ISO/TS 15011-6:2012
(Main)Health and safety in welding and allied processes — Laboratory method for sampling fume and gases — Part 6: Procedure for quantitative determination of fume and gases from resistance spot welding
Health and safety in welding and allied processes — Laboratory method for sampling fume and gases — Part 6: Procedure for quantitative determination of fume and gases from resistance spot welding
ISO/TS 15011-6:2012 provides guidance on determination of emission rates of fume and gases generated by spot welding of uncoated and coated steel sheets, expressed as the quantity of pollutants per spot weld. It describes the test principle and considers methods for sampling and analysis. ISO/TS 15011-6:2012 can be used for determining the influence of the type of material, the coating system, and the material thickness on the possible generation of fume and gases when using a fixed combination of electrodes, welding equipment, and testing conditions. The data generated can be used by product manufacturers to provide information for inclusion in safety data sheets and by occupational hygienists to evaluate the significant substances emitted by spot welding in the performance of risk assessments and/or workplace exposure measurements.
Hygiène et sécurité en soudage et techniques connexes — Méthode de laboratoire d'échantillonnage des fumées et des gaz — Partie 6: Procédure pour la détermination quantitative des fumées et des gaz générés par le soudage par résistance par points
L'ISO/TS 15011-6:2012 constitue un guide pour la détermination des taux d'émission des fumées et des gaz générés par le soudage par résistance par points des tôles en acier avec ou sans revêtement, exprimés en quantité de polluant par point de soudure. Elle décrit le principe d'essai ainsi que des méthodes d'échantillonnage et d'analyse. L'ISO/TS 15011-6:2012 permet de déterminer l'influence du type de matériau, du système de revêtement et de l'épaisseur du matériau sur la génération éventuelle de fumées et de gaz en présence d'une association bien déterminée d'électrodes, d'équipements de soudage et de conditions d'essai. Les données générées peuvent être utilisées par les fabricants du produit pour fournir des informations à inclure dans les fiches de données de sécurité et par les responsables d'hygiène du travail afin d'évaluer les substances importantes émises par le soudage par résistance par points lors de l'évaluation des risques et/ou lors des mesurages de l'exposition sur les lieux de travail.
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TECHNICAL ISO/TS
SPECIFICATION 15011-6
First edition
2012-07-15
Health and safety in welding and allied
processes — Laboratory method for
sampling fume and gases —
Part 6:
Procedure for quantitative determination
of fume and gases from resistance spot
welding
Hygiène et sécurité en soudage et techniques connexes — Méthode de
laboratoire d'échantillonnage des fumées et des gaz —
Partie 6: Procédure pour la détermination quantitative des fumées et
des gaz générés par le soudage par résistance par points
Reference number
ISO/TS 15011-6:2012(E)
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ISO 2012
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ISO/TS 15011-6:2012(E)
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Published in Switzerland
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ISO/TS 15011-6:2012(E)
Contents Page
Foreword . iv
Introduction . vi
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 2
4 Principle . 2
5 Apparatus . 2
6 Procedure . 3
6.1 Preparation of test pieces. 3
6.2 Set up of welding equipment . 4
6.3 Selection of welding parameters . 4
6.4 Fume emission rate . 4
6.5 Emission rate of gases . 5
7 Calculation method . 6
7.1 Emission rate of dust . 6
7.2 Emission rate of gases . 7
8 Documentation . 8
9 Test report . 9
Annex A (informative) Examples of designs of fume box . 10
Annex B (informative) Example of a welding chamber for determination of the emission rate of
gases . 13
Annex C (normative) Welding parameters . 16
Annex D (informative) Example of test report . 17
Bibliography . 19
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ISO/TS 15011-6:2012(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
In other circumstances, particularly when there is an urgent market requirement for such documents, a
technical committee may decide to publish other types of document:
an ISO Publicly Available Specification (ISO/PAS) represents an agreement between technical experts in
an ISO working group and is accepted for publication if it is approved by more than 50 % of the members
of the parent committee casting a vote;
an ISO Technical Specification (ISO/TS) represents an agreement between the members of a technical
committee and is accepted for publication if it is approved by 2/3 of the members of the committee casting
a vote.
