Hintergrund

Seit geraumer Zeit haben Wolframhersteller reinem Wolfram ein Oxid zugesetzt, um die Lichtbogenstarteigenschaften und die Langlebigkeit von Schweißelektroden zu verbessern. Während 2% thoriated Wolfram das allgemein verwendetste Wolframmaterial jahrelang gewesen ist, wird diese Elektrodenart in zunehmendem Maße wegen der Interessen für die Umwelt und für die Sicherheit von Benutzern dieses Materials überprüft. Die Bedenken ergeben sich aus der Tatsache, dass das Element Thorium radioaktiv ist. Auf dieser Grundlage haben viele Organisationen alternative Wolframtypen bewertet, um zu sehen, welche Leistungsänderungen sie durch den Übergang zu nicht radioaktivem Wolfram sehen würden.

Das Radioaktivitätsproblem

Das in 2% thoriertem Wolfram verwendete Thorium ist ein radioaktives Element und kann daher für die Gesundheit der ihm ausgesetzten Personen und für die Umwelt gefährlich sein. Es ist ein Alpha-Emitter, aber wenn es in einem Wolframelektrodenstab ist, ist es in einer Wolframmatrix eingeschlossen und so gibt es wenig Strahlung von außen emittiert. Das Hauptrisiko für den Schweißer besteht in der Aufnahme des Materials. Dies geschieht hauptsächlich beim Einatmen von Staub, der beim Schleifen von Schweißspitzen verursacht wird, aber auch in geringerem Maße beim Einatmen von beim Schweißen freigesetzten Dämpfen.

Die American Welding Society, in ihrer A5.12 „Spezifikation für Wolfram und Wolfram-Legierung Elektroden für Lichtbogenschweißen und Schneiden“ stellt folgendes zu diesem Thema: „Thorium ist radioaktiv und kann durch äußere und innere Exposition Gefahren darstellen. Wenn Alternativen technisch machbar sind, sollten sie genutzt werden.“ Sie bestätigen, dass das Hauptanliegen bei der Verwendung dieses Materials darin besteht, Staub aufzunehmen, der beim Schleifen von Punkten auf Elektroden entsteht. Sie sagen weiter:

…beim Schleifen der Elektrodenspitzen entsteht radioaktiver Staub mit der Gefahr einer inneren Exposition. Folglich ist es notwendig, eine lokale Absaugung zu verwenden, um den Staub an der Quelle zu kontrollieren, gegebenenfalls ergänzt durch Atemschutzausrüstung.

Europa hat auch die Gefahren von 2% thoriertem Wolfram erkannt. TWI (The Welding Institute), das britische Äquivalent des AWS, berichtet, dass „Die British Health and Safety Executive (HSE) ein Informationsdokument herausgegeben hat, das die Lagerung und Verwendung von thorierten Wolframelektroden vorsieht. Darin heißt es, dass während des Schleifvorgangs eine lokale Absaugung vorgesehen sein sollte und dass der Staub von der Schleifausrüstung und die verbrauchten Spitzen in einem verschlossenen Behälter auf einer Deponie entsorgt werden.“ Des Weiteren“ hat die HSE den Fabrikinspektoren empfohlen, dass die Benutzer ermutigt werden sollten, nach Alternativen zu suchen, wenn thorierte Wolframelektroden für die Qualität der Schweißnaht nicht erforderlich sind.“

In einer sehr detaillierten Studie der DVS (Deutsche Schweißgesellschaft) haben sie die Mengen radioaktiver Alphateilchen und Gammaenergiespektren in der Umgebungsluft beim Schleifen von Wolframelektroden gemessen. Einige der Empfehlungen dieser Studie umfassten:

1. Es wird empfohlen, wenn möglich ohne die Verwendung von thoriumhaltigen Schweißelektroden zu arbeiten.
2. Ist dies nicht möglich, sollten Vorkehrungen getroffen werden, um die Mitarbeiter vor der Kontamination mit oder dem Einatmen von Schleifstaub zu schützen.
3. Der Arbeitsbereich ist regelmäßig zu reinigen, um Verunreinigungen durch abgelagerten Staub zu vermeiden.

Eine weitere Studie wurde in Deutschland vom Freistaat Bayern, Abteilung für Entwicklung und Umweltfragen, durchgeführt. Sie kamen zu dem Schluss, dass in Einrichtungen, in denen es kein Staubabsaugsystem für thoriertes Wolframschleifen gibt, die Exposition gegenüber schädlichen Partikeln viermal höher ist als bei der Extraktion. Obwohl die Staubabsaugung eine signifikante Verbesserung bietet, können die Werte immer noch zu hoch sein. Darüber hinaus erwähnten sie, dass thorierte Wolframelektroden, die in Schachteln in einem Regal aufbewahrt werden, keine potenziellen Gefahren darstellen. Derzeit liegt der Kommission der Europäischen Gemeinschaft ein Vorschlag vor, die gesetzlichen Vorschriften für die Verwendung und Entsorgung von Thoraxelektroden drastisch zu verschärfen.

Im Bundesstaat Kalifornien, Wolfram-Hersteller sind jetzt Verpackung von 2% thoriated Wolfram-Elektroden, die eine Warnung wie die Osram Sylvania verwendet, die ist, „WARNUNG: Dieses Produkt enthält oder produziert eine Chemikalie, von der bekannt ist, dass sie Krebs verursacht. (Kalifornischer Gesundheits- und Sicherheitscode 25249.5 ff.)“

Schließlich führt einer der großen US-amerikanischen Wolframhersteller, Teledyne Tungsten Products, die folgenden Vorsichtsmaßnahmen / Warnungen in seinen Sicherheitsdatenblättern auf:

„Thorium ist ein natürlich vorkommendes radioaktives Element mit niedrigem radioaktivem Gehalt. Thorium ist in erster Linie ein Alpha-Emitter. Töchter in der Zerfallskette emittieren Alpha-, Beta- und Gammastrahlung. Radioaktive Elemente werden von der Nuclear Regulatory Commission reguliert. Das NRC veröffentlicht Verordnungen zu radioaktiven Stoffen.“

„Auswirkungen der Überbelichtung: …Chronisches Einatmen des Staubes kann beim Menschen Lungenschäden verursachen.“

„Krebserzeugende Bewertung: NTP-1 (Thoria). Hinweis: NTP-1: Stoffe oder Stoffgruppen, von denen bekannt ist, dass sie krebserregend sind. Bekannte Karzinogene werden im NTP-Bericht (National Toxicology Program) als solche Stoffe definiert, für die aus Studien am Menschen ausreichende Hinweise auf eine Karzinogenität vorliegen, um auf einen kausalen Zusammenhang zwischen dem Wirkstoff und Krebs beim Menschen hinzuweisen.“

„Toxikologische Angaben: …Eine starke Exposition gegenüber dem Staub oder die Einnahme großer Mengen der löslichen Verbindungen führt bei Versuchstieren zu Veränderungen des Körpergewichts, des Verhaltens, der Blutzellen, der Cholinesteraseaktivität und der Spermien.“

Nicht radioaktive Wolframmaterialien

Aufgrund des im obigen Abschnitt diskutierten Problems wurden zwei signifikante alternative, nicht radioaktive Wolframmaterialien entwickelt. Die erste, in den 1980er Jahren eingeführt, ist am häufigsten als 2% ceriated Wolfram. Dieses Material wird üblicherweise für DC-Schweißanwendungen mit niedrigerer Stromstärke verwendet. Tatsächlich hält es einen sehr hohen Marktanteil im Umsatz für das Orbitalschweißverfahren.

In jüngerer Zeit hat sich 1½% lanthaniertes Wolfram als zukünftiger Standard für Wolframelektroden herausgestellt. Der Gehalt von 1½ Gew.-% (im Gegensatz zu 2%) wurde von drei der größten Hersteller als optimale Gehaltsmenge gewählt, basierend auf wissenschaftlichen Studien, die zeigten, dass diese Gehaltsmenge die Leitfähigkeitseigenschaften von 2% thoriertem Wolfram am ehesten widerspiegelt. Daher können Schweißer ihr radioaktives 2% iges thoriertes Material normalerweise leicht durch dieses Wolfram ersetzen und müssen keine Änderungen am Schweißprogramm vornehmen. Da das Lanthanoxidmaterial weniger dicht ist als Thoriumoxid, enthält ein Stab aus 1½ Gew.-% lanthaniertem Wolfram tatsächlich 15 Vol.-% mehr Oxide als ein Stab aus 2 Gew.-% thoriiertem Wolfram. Dies trägt zum Starten und zur Stabilität des Lichtbogens sowie zur Langlebigkeit bei, da das zusätzliche Oxid-Volumen die Spitze kühler hält.

Schließlich eignet sich 1½% lanthaniertes Wolfram sowohl für AC- als auch für DC-Schweißanwendungen. Daher könnten Einrichtungen, die sowohl 2% thoriiertes Wolfram für das Gleichstromschweißen als auch einen anderen Wolframtyp (normalerweise reines oder zirkoniertes Wolfram) für das Wechselstromschweißen auf Lager haben, nur einen Wolframtyp auf Lager haben.

Fallstudien

Um die Machbarkeit der Umstellung auf 1½% lanthaniertes Wolfram für Gleichstromschweißanwendungen zu bewerten, wurden eine Reihe von Studien durchgeführt. Im Folgenden finden Sie Zusammenfassungen einiger davon:

Studie #1

Auf der 1998 American Welding Society Ausstellung in Detroit, Michigan, ein großer Wolfram-Hersteller präsentierte eine unabhängige Studie über 1½% Lanthan Wolfram durchgeführt. Zusammenfassend wurden 2% thoriertes, 2% ceriertes und zwei 1½% lanthaniertes Wolfram des Herstellers verglichen, indem die Spitzenerosion nach 300 DC-Lichtbogenschlägen bei 70 Ampere und 150 Ampere beobachtet wurde. Sowohl in den Tests mit niedrigerer als auch mit höherer Stromstärke zeigte das 1½% ige lanthanierte Wolfram die geringste Spitzenerosion und das beständigste Lichtbogenverhalten.

Studie #2

Die Luftwaffe führte eine Studie mit 1½% lanthaniertem Wolfram im Vergleich zu 2% thoriertem Wolfram durch, um die Lichtbogenstarteigenschaften, die Stromstärke und die Durchdringung zu bewerten. Sie verwendeten Elektroden mit einem Durchmesser von 5/32 „, um 6061-T6-Aluminium und 304-Edelstahl mit einer Miller 350 Synchrowave GTAW-Maschine zu schweißen. Bei Verwendung von Hochfrequenz- und Berührungsstart zeigten die Lanthanelektroden eine bessere Leistung als oder gleich den thorierten Elektroden. Außerdem war die Spitzengeometrie bei hohem Strom an den Lanthanelektroden stabiler. Es wurde kein signifikanter Unterschied in Bezug auf Lichtbogenstabilität, Durchdringung oder Schweißraupenform festgestellt. Schließlich kamen sie zu dem Schluss, dass es nicht notwendig war, bestehende Schweißverfahren oder Bediener bei der Verwendung von Lanthanelektroden neu zu zertifizieren.

Studie #3

Unabhängige Untersuchungen wurden am Institut de Soudure in Paris, am Institut für Schweisstechnische Fertigungsverfahren der TH-Aachen und an der Schweisstechnischen Zentralanstalt in Wien durchgeführt. Sie fanden heraus, dass die Lebensdauer von Lanthanelektroden in jedem Fall länger war als die von thorierten Elektroden. Darüber hinaus war die Elektrodenverbrauchsrate für thorierte Elektroden höher als für lanthanierte. Hinsichtlich des Lichtbogenstartverhaltens konnten keine Unterschiede festgestellt werden.

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Fazit

Der häufig verwendete 2% thorierte Wolframtyp ist ein potenzielles Gesundheitsrisiko. Nicht-radioaktives 1½% Lanthan Wolfram ist eine Alternative zu diesem Material, das für einen einfachen Übergang sorgt und oft eine bessere Leistung liefert. Daher gibt Pro-Fusion die folgenden Empfehlungen:

• Alternative Materialien zu thoriertem Wolfram untersuchen. Erwägen Sie die Verwendung von hochwertigem 1½% Lanthan Wolfram als Alternative.
• Erwägen Sie die Verwendung von Vorerdungselektroden. Dies garantiert die Elektrodenqualität, die Abmessungen der Spitzengeometrie und die Oberflächengüte für optimale Schweißergebnisse. Darüber hinaus beseitigt es die Bedenken, radioaktiven thorierten Schleifstaub in Ihrer Einrichtung zu haben.

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