DGUV Information 213-033 - Gefahrstoffe in Werkstätten (bisher: BGI/GUV-I 8625)

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Abschnitt 2.2, Gefahrstoffe bei schweißtechnischen Arbeiten
Abschnitt 2.2
Gefahrstoffe in Werkstätten (bisher: BGI/GUV-I 8625)
Titel: Gefahrstoffe in Werkstätten (bisher: BGI/GUV-I 8625)
Normgeber: Bund
Amtliche Abkürzung: DGUV Information 213-033
Gliederungs-Nr.: [keine Angabe]
Normtyp: Satzung

Abschnitt 2.2 – Gefahrstoffe bei schweißtechnischen Arbeiten

Gefährdung

Unter "schweißtechnischen Arbeiten" sind Schweißen, thermisches Schneiden, thermisches Spritzen und Löten zu verstehen. Bei diesen Arbeitsverfahren entstehen Gefahrstoffe, die partikelförmige Stoffe und/oder gasförmige Stoffe enthalten. Die partikelförmigen Stoffe, auch Schweißrauche genannt, sind Stoffgemische, deren chemische Zusammensetzung und Konzentration von Verfahren und Werkstoffen abhängig sind. Die freigesetzten Partikel können sowohl alveolengängig sein (A-Staub) als auch der einatembaren Staubfraktion (E-Staub) angehören, siehe Abb. 4). Des Weiteren können so genannte ultrafeine Partikel entstehen, deren Durchmesser kleiner 0,01 μm sind.

Abb. 4: Einteilung partikelförmiger Gefahrstoffe nach Partikelgröße gemäß TRGS 528

Beim Schweißen entstehen in der Regel über 95 % der partikelförmigen Gefahrstoffe aus dem Zusatzwerkstoff und nur etwa 5 % aus dem Grundwerkstoff. Dies sind insbesondere Metalloxide.

Bei den Verfahren Gasschweißen, Flammwärmen, Flammrichten und Flammstrahlen spielen partikelförmige Schweißrauche - mit Ausnahme verunreinigter oder beschichteter Werkstoffe - keine Rolle. Hier sind die gasförmigen Gefahrstoffe zu beachten. Diese können sein:

  • Kohlenmonoxid, das insbesondere beim Schutzgasschweißen mit Mischgas (MAGC) mit hohem Kohlendioxidanteil durch die thermische Zersetzung des Kohlendioxids entsteht sowie bei unvollständiger Verbrennung von Brenngasen bei autogenen Schweißverfahren. Kohlenmonoxid ist sehr giftig und fruchtschädigend. In höheren Konzentrationen wird der Sauerstofftransport durch die hohe Affinität des Kohlenmonoxids zu Hämoglobin im Blut gehemmt. Dieses führt zu mangelnder Sauerstoffversorgung im Körper.

  • Stickstoffoxide (Nitrose Gase), die sich aus der Oxidation des Luftstickstoffs am Rand der Flamme oder des Lichtbogens bilden. Beim Einatmen können sie zu Lungenschädigungen führen. So ist zum Beispiel Stickstoffdioxid als sehr giftig eingestuft. Es ist erheblich giftiger als Stickstoffmonoxid.

  • Ozon, das aus dem Sauerstoff der Luft durch UV-Strahlung entsteht, insbesondere beim Schutzgasschweißen von stark strahlungsreflektierenden Werkstoffen, wie zum Beispiel Aluminium-Blechen oder Chrom-Nickel-Stählen (MIG). Die Anwesenheit von anderen Gasen, Rauchen oder Stäuben in der Umgebungsluft beschleunigt den Zerfall des Ozons. Daher sind raucharme Verfahren (zum Beispiel WIG) durch höhere Ozonkonzentrationen gekennzeichnet. Ozon ist sehr giftig und reizend für die Schleimhäute. Ozon wurde als krebsverdächtig eingestuft.

  • Phosgen, das sich beim Erhitzen von mit chlorkohlenwasserstoffhaltigen Entfettungsmitteln behandelten Werkstücken bildet. Phosgen ist sehr giftig und wirkt ätzend auf Haut und Schleimhäute.