An ISO/PAS or ISO/TS is reviewed after three years in order to decide whether it will be confirmed for a
further three years, revised to become an International Standard, or withdrawn. If the ISO/PAS or ISO/TS is
confirmed, it is reviewed again after a further three years, at which time it must either be transformed into an
International Standard or be withdrawn.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO/TS 15011-6 was prepared by Technical Committee ISO/TC 44, Welding and allied processes,
Subcommittee SC 9, Health and safety.
ISO 15011 consists of the following parts, under the general title Health and safety in welding and allied
processes — Laboratory method for sampling fume and gases:
Part 1: Determination of fume emission rate during arc welding and collection of fume for analysis
Part 2: Determination of the emission rates of carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO ), nitrogen
2
monoxide (NO) and nitrogen dioxide (NO ) during arc welding, cutting and gouging
2
Part 3: Determination of ozone emission rate during arc welding
Part 4: Fume data sheets
Part 5: Identification of thermal-degradation products generated when welding or cutting through products
composed wholly or partly of organic materials using pyrolysis-gas chromatography-mass spectrometry
Part 6: Procedure for quantitative determination of fume and gases from resistance spot welding
(Technical Specification)
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ISO/TS 15011-6:2012(E)
Requests for official interpretations of any aspect of this Technical Specification should be directed to the
Secretariat of ISO/TC 44/SC 9 via your national standards body. A complete listing of these bodies can be
found at www.iso.org.
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ISO/TS 15011-6:2012(E)
Introduction
Welding and cutting activities generate fume and gases which can be harmful to health and should be
controlled within the limits laid down by regulations.
Determination of the particle size distribution and the qualitative analysis (metallic and organic fraction and, if
possible, speciation) of the dust collected are part of the current practices in human health risk assessment.
In addition, determination of the emission rate of fume and gases is essential for a proper hazard
characterization (qualitative and quantitative analysis).
Emission rates cannot be used directly to assess the welder's exposure, but it is expected that materials
giving low emission rates will result in lower welder exposures than materials with high emission rates used in
the same working situation.
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TECHNICAL SPECIFICATION ISO/TS 15011-6:2012(E)
Health and safety in welding and allied processes — Laboratory
method for sampling fume and gases —
Part 6:
Procedure for quantitative determination of fume and gases
from resistance spot welding
1 Scope
This part of ISO 15011 provides guidance on determination of emission rates of fume and gases generated by
spot welding of uncoated and coated steel sheets, expressed as the quantity of pollutants per spot weld. It
describes the test principle and considers methods for sampling and analysis.
This part of ISO 15011 can be used for determining the influence of the type of material, the coating system,
and the material thickness on the possible generation of fume and gases when using a fixed combination of
electrodes, welding equipment, and testing conditions.
The data generated can be used by product manufacturers to provide information for inclusion in safety data
sheets and by occupational hygienists to evaluate the significant substances emitted by spot welding in the
performance of risk assessments and/or workplace exposure measurements.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 7708, Air quality — Particle size fraction definitions for health-related sampling
ISO 15011-5, Health and safety in welding and allied processes — Laboratory method for sampling fume and
gases — Part 5: Identification of thermal-degradation products generated when welding or cutting through
products composed wholly or partly of organic materials using pyrolysis-gas chromatography-mass
spectrometry
ISO 15609-5, Specification and qualification of welding procedures for metallic materials — Welding
procedure specification — Part 5: Resistance welding
ISO 15767, Workplace atmospheres — Controlling and characterizing uncertainty in weighing collected
aerosols
ISO 18278-2:2004, Resistance welding — Weldability — Part 2: Alternative procedures for the assessment of
sheet steels for spot welding
CEN/TR 14599, Terms and definitions for welding purposes in relation with EN 1792
CEN/TR 15230, Workplace atmospheres — Guidance for sampling of inhalable, thoracic and respirable
aerosol fractions
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ISO/TS 15011-6:2012(E)
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in CEN/TR 14599 and the following apply.
3.1
gas
thermal degradation substance generated when welding and sampled in the gas phase
3.2
welding spatter
exit of molten metal from the overlapping area between the sheets and characterized by flying sparks and/or
by plumes in the overlapping area emanating from the solidified weld nugget
NOTE The solidified weld nugget can be examined for signs of weld spatter by destructive testing.
3.3
surface spatter
exit of molten metal occurring in resistance spot welding at the contact area between electrode and sheet
surface
NOTE Surface spatter is visible to the eye and can often be recognized after welding by means of a remaining dark
trace of residues on, and/or light formation of plumes at, the sheet surface.
4 Principle
Fume and gases generated by resistance spot welding are extracted into a sampling chamber in order to
determine the amount of dust generated. According to the principle of sedimentation, coarse particles are
separated and the airborne particles are collected on a preweighed filter, which is then reweighed. The fume
can then be chemically analysed, if required.
In order to determine the gaseous components, the emissions are collected in a fume box, then sampled and
quantified in an appropriate manner. Identification of any thermal degradation products of occupational
hygiene significance are undertaken in accordance with ISO 15011-5 prior to the welding test.
5 Apparatus
5.1 Resistance spot welding equipment. Refer to ISO 15609-5 for information and guidance on
appropriate resistance spot welding equipment and resistance spot welding conditions.
5.2 Equipment for determination of fume emission rate.
5.2.1 Welding chamber for determination of fume emission rate. See Annex A.
5.2.2 Sampler.
5.2.2.1 Inhalable sampler, designed to collect the inhalable fraction of airborne particles, as defined in
ISO 7708, with a high enough design flow rate to extract all the fume generated without loss on to the walls of
the welding chamber.
5.2.2.2 Respirable sampler, designated to collect the respirable fraction of airborne particles, as defined
in ISO 7708, with a high enough design flow rate to extract all the fume generated without loss on to the walls
of the welding chamber.
5.2.3 Filters, with a suitable pore size, e.g. 8 µm, and of a diameter that is compatible with the sampler
(5.2.2). Refer to ISO 15767 for guidance on selection of filters when carrying out gravimetric measurements.
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ISO/TS 15011-6:2012(E)
5.2.4 Adaptor, for connecting the welding chamber to the sampler, having an airtight fit in order to prevent
outside air being entrained into the chamber.
5.2.5 Balance, accurate to 0,01 mg, for preweighing and reweighing test filters.
5.3 Equipment for determination emission rates of gases.
5.3.1 Welding chamber for determination emission rates of gases shall be large enough to contain the
emitted gases during welding and shall not be constructed using materials which could emit organic gases on
heating. The chamber shall be equipped with a number of suitable ports through which the emitted gases can
be sampled.
An example of a welding chamber for determination emission rates of gases is given in Annex B.
5.3.2 Sampling lines, consisting of tubing connecting the sampling points and the pumps or equipment for
measuring gas concentration.
The sampling lines shall have a diameter 10 mm, be as short as practicable, and shall incorporate a dust
filter, mounted in a suitable filter holder, placed as close as possible to the sampling point in order to prevent
dust from entering the sampling line.
5.3.3 Direct-reading apparatus for measuring carbon monoxide (CO) is based on one of the following
principles:
dispersive infra-red absorption and non-dispersive infra-red absorption, used with or without filters to
reduce interference from carbon dioxide;
diffusion of CO through a semi-permeable membrane at a rate proportional to the concentration, followed
by electrochemical oxidation of the gas at a potential-controlled electrode and measurement of the
current produced.
1)
5.3.4 Equipment for sampling volatile organic compounds (VOCs), e.g. Tenax tubes.
5.3.5 Equipment for sampling aldehydes and other carbonyl compounds, e.g.
2,4-dinitrophenylhydrazine (DNPH) tube.
1)
5.3.6 Equipment for sampling polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), e.g. XAD-2 tube.
1)
5.3.7 Equipment for sampling phenols, e.g. XAD-7 tube.
5.3.8 Equipment for sampling isocyanates, e.g. glass-fibre filters impregnated with
1-(2-pyridyl)piperazine.
6 Procedure
6.1 Preparation of test pieces
Prepare strips of the material to be tested, having a width of 50 mm and a length which is sufficient to ensure
a minimum of 100 spot welds can be performed at a welding frequency of 20 spots/min with a spot weld
distance of 30 mm. If necessary, join two or more strips to produce a test piece of sufficient length.
1) Example of a suitable product available commercially. This information is given for the convenience of users of this
International Standard and does not constitute an endorsement by ISO of the product named.
