Svářeči jsou dnes žádanější než kdy jindy – a přesto je tato klíčová profese mnohými považována za neatraktivní. Jedním z důvodů jsou svařovací zplodiny. Jak nebezpečné ale ve skutečnosti jsou? A jak lze mít toto riziko efektivně pod kontrolou? Pohled do zákulisí ukazuje: Kdo rozumí souvislostem a přijme správná opatření, může svařovací zplodiny spolehlivě minimalizovat – a pracovat bezpečně.
Co jsou svařovací zplodiny a jak vznikají?
Při obloukovém svařování teplota oblouku dosahuje několika tisíc stupňů. Kov se odpařuje, reaguje a kondenzuje – vznikají svařovací zplodiny. Skládají se z plynných složek, jako je ozon, oxid uhelnatý, oxid uhličitý nebo oxidy dusíku, a také z částic, jako jsou oxidy železa, niklu a olova, mangan nebo sloučeniny šestimocného chromu. Stojí za zmínku: Přibližně 95 % emisí pochází z přídavného materiálu, tj. drátu, který je nepřetržitě přiváděn do tavné lázně.
Nebezpečí je méně viditelné než hmatatelné: Velká část částic je ultrajemná – často menší než 1 µm, některé dokonce pod 0,1 µm. Takové částice se dostávají do alveol, tedy do plicních sklípků, ve kterých dochází k výměně plynů. (Náčrt 1) Odtud se mohou v závislosti na svém složení dostat do krevního řečiště. Důsledky sahají od chronických problémů s dýchacími cestami (např. sideróza v případě oxidů železa) přes toxické účinky (např. v důsledku oxidu uhelnatého, oxidů dusíku, ozonu nebo oxidů manganu) až po karcinogenní rizika v případě sloučenin šestimocného chromu nebo oxidu niklu, zejména při svařování vysokolegovaných ocelí.
Náčrt 1: Pronikání částic svařovacích zplodin do lidského těla: Nejmenší částice pronikají až do alveol, kde dochází k výměně plynů v plicích.
Mezní hodnoty pomáhají – nenahrazují však odpovědnost
Samozřejmě existují určitá vodítka. V Rakousku se rozlišuje mezi hodnotami MAK (maximální koncentrace na pracovišti) a TRK (technická směrná koncentrace). Zatímco hodnoty MAK jsou při dodržení považovány za zdravotně nezávadné, hodnoty TRK nezaručují bezrizikovost – jsou technickou směrnou hodnotou, často pro látky, jejichž nezávadnost není zajištěna, jako například pro sloučeniny šestimocného chromu. Zde je směrná hodnota 0,02 mg/m3.
Pohled za hranice ukazuje rozdíly: Nizozemsko je s 1 mg/m³ prachu A (alveolární prach) obzvláště přísné, Německo se pohybuje na úrovni 1,25 mg/m³, Rakousko (stejně jako Francie, Belgie, Norsko nebo USA a Kanada) na úrovni 5 mg/m³ okolního vzduchu. Důležité: Mezní hodnoty, normy a předpisy představují momentální stav a mohou se kdykoli změnit. Společnosti by měly pravidelně kontrolovat aktuální národní požadavky a podle toho upravovat posouzení rizik.
Systematický přístup: princip STOP
Efektivní snižování svařovacích zplodin se řídí jasnou hierarchií – principem STOP. Opatření musí být upřednostněna v tomto pořadí: Substituce a technická řešení fungují jako kolektivní ochrana a chrání tak i osoby v okolí. Organizační opatření snižují především zbytkovou expozici. Osobní ochranné prostředky (OOP) chrání pouze jednotlivce, a proto vždy představují poslední úroveň hierarchie.
S – Substituce: procesy s nižšími emisemi (např. TIG), alternativní svařovací dráty a ochranné plyny, optimalizovaná délka oblouku (náčrt 2)
T – Technická opatření: Odsávací svařovací hořáky, automatizované buňky, odsávací hubice
O – Organizační opatření: díly beze zbytků, čistá a dobře strukturovaná pracoviště, zkrácení doby expozice, zákaz vstupu cizím osobám, pravidelná školení
P – Osobní opatření: ochrana dýchacích cest, pokud všechna předchozí opatření nejsou dostatečná
Náčrt 2: Množství svařovacích zplodin v mg/min v závislosti na svařovacím postupu – svařování TIG a svařování pod tavidlem mají nejnižší emise, svařování s trubičkovým drátem nejvíce.
Účinný nástroj mají v rukou ti, kteří svařují každý den:
Když rozhoduje oblouk
Jak velký vliv má nastavení svařovacího přístroje na emise svařovacích zplodin, to ukazuje studie společnosti Aachener Gesellschaft für Forschungs- und Fügetechnik (FEF) ve spolupráci se společností Fronius: Na míru emisí svařovacích zplodin (FER, Fume Emission Rate) má významný vliv nejen zvolený proces, ale také nastavení parametrů.
