DGUV Information 209-016 - Schadstoffe beim Schweißen und bei verwandten Verfahr...

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Abschnitt 1.2, 1.2 Einteilung
Abschnitt 1.2
Schadstoffe beim Schweißen und bei verwandten Verfahren (bisher: BGI 593)
Titel: Schadstoffe beim Schweißen und bei verwandten Verfahren (bisher: BGI 593)
Normgeber: Bund
Amtliche Abkürzung: DGUV Information 209-016
Gliederungs-Nr.: [keine Angabe]
Normtyp: Satzung

Abschnitt 1.2 – 1.2 Einteilung

Die Schadstoffe, die bei der Anwendung schweißtechnischer Verfahren entstehen, lassen sich nach Vorkommen und Wirkungsweise einteilen (Bild 1-2 und Bild 1-5 auf Seite 12).

1.2.1 Vorkommen

Bei schweißtechnischen Verfahren entstehen Schadstoffe als Gase und/oder als Partikel (Bild 1-5 auf Seite 12). Die partikelförmigen Stoffe sind eine disperse Verteilung kleinster fester Teilchen in der Luft. Bei allen in der Luft vorhandenen Partikeln werden je nach Partikelgröße folgende Anteile unterschieden (nach DIN EN 481):

Einatembare Fraktion - der Anteil der Partikel, der durch den Mund und die Nase in den Körper eingeatmet wird; er umfasst Partikelgrößen bis zu über 100 µm. Dieser Anteil wurde in der Vergangenheit mit dem Begriff "Gesamtstaub" bezeichnet.

Alveolengängige Fraktion - der Anteil der Partikel, der beim Einatmen bis zu den Alveolen (Lungenbläschen) vordringen kann; er umfasst Partikelgrößen bis zu 10 µm. Dieser Anteil wurde in der Vergangenheit mit dem Begriff "Feinstaub" bezeichnet.

Bild 1-2: Einteilung partikelförmiger Schadstoffe in der Schweißtechnik nach Partikelgröße (Vorkommen)
[Quelle: Spiegel-Ciobanu, BGI 593, 2008]

Die beim Schweißen entstehenden partikelförmigen Stoffe sind sehr fein. Sie besitzen in der Regel einen Durchmesser kleiner als 1 µm (vorwiegend kleiner als 0,1 µm), sind daher alveolengängig und werden als "Schweißrauche" bezeichnet. Partikel, die im Größenbereich < 0,1 pm liegen, werden als ultrafeine Partikel bezeichnet.

Beim thermischen Schneiden und bei einigen verwandten Verfahren entstehen partikelförmige Stoffe, die nur teilweise alveolengängig sind.

Partikelgröße und Morphologie (Gestalt)

Die Menge der Partikel hängt von der Kombination der eingesetzten Verfahren und Werkstoffe ab. Je nach Verfahrensgruppe bilden sich unterschiedliche Partikelgrößen mit verschiedener Partikelmorphologie aus (Bild 1-3).

Morphologische Untersuchungen deuten darauf hin, dass die einzelnen Schweißrauchpartikel keine homogene Zusammensetzung aufweisen.

Neben Primärpartikeln (Einzelpartikeln) bilden sich durch Ausflocken auch Ketten und Agglomerate (Bilder 1-4a und b).

VerfahrenWerkstoffPartikel
Form einzelner
Partikel
Größe von
Einzelpartikeln
(Durchmesser)
Ketten
(Länge)
Agglomeraten
(Durchmesser)
Lichtbogenhandschweißen
mit umhüllten Stabelektroden
(LBH)
Cr-Ni-Stahlkugelförmigbis 50 nmmehrere µmbis 500 nm
bis 400 nmmehrere µm
Schutzgasschweißen
(MAG/MIG)
Cr-Ni-Stahlkugelförmigbis 10 nmbis 100 nmbis 100 nm
Aluminium-
Legierungen
kugelförmig10 bis 50 nmk. A.k. A.
bis 400 nmk. A.
   
k. A.= keine Angaben
µm= Mikrometer (1 µm10-3 mm10-6 m)
nm= Nanometer (1 nm10-6 mm10-9 m)

Bild 1-3: Partikelgröße, -form und -gestalt (Morphologie) der Schweißrauche (Beispiele)
[Quelle: Spiegel-Ciobanu, BGI 593 2008]

 

Bilder 1-4a und b:

Elektronenmikroskopaufnahmen von Schweißrauchen

Bild 1-4a:
Partikel der beim Metall-Aktivgasschweißen unter Kohlendioxid entstehenden Rauche [1]

Bild 1-4b:
Partikel der beim Metall-Inertgasschweißen von Aluminiumlegierungen entstehenden Rauche [3]

1.2.2 Wirkungsweise

Hinsichtlich der Wirkung auf die verschiedenen Organe des menschlichen Körpers lassen sich die gas- und partikelförmigen Stoffe, die beim Schweißen, Schneiden und verwandten Verfahren entstehen, folgendermaßen einteilen (Bild 1-5):

Atemwegs- und lungenbelastende Stoffe - langzeitige Aufnahme hoher Konzentrationen kann zu einer Belastung der Atemwege und der Lunge führen. So kann z. B. langzeitige Aufnahme hoher Konzentrationen zu Atemwegserkrankungen (in Form von Bronchitis bis zu obstruktiver Bronchitis) führen.

Zusätzlich können Staubablagerungen in der Lunge in Form von Siderose (bei Eisenoxiden) auftreten. Darüber hinaus können bei hohen Konzentrationen fibrogene Reaktionen (Bindegewebsvermehrung) der Lunge auftreten (z. B. in seltenen Einzelfällen Siderofibrose, Aluminose beim Aluminiumoxid).