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ISO/TS 15011-6:2012(E)
6.2 Set up of welding equipment
Set up the resistance spot welding equipment (5.1) to weld together two test pieces (see 6.1) within the
welding chamber, with the spot welds centrally placed at a spot weld distance of 30 mm. Use the welding
chamber described in Annex A for determination of fume emission rate or as described in Annex B for
determination of emission rates and gases.
In order to ensure good contact between the electrode and the test piece, condition the welding electrodes by
performing 20 welds. Carry out this conditioning of the electrodes using sheets of soft, deep-drawing steel
without layer or coating, having the same thickness as the material under test.
6.3 Selection of welding parameters
Set the welding parameters for emission measurements as given in Annex C.
Set the welding current so the spot diameter, in millimetres, is approximately 4,5√t, where t is the thickness of
the material under test, in millimetres. If spatter occurs, set the welding current 500 A below this value.
NOTE 1 Setting the current to produce a test spot diameter of approximately 4,5√t avoids most spatter, which is
necessary for reproducible emission rate measurements.
NOTE 2 Guidelines on the measurement of spot weld diameters for peel and shear fracture are contained in
[2]
ISO 14329 .
Ensure that the welding time is sufficiently long to overcome electrode bounce effects and setting inertia, in
order that the pressure on the electrodes reaches a minimum of 95 % of the nominal value before the current
is flowing.
6.4 Fume emission rate
6.4.1 Selection and use of sampler
Use either inhalable samplers (5.2.2.1) or respirable samplers (5.2.2.2), according to which size fraction is
applicable to the limit values of interest, e.g. for manganese.
Use the samplers at their design flow rate, in accordance with the specifications given by the manufacturer, in
order that they collect the intended fraction of the airborne particles.
Refer to CEN/TR 15230 for guidance on suitable samplers.
6.4.2 Connection of sampler to the welding chamber
Connect the sampler (5.2.2) to the welding chamber (see Annex A) using the sampling line (5.3.2) and the
adaptor (5.2.4).
6.4.3 Sampling
Before sampling, mark, condition, and preweigh the filter to be used for sampling (see 6.4.5.1).
Subject the material under test to a minimum of nine series of 100 spot welds, cleaning the welding chamber
after each test and replacing the electrode caps after every 300 spot welds. Remove, condition, reweigh, and
replace the test filter after completing each series (
...
SPÉCIFICATION ISO/TS
TECHNIQUE 15011-6
Première édition
2012-07-15
Hygiène et sécurité en soudage et
techniques connexes — Méthode de
laboratoire d'échantillonnage des fumées
et des gaz —
Partie 6:
Procédure pour la détermination
quantitative des fumées et des gaz
générés par le soudage par résistance
par points
Health and safety in welding and allied processes — Laboratory method
for sampling fume and gases —
Part 6: Procedure for quantitative determination of fume and gases from
resistance spot welding
Numéro de référence
ISO/TS 15011-6:2012(F)
©
ISO 2012
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ISO/TS 15011-6:2012(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2012
Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée sous
quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l'accord écrit
de l'ISO à l'adresse ci-après ou du comité membre de l'ISO dans le pays du demandeur.
ISO copyright office
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Tel. + 41 22 749 01 11
Fax + 41 22 749 09 47
E-mail copyright@iso.org
Web www.iso.org
Publié en Suisse
ii © ISO 2012 – Tous droits réservés
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ISO/TS 15011-6:2012(F)
Sommaire Page
Avant-propos . iv
Introduction . vi
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 2
4 Principe . 2
5 Appareillage . 2
6 Mode opératoire . 4
6.1 Préparation des éprouvettes . 4
6.2 Mise en place de l'équipement de soudage . 4
6.3 Sélection des paramètres de soudage . 4
6.4 Débit d'émission de fumées . 4
6.5 Débit d'émission des gaz . 6
7 Méthode de calcul . 6
7.1 Débit d'émission de poussière . 6
7.2 Débit d'émission des gaz . 7
8 Documentation . 8
9 Rapport d'essai . 9
Annexe A (informative) Exemples de conception de la chambre de prélèvement . 10
Annexe B (informative) Exemple de chambre de soudage pour la détermination du débit
d'émission des gaz . 13
Annexe C (normative) Paramètres de soudage . 16
Annexe D (informative) Exemple de rapport d'essai . 17
Bibliographie . 19
© ISO 2012 – Tous droits réservés iii
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ISO/TS 15011-6:2012(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
Dans d'autres circonstances, en particulier lorsqu'il existe une demande urgente du marché, un comité
technique peut décider de publier d'autres types de documents:
— une Spécification publiquement disponible ISO (ISO/PAS) représente un accord entre les experts dans
un groupe de travail ISO et est acceptée pour publication si elle est approuvée par plus de 50 % des
membres votants du comité dont relève le groupe de travail;
— une Spécification technique ISO (ISO/TS) représente un accord entre les membres d'un comité technique
et est acceptée pour publication si elle est approuvée par 2/3 des membres votants du comité.
