Sfondo

Per un bel po ‘ di tempo, produttori di tungsteno hanno aggiunto un ossido di tungsteno puro per migliorare le caratteristiche di partenza arco e la longevità di elettrodi per saldatura. Mentre il tungsteno toriato al 2% è stato il materiale di tungsteno più comunemente usato per molti anni, questo tipo di elettrodo viene sempre più esaminato a causa delle preoccupazioni per l’ambiente e per la sicurezza degli utenti di questo materiale. Le preoccupazioni derivano dal fatto che l’elemento torio è radioattivo. Su questa base, molte organizzazioni hanno valutato tipi di tungsteno alternativi per vedere quali cambiamenti nelle prestazioni vedrebbero passando al tungsteno non radioattivo.

Il problema della radioattività

Il torio utilizzato nel tungsteno toriato al 2% è un elemento radioattivo e quindi può essere pericoloso per la salute di coloro che vi sono esposti e per l’ambiente. È un emettitore alfa, tuttavia quando è all’interno di un’asta di elettrodo di tungsteno, è racchiuso in una matrice di tungsteno e quindi c’è poca radiazione emessa esternamente. Il rischio principale per il saldatore si verifica nell’ingestione del materiale. Ciò si verifica principalmente durante l’inalazione di polvere causata durante la macinazione delle punte per la saldatura, ma anche in misura minore durante la respirazione di eventuali fumi rilasciati durante la saldatura.

L’American Welding Society, nella sua A5.12 “Specifica per elettrodi di tungsteno e lega di tungsteno per saldatura ad arco e taglio” afferma quanto segue su questo tema: “Il torio è radioattivo e può presentare rischi per esposizione esterna e interna. Se le alternative sono tecnicamente fattibili, dovrebbero essere utilizzate.”Confermano che la preoccupazione principale nell’uso di questo materiale è nell’ingerire la polvere prodotta durante la macinazione dei punti sugli elettrodi. Continuano a dire:

…durante la macinazione delle punte degli elettrodi si genera polvere radioattiva, con il rischio di esposizione interna. Di conseguenza, è necessario utilizzare la ventilazione locale di scarico per controllare la polvere alla fonte, integrata se necessario da dispositivi di protezione respiratoria.

L’Europa ha anche riconosciuto i pericoli del tungsteno toriato al 2%. TWI (The Welding Institute), che è l’equivalente britannico dell’AWS, riferisce che “Il British Health and Safety Executive (HSE) ha rilasciato un documento informativo per fornire lo stoccaggio e l’uso di elettrodi di tungsteno toriati. Ciò stabilisce che durante l’operazione di macinazione deve essere fornita una ventilazione locale di scarico e che la polvere proveniente dall’apparecchiatura di macinazione e le punte esaurite vengono smaltite in un contenitore sigillato in un sito di smaltimento in discarica.”Inoltre,” L’HSE ha raccomandato agli ispettori di fabbrica che, dove gli elettrodi di tungsteno toriati non sono necessari per la qualità della saldatura, gli utenti dovrebbero essere incoraggiati a cercare alternative.”

In uno studio altamente dettagliato condotto dalla DVS (the German Welding Society), hanno misurato la quantità di particelle alfa radioattive e sprectra di energia gamma nell’aria ambiente durante la macinazione degli elettrodi di tungsteno. Alcune delle raccomandazioni di questo studio includevano:

1. Si raccomanda di lavorare, se possibile, senza l’uso di elettrodi per saldatura contenenti Torio.
2. Se ciò non è possibile, devono essere prese precauzioni per proteggere i dipendenti dalla contaminazione o dall’inalazione di polveri abrasive.
3. L’area di lavoro deve essere pulita regolarmente per evitare la contaminazione causata dalla polvere depositata.

