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Métallurgie

Problématiques rencontrées lors de nos interventions...

métallurgie

Les procédés de soudage, de meulage et de coupage thermique des métaux, les traitements de surface des métaux par une peinture atomisée et l’application des revêtements en poudre génèrent des gaz et des fumées potentiellement dangereux qui doivent être captés à leur source et acheminés vers des collecteurs afin de garantir la santé et la sécurité des lieux de travail.

Gaz et fumées de soudage

Dans le soudage électrique, le courant circule dans une électrode (en forme de fil ou de baguette) et, dans certains cas, en fait fondre la pointe ainsi qu’une partie du métal de base. Le bain de fusion, composé du métal de base fondu et du métal d’apport, est protégé habituellement par un gaz, acheminé soit dans le pistolet de soudage ou produit par la combustion du fondant. Ce procédé libère un nuage de fumée de particules très fines et des gaz qui doivent être captés et évacués pour réduire les risques de blessures et même de décès pour un grand nombre de personnes.

Risques pour la santé

Parmi les risques possibles, les gaz et les fumées de soudage représentent un danger potentiel pour les opérateurs. L'administration américaine de la sécurité et de la santé au travail (OSHA) appuyée au Québec par la CSST rappellent que le zinc, le cadmium, le béryllium et l’oxyde de fer comptent parmi les agresseurs potentiels libérés dans l’air selon les métaux utilisés : le métal d’apport, le fil-électrode, le métal de base, etc. Prévoir limiter toute exposition à ces contaminants aux seuls endroits désignés pour le soudage et fournir aux opérateurs des équipements de protection personnelle, une ventilation adéquate et une formation adaptée.

Chaque procédé de soudage a ses particularités qui doivent être maîtrisées :

Le robot de soudage ne requiert ni opérateur ni soudeur; la machine est entièrement contrôlée par une série de commandes programmées qui assurent le soudage et la manipulation de la pièce. Ce procédé génère une quantité importante de fumées et d’étincelles.

Le soudage à l’arc avec électrode enrobée (shielded metal arc welding, SMAW)ou le soudage manuel à la baguette (metal manual arc, MMA)génère des fumées qui peuvent captées à leur source par un extracteur de fumée autonettoyant.

Le soudage à l’arc sous gaz protecteur avec fil plein (gas metal arc welding, GMAW), également connu sous les noms de soudage à l’arc en atmosphère active / inerte avec électrode fusible (metal active gas / metal inert gas, MAG / MIG) selon le type de gaz de protection employé. Le procédé MAG génère des fumées à partir de très fines particules, voire des nanoparticules de divers oxydes et le procédé MIG à partir des gaz inertes, à savoir l’argon ou l’hélium, ou un mélange des deux. La toxicité des contaminants dépend de la taille des particules : plus les particules des fumées sont petites, plus elles pénètrent loin dans l’organisme.

Le soudage à l’arc en atmosphère inerte avec électrode de tungstène (gas tungsten arc welding, GTAW) ou soudage TIG génère peu de fumée.

 

Les procédés de soudage et les matériaux utilisés – le métal d’apport, le fil-électrode, le métal de base, etc. – doivent faire l’objet d’une évaluation afin de choisir les éléments filtres qui conviennent le mieux pour le captage et la collecte des fumées. Voici quelques exemples :

  • les filtres à particules aériennes à haute efficacité HEPA (high efficiency particulate air filter) pour le soudage des aciers inoxydables;
  • les filtres en nanofibre pour le soudage des pièces en aluminium ou des composantes à taux élevé en manganèse; et
  • les filtres en polyester pour le soudage des pièces avec des revêtements antirouille, des lubrifiants ou autres enduits protecteurs qui génèrent des fumées grasses.

Meulage et ébavurage

Prévoir capter les particules aériennes en provenance des travaux de meulage et d’ébavurage avant qu’elles ne parviennent à la zone respiratoire des travailleurs.

Il y a différents types de meules : des meuleuses de table, des meuleuses portatives d’angle, des meuleuses d’affûtage d'outil, des rectifieuses planes, des machines d’ébavurage et autres.

Risques pour la santé

Les particules et les étincelles en provenance des activités de meulage doivent être aspirées et canalisées vers des collecteurs appropriés. Le procédé d’ébavurage exige des filtres à haute efficacité HEPA en raison de la granulométrie très fine des particules.

Coupage à l’arc plasma et au faisceau laser

Le coupage à l’arc plasma (plasma arc cutting, PAC) et le coupage par faisceau laser (laser beam cutting, LBC) sont les deux principaux moyens en usage pour découper les plaques en acier, en métal, en plastique et parfois en d’autres matériaux.

