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Abschnitt 1.1, Schweißtechnische Anwendung der Schweißverfah...
Abschnitt 1.1
Beurteilung der Gefährdung durch Schweißrauche (bisher: BGI 616)
Titel: Beurteilung der Gefährdung durch Schweißrauche (bisher: BGI 616)
Normgeber: Bund
Amtliche Abkürzung: DGUV Information 209-020
Gliederungs-Nr.: [keine Angabe]
Normtyp: Satzung

Abschnitt 1.1 – Schweißtechnische Anwendung der Schweißverfahren

Ende der 70er Jahre wurde durch den Deutschen Verband für Schweißtechnik (DVS) eine Analyse über den Stand der Anwendung der (Metall-)Schweißverfahren in der Bundesrepublik Deutschland einschließlich West-Berlin - gegliedert nach Fertigungszweigen und Betriebsgrößen - durchgeführt.

Es wurde zwischen

  • Apparate-, Behälter-, Rohrleitungsbau

    und

  • Stahlhoch-, Stahlbrücken-, Stahlwasserbau

unterschieden, da in beiden Branchen der Anwendungsumfang der Schweißverfahren verschieden war.

Deutlicher Trend zum Schutzgasschweißen

Die steigenden wirtschaftlichen Anforderungen haben in den vergangenen Jahrzehnten das Bild des Anwendungsumfanges der einzelnen Schweißverfahren grundsätzlich gewandelt. Das Gasschweißen wurde auf zahlreichen Gebieten vom Lichtbogenschweißen mehr und mehr abgelöst, wobei ihm die spezifischen Bereiche, wie das Handwerk und der Rohrleitungsbau, weitgehend erhalten blieben. Auf dem Sektor Lichtbogenschweißen waren es vor allem die Schutzgasschweißverfahren, die eine stürmische Entwicklung durchlaufen haben.

Der damalige Stand der Anwendung schweißtechnischer Verfahren spiegelt sich in den Bildern 1-1 bis 1-3 wider.

Bild 1-2:
Prozentualer Anteil der beschäftigten Schweißer nach Verfahren (Stand Ende 1971) nach [1]

FertigungszweigSchweißer
LichtbogenhandschweißerGasschweißerSchutzgasschweißerWiderstandsschweißerKunststoffschweißerSonstige Schweißer
(%)(%)(%)(%)(%)(%)
Apparate-, Behälter-, Rohrleitungsbau462820321
Stahlhoch-, Stahlbrücken-, Stahlwasserbau70,662120,10,3
Maschinenbau56103210,50,5
Straßenfahrzeugbau15931440,40,6
Schienenfahrzeugbau314,86130,10,1
Schiffbau82107--1
Flug-, Raumfahrzeugbau1712561311
Stahl-, Metallverarbeiter gesamt421129,5160,51
bis 49 Beschäftigte6113250,30,20,5
50 bis 99 Beschäftigte5316290,70,31
100 bis 199 Beschäftigte5416280,90,60,5
200 bis 499 Beschäftigte5910272,20,81

So zeigte sich beispielsweise die vorherrschende Stellung des Lichtbogenhandschweißers darin, dass z.B. 82 % aller Schweißer im Schiffbau sowie 70 % aller Schweißer im Stahlbau diese Methode einsetzten (Bild 1-2). Das Gasschweißen hat, und das bestätigt die Praxis in vieler Hinsicht, seine allgemeine Bedeutung bis heute in wenigen Bereichen und vereinzelt nicht verloren (Bild 1-6). Die steile Entwicklung des Schutzgasschweißens, insbesondere des Metall-Schutzgas-Schweißens, ist in allen Fertigungsbereichen festzustellen.

Insgesamt dominierte bei den Stahl und Metall verarbeitenden Betrieben (Bild 1-3) erwartungsgemäß das Lichtbogenhandschweißen mit 51 % (33 % entfallen jedoch bereits auf das Schutzgasschweißen).

Bild 1-3: Verteilung der schweißtechnischen Anwender auf die unterschiedlichen Industriezweige (Ende der 70er Jahre) nach [1]

Dieses Bild wandelt sich je nach Fertigungszweig und Betriebsgröße mehr oder weniger. Der Schwerpunkt des Lichtbogenhandschweißens war mit Abstand der Schiffbau (80 %), gefolgt vom Stahlhoch-, Stahlbrücken-, Stahlwasserbau (63 %) und Maschinenbau (51 %). Alle anderen Branchen lagen - teilweise deutlich - unter dem Gesamtdurchschnitt (51 %).

Folgender Trend war zu erkennen:

Je größer das Unternehmen, desto weniger wurde das Lichtbogenhandschweißen angewandt. Der Anwendungsumfang des Gasschweißens war - ausgenommen Stahlhoch-, Stahlbrücken-, Stahlwasserbau und Schienenfahrzeugbau - in allen Produktionsgruppen nahezu gleich; das bestätigt, dass diesem Verfahren zwar keine überragende Stellung, aber immer noch umfassende Bedeutung zukam.

Hauptanwender des Schutzgasschweißens war der Schienenfahrzeugbau (68 %); an letzter Stelle stand der Schiffbau mit nur 9 % (Bild 1-4).

Bild 1-4:
Prozentualer Anteil der angewandten Schweißverfahren (Ende der 70er Jahre) nach [1]

FertigungszweigSchweißverfahren1
LichtbogenhandschweißenGasschweißenSchutzgasschweißen2UnterpulverschweißenElektroschlackeschweißenWiderstandspressschweißenSonderschweißverfahren3Mechanisierungsgrad4
(%)(%)(%)(%)(%)(%)(%)(%)
Apparate, Behälter-, Rohrleitungsbau5013284< 0,14< 0,126
Stahlhoch-, Stahlbrücken-, Stahlwasserbau633293-10,132
Maschinenbau517381< 0,12< 0,137
Straßenfahrzeugbau31,510411-160,156
Schienenfahrzeugbau261681-4-70
Schiffbau807920,5< 0,1-11
Flug-, Raumfahrzeugbau251154--7321
 
Stahl-, Metallverarbeiter gesamt519333gering4gering32
bis 49 Beschäftigte5811291-1-18
50 bis 99 Beschäftigte57,893110,21-26
100 bis 199 Beschäftigte54731,84< 0,13-31
500 bis 999 Beschäftigte4593520,18-38
1000 und mehr Beschäftigte3910363< 0,1110,242
 
Elektrotechnische Anwender3614190,2< 0,128140

Von hundert Stahl und Metall verarbeitenden Betrieben setzten ein:

98 Lichtbogenhandschweißen, 77 Metall-Schutzgas-Schweißen, 73 Gasschweißen, 45 Wolfram-Inertgas-Schweißen, 39 Widerstandpunktschweißen, 26 Unterpulverschweißen.

Während der Anwendungsumfang des Lichtbogenhandschweißens weiter abgenommen hat und beim Unterpulverschweißen etwa gleich geblieben ist, war beim Schutzgasschweißen mit einer erheblichen Erweiterung zu rechnen.

Das Gasschweißen, früher neben dem Lichtbogenhandschweißen das bedeutendste Schweißverfahren, wird für einige Sonderfälle, vorwiegend für Reparaturschweißungen sowie für spezielle Montagearbeiten, auch in Zukunft noch angewendet werden.

Bild 1-5:
Prozentualer Anteil der angewandten Schutzgasschweißverfahren, gemessen an der monatlich durchschnittlich aufgewendeten Gesamtschutzgasschweißzeit; Bundesrepublik Deutschland, Stand Ende 1971 (Fragebogenauswertung) nach [1]

FertigungszweigSchutzgasschweißverfahren
Wolfram-Inertgas-SchweißenMetall-Inertgas-SchweißenMetall-Aktivgas-SchweißenPlasmaschweißen
(%)(%)(%)(%)
Apparate-, Behälter-, Rohrleitungsbau391149,60,4
Stahlhoch-,Stahlbrücken-, Stahlwasserbau61084-
Maschinenbau131076,80,2
Straßenfahrzeugbau61084-
Schienenfahrzeugbau5788-
Schiffbau261262-
Flug-, Raumfahrzeugbau7821gering1
 
Stahl-, Metallverarbeiter gesamt231066,80,2
bis 49 Beschäftigte221167< 0,1
50 bis 99 Beschäftigte21,314640,7
100 bis 199 Beschäftigte221068< 0,1
200 bis 499 Beschäftigte268,7650,3
500 bis 999 Beschäftigte231166< 0,1
1000 und mehr Beschäftigte241164,60,4
 
Elektrotechnische Anwender4912372

Innerhalb der Schutzgasschweißverfahren war das Metall-Aktivgas-Schweißen am häufigsten anzutreffen (siehe Bild 1-5). Ausgenommen waren die Elektrotechnik sowie der Flug- und Raumfahrzeugbau; hier wurde mehr Wolfram-Inertgas geschweißt. Das Plasmaschweißen nahm dagegen in allen Bereichen bisher nur eine untergeordnete Stellung ein, selbst in der Mikrotechnik (Elektrotechnik). Auf diesem "Kleinteilsektor" wurden offensichtlich weit häufiger Widerstandpressschweißverfahren herangezogen.

Die Anteile des Unterpulver-, Elektroschlacke- und Widerstandpressschweißens (hier ausgenommen Straßenfahrzeugbau mit 16 % und Elektrobranche mit 28 % - siehe Bild 1-3) sowie der Sonderschweißverfahren (Elektronenstrahl-, Laserstrahl-, Lichtstrahl-, Ultraschall-, Kaltpress-, Reib-, Diffusionsschweißen) waren durchweg gering bzw. unbedeutend.

Die weitere Entwicklung der klassischen Schweißverfahren zeigt Bild 1-6.