Un altro studio è stato condotto in Germania dallo Stato della Baviera, Dipartimento per lo sviluppo e le questioni ambientali. Hanno concluso che negli impianti in cui non esiste un sistema di estrazione della polvere per la macinazione del tungsteno toriato, l’esposizione alle particelle nocive è quattro volte maggiore rispetto all’estrazione. Tuttavia, anche se la raccolta della polvere fornisce un miglioramento significativo, i livelli possono essere ancora troppo alti. Inoltre, hanno menzionato che gli elettrodi di tungsteno toriati immagazzinati in scatole su uno scaffale non sembrano rappresentare alcun potenziale pericolo. Attualmente è stata presentata alla Commissione europea una proposta volta ad aumentare drasticamente la severità delle norme giuridiche relative all’uso e allo smaltimento degli elettrodi toriati.

Nello stato della California, i produttori di tungsteno ora includono il confezionamento di elettrodi di tungsteno toriati al 2% che includono un avvertimento come quello utilizzato da Osram Sylvania, che è ” AVVERTIMENTO: Questo prodotto contiene o produce una sostanza chimica nota allo stato della California per causare il cancro. (California Health and Safety Code 25249.5 e segg.) “

Infine, uno dei principali produttori statunitensi di tungsteno, Teledyne Tungsten Products, elenca le seguenti avvertenze / avvertenze nei loro fogli MSDS:

” Il torio è un elemento radioattivo a basso livello naturale. Il torio è principalmente un emettitore alfa. Le figlie nella catena di decadimento emettono radiazioni alfa, beta e gamma. Gli elementi radioattivi sono regolati dalla Nuclear Regulatory Commission. Il NRC pubblica regolamenti regolamenti per quanto riguarda i materiali radioattivi.”

” Effetti di sovraesposizione: …L’inalazione cronica della polvere può causare danni polmonari nell’uomo.”

” Valutazione cancerogena: NTP-1 (Thoria). Nota: NTP-1: Sostanze o gruppi di sostanze che sono noti per essere cancerogeni. Gli “agenti cancerogeni noti” sono definiti dalla relazione NTP (National Toxicology Program) come quelle sostanze per le quali esistono prove sufficienti di carninogenicità da studi sull’uomo per indicare una relazione causale tra l’agente e il cancro umano.”

” Informazioni tossicologiche: …Una forte esposizione alla polvere o l’ingestione di grandi quantità di composti solubili produce cambiamenti nel peso corporeo, nel comportamento, nelle cellule del sangue, nell’attività della colina esterasi e nello sperma negli animali da esperimento.”

Materiali di tungsteno non radioattivi

A causa del problema discusso nella sezione precedente, sono stati sviluppati due significativi materiali di tungsteno non radioattivi alternativi. Il primo, introdotto nel 1980, è più comunemente disponibile come 2% ceriated tungsteno. Questo materiale è comunemente usato per applicazioni di saldatura DC a basso amperaggio. Infatti, detiene una quota di mercato molto elevata nelle vendite per il processo di saldatura orbitale.

Più recentemente, il tungsteno lantanato 1½% è emerso come quello che potrebbe essere lo standard futuro per gli elettrodi di tungsteno. L ‘ 1½% in peso (al contrario del 2%) è stato scelto da tre dei maggiori produttori come quantità ottimale di contenuto sulla base di studi scientifici che hanno dimostrato che questa quantità di contenuto rispecchia più da vicino le caratteristiche di conduttività del tungsteno toriato al 2%. Pertanto, i saldatori di solito possono facilmente sostituire il loro materiale radioattivo al 2% con questo tungsteno e non devono apportare modifiche al programma di saldatura. Inoltre, poiché il materiale di ossido di lantanio è meno denso dell’ossido di torio, un bastoncino di 1½% (in peso) di tungsteno lantanato contiene effettivamente il 15% in più di ossidi in volume rispetto a un bastoncino di 2% (in peso) di tungsteno toriato. Questo aiuta ad avviare l’arco e la stabilità, così come la longevità, perché il volume aggiuntivo di ossidi mantiene il dispositivo di raffreddamento della punta.