Při srovnání různých variant procesu – standardního oblouku, oblouku LSC (Low Spatter Control) a pulzního oblouku – se pulzní oblouk ukázal jako proces, který vytvářel nejstabilnější přechod mezi materiály a nejnižší míru emisí. Procesní parametry, jako je rychlost drátu, napětí a velikost proudu, zůstaly stejné.
Svařování se provádělo drátem G-3Si1 (Ø 1,2 mm) na za tepla válcované nelegované konstrukční oceli (S235JR) s ochranným plynem M21 (82 % Ar/18 % CO2), plně mechanizovaně a za reprodukovatelných podmínek.
Co ukázala série měření
Navařované housenky:
Při svařování s odsávacím svařovacím hořákem byly zjištěny zvláště nízké hodnoty FER při rychlosti drátu 5 m/min a neutrálním držení hořáku. Překvapivé bylo, že hodnota FER při 11 m/min byla nižší než při 8 m/min. (Obr. 1) Důvod: Při rychlosti 8 m/min docházelo v experimentu k častějším zkratům, které zvyšovaly emise. Zároveň se ukázalo, že: Pomalé vedení hořáku mírně snižovalo emise u všech rychlostí drátu.
Největšího účinku však bylo dosaženo korekcí délky oblouku. Již mírné zvýšení středního napětí – cca +0,4 V – výrazně snížilo hodnotu FER při všech rychlostech drátu. (Obr. 2) Fyzikální pozadí: Optimálně nastavená délka oblouku minimalizuje zkratové jevy. Méně zkratů znamená hladší přechod mezi materiály – a tím méně kovových par a méně kouře.
Obr. 1: Navařované housenky, svařovací proces PMC pulz, optimalizovaný oblouk s korekcí délky oblouku, různé rychlosti drátu, neutrální vedení hořáku
Obr. 2:
FER = 1,6 mg/s, rychlost drátu 5 m/min s neutrální polohou svařovacího hořáku
FER = 0,56 mg/s, rychlost drátu 5 m/min s neutrální polohou svařovacího hořáku, optimalizace procesu s korekcí délky oblouku +0,4 V
Koutové svary:
Zde byly emise celkově nižší, vykazovaly však stejný průběh (obr. 3):
• Rychlost drátu 5 m/min: cca 0,55 mg/s
• Rychlost drátu 8 m/min: cca 0,7 mg/s
• Rychlost drátu 11 m/min: cca 1,7 mg/s
Obr. 3: Koutové svary, svařovací proces PMC pulz, optimalizovaný oblouk s korekcí délky oblouku, různá vedení svařovacího hořáku a rychlosti drátu
I zde se pomalé vedení hořáku při svařování s odsávacím svařovacím hořákem ukázalo jako výhodné, zejména při vysokých rychlostech drátu. Detailní zkouška při 11 m/min ukázala minimální hodnotu FER s korekcí -1,5 V. Pokud byl oblouk prodloužen nebo zkrácen, emise opět stouply – buď kvůli vyššímu procesnímu výkonu, nebo kvůli častějším zkratům.
Závěr pro dílny
Základem je proces: Pulzní proces poskytuje v mnoha případech obzvláště příznivý přechod mezi materiály.
Jemné nastavení délky oblouku: Oblouk by měl být co nejkratší, aby proces pracoval s nízkou, ale stabilní frekvencí zkratů.
Optimalizace rychlosti drátu: Rychlost drátu 5 m/min se v testu osvědčila nejnižšími emisními hodnotami. Obecně platí: Pokud zůstává svařovací proces stejný, je výhodnější nižší výkon oblouku.
Zachycení kouře dříve, než se rozptýlí
Kromě postupů a parametrů je klíčové správné odsávání. Odsávací svařovací hořáky, jako je Fronius MTW 500i Exento, zachycují kouř tam, kde vzniká: přímo v tavné lázni. Ve spojení s výkonným mobilním odsávacím zařízením Fronius Exento HighVac lze dosáhnout velmi vysoké účinnosti zachycování až 99 %, protože kouř je odváděn přímo v místě vzniku. Důležité: Objemový průtok odsávání hořáku je třeba udržovat v optimálním rozmezí. Příliš nízké hodnoty snižují účinnost odsávání, příliš vysoké mohou způsobit přerušení přívodu ochranného plynu, rozstřiky nebo nepravidelnosti svaru. Doporučuje se pravidelná kontrola pomocí vhodného měřiče objemového průtoku.
Všude tam, kde nelze použít odsávací svařovací hořák, například při svařování obalenou elektrodou, nabízí mobilní odsávací systém Exento-LowVac účinnou alternativu. Pracuje s průtokově optimalizovanou otočnou odsávací hubicí, která pokrývá velkou zachycovací oblast. Kromě toho disponuje velkou filtrační plochou a je ideální pro často se měnící pracoviště.
Všechny systémy Exento splňují požadavky normy DIN EN ISO 21904-1 pro záchyt a odlučování svařovacích zplodin. Tato norma stanoví obecné požadavky na místní odsávací zařízení – včetně konstrukce odsávacích hubic, vedení, filtračních jednotek, objemu vzduchu, výstražných systémů a bezpečnostních pokynů pro pracoviště. Jejím cílem je zajistit, aby svařovací zplodiny byly zachyceny co nejúplněji a co nejblíže k místu vzniku a byly spolehlivě odfiltrovány.
Osobní ochranné prostředky: Svářečské kukly s ventilátorovou filtrační jednotkou
Tam, kde technické odsávání naráží na své limity nebo kde svářeči potřebují dodatečnou ochranu, hrají osobní ochranné prostředky rozhodující roli. Svářečské kukly s ventilátorem (PAPR, Powered Air Purifying Respirators) spolehlivě chrání před nejjemnějšími částicemi svařovacích zplodin tím, že do kukly neustále přivádějí filtrovaný, čistý vzduch.
Kombinace přetlaku v kukle a vysoce účinných filtrů částic výrazně snižuje zatížení škodlivými látkami – zejména při práci ve stísněných prostorech, na těžko přístupných místech nebo při procesech bez přímého bodového odsávání. Společnost Fronius nabízí moderní svářečské kukly Fronius Vizor Air s ventilátorovou filtrační jednotkou. Rovnoměrný proud vzduchu, snížená tepelná zátěž a nerušené zorné pole podporují přesnou práci i při dlouhých směnách.
Závěr: Svařovací zplodiny jsou otázkou volby, nikoli osudu
Svařovací zplodiny lze zvládnout. Se správnou kombinací moderního řízení procesů, jemného parametrického nastavení, přesného odsávání a osobních ochranných prostředků je pracoviště nejen bezpečnější, ale také produktivnější a atraktivnější. Nebo stručně řečeno: Hodnota FER (Fume Emission Rate) není přírodním zákonem. Je to proměnná veličina a svářeči mají mnoho z těchto proměnných ve svých rukou.
Další informace o ochraně při svařování: https://www.fronius.com/en/welding/know-how/welding-protection
We are Fronius
Koncem roku 2024 jsme měli po celém světě přibližně 6 700 zaměstnanců, aktuální podíl exportu činí 90 procent a máme 1 752 aktivních patentů: To jsme my, to je Fronius. Společnost byla založena v roce 1945 jako regionální jednočlenná firma a dnes je globálně působícím průmyslovým podnikem, o čemž svědčí 37 mezinárodních dceřiných společností a síť prodejních partnerů ve více než 60 zemích. Přesto jsme v jádru stále rodinnou firmou z Rakouska, která působí v oblasti elektrotechnického a elektronického průmyslu. Fronius Welding neustále revolučním způsobem mění technologii svařování, zatímco Fronius Solar & Energy se zaměřuje na co nejlepší využití solární energie a optimalizaci nabíjecích systémů akumulátorů pro intralogistiku. Již 80 let sledujeme jasný cíl: Zkoumat elektřinu jako palivo budoucnosti a efektivně ji využívat. Vyvíjíme produkty a řešení pro budoucnost a nabízíme zákazníkům komplexní balíček: od předběžného plánování a poradenství přes průběžné monitorování až po servisní služby šité na míru konkrétním potřebám. Jsme inovativní. Jsme zvědaví. We are Fronius.
Fronius Welding
Nejvyšší kvalita oblouku, hluboké porozumění zákazníkům, touha po technickém pokroku: Jsme inovační jedničkou v obloukovém svařování a lídrem na světovém trhu v oblasti robotického svařování. Důkazem našich odborných znalostí jsou individuální, automatizované kompletní systémy a digitální svařovací řešení pro Průmysl 5.0. Naše portfolio doplňují intuitivní svařovací zdroje pro ruční svařování, vysoce kvalitní svařovací příslušenství a účinné ochranné výrobky pro bezpečnost uživatelů. Jako globální společnost se zaměřujeme na regionální služby: Naše místní týmy jsou k dispozici zákazníkům po celém světě. Pomocí našich technologií určujeme trendy a vytváříme spojení – mezi kovy, průmyslovými odvětvími a lidmi.
Fotografie: Fronius International GmbH
