Experimentelle Identifizierung wirksamer Maßnahmen zur Senkung von Expositionen an Schweißarbeitsplätzen als Pilotstudie zu "Interweld"

Status:

abgeschlossen 12/2019

Zielsetzung:

In Deutschland wurden in jüngster Vergangenheit zahlreiche Grenzwerte (z.B. Allgemeiner Staubgrenzwert, ASGW, sowie der Arbeitsplatzgrenzwert für Mangan) abgesenkt und für die als krebserzeugend eingestuften Metalle und Metallverbindungen risikobasierte Grenzwerte eingeführt. Diese neuen Grenzwerte betreffen insbesondere Metall verarbeitende Betriebe, in denen Metallwerkstoffe durch Schweißen, Schneiden und verwandte Verfahren bearbeitet werden. Von den Unfallversicherungsträgern durchgeführte Messungen haben gezeigt, dass die Grenzwerte an Schweißarbeitsplätzen trotz Anwendung von Schutzmaßnahmen nicht immer eingehalten werden können. Aus den vorhandenen Messdaten können keine Rückschlüsse gezogen werden, unter welchen Voraussetzungen eine Grenzwerteinhaltung möglich ist bzw. welche Randbedingungen zu einer Überschreitung der Grenzwerte führen.

Ziel der Pilotstudie: Es soll ermittelt werden, ob bzw. unter welchen Voraussetzungen die Metallgrenzwerte beim Schweißen eingehalten werden können.

Die Ergebnisse sollen in die später vom IPA durchgeführte Interweld-Studie einfließen. Diese sieht drei Schritte vor: Zunächst wird in ca. 20 metallverarbeitenden Betrieben in Deutschland der Ist-Zustand ermittelt. In einem zweiten Schritt sollen unter Berücksichtigung der Pilotstudienergebnisse die Betriebe hinsichtlich der Umsetzung von Schutzmaßnahmen beraten werden. Nach Umsetzung der Schutzmaßnahmenempfehlungen soll die Wirksamkeit der Maßnahmen in den Betrieben überprüft werden.

Aktivitäten/Methoden:

Im Rahmen der Pilotstudie simulierte man Schweißarbeiten unter praxisnahen Bedingungen und unter Anwendung derzeit verfügbarer technischer Schutzmaßnahmen. Dazu wurden speziell für die Pilotstudie konstruierte Bauteile von einem Lehrschweißer in der mechanischen Werkstatt des IFA mittels MAG-Schweißen geschweißt. Die Bauteile wurden aus Baustahl- (Werkstoff-Nr.: 1.0038) sowie aus hochlegiertem Chrom-Nickel-Stahlblechen (1.4301) gefertigt. Die Blechstärken der Baustahlbleche betrugen 2 und 10 mm, die der Chrom-Nickel-Stahlbleche 3 und 10 mm. Jedes Bauteil erforderte das Schweißen von Kehlnähten, Steig- und Fallnähten, eine Überkopfnaht sowie eine Auftragsnaht. Die Schweißparameter waren im Vorfeld für jede Naht definiert worden. Bauteile aus 2 und 3 mm starken Blechen wurden mittels Kurzlichtbogen bzw. modifiziertem Kurzlichtbogen geschweißt, die Bauteile aus 10 mm Blechen mittels Sprühlichtbogen, modifiziertem Sprühlichtbogen, Impulslichtbogen und modifiziertem Impulslichtbogen. Die Schweißparameter Schweißstrom und spannung, Drahtvorschub, Schutzgasvolumenstrom, Lichtbogenbrenndauer sowie elektrische Energie wurden in allen Schweißversuchen mithilfe eines Datenloggers aufgezeichnet. Die Gesamtlänge aller Schweißnähte betrug je Schweißversuch ca. 8 m, die Schweißzeit jeweils etwa 1 Stunde. In einzelnen Versuchen wurden die Arbeitsweise des Schweißers und seine jeweilige Schweißrauchbelastung mithilfe von PIMEX-Observationen (Picture Mixed Exposure, gleichzeitige Videoaufzeichnung und Erfassung von Messdaten) dokumentiert.

