Fondo
Durante bastante tiempo, los fabricantes de tungsteno han agregado un óxido al tungsteno puro para mejorar las características de inicio de arco y la longevidad de los electrodos de soldadura. Mientras que el tungsteno toriado al 2% ha sido el material de tungsteno más utilizado durante muchos años, este tipo de electrodo se está examinando cada vez más debido a las preocupaciones por el medio ambiente y por la seguridad de los usuarios de este material. Las preocupaciones surgen del hecho de que el elemento torio es radiactivo. Sobre esta base, muchas organizaciones han evaluado tipos de tungsteno alternativos para ver qué cambios en el rendimiento verían al hacer la transición al tungsteno no radiactivo.
El problema de radiactividad
El torio utilizado en tungsteno toriado al 2% es un elemento radiactivo y, por lo tanto, puede ser peligroso para la salud de las personas expuestas a él y para el medio ambiente. Es un emisor alfa, sin embargo, cuando está dentro de una varilla de electrodo de tungsteno, está encerrado en una matriz de tungsteno y, por lo tanto, hay poca radiación emitida externamente. El principal riesgo para el soldador se produce en la ingestión del material. Esto ocurre principalmente durante la inhalación de polvo causado durante la molienda de puntas para soldadura, pero también en menor medida durante la respiración de cualquier humo liberado durante la soldadura.
La American Welding Society, en su A5.12 «Especificación para Electrodos de Tungsteno y Aleación de Tungsteno para Soldadura y Corte por Arco», afirma lo siguiente sobre este tema: «El torio es radiactivo y puede presentar peligros por exposición externa e interna. Si las alternativas son técnicamente viables, deben utilizarse.»Confirman que la principal preocupación en el uso de este material es la ingestión de polvo producido mientras se muelen los puntos en los electrodos. Siguen diciendo:
…durante la molienda de las puntas de los electrodos se genera polvo radiactivo, con el riesgo de exposición interna. En consecuencia, es necesario utilizar ventilación de escape local para controlar el polvo en la fuente, complementado si es necesario con equipo de protección respiratoria.
Europa también ha reconocido los peligros del tungsteno toriado al 2%. TWI (El Instituto de Soldadura), que es el equivalente británico del AWS, informa que «El Ejecutivo Británico de Salud y Seguridad (HSE) ha emitido un documento de información para proporcionar el almacenamiento y el uso de electrodos de tungsteno toriados. En ella se establece que durante la operación de trituración debe proporcionarse ventilación de escape local y que el polvo del equipo de trituración y las puntas gastadas se eliminan en un recipiente sellado y se envían a un vertedero.»Además,» El HSE ha recomendado a los inspectores de fábrica que, cuando los electrodos de tungsteno toriados no sean necesarios para la calidad de la soldadura, se debe alentar a los usuarios a buscar alternativas.»
En un estudio muy detallado llevado a cabo por la DVS (Sociedad Alemana de Soldadura), midieron las cantidades de partículas alfa radiactivas y partículas de energía gamma en el aire ambiente durante la molienda de electrodos de tungsteno. Algunas de las recomendaciones de este estudio fueron:
- Se recomienda trabajar, si es posible, sin el uso de electrodos de soldadura que contengan Torio.
- Si esto no es posible, se deben tomar precauciones para proteger a los empleados contra la contaminación o la inhalación de polvo de molienda.
- La zona de trabajo se limpiará regularmente para evitar la contaminación causada por el polvo depositado.
El Departamento de Desarrollo y Medio Ambiente del Estado de Baviera realizó otro estudio en Alemania. Llegaron a la conclusión de que en las instalaciones donde no hay un sistema de extracción de polvo para la molienda de tungsteno toriado, la exposición a partículas nocivas es cuatro veces mayor que con la extracción. Sin embargo, a pesar de que la recolección de polvo proporciona una mejora significativa, los niveles aún pueden ser demasiado altos. Además, mencionaron que los electrodos de tungsteno toriados almacenados en cajas en un estante no parecen representar ningún peligro potencial. Por el momento, se ha presentado una propuesta a la Comisión de la Comunidad Europea para aumentar drásticamente la severidad de las normas legales con respecto al uso y eliminación de electrodos toriados.
En el estado de California, los fabricantes de tungsteno ahora incluyen envases de electrodos de tungsteno toriados al 2% que incluyen una advertencia como la que usa Osram Sylvania, que es, » ADVERTENCIA: Este producto contiene o produce una sustancia química que el Estado de California sabe que causa cáncer. (Código de Salud y Seguridad de California 25249.5 y ss.) «
Finalmente, uno de los principales fabricantes de tungsteno de los Estados Unidos, Teledyne Tungsten Products, enumera las siguientes advertencias/advertencias en sus hojas MSDS:
«El torio es un elemento radiactivo de bajo nivel natural. El torio es principalmente un emisor alfa. Las hijas en la cadena de desintegración emiten radiación alfa, beta y gamma. Los elementos radiactivos están regulados por la Comisión Reguladora Nuclear. La Comisión Nacional de Reglamentación publica reglamentos relativos a los materiales radiactivos.»
«Efectos de la sobreexposición: …La inhalación crónica del polvo puede causar daño pulmonar en los seres humanos.»
» Evaluación carcinogénica: NTP-1 (Thoria). Nota: NTP-1: Sustancias o grupos de sustancias que se sabe que son carcinógenas. Los «carcinógenos conocidos» se definen en el informe del NTP (Programa Nacional de Toxicología) como aquellas sustancias para las que existen pruebas suficientes de carninogenicidad procedentes de estudios en seres humanos que indican una relación causal entre el agente y el cáncer humano.»
«Información Toxicológica: …La exposición intensa al polvo o la ingestión de grandes cantidades de compuestos solubles produce cambios en el peso corporal, el comportamiento, las células sanguíneas, la actividad de la colina esterasa y los espermatozoides en animales experimentales.»
Materiales de tungsteno no radiactivos
Debido al problema discutido en la sección anterior, se han desarrollado dos materiales de tungsteno no radiactivos alternativos significativos. El primero, introducido en la década de 1980, está más comúnmente disponible como tungsteno ceriado al 2%. Este material se usa comúnmente para aplicaciones de soldadura de CC de menor amperaje. De hecho, tiene una cuota de mercado muy alta en ventas para el proceso de soldadura orbital.
Más recientemente, el tungsteno lantanizado al 1½% ha surgido como lo que podría ser el futuro estándar para los electrodos de tungsteno. El contenido de 1½% en peso (en comparación con el 2%) fue elegido por tres de los fabricantes más grandes como la cantidad de contenido óptima según estudios científicos que demostraron que esta cantidad de contenido refleja más de cerca las características de conductividad del tungsteno toriado al 2%. Por lo tanto, los soldadores generalmente pueden reemplazar fácilmente su material torado al 2% radiactivo con este tungsteno y no tienen que hacer ningún cambio en el programa de soldadura. Además, dado que el material de óxido de lantano es menos denso que el óxido de torio, un palo de 1½% (en peso) de tungsteno lantánico en realidad contiene un 15% más de óxidos en volumen que un palo de 2% (en peso) de tungsteno toriado. Esto ayuda en el arranque y la estabilidad del arco, así como en la longevidad, porque el volumen adicional de óxidos mantiene la punta más fría.
Finalmente, el tungsteno lantanizado al 1½% es adecuado para aplicaciones de soldadura de CA y CC. Por lo tanto, las instalaciones que almacenan tungsteno toriado al 2% para soldadura de CC y otro tipo de tungsteno (generalmente tungsteno puro o zirconiado) para soldadura de CA, podrían almacenar solo un tipo de tungsteno.
Estudios de casos
Con el fin de evaluar la viabilidad de cambiar a tungsteno lantanado al 1½% para aplicaciones de soldadura de CC, se han realizado varios estudios. Los siguientes son resúmenes de algunos de ellos:
Estudio #1
En la exposición de la American Welding Society de 1998 en Detroit, Michigan, un importante fabricante de tungsteno presentó un estudio independiente realizado con tungsteno lantanado al 1½%. En resumen, se compararon tungsteno toriado al 2%, ceriado al 2% y lantanado al 1½% de dos fabricantes observando la erosión de la punta después de golpes de arco de 300 CC a 70 y 150 amperios. En las pruebas de amperaje más bajo y más alto, el tungsteno lantanizado al 1½% mostró la menor cantidad de erosión de la punta y el comportamiento de arco más consistente.
Estudio # 2
La Fuerza Aérea realizó un estudio de tungsteno lanthanated al 1½% versus tungsteno toriado al 2% para evaluar las características de inicio de arco, la capacidad de corriente y la penetración. Utilizaron electrodos de 5/32″ de diámetro para soldar aluminio 6061-T6 y acero inoxidable 304 con una máquina Miller 350 Synchrowave GTAW. Utilizando tanto la alta frecuencia como el arranque táctil, los electrodos lantanados se desempeñaron mejor o igual que los electrodos toriados. Además, la geometría de la punta era más estable a alta corriente en los electrodos lantanados. No se encontraron diferencias significativas en la estabilidad del arco, la penetración o la forma del cordón de soldadura. Finalmente, concluyeron que no era necesario recertificar los procedimientos de soldadura u operadores existentes al usar electrodos lantanados.
Estudio # 3
Se llevaron a cabo investigaciones independientes en el Institut de Soudure de París, el Institut fuer Schweisstechnische Fertigungsverfahren de Aquisgrán y en el Schweisstechnische Zentralanstalt de Viena. Encontraron que en todos los casos la vida útil de los electrodos lantanados era más larga que la de los electrodos toriados. Además, la tasa de consumo de electrodos fue mayor para los electrodos toriados que para los lantanados. No se pudieron determinar diferencias con respecto al comportamiento de inicio de arco.
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Conclusión
El tipo de tungsteno toriado al 2% de uso común es un peligro potencial para la salud. El tungsteno lantanado al 1½% no radiactivo es una alternativa a este material que proporciona una transición fácil y, a menudo, produce un mejor rendimiento. Por lo tanto, Pro-Fusion hace las siguientes recomendaciones:
- Investigar materiales alternativos al tungsteno toriado. Considere el uso de tungsteno lanthanated de 1½% de alta calidad como alternativa.
- Considere el uso de electrodos de tierra previa. Esto garantizará la calidad del electrodo, las dimensiones de la geometría de la punta y el acabado de la superficie para obtener resultados de soldadura óptimos. Además, elimina las preocupaciones de tener polvo de molienda torado radiactivo en su instalación.
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