溶接の危険性：主なリスクと安全のヒントを解説

I.溶接作業の危険性

安全技術では、生産安全に影響を与える要因を危険要因と呼ぶ。

現代の溶接方法の多様性は、溶接工が可燃性・爆発性のガスや材料、電気モーター、電気器具、機械に接触することが多いことを意味し、さらには閉鎖空間、高所、水中などの劣悪な環境で作業することもある。したがって、溶接作業における主な危険には、火災、爆発、感電、やけど、急性中毒、高所からの落下、物体の衝突などがある。

ガス溶接と切断の主な危険は、火災と爆発である。アーク溶接における感電は、様々な溶接現場でよく見られる主な危険である。 溶接方法 電気エネルギーを熱エネルギーに変換して使用する抵抗 溶接では、機械が損傷する危険性もある。また、高所溶接や切断作業における高所からの墜落の危険性など、さまざまな特殊作業環境にも特有の危険性がある。

II.溶接作業における有害要因

安全技術では、人の健康に影響を与える要因を有害要因と呼ぶ。

溶接作業中、人体に影響を及ぼす有害因子は、物理的有害因子と化学的有害因子の2つに大別できる。溶接条件下では、有害因子は人体に長期的な影響を及ぼし、健康リスクをもたらす。溶接環境に存在しうる物理的有害因子としては、アーク放電、高周波電界、放射線、熱線、金属飛沫、騒音などがあり、化学的有害因子としては、溶接ヒューム、有害ガスなどがある。各種溶接方法の有害要因を表13-1に示す。

表13-1 各種溶接方法の有害要因

1.表中の数字は影響の度合いを示し（参考）、①軽微、②中程度、③強い、④最も強い。

2.タングステン不活性ガス溶接、プラズマアーク溶接、切断、トリアタングステン電極を使用する場合は、わずかな放射能があり、セリウムタングステン電極を使用すると、放射能はありません；

3.高周波アーク放電を使用する場合、アーク放電が頻繁に発生する状況では、高周波電磁界は有害である。

1.アーク放電

溶接アークの温度は高く、被覆アーク溶接のアーク温度は3000℃以上に達し、プラズマアークのアーク柱の中心温度は18000~24000℃に達し、強烈なアーク光、主に強烈な可視光線と目に見えない紫外線と赤外線を発生する。

溶接アークからの紫外線を受けた皮膚表面は、深い黒色に変色する。溶接アークから放射される赤外線に曝された皮膚は、熱傷を負う。アーク放射による視覚器官への影響を表13-2に示す。溶接方法（紫外線部）の違いによるアーク放射強度の比較を表13-3に示す。

表13-2 電気アーク光が視覚器官に及ぼす影響

表13-3 溶接方法の違いによるアーク放射強度の比較（紫外線部）

2.溶接ヒューム

溶接や切断の作業中には様々なヒュームが発生する。ヒュームは 金属溶接・切断される材料、溶接材料の溶融過程で発生する、金属、非金属、およびそれらの化合物。ヒュームは煙と粉塵の総称で、0.1μm以下のものを粉塵と呼ぶ。

いくつかのタイプのアーク溶接の発塵量を表13-4に示す。

表 13-4 数種類のアーク溶接の粉塵排出量

構造用鋼の化学成分 溶接棒 の煙は表13-5に示されている。

表13-5 構造用鋼溶接棒ヒュームの化学成分（質量分率） (%)

CO ₂ 溶接中の有害ガスおよびヒュームの測定濃度を表13-6に示す。

表13-6 CO2溶接中の有害ガスと溶接ヒュームの測定濃度

溶接作業中、ヒュームに長期間さらされると、溶接工じん肺、金属ヒューム熱、マンガン中毒などの病気を引き起こす可能性がある。じん肺は、溶接の安全衛生の中で最も大きな影響を及ぼす主要な問題のひとつである。

じん肺の発症は一般に緩やかで、息切れ、咳、痰、胸部圧迫感、胸痛などの症状がみられる。じん肺患者の中には、衰弱、食欲不振、肺活量の減少、体重減少を経験する人もいる。

3.有害ガス

溶接や切断の作業では、主にオゾン、窒素酸化物、一酸化炭素、COなど、さまざまな有害ガスが発生する。 ₂ およびフッ化水素を含む。GBZ1-2010規格に規定された最大許容濃度値を表13-7に示す。各種アルゴン・アーク溶接法におけるオゾン濃度を表13-8に示す。

表 13-7 溶接有害ガス測定値

キャビン、ボイラー、タンクなどの換気の悪い場所での測定値。

CB11719.1～26～1989に規定された値を参照のこと。

表13-8 各種アルゴン・アーク溶接法におけるオゾン濃度

オゾンは、空気中の紫外線の光化学作用によって発生する。オゾンの濃度が許容レベルを超えると、喉の乾燥、咳、胸のつかえ、疲労感、めまい、体の痛みなどを引き起こすことが多く、ひどい場合には気管支炎を引き起こすこともある。

アンモニア酸化物は、溶接の高温下で空気中のアンモニア分子と酸素分子が再結合して生成される。溶接ヒュームに含まれる窒素酸化物は、主に二酸化アンモニアと一酸化窒素である。酸化アンモニアは不安定なため、容易に酸化して二酸化窒素になる。窒素酸化物は刺激性のガスで、激しい咳、呼吸困難、全身衰弱を引き起こすことがある。

溶接や切断作業中に発生する一酸化炭素は有毒ガスであり、肺胞から呼吸器を通って血流に入り、ヘモグロビンと結合してカルボキシヘモグロビンを形成する。カルボキシヘモグロビンは血液の酸素運搬能力を妨げ、組織の低酸素状態を引き起こし、一酸化炭素中毒を引き起こす。

二酸化炭素は窒息性ガスであり、過剰に吸入すると目や呼吸器系に炎症を起こし、重症の場合は呼吸困難、知覚障害、肺水腫などを引き起こす可能性がある。

フッ化水素の生成は主に蛍石（CaF ₂ )が高温の電気アークの作用を受けてアルカリ性電極皮膜に含まれる。フッ化水素は水に溶けやすく、腐食性の強いフッ化水素酸を形成する。高濃度のフッ化水素を吸入すると、上気道を強く刺激し、眼球結膜、鼻粘膜、口腔、咽頭、気管支粘膜に潰瘍ができ、ひどい場合には気管支炎や肺炎を起こすこともある。

4.放射性物質

トリウムを含むタングステン電極は、TIGやプラズマアーク溶接や切断に使用される。燃焼したトリウムタングステン電極は、エアロゾルの形で作業現場の空気中に拡散する。ハザードレベルは、多くの場合、現場の空気中の長寿命のα放射性エアロゾルの濁度や、様々な物体表面のα放射性汚染を測定することによって評価される。タングステン電極の放射性測定値については、表 13-9 を参照のこと。

表 13-9 トリウムタングステン電極の放射能測定値

表 13-9 の数値解析からわかるように、トリアタングステン電極を用いた溶接・切断工程では、 溶接・切断時に発生する放射性線量は健康被害を引き起こすほどではない。しかし、トリアタングステン電極を研ぐことは健康基準を超え、タングステン電極の大規模なストレージも対応する保護措置を講じる必要があります。そうでなければ、長期的な放射線被ばくや頻繁に少量の放射性物質が体内に入ると蓄積され、中枢神経系、造血器官、消化器系の疾患を引き起こす可能性があります。

5.騒音

プラズマアーク・スプレーガンでは、気流圧力の変動、振動、摩擦などによって騒音が発生し、ノズルから高速で噴出する。プラズマアーク溶射時の音圧レベルは123dB（A）に達することがあり、一般的に使用されている出力（30kW）のプラズマアーク切断は111.3dB（A）、高出力（150kW）のプラズマアーク切断は118.3dB（A）に達する。

上記の騒音値はすべて国家基準を超えている。切削厚が厚くなると必要なパワーも大きくなるため、騒音も大きくなります。エアチゼルやカーボンアークガウジングの使用時にも強い騒音が発生します。

強い騒音や長期にわたる騒音への暴露は、聴覚障害、さらには難聴を引き起こす可能性がある。騒音は中枢神経系や循環器系に悪影響を及ぼし、高血圧、頻脈、疲労、イライラを引き起こすことがある。

6.高周波電磁界

非溶融電極アルゴンアーク溶接やプラズマアーク溶接、切断などでは、アークを開始するために高周波発振器を使用するため、作業場に高周波電磁界が発生する。測定された電界強度はかなり高く、表13-10および表13-11を参照。

強い高周波電磁場に長期間さらされると、神経障害や神経衰弱を引き起こす可能性がある。

表 13-10 手動タングステン電極アルゴンアーク溶接の高周波電界強度（単位：V/m）

表13-11 プラズマアーク高周波電界強度

7.その他の有害要因

金属スパッタは、溶融池での冶金反応や飛沫の移行によって発生し、火傷や衣服の焼損の原因となる。上記のような有害因子が存在する環境で長時間作業する溶接工の健康被害は甚大であるため、適切な保護措置を講じる必要がある。