Bild 1-6:
Anteil der Schmelzschweißverfahren bezogen auf das abgesetzte Schweißgut (Quelle: Schweißelektroden-Vereinigung, Düsseldorf)

Verfahren1986198719881989199019911992199319941995199619971998199920002001200220032004
(%)(%)(%)(%)(%)(%)(%)(%)(%)(%)(%)(%)(%)(%)(%)(%)(%)(%)(%)
Lichtbogenhandschweißen23,222,621,218,718,318,017,016,115,013,513,111,211,18,47,49,38,78,98,3
Metall-Schutzgasschweißen62,664,366,069,869,369,770,872,273,074,073,975,772,978,880.171,469,669,668,9
Unterpulverschweißen7,76,66,85,95,75,85,95,55,55,35,55,97,24,84,511,613,512,813,5
Wolfram-Inertgasschweißen1,51,51,51,71,61,61,61,61,61,61,51,31,82,02,01,91,82,12,1
Gasschmelzschweißen2,62,72,21,72,12,02,02,12,12,01,61,41,21,01,00,90,80,90,8
Schweißen mit Fülldrahtelektrode2,32,32,32,33.02,82,62,52,83,04,34,55,75.05,05,05,65,86,4

In den letzten 20 Jahren kamen neue Schweißverfahren hinzu. Ende der 80er Jahre wurde auch das Fülldrahtschweißverfahren mit und ohne selbstschützender Elektrode eingeführt. Gleichzeitig konnten ab 1980 die Anfänge für eine Mechanisierung und Automatisierung der Schweißtechnik geschaffen werden. Heute ist die Automatisierung der Schweißprozesse fortschrittsbestimmend.

Hochproduktive Varianten des Unterpulverschweißens und besonders des Schutzgas-Lichtbogenschweißens (z.B. Hochleistungsschweißen, Tandemverfahren) sowie das Elektronenstrahlschweißen kennzeichnen die moderne Schweißtechnik. Darüber hinaus wurden verschiedene Sonderschweißverfahren bekannt und immer mehr eingesetzt, z.B. das Reibschweißen, das Ultraschallschweißen, das Laserstrahlschweißen. Bei dieser Entwicklung kommt der Mechanisierung und Automatisierung der Schweißprozesse große Bedeutung zu.

Für die weitere Entwicklung der Schweißtechnik ist zu erkennen, dass die konventionellen Schweißverfahren, insbesondere das Schutzgasschweißen sowie das Widerstandschweißen, auch in Zukunft im Anwendungsumfang dominieren werden und dass neben ihnen die Sonderschweißverfahren verstärkt eingesetzt werden.

Vergleich zwischen Brennschneiden und Plasmaschneiden

In vielen Fällen ersetzten thermische Trennmethoden, wie das Brenn- und Plasmaschneiden, im Bereich dickerer Werkstücke die mechanischen Trennmethoden.

Am häufigsten wird das Plasmaschneiden im Flug- und Raumfahrzeugbau sowie im Apparate-, Behälter- und Rohrleitungsbau - wenn hochlegierte Stähle oder Nichteisenmetalle zu schneiden sind - eingesetzt. Die überragende Stellung des Brennschneidens kommt darin zum Ausdruck, dass schon Ende der 70er Jahre 83 % aller Stahl und Metall verarbeitenden Betriebe dieses Verfahren für das Schneiden von unlegierten und niedriglegierten Stählen vorgesehen haben (siehe Bild 1-7).

Parallel zur Entwicklung der Schweißverfahren findet auch im Bereich des thermischen Trennens die Entwicklung des Laserstrahlschneidens statt. Neben dem Werkstoff und durch den Bearbeitungsprozess bedingten Parametern spielt die Laserquelle eine wichtige Rolle.

Man unterscheidet zwischen:

  • CO2-Laser, der entweder mit Laserstrahl mit Hochdruck schneidet oder mit Laserstrahl mit Sauerstoff brennschneidet und

  • Nd:YAG-Laser mit unterschiedlichen Ausgangsleistungen.

Bild 1-7:
Verhältnis des Anwendungsumfanges zwischen Brenn- und Plasmaschneiden, gemessen an der monatlich durchschnittlich aufgewendeten Gesamtschneidzeit; Bundesrepublik Deutschland, Stand Ende 1971 (Fragebogenauswertung) nach [1]

 Schneidverfahren
FertigungszweigBrennschneidenPlasmaschneiden
(%)(%)
Apparate-, Behälter-, Rohrleitungsbau964
Stahlhoch-, Stahlbrücken-, Stahlwasserbau99,70,3
Maschinenbau982
Straßenfahrzeugbau982
Schienenfahrzeugbau982
Schiffbau991
Flug-, Raumfahrzeugbau955
 
Stahl-, Metallverarbeiter gesamt982
bis 49 Beschäftigte982
50 bis 99 Beschäftigte973
100 bis 199 Beschäftigte982
200 bis 499 Beschäftigte964
500 bis 999 Beschäftigte982
1000 und mehr Beschäftigte982
 
Elektrotechnische Anwender973
1

Differenz zu 100 % = sonstige Metallschweißverfahren

2

Aufgliederung siehe Bild 1-5

3

Elektronenstrahl-, Laserstrahl-, Lichtstrahl-, Ultraschall-, Kaltpress-, Reib-, Diffusionsschweißen

4

Summe der Anteile der mechanisierten Verfahren Metall-, Schutzgas-, Unterpulver-, Elektroschlacke-, Widerstandspressschweißen, Sonderschweißverfahren und sonstige