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BGI 746 / DGUV Information 209-049 - Umgang mit thoriumoxidhaltigen Wolframelektroden beim Wolfram-Inertgasschweißen (WIG)
Berufsgenossenschaftliche Informationen für Sicherheit und Gesundheit bei der Arbeit (BGI)
(bisher ZH 1/522)
- Thomas Ludwig; Vilia Elena Spiegel-Ciobanu; Dr. Alfred Johannknecht -
(Ausgabe 2002; 2007 aufgehoben)
Vorwort
Die vorliegende BG-Information wurde mit Unterstützung des Arbeitskreises "Schadstoffe in der Schweißtechnik" im Fachausschuss "Metall und Oberflächenbehandlung" der Berufsgenossenschaftlichen Zentrale für Sicherheit und Gesundheit - BGZ des Hauptverbandes der gewerblichen Berufsgenossenschaften in Zusammenarbeit mit dem Fachbereich "Strahlenschutz" der Berufsgenossenschaft der Feinmechanik und Elektrotechnik aktualisiert und wird von der Vereinigung der Metall-Berufsgenossenschaften in neuer Fassung herausgegeben.
Diese BG-Information richtet sich in erster Linie an den Unternehmer und soll ihm Hilfestellung bei der Umsetzung seiner Pflichten aus staatlichen Arbeitsschutzvorschriften, Unfallverhütungsvorschriften und ggf. Regeln geben sowie Wege aufzeigen, wie Arbeitsunfälle, Berufskrankheiten und arbeitsbedingte Gesundheitsgefahren vermieden werden können.
Sie enthält Hinweise zum sicheren Umgang mit thoriumoxidhaltigen Wolframelektroden für das Wolfram-Inertgasschweißen und beschreibt die notwendigen Schutzmaßnahmen, die ergriffen werden müssen, um mögliche Gefährdungen beim Umgang mit diesen Elektroden auszuschließen oder auf ein vertretbares Maß zu minimieren.
Der Unternehmer kann bei Beachtung der in dieser BG-Information enthaltenen Empfehlungen, insbesondere den beispielhaften Lösungsmöglichkeiten, davon ausgehen, dass er die in der BG-Regel "Betreiben von Arbeitsmitteln" (BGR 500) Teil 2, Kap. 2.26 "Schweißen, Schneiden und verwandte Verfahren" und der BG-Regel "Schweißrauche" (BGR 220) geforderten Schutzziele erreicht. Dies gilt jedoch auch für andere als die hier beschriebenen Lösungen, vorausgesetzt, sie erreichen mindestens deren Schutzniveau. Sind zur Konkretisierung staatlicher Arbeitsschutzvorschriften von den dafür eingerichteten Ausschüssen technische Regeln ermittelt worden, sind diese vorrangig zu beachten.
Anmerkung:
Die Unfallverhütungsvorschrift "Schweißen, Schneiden und verwandte Verfahren" (BGV D1), Ausgabe 2002, wurde Ende 2004 zurückgezogen. Die BGV D1 wurde überführt in die BG-Regel "Schweißrauche" (BGR 220) und in die BG-Regel "Betreiben von Arbeitsmitteln" (BGR 500) Teil 2, Kap. 2.26.
Diese BG-Regeln - in Zusammenhang mit der Gefahrstoffverordnung (GefStoffV) und der Strahlenschutzverordnung (StrlSchV) - geben den Stand der Technik und die aktuelle Rechtslage, auf die die hier genannten Schutzmaßnahmen beruhen, wieder.
1 Rechtliche Bestimmungen und Regeln der Technik
1.1 BG-Regel "Betreiben von Arbeitsmitteln" (BGR 500) Teil 2, Kap. 2.26 "Schweißen, Schneiden und verwandte Verfahren" und BG-Regel "Schweißrauche" (BGR 220)
Abschnitt 6.1 der BGR 220 "Auswahl von schadstoffarmen Verfahren und Zusatzwerkstoffen" lautet:
"(6.1.1) Der Arbeitgeber hat unter Beachtung der schweißtechnischen Machbarkeit diejenigen Schweiß-, Schneid- und verwandten Verfahren auszuwählen, bei denen die Freisetzung von Schadstoffen möglichst gering ist."
"(6.1.5) Beim WIG-Schweißen mit thoriumoxidhaltigen Wolframelektroden enthält der Schweißrauch geringfügige Anteile an radioaktiven Stoffen. Diese sind beim Schweißen mit Gleichstrom wesentlich niedriger als beim Schweißen mit Wechselstrom."
Abschnitt 6.2 der BGR 220 "Optimierung der Arbeitsbedingungen" lautet:
"(6.2.2) Der Arbeitgeber hat dafür zu sorgen, dass Arbeitspositionen eingenommen werden können, bei denen die Einwirkung der entstehenden Schadstoffe auf die Beschäftigten gering ist."
"(6.2.3) Aus zwingenden technischen Gründen kann von den Absätzen 6.1 und 6.2 abgewichen werden."
Das WIG-Schweißen mit thoriumoxidfreien Elektroden entspricht dem Verfahren nach Abschnitt 6.1.1 der vorstehend genannten BGR 220. Thoriumoxidhaltige Wolframelektroden dürfen entsprechend Abschnitt 6.2.3 der BGR 220 nur noch aus zwingenden technischen Gründen verwendet werden. Hierbei sind die Vorgaben der Strahlenschutzverordnung zu beachten.
1.2 Strahlenschutzverordnung
Der Umgang mit radioaktiven Stoffen unterliegt der Strahlenschutzverordnung (StrlSchV). Die neue Strahlenschutzverordnung vom 1. August 2001 enthält auch Regelungen zum Schutze von Berufstätigen und Bevölkerung bei natürlich vorkommenden radioaktiven Stoffen. In § 3 der Strahlenschutzverordnung definiert der Begriff "Arbeiten" den Umgang mit bestimmten natürlichen radioaktiven Stoffen. In der Anlage XI der Strahlenschutzverordnung werden explizit bestimmte "Arbeiten" aufgeführt, bei denen erheblich erhöhte Strahlenexpositionen auftreten können. Darunter benannt sind auch das Schleifen von und Wechselstromschweißen mit thorierten Schweißelektroden.
Grundsätzlich gilt § 94 der Strahlenschutzverordnung. Dieser gibt vor, dass Maßnahmen zu treffen sind, um unter Berücksichtigung aller Umstände des Einzelfalls die Strahlenexposition so gering wie möglich zu halten (Minimierungsgebot).
Werden thoriumoxidhaltige Schweißelektroden angeschliffen oder wird damit WIGSchweißen mit Wechselstrom durchgeführt, so ist vom Unternehmer innerhalb von sechs Monaten nach Beginn der Arbeiten eine auf den Arbeitsplatz bezogene Abschätzung der Körperdosis durchzuführen (§ 95 Abs. 1 Strahlenschutzverordnung). Werden die zuvor genannten Arbeitsplätze so verändert, dass höhere Strahlenexpositionen auftreten können, so ist eine Abschätzung erneut unverzüglich durchzuführen. Hilfen für eine Abschätzung werden in Abschnitt 3 gegeben.
Ergibt die nach § 95 Abs. 1 Strahlenschutzverordnung geforderte Abschätzung, dass die jährliche effektive Dosis 6 mSv überschreiten kann, so ist innerhalb von drei Monaten eine Anzeige an die nach Landesrecht zuständige Stelle für den Arbeitsschutz zu erstatten. Dann ist die Körperdosis nicht mehr nur abzuschätzen, sondern innerhalb von neun Monaten nach Beginn der Strahlenexposition durch geeignete Verfahren zu messen (§ 95 Abs. 2 Strahlenschutzverordnung).
Eine verlässliche Aussage über die Strahlenexposition, insbesondere die mögliche Inkorporation von Thorium, kann nur eine repräsentative Messung der Aktivitätskonzentration in der Luft am Arbeitsplatz bringen. Repräsentativ für die tatsächlichen Arbeitsplatzverhältnisse ist eine personenbezogene Luftprobenahme im Atembereich. Bei diesem Verfahren ist aufgrund des geringen Probendurchsatzes eine kostenaufwendige Analyse der Probenahmefilter erforderlich.
Bei einer möglichen Überschreitung der effektiven Jahresdosis von 6 mSv sind Schutzmaßnahmen zur Dosisreduzierung vorzusehen. Die Messergebnisse, die vorgesehenen Maßnahmen zur Dosisreduzierung, die konkrete Art der Arbeit und die Anzahl der betroffenen Personen sind der zuständigen Behörde anzuzeigen.
Für den anzeigepflichtigen Umgang mit thorierten Wolframelektroden gilt:
Anmerkung:
Dies kommt zwangsläufig einem Verbot des Umgangs mit thorierten Elektroden gleich, da dies anders nicht zu gewährleisten ist.
1.3 Lüftungstechnische Maßnahmen nach BG-Regel "Schweißrauche" (BGR 220), Abschnitt 6.3
Unabhängig von der Auswahl der Verfahren hat der Arbeitgeber nach der Gefahrstoffverordnung unter Berücksichtigung von Verfahren, Werkstoffen und Einsatzbedingungen geeignete lüftungstechnische Maßnahmen zu ergreifen.
Im Abschnitt 6.3 der BGR 220 werden in Abhängigkeit von Verfahren und Werkstoffen lüftungstechnische Maßnahmen aufgeführt, die im Regelfall den Forderungen der Gefahrstoffverordnung und der Strahlenschutzverordnung genügen (Bild 1-1).
Bild 1-1: Lüftung in Räumen bei Verfahren mit/ohne Zusatzwerkstoff (Auszug aus BGR 220)
Verfahren | Zusatz- oder Grundwerkstoff | Schweißen an beschichtetem Stahl | |
Unlegierter und niedriglegierter Stahl, Aluminium- Werkstoffe | Hochlegierter Stahl, NE-Werkstoffe (außer Aluminium-Werkstoffe ) | ||
WIG-Schweißen mit thoriumoxidfreien Wolframelektroden | T | A/T | T |
WIG-Schweißen mit thoriumoxidhaltigen Wolframelektroden | A | A | A |
T = technische (maschinelle) Raumlüftung A = Absaugung im Entstehungsbereich der Schadstoffe |
1.4 DIN EN 26848 "Wolframelektroden für Wolfram-Schutzgasschweißen"
In der Norm werden die verschiedenen Elektroden für das WIG-Schweißen spezifiziert. Die Tabelle in Bild 1-2 gibt die genormten Farbcodierungen der Zündelektroden an:
Bild 1-2: Genormte Farbcodierung der Zündelektroden
Kurzzeichen | Oxidzusatz % (m/m) | Art des Zusatzes | Kennfarbe |
WP | - | Kein Zusatz | grün |
WT4 | 0,35 bis 0,55 | Thoriumdioxid ThO2 | blau |
WT10 | 0,80 bis 1,20 | Thoriumdioxid ThO2 | gelb |
WT20 | 1,70 bis 2,20 | Thoriumdioxid ThO2 | rot |
WT30 | 2,80 bis 3,20 | Thoriumdioxid ThO2 | violett |
WT40 | 3,80 bis 4,20 | Thoriumdioxid ThO2 | orange |
WZ3 | 0,15 bis 0,50 | Zirkondioxid ZrO2 | braun |
WZ8 | 0,70 bis 0,90 | Zirkondioxid ZrO2 | weiß |
WL10 | 0,90 bis 1,20 | Lanthandioxid LaO2 | schwarz |
WC20 | 1,80 bis 2,20 | Cerdioxid CeO2 | grau |
Anmerkung: | In der nachfolgenden Aufstellung sind weitere, jedoch nicht genormte Farbcodierungen wiedergegeben. | ||
Kurzzeichen | Oxidzusatz % (m/m) | Art des Zusatzes | Kennfarbe |
WC10 | 0,90 bis 1,20 | Cerdioxid CeO2 | rosa |
WL20 Witstar | 1,80 bis 2,20 | Lanthantrioxid La2O3 | blau |
WS2 Witstar | seltene Erden Mischdotierung | Lanthantrioxid La2O3
Ytriumtrioxid Y2O3 | türkis |
2 Gefährdungen
2.1 Allgemeine Gefährdungen durch radioaktive Stoffe, speziell durch Thorium
Die besondere Gefährdung beim Umgang mit radioaktiven Stoffen geht von der energiereichen Strahlung dieser Stoffe aus. Das Gefährdungspotenzial hängt insbesondere ab von der
Thorium emittiert im Wesentlichen Alpha-Strahlung, seine Zerfallsprodukte Alpha- und Beta-Strahlung. Zusätzlich wird auch Gamma-Strahlung emittiert. Die Besonderheit der alpha-strahlenden Stoffe bzw. der Alpha-Strahlung liegt darin, dass sie
Diese Besonderheit führt bei den verschiedenen Umgangsarten mit den thoriumoxidhaltigen Wolframelektroden zu unterschiedlichem Gefährdungspotenzial. Die Verwendung von thoriumoxidhaltigen Wolframelektroden kann deshalb beim Schweißen und beim Anschleifen durch die Inhalation von Schweißrauchen oder Schleifstäuben, die Thoriumoxid beinhalten, zu einer inneren Strahlenexposition (interne Exposition) führen.
Andererseits bewirkt z.B. das Lagern dieser Elektroden eine äußere Strahlenexposition (externe Exposition). Die Inhalation von Stäuben oder Rauchen führt zu einem erheblich höheren Gefährdungspotenzial (vorwiegend durch Alpha-Strahlung) als das Lagern von Elektroden (durch Gamma- und Beta-Strahlung).
Dadurch, dass die Alpha-Strahlung eine wesentlich geringere Reichweite als Gamma- und Beta-Strahlung hat, vermag sie die äußere Hautschicht nicht zu durchdringen und ist bei der Bewertung der äußeren Exposition ohne Belang.
Die innere Strahlenexposition durch das Einatmen von thoriumoxidhaltigen Rauchen und Stäuben ist besonders schädlich, da das so in den Körper gelangte Thorium sich bevorzugt in den Knochen ablagert. Dort kann die Alpha-Strahlung Knochenhaut und Knochenmark schädigen. Die Lunge und die Leber können nach Inhalation von Thoriumoxid ebenfalls eine nennenswerte Strahlenexposition erhalten. Andere Organe sind in wesentlich geringerem Maße betroffen.
Die Gefährdung durch Verschlucken von thoriumoxidhaltigen Stäuben ist aufgrund der schweren Löslichkeit des Thoriumoxids gegenüber der Gefährdung durch Inhalation zu vernachlässigen.
2.2 Gefährdungspotenzial beim Schweißen mit thoriumoxidhaltigen Wolframelektroden
Beim WIG-Schweißen mit thoriumoxidhaltigen Wolframelektroden entstehen Rauche, die Thoriumoxid beinhalten. Hier kann durch Inhalation dieser Rauche eine Gefahr durch interne Strahlenexposition auftreten. Ein Maß für die Gefährdungsabschätzung ist dabei der Grenzwert für die effektive Dosis1 für nicht beruflich strahlenexponierte Personen bei "Arbeiten" (also auch beim Umgang mit den thorierten WIG-Elektroden) in Höhe von 6 mSv pro Jahr.
Untersuchungsergebnisse haben Folgendes gezeigt:
2.3 Gefährdungspotenzial beim Schleifen mit thoriumoxidhaltigen Wolframelektroden
Beim Anschleifen von thoriumoxidhaltigen Wolframelektroden kommt es zu einer Freisetzung radioaktiven Staubes, verbunden mit der Gefahr einer internen Strahlenexposition durch Inhalation.
Untersuchungsergebnisse haben gezeigt:
2.4 Gefährdungspotenzial bei kombinierter Tätigkeit
Bei einer kombinierten Tätigkeit (Schweißen und Schleifen) addieren sich die jeweiligen Expositionen, sodass Überschreitungen des genannten Jahresgrenzwertes (6 mSv) vermehrt möglich sind.
2.5 Gefährdungspotenzial bei der Entsorgung von Schleifstäuben und Elektrodenresten
Bei der Entsorgung von Schleifstäuben, insbesondere bei der Reinigung von Abscheidern von Absauganlagen, können größere Mengen von thoriumoxidhaltigem Staub aufgewirbelt und eingeatmet werden. Die dadurch bedingte Inkorporation kann die Exposition beim Anschliff oder beim Schweißen um Größenordnungen übersteigen. Die Entsorgung der Elektrodenreste stellt keine Gefährdung dar.
2.6 Gefährdungspotenzial bei der Lagerung der thoriumoxidhaltigen Wolframelektroden
Die externe Strahlenexposition durch die Gamma- und Beta-Strahlung bei der Lagerung ist bei geringer Lagermenge (einige Packungen der Elektroden) zu vernachlässigen.
Bei größeren Mengen können dagegen Schutzmaßnahmen durch geeignete Abschirmungen zur Dosisminimierung sinnvoll sein.
3 Expositionsabschätzung
Eine wesentliche Einflussgröße für die Strahlenexposition ist der zeitliche Anteil der Arbeiten, d.h. wie oft werden die Elektroden angeschliffen bzw. wie viel Stunden pro Jahr wird mit den thorierten Elektroden geschweißt. Für eine Abschätzung sind in der Tabelle in Bild 3-1 die Maximalwerte des berufsgenossenschaftlichen Messprogramms aufgeführt. Es sind effektive Dosiswerte, die aus den Aktivitätsbestimmungen in der Atemluft der Schweißer unter , Berücksichtigung aller relevanten Nuklide berechnet wurden. Es wurden dabei die Dosisfaktoren aus dem Bundesanzeiger G 1990 Nr. 160 a berücksichtigt.
Die Exposition beim Schweißen ist dabei ein Schichtmittelwert in dem Rüstzeiten enthalten sind, es handelt sich daher nicht um die reine Lichtbogenbrenndauer. Mit diesen Angaben kann unter Zugrundelegen der Jahresarbeitszeit des Schweißers und der Anzahl der jährlich durchgeführten Anschliffe die geforderte Abschätzung der jährlichen Exposition erfolgen. Maßgebend ist dabei, ob eine Jahresdosis von 6 mSv überschritten wird.
Bei Überschreitung dieser Dosis sind weitere Maßnahmen erforderlich (siehe Abschnitt 2.1). Die Angaben der Tabelle in Bild 3-1 beziehen sich auf Arbeitsplätze ohne lokale Erfassung/Absaugung.
Bild 3-1: Maximalwerte des berufsgenossenschaftlichen Messprogramms
Arbeiten | mit WT20 Elektroden | mit WT40 Elektroden |
Wechselstromschweißen | 4,2 µSv/h | 8,4 µSv/h |
Gleichstromschweißen | 0,06 µSv/h | 0,12 µSv/h |
Anschliff | 0,29 µSv/Anschliff | 0,58 µSv/Anschliff |
Eine wirksame Erfassung in Verbindung mit einer lokalen Absaugung kann die Exposition im Mittel um den Faktor 2 2 verringern.
Dies kann in die Abschätzung einfließen.
Beispiel 1Ein Schweißer arbeitet (inklusive der Rüstzeiten) 250 Stunden im Jahr mit dem Gleichstromverfahren und 1500 Stunden im Jahr mit dem Wechselstromverfahren mit WT40 Elektroden. Im Durchschnitt schleift er ca. 3000-mal pro Jahr diese Elektroden an.
Die mögliche Jahresexposition berechnet sich wie folgt:
250 h * 0,12 µSv/h + 1500 h * 8,4 µSv/h + 3000 * 0,58 µSv
= 14370 µSv oder rund 14,4 mSv pro Jahr.
Beispiel 2Ein Schweißer arbeitet ausschließlich mit dem Wechselstromverfahren 1760 Stunden im Jahr, davon die Hälfte seiner Arbeitszeit mit WT20 und die andere Hälfte mit WT40 Elektroden. Er schleift ca. 1000-mal pro Jahr die Elektroden an.
Die mögliche Jahresexposition berechnet sich wie folgt:
880 h *4,2 µSv/h + 880 h x 8,4 µSv/h + 500 x 0,58 µSv + 500 x 0,29 µSv
= 11523 µSv oder rund 11,5 mSv pro Jahr
Beispiel 3Ein Schweißer verwendet beim Gleichstromverfahren immer WT30 Elektroden. Seine Jahresarbeitszeit beim Schweißen (einschließlich Rüstzeiten) beträgt 1200 h. Er schleift aber nicht nur für sich selbst, sondern auch für seine zahlreichen Kollegen die Elektroden an. Dabei kommt er auf 5000 Anschliffe pro Jahr. Die WT30 Elektrode liegt hinsichtlich des Thoriumgehaltes genau zwischen der WT20 und der WT 40, insofern kann man den Mittelwert der für diese Elektroden ausgewiesenen Werte der Tabelle in Bild 3-1 nehmen.
Die mögliche Jahresexposition berechnet sich wie folgt: 1200 h * 6,3 µSv/h + 5000 * 0,44 µSv
= 9760 µSv oder rund 9,8 mSv pro Jahr
4 Schutzmaßnahmen
Entsprechend den Abschnitten 2 und 3 ergeben sich in Ausfüllung der Gefahrstoffverordnung, der BG-Regel "Betreiben von Arbeitsmitteln" (BGR 500) Teil 2, Kap. 2.26 "Schweißen, Schneiden und verwandte Verfahren" und der BG-Regel "Schweißrauche" (BGR 220) folgende Schutzmaßnahmen:
4.1 Verwendung thoriumoxidfreier Wolframelektroden
Es sind - soweit möglich - thoriumoxidfreie Wolframelektroden zu verwenden.
Thoriumoxidfreie Wolframelektroden mit anderen Oxidzusätzen, z.B. cer- oder lanthanhaltige Elektroden, sind verfügbar und in DIN EN 26848 genormt. Für die Verwendung thoriumoxidfreier Wolframelektroden sind keine weiteren Schutzmaßnahmen unter Berücksichtigung der Strahlenschutzverordnung erforderlich.
4.2 Verwendung thoriumoxidhaltiger Wolframelektroden
5 Erläuterungen zum Strahlenschutz
Im Folgenden werden Strahlenschutzbegriffe in einer vereinfachten Form erläutert, die in dieser BG-Information verwendet werden. Einige dieser Begriffe sind in § 3 der Strahlenschutzverordnung näher definiert.
Es gilt: | 1000 µSv =1 mSv und |
1000 mSv = 1 Sv |
Prinzipskizze "Wolfram-Inertgasschweißen (WIG)" | Anhang 1 |
Vorschriften und Regeln | Anhang 2 |
Nachstehend sind die insbesondere zu beachtenden einschlägigen Vorschriften und Regeln zusammengestellt; siehe auch vorletzter Absatz des Vorwortes:
1 Gesetze/Verordnungen
Strahlenschutzverordnung (StrlSchV),
Gefahrstoffverordnung (GefStoffV),
Bekanntmachung der Dosisfaktoren; Bundesanzeiger G 1990; Jhrg. 53; Nummer 160a; vom 28. August 2001.
2 Berufsgenossenschaftliche Vorschriften, Regeln und Informationen für Sicherheit und Gesundheit bei der Arbeit
"Schweißrauche" (BGR 220),
"Betreiben von Arbeitsmitteln" (BGR 500)
3 Normen
DIN EN 26848 | Wolframelektroden für Wolfram-Schutzgasschweißen und für Plasmaschneiden und -schweißen. |
Bezugsquelle: Beuth Verlag GmbH, Burggrafenstraße 6, 10787 Berlin
4 Handbuch des berufsgenossenschaftlichen Institut für Arbeitssicherheit (BIA), Nr. 510210, DIN EN 335-2-69 Anhang 1
Bezugsquelle:
Berufsgenossenschaftliches Institut für Arbeitssicherheit (BIA), Alte Heerstraße 111, 53754 Sankt Augustin
5 Sonstige Publikationen
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1 | In der letzten Fassung des Merkblattes stand hier der Grenzwert der Jahresaktivitätszufuhr (GJAZ), diesen gibt es mit Inkrafttreten der neuen Strahlenschutzverordnung vom 1. August 2001 nicht mehr (siehe BGI 746 Abschnitt 1.2: Dosisgrenzwerte und Abschnitt 5: Aktivität). |
2 | Dieser Faktor beruht auf einer Auswertung von Messdaten aus der Schweißtechnik (Vorschlag des Fachausschusses siehe Anhang 2 Nr. 5). |
ENDE |