Der durch die Schweißprozesse entstehende Rauch wurde mit verschiedenen Einrichtungen (zwei Schweißbrenner mit Rauchabsaugung verschiedener Hersteller sowie eine nachzuführende Absaughaube an einem Tragarm) abgesaugt. Alle Einrichtungen zum Erfassen des Rauches wurden bestimmungsgemäß betrieben; beispielsweise waren die Absaugvolumenströme an den Schweißbrennern entsprechend der Herstellervorgabe bzw. der Norm ISO 21904-3 eingestellt worden. Der Werkstattraum wurde über eine raumlüftungstechnische Anlage belüftet. Die Luftaustauschrate im Raum wurde mit ca. 2 h¹ ermittelt.

In jeder Versuchseinstellung wurde die Exposition des Schweißers durch Luftprobenahmen an der Person ermittelt. Gemessen wurden die Konzentrationen in der alveolengängigen Staubfraktion (A-Staub) von Schweißrauch und Mangan; beim Schweißen der Chrom-Nickelstahlbleche zusätzlich auch Nickel und Chrom mit ihren jeweiligen Verbindungen sowie und Chrom(VI)-Verbindungen (gemessen in der einatembaren Staubfraktion, E-Staub). Parallel zu den Expositionsmessungen wurden die Schweißrauchkonzentrationen in der Werkstatt an drei Messstellen bestimmt, um Aussagen über die Ausbreitung des Rauches im Raum – und damit über die Exposition von weiteren Personen im Raum – treffen zu können.

Darüber hinaus wurden in separaten Messungen die Emissionsraten (pro Zeiteinheit freigesetzte Rauchmenge) einzelner Schweißprozesse bestimmt.

Ergebnisse:

Durch die Schweißversuche wurde nachgewiesen, dass die Schweißrauchbelastungen beim MAG-Schweißen durch Einsatz von Absaugtechnik und Optimierung des Schweißprozesses effizient verringert werden können. Jedoch war nicht in allen Einstellungen eine Grenzwerteinhaltung möglich.

Beim MAG-Schweißen von 2 mm starken Baustahlblechen war die Belastung des Schweißers gegenüber Schweißrauch unterhalb des ASGW. Grenzwertüberschreitungen, auch für Mangan, wurden in Versuchen festgestellt, in denen Schweißdrähte mit hohen Mangangehalten (ca. 7% Mangan) eingesetzt wurden.

Beim Schweißen von 10 mm starken Baustahlblechen war der Schweißer in nahezu allen Versuchen über dem ASGW und dem Mangangrenzwert exponiert. Eine Grenzwerteinhaltung war nur bei Verwendung und guter Positionierung der nachzuführenden Absaughaube gegeben.

In der Werkstatt lagen die Schweißrauchkonzentrationen unterhalb des ASGW, lediglich beim Schweißen von 10 mm Baustahlblechen wurde der Arbeitsplatzgrenzwert für Mangan in einzelnen Einstellungen im Raum überschritten.

Beim Schweißen von 10 mm Chrom-Nickelstahl-Blechen (Impulslichtbogen, modifizierter Impulslichtbogen) lag die Schweißrauchexposition des Schweißers in allen Einstellungen unter dem ASGW. Der Mangangrenzwert wurde jedoch in allen Einstellungen überschritten. Überschreitungen des Beurteilungsmaßstabes für Chrom(VI) wurden für das Schweißen mittels Impulslichtbogen festgestellt. Schweißen mittels modifizierten Impulslichtbogen erwies sich als emissionsärmer. Hier war eine Grenzwerteinhaltung gegeben.

Beim Schweißen (Kurzlichtbogen, Impulslichtbogen) von Bauteilen aus Chrom-Nickelstahl (3mm) konnte bei Verwendung von Absaugtechnik der Mangangrenzwert eingehalten werden, jedoch wurden in 7 von 9 Versuchseinstellungen Überschreitungen des Beurteilungsmaßstabes für Chrom(VI)-Verbindungen und in 5 von 9 Einstellungen Überschreitungen des Nickelgrenzwertes festgestellt.

Stand: