Verlaging van het ozongehalte bij het TIG en MIG lassen van aluminium
Ozon ontstaat bij het lassen door de ultraviolette straling van de lasboog. Ozon is zeer schadelijk voor de gezondheid. De MAC-waarde is daarom laag namelijk 0,1 ppm. De ozonconcentratie is het grootst direct rondom de boog. Als de temperatuur rondom de las hoog genoeg is, wordt spontaan stikstofmonoxyde gevormd uit de lucht. Het vermindert de ozonconcentratie omdat het met ozon reageert. De hoeveelheid natuurlijk gevormde stikstofmonoxyde is echter onvoldoende om alle gevormde ozon weg te nemen. In de rookpluim resteert een hoge ozonconcentratie afhankelijk van onder andere de lasomstandigheden. Dit is door emissiemetingen bepaald.
Door Ing. P. Bruinsma - (artikel gepubliceerd in Aluminium nummer 6, 1988- artikel 24)
De ozonconcentratie in het adembereik van de lasser zal bij onvoldoende afstand tot de rookpluim of gebrekkige lokale afzuiging veelal de MAC-waarde overschrijden. AGA lnnovation, het centrale laboratorium van AGA, heeft een beschermgas ontwikkeld dat de ozonconcentratie drastisch verlaagt. Dit beschermgas, genaamd AGA MISON, bestaat uit argon en een zeer geringe hoeveelheid stikstofmonoxyde. Deze toevoeging vult het tekort aan natuurlijk gevormde stikstofmonoxyde aan. Hierdoor wordt de ozonconcentratie verlaagd en het risico van de lasser sterk verminderd. De lasbaarheid en laskwaliteit zijn dezelfde als onder argon. Naast het TIG-en MIG lassen van aluminium wordt AGA MISON toegepast voor het TIG lassen van alle andere metalen. De introductie en toepassing van het MIG -en het TIG lassen heeft op brede schaal geresulteerd in een verbetering van de produktiviteit en kwaliteit. De toepassing van deze gasbooglasprocessen voor het lassen van aluminium en aluminiumlegeringen is al jarenlang zeer veelzijdig en omvangrijk. Bij het gasbooglassen ontstaat door de boogh itte lasrook. Lasrook bestaat uit vaste stofdeeltjes en gassen. Een van de gassen in de lasrook is ozon. In het verleden heeft men hieraan weinig aandacht geschonken.
De gedachte leefde immers, gevoed vanuit de bekende gezondheidsklinieken, dat ozonrijke lucht de gezondheid bevordert. Dat echter dit gas giftig is en al bij lage concentraties zeer schadelijk is voor mens en dier wordt alom meer bekend. Ook is de laatste jaren de interesse in de gezondheids-en veiligheidsaspecten bij het lassen sterk toegenomen. In het licht van het bovenstaande is bij AGA lnnovation een research project gestart. Het doel van dit project was het mechanisme te onderzoeken en te verklaren van de ozonvorming bij het gasbooglassen, en met deze inzichten een techniek te ontwikkelen waarmee de ozonproduktie gedurende het lassen kan worden gereduceerd. Dit heeft geresulteerd in de ontwikkeling van een nieuw beschermgas genaamd AGA MISON. Deze publikatie geeft een samenvatting van de kennis en ervaring die op dit gebied is verkregen. Na een korte beschrijving van ozon, de algemene eigenschappen ervan en de invloed op de mens zal uitvoerig worden ingegaan op het ontstaan van ozon bij het gasbooglassen en de mechanismen die optreden waardoor ozon weer uiteenvalt. In het kader van de naam van dit vakblad zullen de meetmethoden en de meetresultaten worden beschreven van het TIG-en MIG lassen van alum inium en aluminiumlegeringen.
Ozon
Omstreeks 1785 raakte Marum, een Nederlander, geïnteresseerd in een typische geur die vrijkwam in de buurt van elektrische werktuigen. Dezelfde geur werd enkele jaren later waargenomen bij een gas dat werd gevormd bij de anode tijdens de elektrolyse van water. In het midden van de 19de eeuw is de chemische samenstelling van dit gas, met deze kenmerkende geur, vastgesteld. Het bestaat uit drie zuurstofatomen (chemisch symbool O3 ). Het gas kreeg de naam Ozon afkomstig van het Griekse woord 'Ozein' wat 'ruiken' betekent.
Algemene eigenschappen
Ozon is een sterk oxyderend gas, veroorzaakt door het feit dat zuurstofatomen zich relatief gemakkelijk kunnen losmaken van het ozonmolecule. Ozon tast diverse materialen aan zoals rubber, textiel en organische verven. Ozon komt in natuurlijke vorm voor in de atmosfeer. De concentratie op lagere niveaus dicht bij de aarde is laag maar in de stratosfeer op een afstand van 10-15 km is het aan wezig in hogere concentraties. De ozonlaag bereikt de hoogste concentratie op een afstand van circa 25 km . De ultraviolette stralen van de zon worden gedeeltelijk door de ozonlaag geabsorbeerd. Hierdoor wordt de aarde beschermd tegen de schadelijke effecten van deze intensieve UV-stralen. Ozon wordt industrieel toegepast bij verscheidene chemische processen waarbij gebruik wordt gemaakt van zijn extreem sterke oxyderende eigenschappen. Ozon wordt zowel gebruikt bij de produktie van chemische stoffen als bij het afbreken van bepaalde chemische produkten zoals bijvoorbeeld cyanides en fenollen.
De invloed van ozon op de mens
De mens heeft altijd lucht ingeademd die ozon bevat. De natuurlijke concentratie van ozon in de atmosfeer is echter zeer laag namelijk 0,005-0,05 ppm (parts per million). De vroeger algemeen geldende opvatting dat ozonrijke lucht de gezondheid bevordert is echter achterhaald. Recent is door vele studies vastgesteld dat ook zeer lage ozonconcentraties een schadelijk effect hebben. De research op dit gebied is sterk geïntensiveerd sinds is ontdekt dat in geïndustrialiseerde gebieden de ozonconcentratie door luchtvervuiling en 'smog' is gestegen. Ozon tast met name de slijmvliezen in de luchtwegen aan. De symptomen zijn een prikkelend of brandend gevoel in de keel, hoesten, pijn op de borst of kortademigheid. Men veronderstelt dat deze effecten worden veroorzaakt doordat ozon reageert met celmembranen en/of vetachtige delen van de cel.
De MAC-waarde van ozon
Nederland en de meeste andere geïndustrialiseerde landen zijn overeengekomen welke concentratie ozon maximaal toelaatbaar is in de inademingslucht op werkplekken. Deze zogenaamde MAC-waarde (maximaal aanvaarde concentratie) is vastgesteld op 0,1 ppm (parts per million). Deze waarde is het tijdgewogen gemiddelde van de ozonconcentratie gemeten over een 8-urige werkdag. Bovendien geldt de vuistregel dat in geval van ozon het tijdgewogen gemiddelde berekend over een periode van 15 min de 0,2 ppm nooit mag overschrijden.
Het ontstaan en uiteenvallen van ozon bij het lassen
Ten gevolge van de hoge temperatuur van de lasboog ontstaat bij het lassen een zeer intensieve straling (afb. 1). Deze straling bevat onder andere het golflengtegebied van de zogenaamde ultraviolette stralen. Straling met een golflengte tussen de 130 en 175 nm is uitermate krachtig in het splitsen van zuurstofmoleculen in de lucht in vrije zuurstofatomen die door reactie met andere zuurstofmoleculen ozon (03) vormen. Deze straling wordt door lucht sterk geabsorbeerd waardoor het bereik wordt beperkt tot slechts enkele millimeters. Het resulteert in een zeer hoge ozonproduktie in de lucht direct grenzend aan het beschermgas met dientengevolge een hoge ozonconcentratie aldaar. Straling met een golflengte tussen de 175 en 240 nm is eveneens in staat ozon te produceren, maar op een lager niveau. Het bereik is zeer groot (honderden meters). Hierdoor kan ozon ontstaan op grotere afstand van de boog doch slechts in lagere concentraties. Straling met een golflengte van 240 nm en groter is niet in staat ozon te vormen. De ozonvorming bij het TIG lassen is schematisch weergegeven in afb. 2.
Afbeelding 1. Ozon wordt gevormd onder invloed van de ultraviolette stralen van de lasboog.
Afbeelding 2. De vorming van ozon bij het TIG lassen.
Het uiteenvallen van ozon
Ozon kan op meerdere manieren worden omgezet in zuurstof. Deze omzetmechanismen zijn van grote betekenis bij het bepalen van de hoeveelheid ozon die rond de lasboog wordt gevormd.
Thermisch verval
Verval kan plaatsvinden ten gevolge van thermisch botsen van ozonmoleculen met andere gasmoleculen. Dit mechanisme is sterk temperatuur afhankelijk en is van betekenis bij een luchttemperatuur van 500°C of hoger. De netto hoeveelheid ozon die in de luchtlaag rondom het beschermgas wordt gevormd wordt hierdoor in grote mate beïnvloed. Met een laminaire gasstroom bijvoorbeeld, zal de ozon gevormd op het grensvlak van beschermgas en lucht voor een relatief lange periode verblijven in deze zeer hete zone. Een aanzienlijk deel van de ozon zal dan uiteenvallen. Met een meer turbulente gasflow echter wordt de gevormde ozon relatief snel verplaatst naar koudere zones. Het thermisch uiteenvallen is hierdoor geringer.
Uiteenvallen van ozon onder inwerking van een katalysator
Ozon kan bij kamertemperatuur zeer snel uiteenvallen tot zuurstof bij de aanwezigheid van stoffen met een katalyserend effect. Veel vaste stoffen in fijn verdeelde vorm, zoa ls bijvoorbeeld in rook en stof, hebben zo'n effect. Daarom is lasrook in dit verband van belang. Bij het MIG lassen dragen de stofdeeltjes in de lasrook bij in de reductie van de ozonconcentratie. Bij het TIG lassen echter bevat de rook weinig vaste stofdeeltjes. De reductie van ozon door dit vervalmechanisme is dan gering.
Uiteenvallen van ozon door reactie met nitreuze gassen
Ozon kan ook direct reageren met andere gassen en op deze manier verdwijnen. De aanwezigheid van nitreuze gassen is van grote betekenis. Wanneer lucht in contact komt met het zeer hete gas afkomstig uit de lasboog en het smeltbad en met het oppervlak van het werkstuk, zal de stikstof en zuurstof uit de lucht reageren en stikstofmonoxyde (NO) worden gevormd. Wanneer lucht in de nog hetere boog wordt gezogen is deze reactie intensiever. Stikstofmonoxyde reageert zeer snel met ozon onder vorming van zuurstof en stikstofdioxyde (NO2). Zelfs bij kamertemperatuur verloopt deze reactie zo intensief dat zelfs ppm niveaus stikstofmonoxyde en ozon niet langer dan enkele seconden naast elkaar kunnen bestaan. Deze reactie verklaart de ozonconcentratie-tijd curve in afb. 3 zoals gemeten bij het TIG lassen ter plekke van de las. De UV-straling en daardoor de ozonproduktie bereikt een piek binnen enkele duizendste seconden na het ontsteken van de boog. De stikstofmonoxyde (NO) produktie echter start langzamer omdat het gedeeltelijk afhangt van het verkrijgen van een hoge temperatuur van het werkstuk. Hierdoor kunnen zich grote hoeveelheden ozon vormen zonder de intensieve afbraak zoals dat later optreedt wanneer een temperatuurevenwicht is bereikt. Dit effect resulteert in een hogere ozonconcentratie in geval van intermitterend lassen (hetgeen gebruikelijk is bij het handmatig lassen) dan in het geval van continulassen, ervan uitgaande dat de totale boogtijd in beide geva llen gelijk is. De drie genoemde vervalmechanismen spelen een grote rol in de hoeveelheid ozon die direct rondom de boog ontstaat. Deze ozon mengt zich met het opstijgende gas-luchtmengseL In tochtvrije ruimten heeft deze 'rookpluim' bij het TIG lassen een diameter van 20-30 cm. Bij tocht zal de rookpluim zich in de richting van de tocht bewegen . Metingen hebben aangetoond dat circa de helft van de ozon in deze zone wordt gevormd en derhalve de bewegingen van de rookpluim volgt.