Une ISO/PAS ou ISO/TS fait l'objet d'un examen après trois ans afin de décider si elle est confirmée pour trois
nouvelles années, révisée pour devenir une Norme internationale, ou annulée. Lorsqu'une ISO/PAS ou
ISO/TS a été confirmée, elle fait l'objet d'un nouvel examen après trois ans qui décidera soit de sa
transformation en Norme internationale soit de son annulation.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO/TS 15011-6 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 44, Soudage et techniques connexes,
sous-comité SC 9, Santé et sécurité.
L'ISO 15011 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Hygiène et sécurité en soudage
et techniques connexes — Méthode de laboratoire d'échantillonnage des fumées et des gaz:
Partie 1: Détermination du débit d'émission de fumée lors du soudage à l'arc et collecte des fumées pour
analyse
Partie 2: Détermination des débits d'émission du monoxyde de carbone (CO), du dioxyde de carbone
(CO ), du monoxyde d'azote (NO) et du dioxyde d'azote (NO ) lors du soudage à l'arc, du coupage et du
2 2
gougeage
Partie 3: Détermination du débit d'émission d'ozone lors du soudage à l'arc
Partie 4: Fiches d'information sur les fumées
iv © ISO 2012 – Tous droits réservés
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ISO/TS 15011-6:2012(F)
Partie 5: Identification des produits de dégradation thermique générés lors du soudage ou du coupage de
produits entièrement ou partiellement constitués de matériaux organiques, par pyrolyse-chromatographie
en phase gazeuse-spectrométrie de masse
Partie 6: Procédure pour la détermination quantitative des fumées et des gaz générés par le soudage par
résistance par points (Spécification technique)
Il convient d'adresser les demandes d'interprétation officielles de l'un quelconque des aspects de la présente
Spécification technique au secrétariat de l'ISO/TC 44/SC 9 via votre organisme national de normalisation. La
liste exhaustive de ces organismes peut être trouvée à l'adresse www.iso.org.
© ISO 2012 – Tous droits réservés v
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ISO/TS 15011-6:2012(F)
Introduction
Les activités de soudage et de coupage génèrent des fumées et des gaz qui peuvent se révéler dangereux
pour la santé et dont il convient de contrôler les limites définies par les réglementations en vigueur.
La détermination de la distribution de tailles de particules et l'analyse qualitative (fraction et si possible
spéciation métallique et organique) de la poussière recueillie relèvent des pratiques courantes lors de
l'évaluation des risques pour la santé humaine.
En outre, la détermination du taux d'émission des fumées et des gaz revêt un caractère essentiel dans le
cadre de toute appréciation correcte du risque (analyses qualitatives et quantitatives).
Les taux d'émission ne peuvent pas être utilisés directement pour évaluer l'exposition des soudeurs, mais l'on
s'attend à ce que les matériaux à faibles taux d'émission réduisent le niveau d'exposition des soudeurs par
rapport aux matériaux à fortes émissions utilisés dans les mêmes conditions opératoires.
vi © ISO 2012 – Tous droits réservés
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SPÉCIFICATION TECHNIQUE ISO/TS 15011-6:2012(F)
Hygiène et sécurité en soudage et techniques connexes —
Méthode de laboratoire d'échantillonnage des fumées et des
gaz —
Partie 6:
Procédure pour la détermination quantitative des fumées et des
gaz générés par le soudage par résistance par points
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 15011 constitue un guide pour la détermination des taux d'émission des fumées et
des gaz générés par le soudage par résistance par points des tôles en acier avec ou sans revêtement,
exprimés en quantité de polluant par point de soudure. Elle décrit le principe d'essai ainsi que des méthodes
d'échantillonnage et d'analyse.
