IRSST - Institut de recherche Robert-Sauvé en santé et en sécurité du travail

Influence des paramètres de soudage à l’arc électrique sur les concentrations de fumées et leurs composantes métalliques : état des connaissances

Résumé

Les opérations de soudage à l’arc électrique sont largement répandues dans de nombreux secteurs industriels comme ceux de la métallurgie, de la construction, de l'énergie hydroélectrique et de l’automobile. Les procédés de soudage principalement utilisés au Québec sont le soudage à l’arc sous gaz protecteur avec fil plein (Gas Metal Arc Welding, GMAW), le soudage à l’arc électrique avec fil fourré (Flux Cored Arc Welding, FCAW; Metal Cored Arc Welding, MCAW), le soudage à l’arc avec électrode enrobée (Shielded Metal Arc Welding, SMAW) et le soudage à l’arc en atmosphère inerte avec électrode de tungstène (Gas Tungsten Arc Welding, GTAW).

En raison des températures élevées atteintes au point de fusion, les opérations de soudage produisent des fumées potentiellement toxiques constituées de particules et de gaz dont la composition et la proportion varient en fonction de nombreux facteurs, dont les procédés utilisés, la position de soudage et la nature des pièces à souder. Les risques qui sont associés à ces fumées et à leurs constituants (principalement le manganèse (Mn), le chrome hexavalent (Cr(VI)) et le nickel (Ni)) incluent la cancérogénicité, les atteintes au système nerveux central et les maladies bronchopulmonaires. Les fumées de soudage ont d’ailleurs été classées cancérogènes groupe 1 (cancérogène pour l’homme) par le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC) en 2017.

La protection des travailleurs aux fumées de soudage est d’autant plus nécessaire que le nombre de Québécois exerçant des activités de soudage est élevé, soit environ 24 000, et que les normes et les valeurs limites d’exposition des fumées et de ses constituants sont fréquemment dépassées. Actuellement, la protection des travailleurs consiste à combiner des dispositifs de captage à la source, la ventilation générale ainsi que des équipements de protection individuelle. Ces approches ne permettent toutefois pas de protéger adéquatement la zone respiratoire des travailleurs dans plusieurs situations de travail. Or, la compréhension de l’influence des paramètres de soudage, tels le type d’électrode, ses caractéristiques ou encore la composition du gaz protecteur, offre une opportunité ayant pour but ultime de réduire l’exposition des travailleurs aux fumées de soudage.

Ainsi, l’objectif de la présente recherche est de contribuer à l’avancement des connaissances sur l’influence des paramètres de soudage sur les concentrations de fumées et leurs composantes métalliques générées lors des opérations de soudage à l’arc électrique.

Pour ce faire, une recherche documentaire sous forme de revue systématique de la littérature dans les bases de données bibliographiques, dans les bases de données factuelles et dans la littérature grise a été entreprise. Dix bases de données bibliographiques et douze sources en ligne, incluant des sites Web institutionnels et ceux de groupements professionnels, ont été interrogées sur une période allant de 2000 à 2018. En tout, 1764 références ont été recensées dont quarante-sept ont été retenues. Quarante-trois d’entre elles font état de travaux menés dans des conditions expérimentales et seulement quatre exposent des travaux effectués sur le terrain. Au total, 21 paramètres de soudage ont été évalués, conduisant ainsi à 85 situations d’évaluation (une situation d’évaluation correspond à la mesure de l’influence d’un paramètre de soudage sur le niveau de fumées générées, en matière de fumées totales et de contaminants particuliers). Le gaz de protection et les caractéristiques de l’électrode ont été les paramètres les plus étudiés (chacun étant associé à environ 19 % des situations d’évaluation), suivis de la tension de courant et des procédés de soudage (respectivement 13 % et 8 % des situations d’évaluation). La majorité des situations d’évaluation étaient en lien avec le procédé GMAW  (65 %), suivie du SMAW (18 %), du FCAW (11 %) et finalement du GTAW et du MCAW (3 % chacun).

Les résultats dont font état les références retenues mettent en évidence que le procédé SMAW est celui qui génère le plus de fumées alors que le procédé GTAW est celui qui en produit le moins. Pour le procédé GMAW, l’utilisation des modes pulsés et du CMT™ (variante technique du GMAW en court-circuit) génère quant à elle moins de fumées de Mn et de Cr(VI) que le procédé GMAW conventionnel. Les résultats ont toutefois montré que, bien qu’émettant plus de fumées, le procédé SMAW ne génère que peu de particules ultrafines (PUF) lorsque comparé aux procédés GMAW et GTAW.

Les résultats rapportés ont, en outre, clairement montré que l’augmentation de la fraction de gaz carbonique (CO2) dans un mélange de gaz de protection induit une augmentation des quantités de fumées générées. L’augmentation de la tension, de l’intensité du courant et du diamètre de l’électrode entraîne également une plus grande génération de fumées et il en est de même lors de l’utilisation d’un flux plus important, au cœur même de l’électrode (FCAW) ou dans son enrobage (SMAW). Quant au procédé GMAW, le mode de transfert en pulvérisation pulsée entraîne une réduction des quantités de fumées générées comparativement aux modes de transfert en court-circuit et en pulvérisation axiale.

Globalement, cette recherche a permis d’observer que de nombreux paramètres de soudage influent sur la génération de fumées totales, de contaminants particuliers et de PUF, en les réduisant ou en les augmentant. Des études-terrains doivent cependant être menées pour bien évaluer l’influence des paramètres les plus prometteurs. Une attention particulière devra être accordée à la caractérisation de la taille des particules considérant leur nature chimique et leur risque potentiel pour la santé, plus spécifiquement pour les systèmes respiratoire et neurologique.

 

Informations complémentaires

Catégorie : Rapport de recherche
Auteur(s) :
Projet de recherche : 2017-0039
Mis en ligne le : 21 février 2020
Format : Texte