  • Verschiedene Gase und Dämpfe, wie Formaldehyd, Blausäure, Chlorwasserstoff etc., die sich während des Schweißens durch das Zersetzen der Beschichtungen, mit denen die Werkstücke überzogen sind, bilden.

Die Art und Konzentration der entstehenden Gefahrstoffe ist abhängig vom Schutzgas und der Umgebungsluft sowie von möglichen Beschichtungen oder Verunreinigungen an der Werkstückoberfläche.

Weitere Einflussfaktoren sind die folgenden schweißtechnischen Parameter:

  • Höhere Werte für Schweißstrom und Schweißspannung führen bei gleichen Schweißverfahren und Werkstoffen zu höheren Schweißrauchemissionen,

  • Bei der Verwendung von Wechselstrom sind ebenfalls höhere Emissionen feststellbar als beim Verwenden von Gleichstrom,

  • Mit steigendem Elektrodendurchmesser nimmt auch die Schweißrauchemission zu, ebenso wie sie bei steilerem Elektrodenanstellwinkel höher ist.

Beim Löten ist die chemische Zusammensetzung der Lötrauche von den eingesetzten Flussmitteln und Loten abhängig. Als gasförmige Gefahrstoffe sind insbesondere Aldehyde beim Weichlöten und Chlorwasserstoff beim Hartlöten zu berücksichtigen. Die partikelförmigen Gefahrstoffe im Lötrauch sind alveolengängig.

Die bei schweißtechnischen Arbeiten entstehenden Schweißrauche und Gase bestehen aus Gefahrstoffen mit sehr unterschiedlichen gesundheitsgefährdenden Wirkungen.

Gesundheitsgefährdende WirkungenBeispiele
1. atemweg- und lungenbelastende Stoffezum Beispiel Eisenoxide, Aluminiumoxid, nitrose Gase, Ozon
2. toxische oder toxisch-irritative Stoffezum Beispiel Fluoride, Manganoxid, Kupferoxid, Aldehyde (beim Löten mit kolophoniumhaltigen Flussmitteln), Ozon, Kohlenmonoxid
3. krebserzeugende Stoffezum Beispiel Chrom(VI)-Verbindungen, Nickeloxide

In der TRGS 528 "Schweißtechnische Arbeiten" werden in Tabelle 1 (s.u.) Schweißverfahren hinsichtlich ihrer Gefährdung in Abhängigkeit von der Partikelemission (Emissionsrate), werkstoffspezifischer Faktoren und der gesundheitsgefährdenden Wirkungen bewertet.

VerfahrenEmissionsrate (mg/s) Gefährdungsklasse der Verfahren
atemweg- und lungenbelastende Stoffe toxische oder toxisch-irritative Stoffekrebserzeugende Stoffe
UP < 1niedrigniedrigniedrig
Gasschweißen (Autogenverfahren)< 1niedrigniedrig-
WIG < 1niedrigmittelmittel
Laserstrahlschweißen ohne Zusatzwerkstoff1 bis 2mittelhochhoch
MIG/MAG
(energiearmes Schutzgasschweißen)
1 bis 4niedrigmittelmittel bis hoch
LBH, MIG (allgemein)2 bis 8hochhochhoch
MAG (Massivdraht), Fülldrahtschweißen mit Schutzgas, Laserstrahlschweißen mit Zusatzwerkstoff6 bis 25hochhochhoch
MAG (Fülldraht); Fülldrahtschweißen ohne Schutzgas> 25sehr hochsehr hochsehr hoch
Löten< 1 bis 4niedrigmittelmittel
Autogenes Brennschneiden> 25sehr hochsehr hochsehr hoch
Lichtbogenspritzen> 25sehr hochsehr hochsehr hoch
Tabelle 1:Beispiele für die Bewertung der Verfahren anhand der Partikelemission (Emissionsraten) unter Berücksichtigung werkstoffspezifischer Faktoren bzw. gesundheitsgefährdender Wirkungen; Zuordnung zu Gefährdungsklassen

Informationen zur Bewertung von Schweißverfahren können z.B. auch dem jeweiligen Schweißrauchdatenblatt nach DIN EN ISO 15011-4 entnommen werden.

Als Obergrenze für die Beurteilung der Exposition gegenüber Schweißrauchen ist eine Luftkonzentration in Höhe des Allgemeinen Staubgrenzwertes (A-Staubfraktion) von 3 mg/m3 heranzuziehen. Insbesondere beim Lichtbogenhandschweißen und beim Schutzgasschweißen mit Aktivgas (MAG) treten Schweißrauche in erheblichem Maß auf. Bei der Verwendung von hochlegierten umhüllten Stabelektroden beim Lichtbogenhandschweißen oder beim Schweißen mit hochlegierten chromhaltigen Fülldrähten entstehen krebserzeugende Chrom(VI)-Verbindungen und in geringen Mengen krebserzeugende Nickeloxide. Beim Schweißen mit basisch umhüllten Stabelektroden entstehen giftige Fluoride. Beim Schweißen von verzinkten Materialien ist mit der Freisetzung von Zinkoxidrauch zu rechnen.

Eine geringe Exposition kann vorliegen, wenn schweißtechnische Arbeiten nur kurzzeitig ausgeführt werden (weniger als eine halbe Stunde je Schicht und weniger als zwei Stunden pro Woche).

Beispiele für Arbeiten können sein:

  • Reparaturschweißarbeiten an Fahrzeugen,

  • Heftarbeiten von Rohrhaltern sowie

  • Hartlötarbeiten im Heizungsbau.

Bei schweißtechnischen Arbeiten in engen Räumen oder in Bereichen mit geringem Luftaustausch ist jedoch grundsätzlich mit einer hohen Exposition zu rechnen. Auch bei Schweißarbeiten, die in einer Zwangshaltung ausgeführt werden müssen, ist von einer hohen Exposition auszugehen, da die Schweißrauche dabei unmittelbar in den Atembereich des Schweißers gelangen können.

Werden an Schweißarbeitsplätzen auch mechanische Bearbeitungsvorgänge an stationären Anlagen oder mit handgeführten Geräten durchgeführt (Schleifen, Trennen, Putzen, Polieren etc.), entstehen aus den zu bearbeitenden Werkstücken sowie den eingesetzten Schleifmitteln durch mechanischen Abtrag zusätzliche Partikelemissionen.

Beim Anschleifen von Elektroden ist mit der Freisetzung von gesundheitsgefährlichen Stäuben zu rechnen, so dass eine Absaugung erforderlich ist. Dies gilt insbesondere für das Schleifen thoriumhaltiger Elektroden.

Ausführliche Informationen über die beim Schweißen auftretenden Gefahrstoffe sind den Informationen "Schadstoffe beim Schweißen und bei verwandten Verfahren" (BGI 593), "Nitrose Gase beim Schweißen, Schneiden und bei verwandten Verfahren" (BGI 743) sowie "Beurteilung der Gefährdung durch Schweißrauche" (BGI 616) zu entnehmen.

Schutzmaßnahmen

Die Schweißrauchexposition ist so gering wie möglich zu halten. Dabei ist eine Maßnahmenrangfolge zu beachten:

  1. 1.

    Auswahl von gefahrstoffarmen Verfahren und Zusatzwerkstoffen (Substitution),

  2. 2.

    Lüftungstechnische Maßnahmen,

  3. 3.

    Organisatorische und hygienische Maßnahmen,

  4. 4.

    Persönliche Schutzmaßnahmen.

Auswahl von gefahrstoffarmen Verfahren und Zusatzwerkstoffen (Substitution)

Bei folgenden Verfahren ist mit einer geringen Gefahrstofffreisetzung zu rechnen:

  1. 1.

    Unterpulverschweißen (UP-Schweißen),

  2. 2.

    Wolfram-Inertgasschweißen (WIG-Schweißen) mit thoriumoxidfreien Wolframelektroden,

  3. 3.

    Energiearmes Schutzgasschweißen,

  4. 4.

    Impuls-Lichtbogentechnik,

  5. 5.

    Plasmaschneiden mit Wasserbadabdeckung.

Die Anwendung der Impuls-Lichtbogentechnik beim MIG/MAG-Schweißen ist - soweit technisch möglich - vorrangig einzusetzen. Durch die Anwendung dieser Technik sind die Schweißrauchemissionsraten erheblich geringer als beim konventionellen MIG/MAG-Schweißen.

Müssen Chrom-Nickel-Stähle mit basisch umhüllten Elektroden geschweißt werden, ist zu prüfen, ob Verfahren eingesetzt werden können, die geringere Chrom-VI-Emissionen freisetzen als beim Lichtbogenhandschweißen. Beim Metall-Inertgasschweißen (MIG) ist die Rauchentwicklung in den meisten Fällen geringer als beim MAG-Schweißen, sofern Kupfer nicht enthalten ist. Das schadstoffärmste Verfahren zum Schweißen von Werkstoffen, die Chrom und Nickel enthalten, ist das Wolfram-Inertgas-Schweißen (WIG).

Lüftungstechnische Maßnahmen

Absaugung
Lüftungstechnische Maßnahmen sind geeignet, wenn sie die Gefährdung der Beschäftigten durch Gefahrstoffe auf ein Minimum verringern. Dies hat bei schweißtechnischen Arbeiten vorrangig durch Absaugung der Gefahrstoffe im Entstehungsbereich zu erfolgen.

Zur Verminderung der Schweißrauchexposition haben sich eine Reihe von Absaugmaßnahmen in der Praxis bewährt. So sind zum Beispiel brennerintegrierte Absaugungen geeignet, direkt im Entstehungsbereich die Schweißrauche abzusaugen.

Eine andere Art von Schweißrauchabsaugung sind Anlagen mit Erfassungselement. Diese Anlagen können stationär oder als mobile Erfassungseinrichtung (mit Partikelfilter) betrieben werden (siehe Abb. 5). Entscheidend für die Wirksamkeit der Absaugung ist, dass der Schweißer das Erfassungselement (zum Beispiel Trichter mit Prallplatte) möglichst dicht an die Entstehungsstelle heran- und erforderlichenfalls nachführt [siehe auch Regel "Arbeitsplatzlüftung - Lufttechnische Maßnahmen" (BGR 121)].

Abb. 5
Schweißarbeitsplatz mit Absaugung

Organisatorische Maßnahmen (Optimierung der Arbeitsbedingungen)

Durch die Wahl günstiger Schweißparameter kann die Entstehung von Schweißrauchen stark verringert werden.

So sind unter Berücksichtigung der Herstellerangaben sowohl beim Lichtbogenhandschweißen als auch bei MAG/MIG-Schweißen möglichst niedrige Werte für Schweißspannung und Schweißstromstärke zu wählen. Auch die Menge des Schutzgases ist unter Berücksichtigung der Herstellerangaben niedrig zu halten.

Bei der Schutzgaszusammensetzung sind höhere Anteile von Edelgasen (zum Beispiel Argon) empfehlenswert. Der Kohlendioxidanteil sollte möglichst gering sein.

In der Autogentechnik sollte möglichst eine kleine Brennergröße bzw. eine kleine Flammenlänge gewählt werden.

Müssen oberflächenbeschichtete Werkstücke geschweißt werden, sind die Beschichtungen im Schweißbereich vorher zu entfernen (mechanisch oder mit entsprechenden Reinigungsmitteln).

Die Position des Schweißers hat auch einen Einfluss auf die auf Grund der Thermik aufsteigenden Schweißrauche. Das Werkstück sollte deshalb möglichst so positioniert werden, dass sich der Schweißer nicht über die Schweißstelle beugen muss.