La présente partie de l'ISO 15011 permet de déterminer l'influence du type de matériau, du système de
revêtement et de l'épaisseur du matériau sur la génération éventuelle de fumées et de gaz en présence d'une
association bien déterminée d'électrodes, d'équipements de soudage et de conditions d'essai.
Les données générées peuvent être utilisées par les fabricants du produit pour fournir des informations à
inclure dans les fiches de données de sécurité et par les responsables d'hygiène du travail afin d'évaluer les
substances importantes émises par le soudage par résistance par points lors de l'évaluation des risques et/ou
lors des mesurages de l'exposition sur les lieux de travail.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 7708, Qualité de l'air — Définitions des fractions de taille des particules pour l'échantillonnage lié aux
problèmes de santé
ISO/TS 15011-5, Hygiène et sécurité en soudage et techniques connexes — Méthode de laboratoire
d'échantillonnage des fumées et des gaz — Partie 5: Identification des produits de dégradation thermique
générés lors du soudage ou du coupage de produits entièrement ou partiellement constitués de matériaux
organiques, par pyrolyse-chromatographie en phase gazeuse-spectrométrie de masse
ISO 15609-5, Descriptif et qualification d'un mode opératoire de soudage pour les matériaux métalliques —
Descriptif d'un mode opératoire de soudage — Partie 5: Soudage par résistance
ISO 15767, Air des lieux de travail — Contrôle et caractérisation de l'incertitude de pesée des aérosols
collectés
ISO 18278-2:2004, Soudage par résistance — Soudabilité — Partie 2: Méthodes alternatives d'évaluation des
tôles d'acier pour le soudage par points
© ISO 2012 – Tous droits réservés 1
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ISO/TS 15011-6:2012(F)
CEN/TR 14599, Termes et définitions pour le soudage en relation avec l'EN 1792
CEN/TR 15230, Atmosphères de lieux de travail — Guide pour l'échantillonnage des fractions d'aérosols
inhalables, thoraciques et alvéolaires
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans le CEN/TR 14599 ainsi que les
suivants s'appliquent.
3.1
gaz
substance de dégradation thermique générée lors du soudage et de l'échantillonnage en phase gazeuse
3.2
projections durant le soudage
projections de métal en fusion à partir de la zone de chevauchement entre les tôles caractérisées par des jets
d'étincelles et/ou des nuages de particules dans la zone de chevauchement provenant de la perle de soudure
solidifiée
NOTE La perle de soudure solidifiée peut faire l'objet d'un examen sur les signes de projection lors des activités de
soudage, par un essai destructif.
3.3
projections en surface
projections de métal en fusion survenant lors du soudage par résistance par points au niveau de la zone de
contact entre l'électrode et la surface de la tôle
NOTE Les projections en surface sont visibles à l'œil nu et peuvent être reconnues après soudage par la présence
d'une trace foncée restante de résidus et/ou par la formation légère de nuages de particules à la surface de la tôle.
4 Principe
Les fumées et les gaz générés par les activités de soudage par résistance par points sont extraits dans une
chambre d'échantillonnage pour déterminer la quantité de poussière générée. Selon le principe de
sédimentation, les grosses particules sont séparées et les particules en suspension dans l’air sont recueillies
sur un filtre taré qui est ensuite repesé. Si nécessaire, les fumées peuvent faire l'objet d'une analyse chimique.
Pour déterminer les composants des gaz, les émissions sont collectées dans une chambre de prélèvement,
puis échantillonnées et quantifiées de manière appropriée. L'identification de tout produit de dégradation
thermique, importante en hygiène sur le lieu de travail, est réalisée conformément à l'ISO 15011-5, avant
l'essai de soudage.
5 Appareillage
5.1 Équipement de soudage par résistance par points. Se reporter à l'ISO 15609-5 pour obtenir des
informations et des recommandations sur les équipements de soudage par résistance par points et sur les
conditions de soudage de soudage par résistance par points.
5.2 Équipement pour la détermination du débit d'émission de fumée.
5.2.1 Chambre de soudage pour la détermination du débit d'émission de fumée.
Voir l'Annexe A.
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5.2.2 Échantillonneur.
5.2.2.1 Échantillonneur de fraction inhalable, conçu pour collecter la fraction inhalable de particules
en suspension dans l'air, tel que défini dans l'ISO 7708, avec un débit suffisamment élevé pour extraire toutes
les fumées générées sans perte sur les parois de la chambre de soudage.
5.2.2.2 Échantillonneur de fraction alvéolaire, conçu pour collecter la fraction alvéolaire de particules
en suspension dans l'air, tel que défini dans l'ISO 7708, avec un débit suffisamment élevé pour extraire toutes
les fumées générées sans perte sur les parois de la chambre de soudage.
5.2.3 Filtres, de porosité appropriée, par exemple 8 µm et d'un diamètre compatible avec l'échantillonneur
(5.2.2). Se reporter à l'ISO 15767 pour être guidé sur le choix des filtres pour la réalisation des mesurages
gravimétriques.
5.2.4 Adaptateur, pour le raccordement de la chambre de soudage à l'échantillonneur, muni d'un raccord
étanche pour empêcher l'air extérieur de pénétrer dans la chambre.
5.2.5 Balance, précise à 0,01 mg, pour le tarage et le repesage des filtres d'essai.
5.3 Équipement pour la détermination des débits d'émission des gaz.
5.3.1 Chambre de soudage pour la détermination des débits d'émission des gaz, suffisamment
grande pour contenir les gaz émis lors du soudage et construite à l'aide de matériaux susceptibles d'émettre
des gaz organiques lors du chauffage. La chambre doit être munie d'un certain nombre d'orifices adaptés à
travers lesquels les gaz émis peuvent être prélevés.
L'Annexe B fournit un exemple de chambre de soudage pour la détermination des débits d'émission des gaz.
5.3.2 Lignes d'échantillonnage, comprenant une tuyauterie qui relie les points d'échantillonnage et les
pompes ou l'équipement de mesurage de la concentration des gaz.
La ligne d'échantillonnage doit avoir un diamètre 10 mm et être aussi courte que possible; elle doit
également être munie d'un filtre à poussière monté dans un porte-filtre adapté, placé aussi près que possible
du point d'échantillonnage afin d'empêcher la pénétration de poussière dans la ligne d'échantillonnage.
5.3.3 Appareillage à lecture directe, permettant de mesurer le monoxyde de carbone (CO), fonctionnant
sur la base d'un des principes suivants:
absorption d'infrarouge dispersive et absorption d'infrarouge non dispersive, utilisées avec ou sans filtres
pour réduire l'interférence du dioxyde de carbone;
diffusion du CO à travers une membrane semi-perméable, à un taux proportionnel à la concentration,
suivie par une oxydation électrochimique du gaz sur une électrode à potentiel contrôlé et par la mesure
du courant produit.
5.3.4 Équipement pour l'échantillonnage des composés organiques volatils (COV), par exemple, des
1)
tubes Tenax .
5.3.5 Instrument pour l'échantillonnage des aldéhydes et des autres composés carbonylés, par
exemple, des tubes contenant de la 2,4-dinitrophénylhydrazine (DNPH).
5.3.6 Instrument pour l'échantillonnage des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), par
1)
exemple un tube absorbant XAD-2 .
1)
5.3.7 Instrument pour l'échantillonnage des phénols, par exemple un tube XAD-7 .
5.3.8 Instrument pour l'échantillonnage des isocyanates, par exemple des filtres en fibre de verre
imprégnés de 1-(2-pyridyl)pipérazine.
1) Exemple de produit approprié disponible sur le marché. Cette information est donnée à l'intention des utilisateurs du
présent document et ne signifie nullement que l'ISO approuve ou recommande l'emploi exclusif du produit ainsi désigné.
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6 Mode opératoire
6.1 Préparation des éprouvettes
Préparer des bandes de matériau à soumettre aux essais, ayant une largeur de 50 mm et une longueur
suffisante pour garantir la réalisation d'au moins 100 points de soudure avec un temps de cycle de
20 points/min et une distance de séparation des points de soudure de 30 mm. Si nécessaire, utiliser deux
bandes ou plus pour obtenir une éprouvette de longueur suffisante.
