Humos de soldadura bajo control. Cómo minimizar el riesgo
Una mirada entre los bastidores muestra que, si se entiende la interrelación entre los distintos factores y se toman las medidas adecuadas, es posible reducir de forma fiable los humos de soldadura y trabajar con total seguridad.
¿Qué son los humos de soldadura y cómo se producen?
Durante la soldadura por arco eléctrico, el arco alcanza temperaturas de varios miles de grados. El metal se vaporiza, reacciona y se condensa, dando lugar a humos de soldadura. Estos se componen de gases como el ozono, el monóxido de carbono, el dióxido de carbono o los óxidos de nitrógeno, así como de partículas de óxidos de hierro, níquel y plomo, el manganeso o compuestos de cromo VI. Cabe destacar que alrededor del 95% de las emisiones provienen del metal de aporte, es decir, del consumible que se alimenta continuamente al baño de fusión.
El peligro que representa el humo de soldadura es menos visible que tangible, pues la mayoría de las partículas son ultrafinas, a menudo inferiores a 1 µm o incluso a 0,1 µm. Dichas partículas llegan hasta los alvéolos, es decir, las bolsas donde se produce el intercambio gaseoso en los pulmones. (Ilustración 1) Una vez allí pueden, según su composición, entrar en el torrente sanguíneo. Las consecuencias van desde problemas respiratorios crónicos (p. ej. siderosis por óxidos de hierro) hasta efectos tóxicos (p. ej. monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno, ozono u óxidos de manganeso) y riesgos de cáncer asociados a compuestos de cromo VI u óxido de níquel, especialmente al soldar aceros de alta aleación.
Los valores límite ayudan, pero la prevención es esencial
Por supuesto, existen límites de seguridad. En Austria, se distingue entre valores MAK (concentración máxima en el puesto de trabajo) y valores TRK (concentración según guía técnica). Mientras que los valores MAK se consideran inocuos para la salud si se cumplen, los valores TRK no garantizan la ausencia de riesgo; representan un valor técnico de referencia, utilizado a menudo para sustancias cuya inocuidad o seguridad no está asegurada, como los compuestos de cromo VI. El valor de orientación en este caso es de 0,02 mg/m3.
Un vistazo a otros países revela grandes diferencias: Países Bajos impone un límite muy estricto de 1 mg/m3 de polvo A (polvo respirable o alveolar), mientras que en Alemania es de 1,25 mg/m3 y en Austria (al igual que en Francia, Bélgica, Noruega, Estados UniCaretdos y Canadá) se permiten 5 mg/m3 en el aire ambiental. Importante: Los valores límite, estándares y regulaciones solo reflejan el panorama actual y pueden modificarse en cualquier momento. Por ello, las empresas deben comprobar regularmente los requisitos nacionales actuales y actualizar su evaluación de riesgos.
El enfoque sistemático: el principio STOP
La reducción eficaz de los humos de soldadura sigue una jerarquía clara llamada el principio STOP, según el cual las medidas deben priorizarse en el siguiente orden: las sustituciones y las soluciones técnicas actúan como medida de protección colectiva y, por tanto, también protegen a las personas en las inmediaciones. Las medidas organizativas reducen principalmente la exposición residual. El equipo de protección personal solo protege al individuo y, por ello, siempre ocupa el último nivel de la jerarquía:
S – Sustitución: procesos con menores emisiones (p. ej. TIG), hilos de soldadura y gases de protección alternativos, longitud de arco optimizada (Ilustración 2)
T - Medidas técnicas: antorchas de aspiración, celdas automatizadas, campanas de extracción
O – Medidas organizativas: componentes libres de residuos, puestos de trabajo limpios y bien organizados, reducción del tiempo de exposición, restricción de acceso a personas no autorizadas, instrucciones periódicas.
P – Medidas personales: sistema de protección respiratoria cuando ninguna de las medidas anteriores es suficiente
Quienes sueldan a diario disponen de un medio muy eficaz para reducir la emisión de humos de soldadura:
Cuando el arco marca la diferencia
La investigación de la Sociedad de Investigación y Tecnología de Uniones de Aquisgrán (FEF), realizada junto con Fronius, demuestra el gran impacto que tienen los ajustes del equipo de soldadura sobre la emisión de humos. La tasa de emisión de humos (FER, por sus siglas en inglés: Fume Emission Rate) se ve afectada no solo por el proceso de soldadura, sino también por los ajustes de los parámetros.
Al comparar diferentes procesos, como el arco estándar, Low-Spatter-Control (LSC) y el arco pulsado, este último resultó ser el que produce la transferencia de material más estable y la tasa de emisión más baja. Los parámetros del proceso, como la velocidad de aporte de hilo, la tensión y la intensidad de corriente, se mantuvieron constantes durante el ensayo.
La soldadura se realizó con hilo G-3Si1 (Ø 1,2 mm) sobre acero estructural no aleado (S235JR) laminado en caliente, con el gas protector M21 (82 % Ar/18 % CO2) y de manera totalmente mecanizada y en condiciones repetibles.
Lo que revelaron las series de mediciones
- Cordones de recargue
Durante la soldadura de aspiración, los valores FER fueron más bajos cuando la velocidad de aporte de hilo era de 5 m/min y la antorcha se mantenía en posición neutra. Resultó sorprendente que la FER fuera menor a 11 m/min que a 8 m/min (figura 1). Esto se debe a que se produjeron más cortocircuitos a 8 m/min durante el ensayo, lo que incrementó la emisión de humos. Se observó de manera reiterada que un guiado por arrastre de la antorcha reducía ligeramente las emisiones en todos los aportes de hilo.