Afbeelding 3. Kenmerkende grafiek van de ozonconcentratie bij het lassen met argon tijdens de eerste minuut.
Zoals alle straling afkomstig van een puntvormige bron loopt de intensiteit kwadratisch terug bij toenemende afstand tot de bron. Bovendien bereikt van de UV-straling slechts dat deel de verder weg gelegen zones, dat wil zeggen het gebied buiten de rookpluim, die slechts in geringe mate ozon produceren. De ozonconcentratie in het gebied buiten de rookpluim is hierdoor laag in verhouding met de concentratie direct bij de boog.
De ozonconcentratie bij het lassen
De hoeveelheid ozon wordt bepaald door de intensiteit van de ozonvormende UV-straling en de mate waarin één of meerdere vervalmechanismen werken. Beide zijn afhankelijk van lasparameters en lasomstandigheden. De lasstroom beïnvloedt de netto hoeveelheid ozon omdat de ozonproducerende straling ruwweg lineair toeneemt met de lasstroom. De hoeveelheid stikstofmonoxyde neemt in sterkere mate toe. Dit resulteert veelal in een afname van de hoeveelheid ozon bij een hogere lasstroom. De booglengte speelt ook een belangrijke rol. Bij het TIG lassen neemt de straling toe met toenemende booglengte tot 3 à 4 mm waarna de hoeveelheid straling min of meer constant blijft. De hoeveelheid stikstofmonoxyde neemt sterk toe bij booglengten boven de 4 à 5 mm. Dit resulteert in een sterke verlaging van de netto ozonproduktie bij booglengtes boven de 4 à 5 mm. Een hoger gasdebiet kan, zoals reeds genoemd, leiden tot een grotere ozonproduktie. Naast het effect van het thermisch uiteenvallen speelt het feit dat de hoeveelheid stikstofmonoxyde groter is bij een lager gasdebiet, speciaal bij lagere debieten, een belangrijke rol. Een kleine gascup geeft meer stikstofmonoxyde dan een grotere gascup. Een te kleine gascup echter zal onvoldoende gasbescherming geven. De geometrische vorm van het werkstuk en de lasnaad evenals de laspositie en de bewegingsrichting van de lastoorts hebben een grote invloed op het stromingspatroon van het beschermgas en de omringende lucht. Hierdoor wordt het thermisch uiteenvallen van ozon evenals de vorming van stikstofmonoxyde beïnvloed. De ozonconcentratie wordt daarom door deze factoren sterk bepaald. Metingen met argon als beschermgas tonen bij het TIG lassen ozonconcentraties in de rookpluim tot circa 4 ppm. Bij het MIG lassen kan de ozonconcentratie in de rookpluim vele malen hoger zijn. De lasser loopt hierdoor het risico blootgesteld te worden aan ozonconcentraties boven de MAC-waarde. Dit risico is aanzienlijk bij een relatief korte afstand tot de rookpluim en het ontbreken of niet goed functioneren van rookafzuiging aan de bron.
