Warum Schweißrauch aus Aluminium ohne entsprechende Vorsichtsmaßnahmen gefährlich sein kann

Schweißer und ihre Arbeitgeber sollten sich der Gefahren und Gesundheitsrisiken bewusst sein, die mit den Schweißdämpfen einhergehen, die beim Schweißen von Nichteisenmetallen wie Aluminium entstehen. RoboVent

Beim Schweißen von Aluminium entstehen gefährliche Dämpfe, die den gesamten Körper, einschließlich des Gehirns und des Nervensystems, schädigen können. Wie viel Schweißrauchbelastung ist zu hoch? Und wie können Werkstätten die Expositionsrisiken für Schweißer verringern? Hier erfahren Sie, was Schweißer und Schweiß-/Fertigungsbetriebe über die Gefahren des Aluminiumschweißens wissen sollten.

Bei thermischen Prozessen wie Schweißen entstehen sehr kleine Partikel (im Submikronbereich), die in die Lunge eingeatmet und über die Atemwege vom Körper aufgenommen werden können. Obwohl alle Schweißdämpfe beim Einatmen gefährlich sind, hängen die spezifischen Gesundheitsrisiken von der Zusammensetzung des Rauchs ab. Die verwendeten Grundwerkstoffe und Zusatzwerkstoffe bestimmen die Schweißrauchzusammensetzung. Beim Schweißen von Nichteisenmetallen entsteht durch die hohe Hitze des Schweißprozesses eine Mischung aus Metalloxiden; rauchende, nicht oxidierte Metallpartikel; Schutzgase; und Ozon.

Aluminiumschweißrauch enthält rauchende Aluminium- und Aluminiumoxidpartikel sowie andere in der Legierung verwendete Metalle, darunter Kupfer, Zink, Magnesium, Silizium, Mangan und Lithium. Während ein Teil des Rauchs vom Grundmetall erzeugt wird, stammt ein erheblicher Teil von den beim Schweißprozess verwendeten Verbrauchsmaterialien.

Für Aluminiumschweißanwendungen werden üblicherweise Wolfram-Inertgas (WIG) oder Metall-Inertgas (MIG) verwendet. Jede Methode erzeugt unterschiedliche Arten von Dämpfen und birgt unterschiedliche Gesundheitsrisiken:

Beim MIG- und WIG-Schweißen von Aluminium entsteht außerdem tendenziell ein hoher Ozongehalt, der auf eine Reaktion zwischen der vom Schweißlichtbogen erzeugten ultravioletten Strahlung und dem Sauerstoff in der Luft zurückzuführen ist. Beim Aluminiumschweißen mit einem Aluminiumfüllstoff mit Silizium entstehen tendenziell die höchsten Ozonwerte. Aluminiumschweißrauch kann auch andere Gase enthalten, darunter Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und Stickstoffdioxid.

Der Kontakt mit rauchendem Aluminium und Aluminiumoxiden kann sowohl akute als auch chronische Erkrankungen verursachen, die von Lungenerkrankungen bis hin zu Schäden des Nervensystems reichen. Zu den akuten Symptomen der Exposition gegenüber Aluminiumschweißrauch gehören:

Eine langfristige Exposition kann zu einer Reihe chronischer Erkrankungen führen:

Die beim Schweißen von Aluminium entstehende Ozonbelastung hat sowohl kurz- als auch langfristige Auswirkungen auf die Gesundheit. Zu den kurzfristigen Auswirkungen gehören Augen-, Nasen-, Rachen- und Lungenreizungen; Kopfschmerzen; und vorübergehend verminderte Lungenfunktion. Zu den langfristigen gesundheitlichen Auswirkungen der Ozonbelastung zählen Asthma und chronische Lungenerkrankungen.

In den USA legt die Occupational Safety and Health Administration (OSHA) zulässige Expositionsgrenzwerte (PELs) für Schweißrauche als Ganzes und für einzelne Elemente fest, die in Schweißrauchen enthalten sein können. Diese PELs stellen einen gesetzlichen Grenzwert dar; Die Werkstätten sind dafür verantwortlich, sicherzustellen, dass Schweißer keinem Rauch und seinen Rauchbestandteilen oberhalb der PEL-Werte ausgesetzt sind.

Geschäfte sollten außerdem die vom National Institute for Occupational Safety and Health und der American Conference of Governmental Industrial Hygienists empfohlenen Expositionsgrenzwerte kennen. Diese Richtlinien basieren auf wissenschaftlichen Erkenntnissen über gesundheitliche Auswirkungen und liegen häufig unter dem PEL der OSHA (siehe Abbildung 1). Obwohl sie nicht rechtsverbindlich sind, können Arbeitgeber strengere Grenzwerte anstreben, um die Sicherheit der Arbeitnehmer zu erhöhen und Gesundheitsrisiken zu verringern.

ABBILDUNG 1. PEL-Werte und empfohlene Expositionsgrenzwerte für ausgewählte Luftschadstoffe werden als zeitgewichtete Mittelwerte über acht Stunden dargestellt.

Zusätzlich zu den gesundheitlichen Auswirkungen von Schweißrauch müssen Unternehmen möglicherweise auch mögliche Verbrennungsrisiken berücksichtigen. Es wird allgemein angenommen, dass Schweißrauch nicht brennbar ist, da das Material bereits durch den Schweißprozess oxidiert ist. Wissenschaftliche Studien haben jedoch ergeben, dass Schweißrauch in vielen Fällen eine Mischung aus oxidiertem und nicht oxidiertem Material enthält. Nicht oxidierter Aluminiumstaub ist unter den richtigen Bedingungen hochexplosiv. Aus diesem Grund ist es in der Regel ratsam, Schweißrauch auf sein Explosionspotenzial einschließlich der Kst- und Pmax-Werte (sogenannte Explosionsindizes) untersuchen zu lassen. Wenn festgestellt wird, dass der Schweißrauch brennbar ist, müssen bei der Auslegung des Staubabsaugsystems entsprechende Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden.

Aufgrund der Risiken, die mit der Exposition gegenüber alveolengängigen Metallen und Metalloxiden beim Schweißen von Nichteisenmaterialien verbunden sind, ist es wichtig, über eine Kontrollstrategie zu verfügen. Beim Entwerfen einer Kontrollstrategie für gefährliche Schweißrauche ist es wichtig, die Hierarchie der Kontrollen im Auge zu behalten (siehe Abbildung 2). Nach diesem Prinzip müssen Betriebe Strategien von oben in der Hierarchie ausprobieren (z. B. die Beseitigung von Gefahren), bevor sie sich auf Strategien von unten verlassen (z. B. die Implementierung administrativer Kontrollen). Beispielsweise können Unternehmen ihre Mitarbeiter nicht einfach dazu verpflichten, sich auf persönliche Schutzausrüstung (PSA) zu verlassen, um die Schweißrauchexposition zu reduzieren, wenn es möglich ist, den PEL durch technische Maßnahmen wie Staubabsaugung und Belüftung einzuhalten.

Der erste Schritt bei der Festlegung einer Strategie zur Schweißrauchminderung sollte darin bestehen, die aktuellen Expositionswerte zu ermitteln. Tests sollten auch zur Validierung von Systemen eingesetzt werden, sobald diese installiert sind. Die Prüfung der Luftqualität kann einen oder beide der folgenden Schritte umfassen:

Der Verzicht auf Aluminium und Schweißzusatzstäbe ist in der Regel keine Option. Das bedeutet, dass technische Kontrollen wie Staubabscheidung und Belüftung in der Regel die erste Verteidigungslinie gegen gefährliche Schweißemissionen aus Aluminium darstellen.

Wenn möglich, bevorzugen Experten ein Quellenerfassungssystem für die Schweißrauchabsaugung. Diese Systeme erfassen Dämpfe in der Nähe der Quelle, um sie von der Atemzone fernzuhalten und ihre Ausbreitung durch die Anlage zu verhindern:

In den meisten Fällen wird das Quellenerfassungssystem zu einem industriellen Staubabscheider geleitet, der Schadstoffe zur Entsorgung aus der Luft filtert und saubere, gefilterte Luft in die Anlage zurückführt. Wenn eine Quellenerfassung nicht möglich ist (z. B. aufgrund der Größe der Teile oder der Verwendung von Laufkränen), können Schweißrauche durch allgemeine Belüftung oder ein Umgebungsstaubsammelsystem kontrolliert werden. Ein Umgebungssystem muss so konzipiert sein, dass es die Dämpfe vom Arbeitsplatz ableitet und saubere, frische Luft in den Arbeitsbereich zurückführt, um die Schadstoffe auf ein sicheres Niveau zu verdünnen. Sowohl für die Erfassung an der Quelle als auch für die Umgebungserfassung ist die Luftfiltration mit einem Staubabscheider der einfachen Ableitung kontaminierter Luft ins Freie vorzuziehen, was zu einer Nichteinhaltung der Umweltvorschriften in der Anlage führen kann.

Wenn die PEL-Werte nicht allein durch technische Kontrollen eingehalten werden können, kann für Mitarbeiter, die in Bereichen mit hoher Belastung arbeiten, PSA wie motorbetriebene luftreinigende Atemschutzgeräte erforderlich sein. Beachten Sie, dass technische Kontrollen als primäre Abhilfemaßnahme eingesetzt werden müssen; PSA sollte nur dann verwendet werden, wenn die PELs nicht auf andere Weise erreicht werden können.

Wenn festgestellt wird, dass der Schweißrauch brennbar ist, muss das Staubsammelsystem mit geeigneten Brand- und Verpuffungsschutzsystemen ausgestattet sein, um das Risiko einer gefährlichen Explosion im Inneren des Sammlers oder der Rohrleitungen zu verringern. Das System muss den OSHA-Vorschriften und den Standards der National Fire Protection Association für Brand- und Explosionssicherheit entsprechen.

Der Schutz der Schweißer vor gefährlichen Emissionen muss für Werkstätten, die Aluminiumschweißen durchführen, Priorität haben. Während die Grundsätze der Schweißrauchsicherheit bei allen Materialien weitgehend gleich bleiben, ist es hilfreich, die spezifischen Risiken der Materialien zu verstehen, mit denen Sie arbeiten. Wenn Sie die Risiken und Expositionsgrenzwerte verstehen, können Sie ein System entwerfen, das alle vor gefährlichen Schweißemissionen schützt.

ABBILDUNG 2. Werkstätten sollten mithilfe der Hierarchie der Kontrollen eine Kontrollstrategie für gefährliche Schweißrauche entwerfen und umsetzen.