VorkommenWirkungsweise
GasförmigPartikelförmig
einatembar I alveolengängig
Lungen-
belastend
ToxischKrebser-
zeugend
Stickstoffmonoxid  X 
Stickstoffdioxid  XX 1)
Ozon  X 
Kohlenmonoxid  X 
Phosgen  X 
Cyanwasserstoff  X 
Formaldehyd   X 1)
 AluminiumoxidX  
 EisenoxideX  
 MagnesiumoxidX  
 Barium-VerbindungenX  
 Bleioxid  X
 Fluoride X 
 Kupferoxid X 
 Manganoxide X 
 Molybdänoxid X 
 VanadiumpentoxidX X
 Chrom(III)-Verbindungen X 
 Zinkoxid X 
 Titandioxid XX 1)
 Chrom(VI)-Verbindungen  X
 Nickeloxide  X
 Cobaltoxid  X
 Cadmiumoxid  X
 Berylliumoxid  X

Bild 1-5: Einteilung der Schadstoffe nach Vorkommen und Wirkungsweise
[Quelle: Spiegel-Ciobanu, BGI 593, 2008]

1)

Verdacht auf krebserzeugende Wirkung

 

Toxische (giftige) Stoffe - erzeugen im menschlichen Körper eine.jpgtwirkung, wenn eine bestimmte Dosis (= Menge pro Gewichtseinheit des Körpers) überschritten wird. Es gibt hier eine Dosis-Wirkung-Beziehung. Schwache Vergiftungen führen zu leichten Gesundheitsstörungen; hohe Konzentrationen dieser Stoffe in der Atemluft können zu lebensgefährlichen Vergiftungen oder zum Tod führen.

Als toxische Stoffe sind z. B. die Gase Kohlenmonoxid, Stickstoffoxide (Stickstoffmonoxid und -dioxid), Ozon wie auch die Oxide der Metalle Kupfer, Blei, Zink in Form von Rauchen und Stäuben zu nennen.

Krebserzeugende (kanzerogene) Stoffe - sind Stoffe, die erfahrungsgemäß bösartige Geschwülste verursachen können. Das Krebsrisiko ist generell von mehreren Faktoren abhängig, z. B. genetische Disposition, Umweltbelastungen. Es gibt hier keinen Automatismus der Wirkung, aber eine steigende Dosis erhöht das Krebsrisiko. Die Latenzzeit (der Zeitraum zwischen der ersten Einwirkung und dem Ausbruch der Krankheit) kann Jahre oder Jahrzehnte betragen.

Für diese Stoffe ist kein Schwellenwert bekannt, bei dessen Unterschreitung keine Gefährdung mehr besteht. In vielen Fällen besitzen diese Stoffe zusätzlich eine toxische Wirkung.

Die krebserzeugenden Stoffe sind in der TRGS 905 und nach "Berichtigung der Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 des Europäischen Parlaments und des Rates über die Einstufung, Kennzeichnung und Verpackung von Stoffen und Gemischen" aufgeführt und in Kategorie 1, 2 oder 3 nach GefStoffV eingestuft. Nach der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), MAK- und BAT-Werte-Liste 2011, sind die krebserzeugenden Stoffe wie folgt eingestuft:

Kategorie 1

Stoffe, die beim Menschen bekanntermaßen krebserzeugend wirken (hinreichende Anhaltspunkte).

Kategorie 2

Stoffe, die als krebserzeugend für den Menschen angesehen werden sollten (begründete Annahme).

Kategorie 3

Stoffe, die wegen erwiesener oder möglicher krebserzeugender Wirkung Anlass zur Besorgnis geben, aber aufgrund unzureichender Informationen nicht endgültig beurteilt werden können. Die Einstufung ist vorläufig.

  1. A)

    Stoffe, bei denen die Voraussetzungen erfüllt wären, sie der Kategorie 4 oder 5 zuzuordnen. Für die Stoffe liegen jedoch keine hinreichenden Informationen vor, um einen MAK- oder BAT-Wert abzuleiten.

  2. B)

    Aus In-vitro- oder aus Tierversuchen liegen Anhaltspunkte für eine krebserzeugende Wirkung vor, die jedoch zur Einordnung in eine andere Kategorie nicht ausreichen. Sofern durch weitere Untersuchungen festgestellt wird, dass der Stoff oder seine Metaboliten keine gentoxischen Wirkungen aufweisen, kann ein MAK- oder BAT-Wert festgelegt werden [4].

Kategorie 4

Stoffe mit krebserzeugender und gentoxischer Wirkung, bei denen ein nicht-gentoxischer Wirkungsmechanismus im Vordergrund steht und gentoxische Effekte bei Einhaltung des MAK- oder BAT-Wertes keine oder nur eine untergeordnete Rolle spielen. Unter diesen Bedingungen ist kein nennenswerter Beitrag zum Krebsrisiko für den Menschen zu erwarten [4].

Kategorie 5

Stoffe mit krebserzeugender und gentoxischer Wirkung, bei denen unter Einhaltung des MAK- und BAT-Wertes ein sehr geringer Beitrag zum Krebsrisiko für den Menschen zu erwarten ist [4].

Von den im Bild 1-5 aufgezählten Stoffen sind in der Schweißtechnik insbesondere die Nickeloxide, bestimmte sechswertige Chromverbindungen, Cadmium und seine Verbindungen, Cobalt und seine Verbindungen und Beryllium und seine Verbindungen zu beachten [4].