De invloed van het beschermgas op de ozonconcentratie
Vergeleken met argon geeft helium een straling die vele tientallen malen minder intensief is. Men zou hierdoor verwachten dat lassen met helium als beschermgas of helium-argon mengsels een naar verhouding lagere ozonproduktie geven. Dit is niet het geval. Bij lassen met helium is de ozonproducerende straling en dan ook de ozonconcentratie ruwweg dezelfde als bij gebruik van argon. Dit geeft de indicatie dat metaaldamp uit het smeltbad een dominerend aandeel heeft in de straling. Intensieve research van AGA lnnovation, het centrale laboratorium van AGA. heeft inzicht gegeven in de factoren die de ozonvorming bij het lassen beïnvloeden. Dit heeft geresulteerd in de ontwikkeling van het beschermgas AGA MISON.
Het beschermgas AGA MISON
Met AGA MISON als beschermgas wordt de ozonvorming verminderd, afhankelijk van de lasomstandigheden. Bij korte boogtijden, zoals bijvoorbeeld bij het hechten, is de verlaging van het ozongehalte het grootst. Bij langere boogtijden is de ozonverlaging minder, maar nog altijd aanzienlijk. Het lagere ozongehalte dat met AGA MISON bereikt wordt komt door toevoeging van kleine hoeveelheden stikstofmonoxyde aan argon; minder dan 0,03%. Als AGA MISON wordt toegepast gebeurt het volgende. De ozon die wordt gevormd breekt direct af door de actieve stikstofmonoxyde in het beschermgas. Daarbij wordt een zuurstofatoom van de ozonmolecule losgemaakt waardoor de ozonmolecule weer een pure zuurstofmolecule wordt. Het proces is identiek aan de natuurlijke reactie die op geringere schaal en pas na circa 20 seconden na het ontsteken van de boog, bij het lassen plaatsvindt. Stikstofmonoxyde wordt pas gevormd als de temperatuur rond de lasboog oploopt. Dus na enige tijd. Als AGA MISON wordt gebruikt is direct bij het ontsteken van de boog, op de plaats waar ozon ontstaat, stikstofmonoxyde beschikbaar. In een voldoende hoeveelheid om het ozongehalte drastisch te verlagen.
Het lassen van aluminium onder argon en onder AGA MISON
In werkomstandigheden waarbij het risico bestaat van het inademen van schadelijke stoffen moeten metingen worden verricht van de concentratie van deze stoffen in de lucht die wordt ingeademd, een en ander gezien over de tijd. We spreken dan van blootstellings-, adembereik-of arbeidshygiënische metingen. Om een representatieve gemiddelde waarde gedurende een werkdag te verkrijgen en voldoende informatie over de variabelen, moeten metingen worden uitgevoerd over een periode van meerdere dagen. Het is tevens noodzakelijk niet alleen de lengte van de periode en het deel van de werkdag waarop de verontreinigde lucht wordt ingeademd te beschouwen doch ook de intensiteit van inademen gedurende het werken. Als het doel is een algemene uitspraak te doen van het gevaar van een stof die bij bepaalde werkzaamheden (bijvoorbeeld lassen) vrijkomt voor degene die het werk verricht, moeten expositiemetingen worden uitgevoerd. Het probleem is dat het werk wordt uitgevoerd op verschillende werkplekken, verschillende werkmethoden op verschillende werkstukken, onder andere condities met verschillende ventilatie-en luchtstromingsomstandigheden. Zo'n uitspraak moet daarom worden gebaseerd op betrouwbare en lange termijn metingen onder een groot aantal werkomstandigheden en in het adembereik van een groot aantal lassers. De situatie is echter anders wanneer het doel is de hoeveelheid van een schadelijke stof te bepalen die door een proces wordt gegenereerd of geëmitteerd onder de verschillende procesparameters en condities. In dit geval zal het bepalen van de totale hoeveelheid van de betreffende schadelijke stof, die door de bron wordt geproduceerd (emissiemetingen) betrouwbare informatie geven. Dit is eveneens van toepassing wanneer het doel is wegen te zoeken om deze schadelijke stof te elimineren of te verminderen. De meetresultaten die worden gepresenteerd zijn uitgevoerd in de vorm van emissiemetingen.
