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Operator Health and Safety: Laser Cutting Fumes and Dust

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Gefahrstoffe beim Laserschneiden von Metall

Bei der thermischen Bearbeitung — in unserem Fall dem gasunterstützten Laserschneiden — reichert sich die Luft mit gefährlichen Gasen und feinstem Staub aus den Oxiden des geschnittenen Metalls an. Der Schnitt geht mit Funken, Spritzern und hochfrequentem Lärm einher. Sehen wir uns die Gefahrstoffe an.

Feinstaub

Beim Laserschneiden von Metall entsteht große Mengen Staub. Ein Teil der Partikel ist größer als 1 µm, eine besondere Klasse ist jedoch der Feinstaub (Partikel kleiner als 10 µm — PM10). Der Mensch sieht und spürt ihn nicht, doch gerade er stellt die größte Gefahr dar, da er tief in die Atemwege eindringt.

  • Schadstoffpartikel lagern sich an den Gefäßwänden ab, verengen diese allmählich und verlangsamen den Blutfluss. Folge: erhöhtes Thromboserisiko.
  • Viele Feinstaubpartikel sind krebserregend; ihr regelmäßiges Einatmen kann Lungenkrebs verursachen.
  • Dauerexposition führt zu einem kumulativen Effekt und kann schwere Erkrankungen wie Asthma bronchiale, COPD u. a. nach sich ziehen.
  • Staub kann Allergien auslösen. In Schüben treten starker Husten, häufiges Niesen, Tränen der Augen, Schwellungen und gerötete Augen auf.

Staub schadet nicht nur dem Bediener, sondern auch dem Laser selbst: er schwächt den Strahl und verringert die Schneidgenauigkeit.

Aerosole (Schweißrauch / Schneidrauch)

Aerosole sind Luft oder Gas mit suspendierten festen oder flüssigen Teilchen kleiner als 1 µm. Man unterscheidet üblicherweise Staub, Rauch und Nebel. Stäube und Rauche bestehen aus Luft oder Gas mit suspendierten Festteilchen; Nebel aus Luft oder Gas mit Flüssigkeitsteilchen.

In unserem Fall sind Kondensationsaerosole gefährlich: sie entstehen beim Schneiden, Erhitzen und Abkühlen von Metall. In der Luft schweben mikroskopische Teilchen.

Die Menge der freigesetzten Stoffe hängt ab von:

  • Schnittgeschwindigkeit;
  • Schneidgasdruck;
  • Art und Güte des Metalls;
  • Schnittparametern.

Weiche Stähle emittieren wesentlich weniger als Werkstoffe mit CrNi (Chrom-Nickel) oder verzinkte Stahlbleche. Beim Schneiden legierter Stähle und Nichteisenmetalle werden Kondensationsaerosole in den Arbeitsbereich freigesetzt; am toxischsten sind Aerosole von Mangan-, Zink-, Vanadium-, Nickeloxiden u. a. Metallen und ihren Verbindungen.

Beim Laserschneiden entstehen Rauch und Staub, in denen 97 % der Partikel einen Durchmesser unter 5,7 µm haben.

Wirkung der beim thermischen Schneiden freigesetzten Stoffe auf den Körper

  • Chromoxide. Inhalation verursacht Husten, Atemnot, Kurzatmigkeit, Halsschmerzen, rasselnde Atmung. Hautkontakt führt zu Rötungen, Verbrennungen und Schmerzen. Augenkontakt: Rötung, Schmerz, dauerhafter Sehverlust und tiefe Verbrennungen. Verschlucken: Bauchkoliken.
  • Nickel und Nickelverbindungen. In erhöhten Konzentrationen Allergien (Dermatitis, Rhinitis), Anämie, gesteigerte Erregbarkeit des zentralen und vegetativen Nervensystems, mögliche Neubildungen bis hin zu Krebs. Keine direkte Hautreizwirkung; bei Vernicklern wurden jedoch "Nickelkrätze" (Nickelekzem), Ödeme, Bläschen usw. beobachtet.
  • Aluminiumoxid. Bei Hautkontakt kein negativer Effekt. Kurzzeitige hohe Exposition reizt Augen und obere Atemwege; lange oder wiederholte Exposition kann das ZNS beeinflussen.
  • Kohlenmonoxid. Inhalation verursacht Kopfschmerzen, Schwindel, Ohrensausen, Atemnot, Herzklopfen, Flimmern vor den Augen, Gesichtsrötung, Schwäche, Übelkeit, Erbrechen, Krämpfe, Bewusstlosigkeit, Koma.
  • Stickoxide. Wirken stärker als Kohlenmonoxid. Stören Lungen- und Bronchialfunktion, Nervensystem, Magen-Darm-Trakt und Herzfunktion. Sie verursachen Husten, Kopfschmerz, Brennen, Übelkeit, Schläfrigkeit, getrübtes Bewusstsein, Zyanose, Krämpfe, Bewusstlosigkeit.
  • Magnesiumoxid. Dämpfe verursachen Rötungen, Schmerzen, Verdauungsstörungen, Atemwegsreizung, Kopfschmerzen, Husten, vermehrtes Schwitzen, Übelkeit und Fieber (Symptome des Metallrauchfiebers können erst nach 4–12 Stunden auftreten).

Das thermische Schneiden setzt große Mengen an Gefahrstoffen frei. Einige wirken sich negativ auf den Körper aus und schaffen bei langer Exposition die Grundlage für Krebs. Zur Vorbeugung müssen die Beschäftigten persönliche Schutzausrüstung (PSA) verwenden, und in der Halle müssen allgemeine Hallenlüftung und örtliche Absaugung (Rauchabsaugung) installiert sein.

Bedenken Sie auch Einflussgrößen wie Innenraumtemperatur, Luftgeschwindigkeit, relative Luftfeuchte, Schadstoffemissionen usw.

Typische Luftverunreinigungen

  • Emissionsstaub;
  • Kohlenmonoxid;
  • Ölaerosole / Ölnebel;
  • Rauch;
  • Produkte der thermischen Zersetzung organischer Stoffe;
  • Metallaerosole;
  • Metalloxide;
  • Fluorverbindungen;
  • Phenole;
  • organische Säuren;
  • organische Schwefelverbindungen;
  • stechender Geruch usw.

Gase beim Schneiden von Edelstahl

Die zum Laserschneiden von Edelstahl verwendeten Gase sind zwar nicht toxisch, können aber potenziell gefährlich sein. Risiken sind Rauch und das Gas selbst.

  • Die beim Sauerstoffschneiden entstehende Rauchmenge war 100-mal größer als beim Stickstoffschneiden.
  • Die Partikelgröße beim Sauerstoffschneiden ist kleiner — überwiegend unter 6 µm, was hygienisch als am problematischsten gilt.
  • Die chemische Analyse zeigte, dass der Anteil an sechswertigem Chrom — Cr(VI) — einem bekannten Karzinogen — beim Stickstoffschneiden geringer war.
  • Lebensgefahr besteht, wenn die Sauerstoffkonzentration in der Umgebungsluft unter 18 % fällt.
  • In sauerstoffangereicherten Atmosphären werden viele Werkstoffe brennbar.
  • Hochdruck-Stickstoffschneiden in engen Räumen birgt das Risiko der Sauerstoffverdrängung (Erstickungsgefahr).