Influence of Metal Transfer Stability and Shielding Gas Composition on CO and CO2 Emissions during Short-circuiting MIG/MAG Welding

Abstract

Abstract: Several studies have demonstrated the influence of parameters and shielding gas on metal transfer stability or on the generation of fumes in MIG/MAG welding, but little or nothing has been discussed regarding the emission of toxic and asphyxiating gases, particularly as it pertains to parameterization of the process. The purpose of this study was to analyze and evaluate the effect of manufacturing aspects of welding processes (short-circuit metal transfer stability and shielding gas composition) on the gas emission levels during MIG/MAG welding (occupational health and environmental aspects). Using mixtures of Argon with CO2 and O2 and maintaining the same average current and the same weld bead volume, short-circuit welding was performed with carbon steel welding wire in open (welder’s breathing zone) and confined environments. The welding voltage was adjusted to gradually vary the transfer stability. It was found that the richer the composition of the shielding gas is in CO2, the more CO and CO2 are generated by the arc. However, unlike fume emission, voltage and transfer stability had no effect on the generation of these gases. It was also found that despite the large quantity of CO and CO2 emitted by the arc, especially when using pure CO2 shielding gas, there was no high level residual concentration of CO and CO2 in or near the worker’s breathing zone, even in confined work cells.Resumo: Vários estudos têm demonstrado a influência dos parâmetros e proteção gasosa sobre a estabilidade de transferência metálica ou sobre a geração de fumos em soldagem MIG/MAG, mas pouco ou nada tem sido discutido sobre a emissão de gases tóxicos e asfixiantes, particularmente no que tange a parametrização do processo. O objetivo deste estudo foi analisar e avaliar o efeito de aspectos operacionais dos processos de soldagem (estabilidade da transferência metálica e composição do gás de proteção) sobre os níveis de emissão gasosa de durante a soldagem MIG/MAG (aspectos ambientais e de saúde ocupacional). Utilizando-se misturas de argônio com CO2 e O2 e mantendo-se a mesma corrente média e o mesmo volume de cordão de solda, soldagens com transferência por curto-circuito foram realizadas com arame de aço carbono em ambientes aberto (zona de respiração do soldador) e confinados. A tensão de soldagem foi ajustada gradualmente para modificar a estabilidade da transferência. Verificou-se que quanto mais rica a composição do gás em CO2, mais CO2 e O2 são emitidos pelo arco. No entanto, ao contrário de emissão de fumos, tensão e estabilidade da transferência metálica não têm efeito sobre a geração de gases. Verificou-se também que, apesar da grande quantidade de CO e CO2 emitida pelo arco, especialmente quando se utiliza gás de proteção CO2 puro, não se forma concentração residual de alto nível de CO e CO2 perto de zona de respiração do trabalhador, mesmo em células de trabalho confinadas.