Messung der UV-Bestrahlungsstärke bei Reflexionen an verschiedenen Oberflächen

Status:

abgeschlossen 02/2015

Zielsetzung:

Die Exposition von Schweißern oder Schweißerhelfern hängt wesentlich von der Strahlungsemission ab, die vom Schweißlichtbogen erzeugt wird. Dabei ist zu beachten, dass es sowohl durch die direkte Strahlung als auch Reflexionen zu einer erheblichen Bestrahlung kommen kann. Erste Messungen des IFA haben gezeigt, dass Reflexionen üblicherweise 0,1 bis 1 Prozent der direkten Strahlung ausmachen kann, in einigen Fällen jedoch auch mehr. Legt man den in der EU-Richtlinie 2006-25-EG und der Optischen Strahlenverordnung festgelegten Expositionsgrenzwert zum Schutz vor ultravioletter Strahlung zugrunde, dann wird dieser bei einigen Schweißverfahren bereits nach ein bis zwei Sekunden erreicht. Daraus kann abgeleitet werden, dass dieser Expositionsgrenzwert allein durch Exposition gegenüber reflektierter Strahlung bereits nach 100 bis 200 Sekunden erreicht werden kann. Ein alleiniger Schutz vor direkter Bestrahlung ist beim Schweißen demnach unzureichend. Inbesondere Schweißerhelfer sind häufig deutlich weniger geschützt als Schweißer.

Ziel des Projekts war es, die Reflexion von ultravioletter Strahlung an verschiedenen Oberflächen zu untersuchen. Es sollte abgeleitet werden, welchen Größenordnungsbereich der reflektierte Anteil der Strahlung besitzt. Zudem sollte das Projekt die Machbarkeit einer größeren Studie zu Reflektionseigenschaften von Oberflächen (Material, Rauheit, Farbe) zeigen.

Aktivitäten/Methoden:

An der Schweißtechnischen Versuchs- und Lehranstalt (SLV) in Duisburg wurde in Kooperation mit der Berufsgenossenschaft Holz und Metall (BGHM) ein Versuchsaufbau realisiert, der die Messung der Bestrahlungsstärken erlaubt.

Ergebnisse:

Die Messungen bei der SLV Duisburg wurden unter fachkundiger Aufsicht durchgeführt, um eine praxisnahe Anwendung sicherzustellen. Dabei wurde insbesondere Augenmerk auf die Messung direkter und reflektierter Strahlung gelegt, aber auch auf Messungen innerhalb von Schweißer-Schutzschirmen.

Bereits bei den ersten Messreihen (Vorversuche) zeigte sich, dass selbst bei identischen Versuchsbedingungen eine deutliche Variation der Messergebnisse vorliegt. Zusätzlich besteht eine Abhängigkeit der Bestrahlungsstärke von mehreren Faktoren wie beispielsweise dem Schweißstrom, Abstand Quelle-Detektor, Abstand Elektrode-Werkstück. Das gewählte Schweißverfahren hat ebenso einen großen Einfluss auf die Bestrahlungsstärke: Beim MAG-Schweißen liegt in 50 cm Abstand beispielsweise eine effektive Bestrahlungsstärke im UV-Bereich von 37,2 W/m² vor (Grenzwert der Richtlinie 2006/25/EG in weniger als 1 s erreicht), während beim WIG-Schweißen mit Puls eine effektive Bestrahlungsstärke im UV-Bereich von 1,5 W/m² (Grenzwert nach 20 s erreicht) erreicht wird. Für die Anteile der reflektierten Strahlung konnte ebenso eine Abhängigkeit von der reflektierenden Oberfläche festgestellt werden. Dabei kommt es sowohl auf das Material an, als auch auf dessen Farbe. Beispielgebend konnte festgestellt werden, dass die verwendeten Schutzvorhänge nicht automatisch die geringste Reflexion zeigen. Zudem verhalten sich die verschiedenen Materialien nicht gleich in ihrer Wellenlängenabhängigkeit. Einige Oberflächen (wie eine Feuerlöschdecke oder hochreflektierende Silverice-Platten) zeigten eine Zunahme der Reflexion mit zunehmender Wellenlänge, während bei den standardmäßig verwendeten Schutzvorhängen eine Wellenlängenunabhängigkeit der Reflexion erkennbar war. In allen Reflexionsspektren konnte aber das Muster des direkt von der Quelle aufgenommenen Spektrums erkannt werden. Insgesamt konnte bestätigt werden, dass die Reflexion in der Größenordnung 0,2 bis 1,2 Prozent liegt.

Aus den Messungen innerhalb der Schweißerschutzschirme konnte abgeleitet werden, dass UV-Strahlungsanteile nicht in das Innere des Helmes gelangen und der Schutz der Augen und der Gesichtshaut des Schweißers gewährleistet ist, sofern dieser eng am Gesicht anliegt. Wird ein Schweißerschutzschirm mit einem Abstand zum Gesicht verwendet, können wieder reflektierte Anteile an die Augen und das Gesicht gelangen.

Das Projekt ist die erfolgreiche Vorbereitung und Machbarkeitsanalyse eines weiterführenden Projekts, in dem die gängigsten Schweißverfahren und -arbeitsplätze systematisch untersucht werden sollen.

Stand: