Сварочный аэрозоль

Сварочный аэрозоль — это совокупность мелкодисперсных твёрдых и жидких частиц, образующихся в процессе сварки и резки металлов и взвешенных в воздухе рабочей зоны. Является одним из основных вредных производственных факторов, воздействующих на организм сварщика и окружающих. Сварочный аэрозоль представляет собой сложную многокомпонентную систему, состоящую из конденсационных и дезинтеграционных частиц, образующихся в результате испарения, кипения и разбрызгивания расплавленного металла и флюсов.

Состав и классификация

Сварочный аэрозоль классифицируется по происхождению, дисперсности и химическому составу. По происхождению различают первичные частицы, образующиеся непосредственно в зоне горения дуги, и вторичные — возникающие при остывании и конденсации паров. По дисперсности выделяют грубодисперсные (размером более 10 мкм) и мелкодисперсные (менее 10 мкм, в том числе наночастицы) фракции.

Химический состав

Основными компонентами сварочного аэрозоля являются оксиды металлов, входящих в состав свариваемых материалов и электродов:

• Оксиды железа (Fe₂O₃, Fe₃O₄) — основной компонент при сварке углеродистых сталей.
• Оксиды марганца (MnO, MnO₂) — присутствуют при использовании марганцовистых электродов.
• Оксиды хрома (Cr₂O₃, CrO₃) — характерны для сварки нержавеющих сталей.
• Оксиды никеля, ванадия, молибдена, титана — в зависимости от легирующих добавок.
• Соединения фтора (CaF₂, NaF) — выделяются из флюсов и покрытий электродов.
• Оксиды кремния, алюминия, магния — из флюсов и керамических покрытий.
• Газы — озон, оксиды азота, угарный газ, фтористый водород.

Дисперсный состав

Большинство частиц сварочного аэрозоля имеют размер от 0,01 до 1 мкм, что позволяет им глубоко проникать в дыхательные пути, достигая альвеол. Наночастицы (менее 0,1 мкм) составляют значительную долю и обладают высокой химической активностью.

Механизм образования

Сварочный аэрозоль образуется в результате нескольких физико-химических процессов:

1. Испарение — под действием высокой температуры (до 5000–6000 °C в столбе дуги) металл и компоненты покрытия испаряются.
2. Конденсация — пары, попадая в холодный воздух, конденсируются, образуя твёрдые частицы размером 0,01–0,1 мкм.
3. Коагуляция — мелкие частицы слипаются, образуя более крупные агрегаты (до 1–10 мкм).
4. Дезинтеграция — разбрызгивание расплавленного металла и шлака приводит к образованию грубодисперсных частиц.

Влияние на здоровье

Сварочный аэрозоль является причиной профессиональных заболеваний сварщиков. Основные поражаемые органы — дыхательная система, кожа, слизистые оболочки.

Заболевания органов дыхания

• Пневмокониоз (в том числе сидероз) — фиброз лёгочной ткани, вызванный отложением оксидов железа.
• Хронический бронхит — воспаление бронхов, часто с астматическим компонентом.
• Бронхиальная астма — может быть спровоцирована сенсибилизацией к соединениям никеля, хрома, фтора.
• Рак лёгкого — при длительном воздействии аэрозолей, содержащих хром (VI), никель, кадмий (классифицированы Международным агентством по изучению рака как канцерогены для человека, группа 1).
• Отёк лёгких — при остром отравлении фтористыми соединениями.

Системные эффекты

• Марганцовая интоксикация — поражение центральной нервной системы (синдром паркинсонизма, снижение когнитивных функций).
• Свинцовая интоксикация — при сварке свинцовых сплавов или окрашенных свинцовыми красками конструкций.
• Фтористый флюороз — поражение костной ткани при длительном воздействии фторидов.

Дерматологические эффекты

• Сварочная лихорадка (литейная лихорадка) — острое заболевание, вызванное вдыханием оксидов цинка, меди, кадмия; проявляется ознобом, лихорадкой, тошнотой, напоминает грипп.
• Фотосенсибилизация — ультрафиолетовое излучение дуги усиливает токсическое действие аэрозоля на кожу.

Нормирование и контроль

В Российской Федерации содержание сварочного аэрозоля в воздухе рабочей зоны нормируется санитарными правилами и гигиеническими нормативами. Основные документы:

• ГН 2.2.5.3532-18 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны».
• СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания».

Предельно допустимые концентрации (ПДК) для основных компонентов сварочного аэрозоля

Контроль осуществляется методами отбора проб воздуха (фильтрация, осаждение) с последующим химическим анализом (атомно-абсорбционная спектроскопия, спектрофотометрия, ионная хроматография).

Средства защиты

Коллективные средства защиты

• Вентиляция — местная вытяжная вентиляция (зонты, отсосы) непосредственно у места сварки; общеобменная вентиляция.
• Экранирование — прозрачные экраны из поликарбоната, задерживающие аэрозоль и УФ-излучение.
• Роботизация — использование сварочных роботов и манипуляторов, исключающих присутствие человека в зоне воздействия.

Индивидуальные средства защиты (СИЗ)

• Респираторы — полумаски и полнолицевые маски с фильтрами классов P2–P3 (защита от твёрдых и жидких частиц). Для защиты от газов — комбинированные фильтры.
• Сварочные маски — с автоматически затемняющимся светофильтром, защищающие от УФ-излучения и брызг.
• Спецодежда — из огнестойких материалов (брезент, спилок, сукно), не накапливающих статическое электричество.
• Перчатки — из спилка или кожи, с крагами.
• Защитные очки — для защиты от брызг и УФ-излучения.

Методы снижения образования аэрозоля

• Выбор сварочного процесса — автоматическая сварка под флюсом, лазерная сварка, электронно-лучевая сварка генерируют значительно меньше аэрозоля, чем ручная дуговая сварка.
• Оптимизация режимов — снижение силы тока, использование импульсной сварки.
• Применение низкоаэрозольных электродов — с покрытиями, уменьшающими образование дыма.
• Использование флюсов — с минимальным содержанием фторидов и марганца.

Источники

• Гигиенические нормативы ГН 2.2.5.3532-18 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны».
• СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания».
• «Сварочный аэрозоль: состав, свойства, гигиеническое значение» / Под ред. А.П. Дудко. — М.: Медицина, 2005.
• «Профессиональные заболевания сварщиков» / В.В. Милушкин, И.А. Козлов. — Екатеринбург: УГМУ, 2018.
• «Occupational Exposure to Welding Fumes» — IARC Monographs Volume 118, 2018.
• ГОСТ 12.4.034-2017 «ССБТ. Средства индивидуальной защиты органов дыхания. Классификация и маркировка».