'Biootstellingsindex' en 'verdunningsgetal'
Naast ozon worden bij het lassen de nitreuze gassen stikstofonoxyde (NO) en stikstofdioxyde (NO2 ) gevormd. Deze gassen zijn eveneens schadelijk voor de gezondheid maar pas bij veel hogere concentraties dan ozon. De MAC-waarden zijn 25 ppm voor stikstofmonoxyde (NO) en 2 ppm voor stikstofdioxyde (NO2 ) terwijl de MAC-waarde van ozon (O3) 0,1 ppm bedraagt. Om de concentratie te vergelijken van verschillende stoffen met ongelijke MAC-waarden bij het bepalen van de werkomstandigheden door middel van metingen in het adembereik wordt de zogenaamde blootstellingsindex gehanteerd. De blootstellingsindex is het quotiënt van de gemeten concentratie van een stof en zijn MAC-waarden. De blootstellingsindex heeft een waarde 1 indien de concentratie van een stof gelijk is aan z'n MACwaarde. In het geval twee of meer stoffen, waarvan de effecten op het menselijk lichaam gelijk of grotendeels gelijk zijn, gelijktijdig aanwezig zijn is het internationaal de praktijk de respectievelijke blootstellingsindices op te tellen . Er wordt aanbevolen dat de som van deze waarden de 1 niet overschrijdt. Ozon (O3 ) en stikstofdioxyde (NO2) hebben gelijke effecten op het menselijk lichaam terwijl stikstofmonoxyde (NO) het menselijk lichaam op een andere wijze belast. Daarom is het in de ademzone van de lasser vereist dat:
Hier staat [03] en [02] respectievelijk voor de concentratie ozon en stikstofdioxyde in ppm's. Bovendien moet de concentratie stikstofmonoxyde [NO] onder de MAC-waarde van 25 ppm blijven. Bij emissiemetingen zoals in deze publikatie verwerkt kan ook een vergelijkingsgetal worden gehanteerd, namelijk het quotiënt van de geëmitteerde stof in volume-eenheid per tijdseenheid (bijvoorbeeld mi/min) en de MAC-waarde van deze stof in ppm's. Dit getal is een waarde voor de benodigde verdunning van deze stof in lucht (in dit voorbeeld m3/min) die vereist is om een concentratie te krijgen die gelijk is aan de MAC-waarde. De verdunningsgetallen van verschillende stoffen kunnen worden samengevoegd analoog aan de wijze waarop de blootstellingsindices worden samengevoegd. In dit geval geeft deze waarde aan welke verdunning met lucht in m3/ m in) is vereist om te realiseren dat de som van de voorgaand genoemde formule gelijk is aan 1.
De emissiemetingen
In een meetkamer met een inhoud van circa 8 m3 (afb. 4). is een lastoorts gemonteerd boven een klembank. Om ongecontroleerde luchtwervelingen te voorkomen is de ruimte tijdens de metingen gesloten en wordt alles van buitenaf gecontroleerd. Boven de lastoorts bevindt zich een kap (afb. 5). In deze kap is een gecontroleerde afzuiging van 200 tot 2000 I/min. Dit resulteert in een opstijgende luchtstroom rondom de lastoorts. Deze luchtstroom neemt de meeste ozon en nitreuze gassen met zich mee die gevormd worden rondom de boog tot op een afstand van 15 à 30 cm. Deze lijk is aan de snelheid waarmee de lucht zich bij het lassen op natuurlijke wijze verplaatst. De concentratie ozon en nitreuze gassen in de aangezogen lucht kan daarom worden beschouwd als zijnde representatief voor de concentraties in de hete rookpluim bij gelijke laswerkzaamheden uitgevoerd in een tochtvrije ruimte. De concentraties ozon, stikstofmonoxyde en stikstofdioxyde in de lucht die door de kap stroomt wordt gemeten met continu schrijvende meetapparatuur. Door vermenigvuldigen van de concentratie van elke stof met de luchtflow wordt de hoeveelheid geëmitteerde stof direct rondom de toorts verkregen uitgedrukt in volume-eenheden per tijdseenheid (mi/min). De meetkamer wordt geventileerd met lucht instromend door het geperforeerde plafond van de meetkamer en uitstromend ter hoogte van de vloer met een gecontroleerde flow van 4 m 3/min. De concentratie ozon in de uitstromende lucht wordt eveneens met registrerende apparatuur gemeten. Vermenigvuldigen van deze luchtflow met de gemeten ozonconcentratie geeft de hoeveelheid ozon aan die ontstaat buiten de directe zone van de lastoorts. (Als in de kap afgezogen lucht wordt geretourneerd naar de meetkamer geeft deze meting de totaal geproduceerde ozon.) Het totale luchtvolume in de meetkamer wordt niet direct aan de straling van de boog blootgesteld. Het deel dat direct aan de straling is blootgesteld heeft een volume van circa 2 m3.