Sin embargo, el factor más determinante fue la corrección de la longitud del arco. Bastaba un incremento moderado de la tensión media (unos +0,4 V) para reducir de forma apreciable la FER en todo el rango de aportes de hilo. (figura 2) El principio físico detrás de esto es que una longitud de arco correctamente ajustada minimiza los cortocircuitos. Como consecuencia, se logra una transferencia de material más suave, lo que disminuye el vapor de metal y la formación de humos.
Figura 2: Arriba; FER = 1,6 mg/s, velocidad de aporte de hilo de 5 m/min con posición neutra de la antorcha. Abajo: FER = 0,56 mg/s, velocidad de aporte de hilo de 5 m/min con posición neutra de la antorcha, optimización del proceso con +0,4 V de corrección de longitud del arco.
- Cordón de garganta
En este caso, las emisiones fueron en general más bajas, pero mostraron el mismo comportamiento (figura 3): • 5 m/min de aporte de hilo: aprox. 0,55 mg/s • 8 m/min de aporte de hilo: aprox. 0,7 mg/s • 11 m/min de aporte de hilo: aprox. 1,7 mg/s
En este caso, el guiado de arrastre de la antorcha resultó ventajoso al usar antorchas de aspiración, sobre todo con elevados aportes de hilo. En un ensayo detallado a 11 m/min, se registró un valor mínimo de FER con una corrección de -1,5 V. Cuando se modificaba la longitud del arco, la FER aumentaba nuevamente, ya sea por una mayor potencia del proceso o por la generación de cortocircuitos adicionales.
Lo más importante para el taller
El proceso constituye la base: el proceso pulsado garantiza en numerosas aplicaciones una transferencia de material particularmente estable.
Ajuste preciso de la longitud del arco: el arco debe mantenerse lo más corto posible, de manera que el proceso funcione con una frecuencia de cortocircuitos baja pero estable.
Optimización del aporte de hilo: la velocidad de aporte de hilo de 5 m/min produjo los valores de emisión más bajos en el ensayo. En términos generales, si el proceso de soldadura no varía, es preferible una menor potencia del arco.
Extracción del humo antes de su dispersión
Además del proceso y los parámetros, la extracción adecuada del humo es fundamental. Las antorchas de aspiración, como Fronius MTW 500i Exento, capturan el humo en el punto de origen, es decir, directamente en el baño de fusión. En combinación con un sistema portátil de aspiración Fronius Exento HighVac de alta potencia, pueden alcanzarse grados de captación de hasta el 99%, ya que el humo se extrae directamente en el lugar de origen. Importante: Mantener el volumen de extracción dentro de un rango adecuado es fundamental; valores demasiado bajos disminuyen la potencia de extracción, y valores demasiado altos pueden causar proyecciones o defectos en el cordón, así como romper la atmósfera de gas protector. Se recomienda realizar comprobaciones periódicas con un medidor de caudal adecuado.
En todos los casos en los que no se pueda utilizar una antorcha de aspiración —por ejemplo, en la soldadura por electrodo—, el sistema portátil de aspiración Exento LowVac ofrece una alternativa eficaz. Este funciona con una campana de extracción giratoria, diseñada para optimizar el flujo y permitir una gran área de captación. Además, cuenta con una gran superficie de filtrado y es ideal para puestos de trabajo que cambian de ubicación con frecuencia.
Todos los sistemas Exento cumplen con los requisitos de la norma DIN EN ISO 21904-1 para la captación y separación de humos de soldadura. Esta establece los requisitos generales para los sistemas de aspiración local, incluido el diseño de las campanas de extracción, la disposición de los conductos, las unidades de filtrado, los caudales de aire, los sistemas de aviso y las normas de seguridad en el puesto de trabajo. Su objetivo es maximizar la aspiración del humo de soldadura lo más cerca posible del punto de origen, y garantizar su eliminación eficaz.
Equipo de protección personal: caretas de soldadura y sistemas de respiración con filtrado
En aquellos casos en que la aspiración técnica de humos alcanza sus límites o los soldadores requieren protección adicional, el equipo de protección personal (EPP) desempeña un papel esencial. Las caretas de soldadura con sistemas de respiración (PAPR, o respirador motorizado con filtración de aire) proporcionan una protección eficaz contra las partículas finas de los humos de soldadura mediante la circulación constante de aire limpio y filtrado.
La combinación de presión y filtros de partículas de alta eficacia reduce considerablemente la exposición a contaminantes, especialmente en espacios reducidos, zonas de difícil acceso o procedimientos sin aspiración directa. Con el objetivo de mejorar la protección, Fronius ofrece las avanzadas caretas de soldadura Fronius Vizor-Air equipadas con sistema de respiración. El flujo de aire constante, junto con una reducción de la temperatura a la que lo respiramos y una visibilidad completa, permite soldar con precisión durante turnos prolongados.
Conclusión: hay soluciones contra la exposición a humos de soldadura
Es posible controlar los humos de soldadura. Con la combinación adecuada de procesos modernos, ajuste preciso de parámetros, aspiración localizada y equipo de protección personal, el puesto de trabajo se vuelve no solo más seguro, sino también más productivo y cómodo para el soldador. Se trata de una variable controlable, y los soldadores tienen herramientas para mantenerla bajo control.