Le coupage par faisceau laser (LBC) ou coupage laser

Procédé de coupage thermique obtenu par l'impact d'un faisceau focalisé de radiations lumineuses cohérentes émises par un laser, avec ou sans gaz de protection. Il est employé dans la fabrication en série des produits en acier et en alliages divers, dans des formes et des tailles différentes, à partir de produits plats (laminés) jusqu’aux structures d’acier; habituellement, le travail est réalisé sur des machines à commande numérique (CNC).

Opération / efficacité

Au passage du faisceau laser, le métal fondu est vaporisé par le gaz de découpe qui laisse une surface de coupe nette et précise, sans scories et sans aspérités. Il est principalement utilisé pour tailler et percer des plaques de métal, toutefois le découpage et le marquage laser peuvent être réalisés dans les plastiques. La découpe de l’acrylique se fait couramment, mais d’autres plastiques comme le polycarbonate, le polypropylène et le polyéthylène peuvent être travaillés au laser.

Le coupage à l’arc plasma (PAC)

Utilise un gaz, habituellement azote, argon ou oxygène, pour le passer à très haute vitesse dans un arc électrique qui rend le gaz ionisé ou conducteur. Le gaz conducteur crée un passage (pont) de courant entre l'électrode et la buse, entraînant la formation d'un arc plasma.

Opération / efficacité

La zone de chaleur, très étroite et bien définie, peut atteindre des températures extrêmement élevées dans la colonne de plasma. La chaleur intense du jet plasma fait fondre le métal et le flux de gaz à vélocité élevée projette le métal fondu et les scories loin de la surface de coupe. Les conduits secondaires en périphérie de la buse permettent un apport en gaz de protection à vitesse constante pour délimiter le rayon d’action du jet plasma et éviter ainsi l’oxydation de la surface de coupe.

Comme pour tout autre équipement robotisé, des commandes à contrôle numérique CNC permettent la découpe d’une variété infinie de motifs, de formes et de dimensions avec des coupes nettes, sans éclats, ni bavures. Les dernières avancées technologiques permettent l’usage de plus petites buses avec des colonnes de plasma plus étroites qui se traduisent par des coupes comparables à celles faites au laser n’ayant plus besoin de traitement de finition supplémentaire.  

Informations complémentaires

Risques pour la santé

Malgré leur apport indéniable et sans contredit dans la fabrication de pièces en série, en apparence taillées sur mesure, ces technologies représentent une menace potentielle pour la santé et la sécurité du personnel au travail.

L’IRSST (au Québec), l'Institut national pour la santé et la sécurité au travail (NIOSH) aux États-Unis et les centres de recherche affiliés en Angleterre, en France et en Allemagne coordonnent leurs efforts ensemble pour promouvoir la santé et la sécurité des travailleurs dans l’industrie.

Le coupage à l’arc plasma et le coupage au faisceau laser des métaux libèrent des particules, des fumées et des gaz dans l’air ambiant qui sont néfastes pour la santé du personnel. L'administration américaine de la sécurité et de la santé au travail (OSHA) appuyée au Québec par la CSST rappellent que le zinc, le plomb, le béryllium, le cadmium, le manganèse, le nickel et le chrome comptent parmi les agresseurs potentiels libérés dans l’air selon les métaux coupés.

Revêtements sur métaux

Certains métaux bénéficient d’un traitement de surface et possèdent un revêtement métallique déposé par électrolyse sur le métal d’origine. Le zinc est couramment utilisé sur l’acier (ou acier galvanisé), cependant, le plomb et le cadmium se retrouvent parmi les traitements de surface les plus à risque : nous recommandons donc, dans la mesure du possible, de retirer ces pièces des lieux de travail. Ces matériaux et leurs revêtements dégagent des fumées et gaz toxiques lors du coupage au jet plasma.

Porter aussi une attention particulière au chrome hexavalent (ou chrome VI), un revêtement utilisé pour protéger les aciers inoxydables et autres métaux de la corrosion. Le découpage de ce matériau expose les travailleurs aux poussières qui représentent un danger pour la santé en raison de leurs effets nocifs sur les poumons, l’estomac, le foie et plusieurs organes vitaux. Il est un agent carcinogène et se retrouve parmi les six substances dangereuses citées par la directive européenne RoHS (2002); il fait l’objet d’un règlement émis par l’institut américain OSHA (2006) pour protéger les travailleurs à risque.

Coupage des plastiques au faisceau laser

La découpe des plastiques au laser, tels que le polypropylène, le polyéthylène et le polycarbonate, libère dans l’air ambiant le benzène, un agent carcinogène. Le polystyrène dégage le styrène et le PVC le chlorure d’hydrogène. Plusieurs plastiques dégagent de très fines particules en plus des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP). Les fluoropolymères comme les PVDF, ECTFE, PFA, FEP et PTFE (un revêtement antiadhésif pour les plaques de cuisson) réagissent à des températures modérément élevées et libèrent des gaz nocifs.

Pour ces raisons, prévoir l’aménagement d’un système de captage des fumées et des gaz à leurs sources d’émission. Si cela n’est pas pratique, une solution de rechange serait d’installer des rideaux d’air (à courant descendant) pour contenir la montée des gaz fugitifs et les empêcher de se propager en dehors du voisinage immédiat des tables de coupe. Et si en dernier recours toutes ces méthodes ne conviennent pas, prévoir l’installation d’un système central pour la ventilation des zones ouvertes et des espaces contigus et ainsi recouvrir toutes les avenues possibles pour la propagation des gaz.

En résumé

D’abord et avant tout

Prévoir capter les fumées en provenance des tables de coupe à leur source d’émission. Les jets plasma et les autres méthodes de coupe thermique génèrent des étincelles, des scories et des fumées qui renferment différents contaminants selon le type de matériau taillé. Ces procédés engendrent des volumes importants de fumée qui nécessitent des vitesses élevées de captage; nous évitons ainsi de contaminer des zones en dehors des cabines de coupe.

Deuxièmement

Des rideaux d’air (à courant descendant) empêchent la propagation des fumées qui traversent les tables de coupe, vers l’arrière ou par-dessous les équipements. Surveiller le déplacement des étincelles en suspension et empêcher leur montée ensemble avec des fumées; en l’absence d’un contrôle ou d’un monitorage adéquat, ce « cocktail brumeux » représente un risque grave d’incendie si les nuages pénètrent à l’intérieur du système de collecte des poussières.

En dernier lieu

Après avoir évalué toutes les avenues possibles pour le captage, le transport et le filtrage des fumées en provenance d’un large éventail de machines de découpage à l’arc plasma et au faisceau laser, il se peut que seul un système central puisse convenir et assurer une collecte sécuritaire des quantités importantes de fumées et de poussières métalliques / plastiques. AIREX fournit un système de détection d’étincelles couplé à un système de suppression de même qu’un collecteur autonettoyant à cartouches multiples comme solution pouvant répondre à tous ses besoins.

  • Rio Tinto ALCAN

    (Beauharnois, Québec)

    Fournisseur mondial de bauxite, d'alumine et d'aluminium.

    Réduction d’apport d’air neuf par intégration de la hotte à ultra haute efficacité et récupération sur tour d’eau.

  • General Electric

    (Pittsburgh, Pennsylvanie, États-Unis)

    Fabricant de moteurs de trains.

    Captation de la poussière de fonte dans la cabine du centre d'usinage.

  • Sandvik

    (Pennsylvanie Centrale, États-Unis)

    Fabricant d'outil.

    Dépoussiérage de particules d'acier inoxydable provenant de la polisseuse à sable et la foreuse.

  • Keywell Metals LLC

    (Falconer, New York, États-Unis)

    Dépôt de ferraille.

    Cabine environnementale pour la coupe au plasma de métaux.

  • General Electric

    (Pittsburgh, Pennsylvanie, États-Unis)

    Table de découpage à jet de plasma avec système de capture à la source.

  • Effective Control

    (Pennsylvanie, États-Unis)

    Rail d’aspiration se déplaçant au dessus de la table à doubles torches au plasma pour la coupe de feuilles en titane.

  • Voith Siemens Hydro

    (Pennsylvanie Centrale, États-Unis)

    Fabricant de turbines hydroélectriques.

    Captation à la source d'une table de coupe à eau intégrée d'un torche à poudre.

  • Appollo Microwaves

    (Dorval, Quebec)

    Fabriquant de composantes et de sous-systèmes micro-ondes.

    Dépoussiérage des stations de soudage.

  • Colt Recycling

    (Hudson, New Hampshire, États-Unis)

    Recyclage de métaux.

  • Channel Lock

    (Pittsburg, Pennsylvanie, États-Unis)

    Manufacturier d'outils en acier.

    Dépoussiérage généralisé des différentes stations de travail.

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