Afbeelding 4. Meetkamer voor het bepalen van de totale hoeveelheid ozon en stikstofoxyden in de zone direct bij de boog en op enige afstand.
Afbeelding 5. Klembank, lastoorts en kap voor het afzuigen en analyseren van de lucht rondom de lastoorts.
Emissiemetingen bij het TIG-lassen van aluminium
In tabel 1 zijn de resultaten vermeld van emissiemetingen bij het TIG lassen met wisselstroom van twee aluminiumlegeringen. Uit deze en uit andere metingen blijkt dat hierbij minder ozon ontstaat dan bij het TIG lassen met gelijkstroom bijvoorbeeld van roestvast staal. De verklaring hiervoor ligt in de grotere hoeveelheid stikstofmonoxyde die op natuurlijke wijze wordt gevormd en die de hoeveelheid ozon reduceert. De ozonemissie onder argon is echter nog dusdanig hoog dat in het adembereik de MAC-waarde kan worden overschreden.
Uit tabel 1 volgen de volgende conclusies:
Met AGA MISON is:
- de hoeveelheid ozon drastisch verlaagd;
- de hoeveelheid stikstofdioxide toegenomen;
- de verdunningstaeter voor ozon en stikstofdioxide samen slechts 23-52% vergeleken met argon.
Bij de in tabel 1 weergegeven metingen zijn geen meetbare hoeveelheden stikstofmonoxyde waargenomen.
Tabel 1. Totale emissie-metingen bij het continu TIG lassen van aluminium met wisselstroom gedurende 1 minuut.
Emissiemetingen bij het MIG lassen van aluminium
Bij het MIG lassen van aluminium kunnen extreem hoge hoeveelheden ozon worden geproduceerd, veelal meer dan het tienvoudige vergeleken met TIG lassen. Tevens wordt veel rook gevormd (vaste stofdeeltjes) met name bij het gebruik van een magnesium gelegeerde draad. Onderstaand volgen de resultaten van metingen naar de invloed van de lasstroom, het toevoegmateriaal en het beschermgas op de hoeveelheden ozon, stikstofmonoxide en stikstofdioxide. Bovendien wordt de invloed vermeld op de intensiteit van de ozonverwekkende ultraviolette straling gemeten of 200 mm afstand van de boog. De invloed van de lasstroom bij gebruik van een AISI 5 toevoegdraad met een diameter van 1,2 mm is afgebeeld in afb. 6 en een draaddiameter van 1,6 mm in afb. 7. Van belang is de toename van de ozonproducerende ultraviolette straling bij hogere lasstromen. De hoeveelheid ozon direct bij de boog bereikt een maximum bij 225 tot 250 A. Dit kan worden verklaard door het feit dat de hoeveelheid natuurlijk gevormde stikstofmonoxyde (NO) sterk stijgt bij lasstromen boven de 225 tot 250 ampère. Stikstofmonoxyde ontstaat door reactie van stikstof (N2) en zuurstof (O2) uit de atmosfeer. Stikstofmonoxyde reageert direct met ozon, hierbij zuurstof en stikstofdioxyde vormend. Hierdoor daalt de hoeveelheid ozon en stijgt de hoeveelheid stikstofdioxyde. Afb. 8 toont de invloed van het type lastoevoegmateriaaL De silicium gelegeerde draden (AlSI5) geven de meeste ozon.
De ongelegeerde aluminium draden (Al 99,5) tonen 15-20% lagere waarden. De magnesium gelegeerde draden geven driemaal (AlMg3) tot viermaal (AlMg5) minder ozon. Het plaatmateriaal waarop de proeven zijn uitgevoerd zijn identiek gehouden aan het betreffende draadtype. In bepaalde situaties worden argon-helium mengels toegepast bij het MIG lassen van aluminium en zeer incidenteel 100% helium. In afb. 9 worden de resultaten getoond van metingen van de ozonproduktie bij 100% argon, 100% helium en argon-helium mengsels in diverse verhoudingen. Afb. 91aat zien dat de hoeveelheid ozon nauwelijks wordt beïnvloed door de mengverhouding. Een dalende tendens van ruwweg 10% kan worden vastgesteld bij 100% helium. Waarschijnlijk veroorzaakt door de grotere booginstabiliteit waardoor meer stikstofmonoxyde (NO) wordt gevormd. Door reactie met ozon resulteert dit in minder ozon en meer stikstofdioxyde (NO2 ). Bij het MIG lassen van aluminium kan de ozonproduktie 10-40 mi/min. bedragen. Het is niet praktisch uitvoerbaar om van deze ozonhoeveelheden voldoende stifstofmonoxyde (NO) aan het beschermgas toe te voegen. Het beschermgas AGA MISON kan wel een aanzienlijk aandeel in de ozonreductie leveren. Naast het gebruik van AGA MISON is dan ook bij het MIG lassen van aluminium, gezien de grote hoeveelheid ozon, rookafzuiging aan de bron of bescherming van de lasser op andere wijze noodzakelijk.
Afbeelding 6. MIG lassen van aluminium onder argon en met lasdraad AISI5, ∅ 1,2 mm. Afbeelding 7. Hetzelfde als afb. 6 maar nu met lasdraaddiameter ∅ 1,6 mm.
Afbeelding 8. Ozon en stikstofdioxyde gevormd bij het MIG lassen van aluminium met verschillende lasdraden. Afbeelding 9. Ozon en stikstofdioxyde gevormd bij het MIG lassen van aluminium onder diverse argon-helium mengsels.
Hoe kunnen de risico's van ozon worden beperkt
De hier gepresenteerde resultaten betreffen emissiemetingen. Hiermee is reproduceerbaar de invloed van onder andere lasparameters en het beschermgas bepaald. De concentraties in het adembereik van de lasser is in elke situatie verschillend. Deze hangt onder andere af van de verdunning van het ozonrijke gasmengsel met omgevingslucht en de plaats van de lasser ten opzichte van de rookpluim. Bij voldoende afstand tot de rookpluim en een goede lokale afzuiging van de lasrook zal de ozonconcentratie bij het gasbooglassen van aluminium onder argon in het adembereik veelal de MAC-waarde niet overschrijden . In veel situaties zijn bovengenoemde maatregelen niet of slechts ten dele mogelijk en zal de ozonconcentratie in het adembereik de MAC-waarde overschrijden. Gezien de grote schadelijkheid van ozon voor de lasser moet ook een kortdurende overschrijding van de MAC-waarde worden voorkomen. Mét het beschermgas AGA MISON wordt de ozonconcentratie direct bij het ontstaan verlaagd. Het risico dat de lasser aan een te hoge concentratie ozon wordt blootgesteld is hiermee, althans voor het TIG lassen sterk gereduceerd. Bij het MIG lassen levert het beschermgas AGA MISON hieraan een aanzienlijke bijdrage. De ozon die op grotere afstand van de boog wordt gevormd resulteert in het algemeen, gezien de grote verdunning met omgevingslucht, in lage concentraties. Ruimtelijke ventilatie en verversing van de lucht is noodzakelijk om verrijking van de ozonconcentratie te voorkomen.