Infine, il tungsteno lantanato 1½% è adatto sia per applicazioni di saldatura AC che DC. Pertanto, le strutture che immagazzinano sia il tungsteno toriato al 2% per la saldatura DC che un altro tipo di tungsteno (solitamente tungsteno puro o zirconato) per la saldatura AC, potrebbero immagazzinare solo un tipo di tungsteno.

Casi di studio

Al fine di valutare la fattibilità del passaggio a tungsteno lantanato all ‘ 1½% per applicazioni di saldatura a corrente continua, sono stati condotti numerosi studi. Di seguito sono riportati i riassunti di alcuni di essi:

Studio #1

All’American Welding Society Exhibition del 1998 a Detroit, Michigan, un importante produttore di tungsteno ha presentato uno studio indipendente eseguito su tungsteno lantanato all ‘ 1½%. In sintesi, 2% thoriated, 2% ceriated e due produttori 1½% tungsteno lantanato sono stati confrontati osservando l’erosione punta dopo 300 colpi arco DC sia a 70 ampere e 150 ampere. In entrambi i test di amperaggio inferiore e superiore, il tungsteno lantanato 1½% ha mostrato la minor quantità di erosione della punta e il comportamento dell’arco più coerente.

Studio #2

L’Air Force ha condotto uno studio di 1½% di tungsteno lantanato contro il 2% di tungsteno toriato per valutare le caratteristiche di partenza dell’arco, la capacità di corrente e la penetrazione. Hanno usato elettrodi di diametro 5/32″ per saldare alluminio 6061-T6 e acciaio inossidabile 304 con una macchina Miller 350 Synchrowave GTAW. Utilizzando sia ad alta frequenza e touch start, gli elettrodi lanthanated eseguito meglio o uguale agli elettrodi thoriated. Inoltre, la geometria della punta era più stabile a corrente elevata sugli elettrodi lantanati. Non è stata riscontrata alcuna differenza significativa nella stabilità dell’arco, nella penetrazione o nella forma del cordone di saldatura. Infine, hanno concluso che non era necessario ricertificare le procedure o gli operatori di saldatura esistenti quando si utilizzano elettrodi lantanati.

Studio #3

Indagini indipendenti sono state effettuate presso l’Institut de Soudure di Parigi, l’Institut fuer Schweisstechnische Fertigungsverfahren del TH-Aachen e presso la Schweisstechnische Zentralanstalt di Vienna. Hanno scoperto che in ogni caso la durata degli elettrodi lantanati era più lunga degli elettrodi toriati. Inoltre, il tasso di consumo degli elettrodi era più alto per gli elettrodi toriati che per i lantanati. Non è stato possibile accertare alcuna differenza per quanto riguarda il comportamento di avvio dell’arco.

Pro-Fusion di Elderfield& Hall

Pro-Fusion è specializzata nell’ottimizzazione della variabile degli elettrodi di tungsteno spesso trascurata nel processo di saldatura. Offriamo tungsteno lantanato 1½% di qualità superiore in una varietà di diametri. Inoltre, offriamo la smerigliatrice ad elettrodo di tungsteno Sharpshooter per preparare la geometria della punta dell’elettrodo in modo coerente e elettrodi per saldatura pre-rettificati che forniscono una precisione dell’elettrodo garantita perché sono prodotti secondo tolleranze estreme.

Conclusione

Il tipo di tungsteno toriato comunemente usato al 2% è un potenziale pericolo per la salute. Il tungsteno lantanato non radioattivo 1½% è un’alternativa a questo materiale che fornisce una transizione facile e spesso produce prestazioni migliori. Pertanto, Pro-Fusion formula le seguenti raccomandazioni:

• Studiare materiali alternativi al tungsteno toriato. Considerare l’utilizzo di tungsteno lantanato 1½% di alta qualità come alternativa.
• Considerare l’utilizzo di elettrodi pre-terra. Ciò garantirà la qualità dell’elettrodo, le dimensioni della geometria della punta e la finitura superficiale per risultati di saldatura ottimali. Inoltre, rimuove le preoccupazioni di avere radioattivo thoriated macinazione polvere nella vostra struttura.

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