DGUV Information 209-096: Schweißrauchminderung im Betri ... / Schweißrauch-Emission, Schweißrauch-Exposition und gesundheitliche Gefährdung

Bei allen schweißtechnischen Arbeiten entstehen Schweißrauche. Für eine Gefährdungsbeurteilung und die anschließende Ableitung von Schutzmaßnahmen ist es hilfreich, die Mechanismen zur Entstehung von Schweißrauchen sowie deren Einflussparameter zu verstehen.

Beim Schweißen wird elektrische Energie in Wärme umgesetzt, um Bauteile und Zusatzwerkstoff aufzuschmelzen. Aus der Schmelze entsteht die Schweißverbindung. Bei hohen Temperaturen im MSG-Lichtbogen (4000–16000 °C) wird ein Teil des verflüssigten Metalls verdampft. Es entsteht ein Metalldampfplasma. Aufgrund der Wärmeverteilung, des Leistungsumsatzes und des Ansatzpunkts des MSG-Lichtbogens besteht dieses Metalldampfplasma hauptsächlich aus dem Material des abgeschmolzenen Zusatzwerkstoffs.

Verlässt der Metalldampf den heißen Lichtbogenbereich, kommt es zur Abkühlung, Kondensation und Zusammenballung von feinen Partikeln. Dadurch bilden sich Partikel, die in die alveolengängige Fraktion fallen (Durchmesser von 0,01 μm bis 10 μm), die luftgetragen als Rauch in den Atembereich der Beschäftigten gelangen können. Je weniger Metalldampfplasma im Lichtbogen erzeugt wird, desto geringer wird die Menge freigesetzter Schweißrauche sein.

Zu einem geringeren Anteil kann Schweißrauch zusätzlich aus Verdampfungen an der Oberfläche von freigesetzten Spritzern oder an der Oberfläche des Schweißbads entstehen.

Abbildung 2 stellt beispielhaft und nicht umfassend die Einflussgrößen für Schweißrauch-Emission, Schweißrauch-Exposition und ihre Auswirkungen auf die Gesundheit dar. Die einzelnen Einflussgrößen werden in der Folge genauer erläutert.

Abb. 2 Einflussgrößen für Emissionen, Expositionen und Auswirkungen auf die Gesundheit

Schweißrauch-Emission

Schweißrauch-EMISSION bezeichnet die Gesamtmenge aller partikelförmigen Stoffe, die der Schweißlichtbogen freisetzt. Die Emissionsrate hängt sehr stark vom Verfahren, von den Hilfs- und Zusatzstoffen und von den verwendeten Verfahrensparametern ab (siehe Abb. 3). Die Emissionsrate ist die emittierte Partikelmasse eines Verfahrens pro Zeit. Sie kann durch Labormessung bestimmt werden. Die Emissionsrate liefert Anhaltspunkte über die mögliche Exposition der Beschäftigten am Arbeitsplatz und wird meist als Masse je Zeiteinheit angegeben (mg pro Minute).

Abbildung 3 kann aus urheberrechtlichen Gründen nicht angezeigt werden.

Abb. 3 Schweißrauchemission bei verschiedenen Schweißverfahren

Unterschiedliche Schweißverfahren werden unterschiedlichen Emissionsgruppen zugeordnet. Je höher die Emissionsgruppe, desto höher sind die Anforderungen an die Maßnahmen zur Expositionsminderung am Arbeitsplatz (siehe TRGS 528). Das MSG-Schweißen fällt in die Emissionsgruppe hoch bis sehr hoch.

Emissionen

Folgende Variablen haben einen möglichen Einfluss sowohl auf die Schweißnahtqualität als auch auf die Schweißrauch-Exposition.

• Schweißzusatzwerkstoffe

  Da circa 95 % der Gefahrstoffe in den Schweißrauchen aus den Zusatzwerkstoffen entstehen, ist deren Zusammensetzung von besonderem Interesse.

• Verfahrensparameter an Schweißgeräten

  Die Qualität von Schweißergebnissen sowie die Emissionsrate von Schweißrauchen kann durch eine Vielzahl von Einstellungsparametern am Schweißgerät, wie

  • Schweißstromstärke,
  • Drahtvorschubgeschwindigkeit,
  • Schweißspannung etc.

  beeinflusst werden.

  Die Kontrolle

  • der Lichtbogenlänge,
  • des Werkstoffübergangs und
  • der eingebrachten Energie

  ist maßgebend sowohl für die Qualität der Schweißnaht als auch für die Metalldampf- oder Schweißrauchmenge.

• Schweißschutzgase (Prozessgase)

  Prozessgase dienen dem Schutz der Schmelze und des heißen Metalls vor schädlichen Lufteinflüssen. Sie wirken über ihre Zusammensetzung auch auf den Werkstoffübergang, die Lichtbogenausbildung, die chemischen und metallurgischen Reaktionen. Besonders der Anteil der aktiven Komponenten CO2 oder O2 ist im Zusammenhang mit Schweißrauchemissionsrate und Schweißergebnis zu berücksichtigen.

• Grundwerkstoff-Oberflächen

  Der Oberflächenzustand der verarbeiteten Bauteile beeinflusst auch das qualitative Ergebnis und die Schweißrauchemissionsrate. Sowohl Funktionsbeschichtungen als auch Verunreinigungen an der metallischen Oberfläche können sich zweifach auswirken. Zum einen entstehen zusätzlich Emissionen über die Verdampfung der Beschichtung/Verunreinigung. Zum anderen führt diese Verdampfung selbst zu Störungen im Lichtbogen. Ein "unruhiger" Lichtbogen hat wiederum höhere Emissionsraten zur Folge.

Schweißrauch-Exposition

Die inhalative EXPOSITION beschreibt die Konzentration von Gefahrstoffen, die im Atembereich der Beschäftigten ankommt und über welchen Zeitraum die Beschäftigten dieser Konzentration ausgesetzt sind. Die Exposition der schweißenden Person wird im Wesentlichen durch Emissionen des Schweißprozesses, verschiedene Randbedingungen der Tätigkeit und des Arbeitsplatzes (z. B. Körperhaltung, Absaugung) sowie die persönliche Schutzausrüstung beeinflusst. Die inhalative Exposition wird in der Regel durch Arbeitsplatzmessungen bestimmt und als Masse im Luftvolumen angegeben (z. B. mg...