur cette base, de nombreuses organisations ont évalué d’autres types de tungstène pour voir quels changements de performance ils verraient en passant au tungstène non radioactif.

Le problème de la radioactivité

Le thorium utilisé dans le tungstène thorié à 2% est un élément radioactif et peut donc être dangereux pour la santé des personnes qui y sont exposées et pour l’environnement. C’est un émetteur alpha, mais lorsqu’il se trouve à l’intérieur d’une tige d’électrode en tungstène, il est enfermé dans une matrice en tungstène et il y a donc peu de rayonnement émis à l’extérieur. Le principal risque pour le soudeur réside dans l’ingestion du matériau. Cela se produit principalement lors de l’inhalation de poussières causées lors du meulage des pointes pour le soudage, mais aussi dans une moindre mesure lors de la respiration des éventuelles fumées dégagées lors du soudage.

L’American Welding Society, dans son A5.12 « Specification for Tungsten and Tungsten-Alloy Electrodes for Arc Welding and Cutting », déclare ce qui suit à ce sujet: « Le thorium est radioactif et peut présenter des dangers par exposition externe et interne. Si des solutions de remplacement sont techniquement réalisables, elles devraient être utilisées. »Ils confirment que la principale préoccupation dans l’utilisation de ce matériau est l’ingestion de poussière produite lors du broyage des points sur les électrodes. Ils continuent en disant:

…lors du broyage des pointes d’électrodes, il y a génération de poussière radioactive, avec un risque d’exposition interne. Par conséquent, il est nécessaire d’utiliser une ventilation d’échappement locale pour contrôler la poussière à la source, complétée si nécessaire par un équipement de protection respiratoire.

L’Europe a également reconnu les dangers du tungstène thorié à 2%. TWI (The Welding Institute), qui est l’équivalent britannique de l’AWS, rapporte que « Le British Health and Safety Executive (HSE) a publié un document d’information prévoyant le stockage et l’utilisation d’électrodes en tungstène thorié. Cela stipule qu’une ventilation d’évacuation locale doit être fournie pendant l’opération de broyage et que la poussière provenant de l’équipement de broyage et des pointes usées est éliminée dans un récipient scellé vers un site d’enfouissement. »En outre, »Le HSE a recommandé aux inspecteurs de l’usine que, lorsque les électrodes en tungstène thorié ne sont pas nécessaires à la qualité de la soudure, les utilisateurs doivent être encouragés à rechercher des alternatives. »

Dans une étude très détaillée menée par la DVS (Société allemande de soudage), ils ont mesuré les quantités de particules alpha radioactives et de sprectres d’énergie gamma dans l’air ambiant lors du broyage des électrodes en tungstène. Certaines des recommandations de cette étude comprenaient:

1. Il est recommandé de travailler, si possible, sans utiliser d’électrodes de soudage contenant du thorium.
2. Si cela n’est pas possible, des précautions doivent être prises pour protéger les employés contre la contamination ou l’inhalation de poussières de broyage.
3. La zone de travail doit être nettoyée régulièrement afin d’éviter toute contamination causée par la poussière déposée.

Une autre étude a été menée en Allemagne par le Département du Développement et des questions environnementales de l’État de Bavière. Ils ont conclu que dans les installations où il n’y a pas de système d’extraction de la poussière pour le broyage du tungstène thorié, l’exposition aux particules nocives est quatre fois plus grande qu’avec l’extraction. Cependant, même si la collecte des poussières apporte une amélioration significative, les niveaux peuvent encore être trop élevés. En outre, ils ont mentionné que les électrodes en tungstène thorié stockées dans des boîtes sur une étagère ne semblent pas présenter de risques potentiels. À l’heure actuelle, une proposition a été soumise à la Commission de la Communauté européenne pour augmenter considérablement la sévérité des réglementations légales en matière d’utilisation et d’élimination des électrodes thoriées.

Dans l’État de Californie, les fabricants de tungstène incluent désormais un emballage d’électrodes de tungstène thoriées à 2% qui incluent un avertissement tel que celui utilisé par Osram Sylvania, à savoir « AVERTISSEMENT: Ce produit contient ou produit un produit chimique connu de l’État de Californie pour causer le cancer. (California Health and Safety Code 25249.5 et suivants.) « 

Enfin, l’un des principaux fabricants américains de tungstène, Teledyne Tungsten Products, énumère les mises en garde / avertissements suivants dans leurs fiches signalétiques:

« Le thorium est un élément radioactif de faible activité naturel. Le thorium est principalement un émetteur alpha. Les filles de la chaîne de désintégration émettent des rayonnements alpha, bêta et gamma. Les éléments radioactifs sont réglementés par la Commission de réglementation nucléaire. Le CNRC publie des règlements sur les matières radioactives. »

« Effets de la surexposition: …L’inhalation chronique de la poussière peut causer des lésions pulmonaires chez l’homme. »

« Évaluation cancérogène: NTP-1 (Thoria). Remarque: NTP-1 : Substances ou groupes de substances dont on sait qu’elles sont cancérigènes. Les « cancérogènes connus » sont définis par le rapport du NTP (Programme national de toxicologie) comme les substances pour lesquelles il existe des preuves suffisantes de carninogénicité provenant d’études chez l’homme pour indiquer une relation causale entre l’agent et le cancer humain. »

« Informations toxicologiques: …Une forte exposition à la poussière ou l’ingestion de grandes quantités de composés solubles entraîne des changements dans le poids corporel, le comportement, les cellules sanguines, l’activité de la choline estérase et les spermatozoïdes chez les animaux de laboratoire. »

Matériaux de tungstène non radioactifs

En raison du problème discuté dans la section ci-dessus, deux matériaux de tungstène alternatifs non radioactifs importants ont été développés. Le premier, introduit dans les années 1980, est le plus souvent disponible sous forme de tungstène cérié à 2%. Ce matériau est couramment utilisé pour les applications de soudage CC à faible intensité. En fait, il détient une part de marché très élevée dans les ventes du procédé de soudage orbital.

Plus récemment, le tungstène lanthané à 1½% est apparu comme ce qui pourrait être la future norme pour les électrodes en tungstène. La teneur en poids de 1½% (par opposition à 2%) a été choisie par trois des plus grands fabricants comme teneur optimale sur la base d’études scientifiques qui ont montré que cette teneur reflète le mieux les caractéristiques de conductivité du tungstène thorié à 2%. Par conséquent, les soudeurs peuvent généralement facilement remplacer leur matériau thorié radioactif à 2% par ce tungstène et ne pas avoir à modifier le programme de soudage. De plus, comme le matériau d’oxyde de lanthane est moins dense que l’oxyde de thorium, un bâton de tungstène lanthané à 1½% (en poids) contient en réalité 15% d’oxydes de plus en volume qu’un bâton de tungstène thorié à 2% (en poids). Cela facilite le démarrage et la stabilité de l’arc, ainsi que la longévité, car le volume supplémentaire d’oxydes maintient la pointe plus froide.

Enfin, le tungstène lanthané à 1½% convient aux applications de soudage AC et DC. Par conséquent, les installations qui stockent à la fois du tungstène thorié à 2% pour le soudage en courant continu et un autre type de tungstène (généralement du tungstène pur ou zirconié) pour le soudage en courant alternatif ne pourraient stocker qu’un seul type de tungstène.

Études de cas

Afin d’évaluer la faisabilité du passage au tungstène lanthané à 1½% pour les applications de soudage en courant continu, un certain nombre d’études ont été réalisées. Voici des résumés de quelques-uns d’entre eux:

Etude #1

Lors de l’exposition de l’American Welding Society de 1998 à Detroit, Michigan, un important fabricant de tungstène a présenté une étude indépendante réalisée sur du tungstène lanthané à 1½%. En résumé, 2% de tungstène thorié, 2% de tungstène cérié et deux tungstène lanthané à 1½% du fabricant ont été comparés en observant l’érosion de la pointe après 300 coups d’arc CC à 70 ampères et 150 ampères. Dans les essais d’ampérage inférieur et supérieur, le tungstène lanthané à 1½% a montré le moins d’érosion de la pointe et le comportement de l’arc le plus cohérent.

Étude #2

L’Armée de l’Air a mené une étude de tungstène lanthané à 1½% contre tungstène thorié à 2% pour évaluer les caractéristiques de démarrage de l’arc, la capacité actuelle et la pénétration. Ils ont utilisé des électrodes de 5/32 « de diamètre pour souder de l’aluminium 6061-T6 et de l’acier inoxydable 304 avec une machine Miller 350 Synchrowave GTAW. En utilisant à la fois la haute fréquence et le démarrage tactile, les électrodes lanthanées ont obtenu des performances supérieures ou égales aux électrodes thoriées. De plus, la géométrie de la pointe était plus stable à fort courant sur les électrodes lanthanées. Il n’y a pas eu de différence significative dans la stabilité de l’arc, la pénétration ou la forme du cordon de soudure. Enfin, ils ont conclu qu’il n’était pas nécessaire de recertifier les procédures ou les opérateurs de soudure existants lors de l’utilisation d’électrodes lanthanées.

Etude #3

Des investigations indépendantes ont été menées à l’Institut de Soudure à Paris, à l’Institut fuer Schweisstechnische Fertigungsverfahren du TH-Aachen et à la Schweisstechnische Zentralanstalt de Vienne. Ils ont constaté que dans tous les cas, la durée de vie des électrodes lanthanées était plus longue que celle des électrodes thoriées. De plus, le taux de consommation des électrodes était plus élevé pour les électrodes thoriées que pour les électrodes lanthanées. Aucune différence n’a pu être constatée concernant le comportement de démarrage de l’arc.

Pro-Fusion by Elderfield &Hall

Pro-Fusion se spécialise dans l’optimisation de la variable d’électrode de tungstène souvent négligée dans le processus de soudure. Nous offrons du tungstène lanthané de 1½% de qualité supérieure dans une variété de diamètres. De plus, nous proposons la Meuleuse d’électrodes en tungstène Sharpshooter pour préparer la géométrie de la pointe de votre électrode de manière cohérente et des électrodes de soudage pré-rectifiées qui offrent une précision d’électrode garantie car elles sont produites selon des tolérances extrêmes.

Conclusion

Le type de tungstène thorié à 2% couramment utilisé est un danger potentiel pour la santé. Le tungstène lanthané non radioactif à 1½% est une alternative à ce matériau qui permet une transition facile et produit souvent de meilleures performances. Par conséquent, Pro-Fusion formule les recommandations suivantes:

• Étudier des matériaux alternatifs au tungstène thorié. Envisagez d’utiliser du tungstène lanthané de haute qualité à 1½% comme alternative.
• Envisagez d’utiliser des électrodes de pré-masse. Cela garantira la qualité de l’électrode, les dimensions de la géométrie de la pointe et la finition de la surface pour des résultats de soudure optimaux. En outre, il élimine les préoccupations d’avoir de la poussière de broyage radioactive thoriée dans votre installation.

Visite i-Tungsten.com pour acheter des électrodes en tungstène Sharpshooter.