Betriebsanweisung und Unterweisung
Die Beschäftigten sind über eine sichere Arbeitsweise zu unterweisen, wobei folgende Aspekte in der Unterweisung zu beachten sind:

  1. 1.

    Die bei dem verwendeten Schweißverfahren freigesetzten Gefahrstoffe und die dabei auftretenden Gefährdungen,

  2. 2.

    die Auswirkungen von schweißtechnischen Parametern,

  3. 3.

    die Schweißposition,

  4. 4.

    die Arbeitsposition (Körperhaltung),

  5. 5.

    die richtige Anwendung der lüftungstechnischen Einrichtungen,

  6. 6.

    die einzusetzende Persönliche Schutzausrüstung,

  7. 7.

    die allgemeine arbeitsmedizinisch-toxikologische Beratung einschließlich der Erläuterung der Angebotsuntersuchungen,

  8. 8.

    Hygienemaßnahmen,

  9. 9.

    Verhalten bei Betriebsstörungen und

  10. 10.

    Erste Hilfe.

Die arbeitsmedizinische toxikologische Beratung soll die Beschäftigten über die Gesundheitsgefahren der Hauptkomponenten der Schweißrauche, wie Metalloxide, Fluoride, sowie irritativ-toxisch wirkende Gase (Ozon, nitrose Gase) unterrichten. Auch auf die ggf. entstehenden weiteren Komponenten, insbesondere aus den Beschichtungen und den nicht metallischen Begleitkomponenten ist hinzuweisen. Dabei sollen die Zusammenhänge zwischen der Partikelgröße und der Lungengängigkeit dargestellt werden, da Schweißrauche überwiegend aus kleinen und sehr kleinen Partikeln bestehen (A-Fraktion bzw. ultrafeine Stäube). Es ist zu erläutern, dass durch das Einatmen der Schweißrauche Erkrankungen der Atemwege wie chronische Bronchitis und Asthma entstehen können. Rauchen erhöht das Risiko einer Atemwegserkrankung. Es ist ferner zu erläutern, dass für bestimmte Schweißverfahren und Materialen das Risiko einer Krebserkrankung, z.B. durch Chrom (VI)-Verbindungen oder Nickel besteht. Es ist auch darauf hinzuweisen, dass bestimmte Gefahrstoffe auch Sensibilisierungen (Chrom, Nickel) verursachen können.

Persönliche Schutzausrüstung
Beim Schweißen sind zunächst Schutzausrüstungen wichtig, die gegen optische Strahlung, Hitze und Funken Schutz bieten.

Der Einsatz von Atemschutz darf nur dann erfolgen, wenn alle technischen und organisatorischen Maßnahmen ausgeschöpft worden sind. So kann es zum Beispiel beim Schweißen in engen Räumen und in Behältern dazu kommen, dass eine Absaugung der Schweißrauche an der Entstehungsstelle nicht möglich bzw. nicht ausreichend ist. In diesen Fällen ist der Einsatz eines Schweißerschutzhelms mit Frischluftzufuhr geeignet. Unzulässig sind Filtergeräte wegen der Gefahr des Sauerstoffmangels.

Wirksamkeitsüberprüfung
Die Wirksamkeit der getroffenen Schutzmaßnahmen ist regelmäßig zu überprüfen. So sind Lüftungs- und Absaugeinrichtungen mindestens einmal jährlich auf ihre ausreichende Funktion und Wirksamkeit zu überprüfen. Tabelle 2 der TRGS 528 beschreibt den Stand der Technik anhand von Expositionsdaten. Hinweise zur Wirksamkeitsüberprüfung sind der Anlage 2 der TRGS 528 zu entnehmen.

Arbeitsmedizinische Vorsorge
Bei Überschreitung einer Schweißrauchkonzentration von 3 mg/m3 sind Vorsorgeuntersuchungen nach der Verordnung zur arbeitsmedizinischen Vorsorge (ArbMedVV) durchzuführen, ansonsten sind sie anzubieten. Ob die dafür erforderlichen Bedingungen vorliegen, muss im Rahmen der Gefährdungsbeurteilung geklärt werden.