You are using an outdated browser. For a faster, safer browsing experience, upgrade for free today.

Дослідження нанорозмірних фракцій зварювальних аерозолів, що утворилися під час дугового зварювання алюмінієвих сплавів у середовищі захисного газу

Дослідження нанорозмірних фракцій зварювальних аерозолів, що утворилися під час дугового зварювання алюмінієвих сплавів у середовищі захисного газу

ISSN 2223-6775 Український журнал з проблем медицини праці Том.19, №3, 2023


https://doi.org/10.33573/ujoh2023.03.197

Дослідження нанорозмірних фракцій зварювальних аерозолів, що утворилися під час дугового зварювання алюмінієвих сплавів у середовищі захисного газу

Демецька О.В.1, Белюга О.Г.1, Андрусишина І.М.1, Мовчан В.О.1, Безушко О.М.2, Коваль В.А.2, Баля А.Г.3
1Державна установа «Інститут медицини праці імені Ю. І. Кундієва Національної академії медичних наук України», м. Київ, Україна
2Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона Національної академії наук України, м. Київ, Україна
3Фармацевтичний коледж Мічиганського університету, м. Енн-Арбор, Сполучені Штати Америки


 Повна стаття (PDF), УКР

Вступ. Очікується, що зварювання в середовищі захисного газу (MIG) сприяє отриманню зварних з’єднань високої міцності. Водночас різні режими переносу та тип газового захисту, зокрема, відсоток активних хімічних елементів у складі газу, впливають на кількість аерозолю, що утворюється, а також на утворення наночастинок з високою здатністю осадження, зокрема, в органах респіраторного тракту.

Мета дослідження – проаналізувати емісію наночастинок у повітря робочої зони під час MIG зварювання алюмінієвих сплавів.

Матеріали та методи дослідження. Оцінено розмірність та елементний склад нанорозмірних фракцій, що утворилися при використанні алюмінієвих дротів суцільного перерізу ER-4043 і ER-2319 діаметром 1,6 мм. Розмір частинок визначали методом динамічного розсіювання світла за допомогою приладу «Analysette 12 DynaSizer» (Fritsch, Німеччина). Хімічний склад проб повітря вивчали методом оптико-емісійної спектрометрії з індуктивно зв’язаною плазмою (ОЕС-ІЗП) за допомогою приладу «Орtima 2100 DV» («PerkinElmer», США).

Результати. Встановлено, що зварювання алюмінієвими дротами ER-4043 і ER-2319 у середовищі захисного газу супроводжується емісією в повітря робочої зони нано- та ультрадисперсних частинок, при цьому середній діаметр частинок, що утворилися при зварюванні дротом ER-2319, у 5,7 разу менший порівняно з таким частинок, що утворилися при зварюванні дротом ER-4043. У пробах повітря, які були відібрані при зварюванні зазначеними зварювальними матеріалами, виявлено наступні хімічні елементи у нанорозмірному стані (диаметр <100 нм): алюміній, мідь, залізо, марганець, цинк, нікель, кремній, олово та титан.

Висновки. Оцінка нанорозмірних фракцій, що утворилися при зварюванні в середовищі захисного газу алюмінієвих дротів ER-4043 та ER-2319, не виявила перевищення розрахункових значень зі застосуванням коефіцієнтів, які рекомендовані Британським Інститутом Стандартів орієнтовно безпечних рівнів металів у високодисперсному стані, за виключенням нанорозмірного кремнію. У той самий час аерозоль, що утворюється після зварювання дротами ER-2319, представлений переважно нанорозмірними фракціями (< 100 нм), що доцільно враховувати при розробці захисних стратегій і виборі засобів індивідуального захисту.

Ключові слова: захисні гази, аргон, зварювання в середовищі захисного газу (MIG), повітря робочої зони, наночастинки.

Література

  1. Welding fumes and lung cancer: a meta-analysis of case-control and cohort studies. M. K. Honaryar, R. M. Lunn, D. Luce et al. Occup Environ Med. 2019. Vol. 76, No. 6. P. 422–431. https://doi.org/10.1136/oemed-2018-105447.
  2. Coggon D., Palmer K. T. Are welders more at risk of respiratory infections? Thorax. 2016. Vol. 71, No. 7. P. 581–582. https://doi.org/10.1136/thoraxjnl-2016-208464.
  3. Knobloch F., Hanssen S., Lam A. Net emission reductions from electric cars and heat pumps in 59 world regions over time. Nat Sustain. 2020. No. 3. P. 437–447. https://doi.org/10.1038/s41893-020-0488-7.
  4. Nanoparticles: Promising Tools for the Treatment and Prevention of Myocardial Infarction. Q. Pan, J. Xu, C. J. Wen et al. Int J. Nanomedicine. 2021. Vol. 1, No. 16. P. 6719–6747. https://doi.org/10.2147/IJN.S328723.
  5. Block M. L., Calderón-Garcidueñas L. Air pollution: mechanisms of neuroinflammation and CNS disease. Trends Neurosci. 2009.Vol. 32, No. 9. P. 506–516. https://doi.org/10.1016/j.tins.2009.05.009.
  6. Welding fume exposure is associated with medial temporal lobe microstructural features resembling early Alzheimer disease. E.Y. Lee, J. Kim, J. M. Prado-Rico et al. medRxiv. 2023 Jul 23. 23292828. https://doi.org/10.1101/2023.07.18.23292828.
  7. Welding fume nanoparticles from solid and flux-cored wires: Solubility, toxicity, and role of fluorides. Y. S. Hedberg, Z. Wei, S. McCarrick et al. Journal of Hazardous Materials. 2021. Vol. 413. P. 125273. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.125273.
  8. Abdullahi I. L., Sani A. Welding fumes composition and their effects on blood heavy metals in albino rats. Toxicol Rep. 2020. Vol. 4, No. 7. P. 1495–1501. https://doi.org/10.1016/j.toxrep.2020.10.021.
  9. Influence of Current Feeding Position of Duplex Current Feeding MIG Welding on Droplet Heat Quantity. A. Aoki, S. Tashiro, H. Kurokawa, M. Tanaka. Materials (Basel). 2019. Vol. 12, No. 21. P. 3590. https://doi.org/10.3390/ma12213590.
  10. Evaluation of the amount of nanoparticles emitted in welding fume from stainless steel using different shielding gases. R. P. Pacheco, J. F. Gomes, R. M. Miranda, M. L. Quintino. Inhal Toxicol. 2017. Vol. 29, No. 6. P. 282–289. https://doi.org/10.1080/08958378.2017.1358778.
  11. British Standard Institute (BSI). Nanotechnologies. Guide to assessing airborne exposure in occupational settings relevant to nanomaterials PD 6699-3:2010. 2010.
  12. Development of New Health Risk Assessment of Nanoparticles: EPA Health Risk Assessment Revised. M. Macko, J. Antoš, F. Božek et al. Nanomaterials (Basel). 2022. Vol. 13, No. 1. P. 20. https://doi.org/10.3390/nano13010020.