6.2 Mise en place de l'équipement de soudage
Mettre en place l'équipement de soudage par résistance par points (5.1) pour souder deux éprouvettes
(voir 6.1) dans la chambre de soudage, avec les points de soudure placés de manière centrée et séparés les
uns des autres de 30 mm. Utiliser la chambre de soudage décrite dans l'Annexe A pour la détermination du
débit d'émission de fumée ou décrite dans l'Annexe B pour la détermination des débits d'émission et des gaz.
Afin d'assurer un bon contact entre l'électrode et l'éprouvette, conditionner les électrodes de soudage en
réalisant 20 points de soudure. Effectuer ce démarrage des électrodes au niveau de tôles en acier
d'emboutissage souple sans revêtement et sans couche, en adéquation avec l'épaisseur du matériau soumis
à essai.
6.3 Sélection des paramètres de soudage
Définir les paramètres de soudage pour les mesures d'émissions, comme indiqué dans l'Annexe C.
Régler le courant de soudage de sorte que le diamètre des points de soudure, en millimètres, soit égal à
environ 4,5 t , où t est l'épaisseur, en millimètres, du matériau soumis à essai. En cas de projections, régler
le courant de soudage à 500 A au-dessous de cette valeur.
NOTE 1 Le réglage du courant pour produire des points de soudure d'essai d'un diamètre d'environ 4,5 t , réduit
considérablement les projections de métal en fusion, une condition nécessaire pour des mesures reproductibles des
débits d'émission.
NOTE 2 Des lignes directrices relatives au mesurage des diamètres des points de soudure des éprouvettes de
[2]
cisaillement et de déboutonnage sont données dans l'ISO 14329 .
S'assurer que le temps de soudage est suffisamment long pour compenser les effets de rebond des
électrodes et l'inertie de l'installation, afin que la pression sur les électrodes atteigne au moins 95 % de la
valeur nominale avant le passage du courant.
6.4 Débit d'émission de fumées
6.4.1 Choix et utilisation de l'échantillonneur
Utiliser des échantillonneurs de fractions inhalables (5.2.2.1) ou des échantillonneurs de fractions alvéolaires
(5.2.2.2), selon la fraction de taille de particules qui est applicable aux valeurs limites étudiées, par exemple
pour le manganèse.
Utiliser les échantillonneurs au débit pour lequel ils sont conçus, conformément aux spécifications fournies par
le fabricant, afin qu'ils recueillent la fraction prévue des particules en suspension dans l'air.
Se reporter au CEN/TR 15230 pour les recommandations concernant les échantillonneurs adaptés.
6.4.2 Raccordement de l'échantillonneur à la chambre de soudage
Raccorder l'échantillonneur (5.2.2) à la chambre de soudage (voir Annexe A) à l'aide de la ligne
d'échantillonnage (5.3.2) et de l'adaptateur (5.2.4).
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6.4.3 Échantillonnage
Avant l'échantillonnage, marquer, conditionner et tarer le filtre à utiliser pour l'échantillonnage (voir 6.4.5.1).
Soumettre le matériau en essai à au moins neuf séries de 100 points de soudure, en veillant à nettoyer la
chambre de soudage après chaque essai et à remplacer les bouchons d'électrodes après 300 points de
soudure. Retirer, conditionner, repeser et remplacer le filtre d'essai après chaque série (voir 6.4.5.1). En cas
d'arrêt de la pompe ou de colmatage du filtre, interrompre l'échantillonnage, avec moins de 100 points de
soudure réalisés.
Si une projection due au soudage se produit lors de l'échantillonnage (perte de matériau), l'essai est invalidé
et le filtre rejeté.
NOTE La génération de projections durant le soudage augmente l'émission de fumée.
En cas de projections en surface, consigner cet événement, mais ne pas rejeter le filtre, car l'essai est encore
considéré comme valide.
Si nécessaire, effectuer des essais supplémentaires pour obtenir au moins six mesures valides, ce qui
représente le minimum nécessaire pour des statistiques de comptage satisfaisantes.
6.4.4 Essai à blanc
Recueillir un échantillon à blanc en effectuant un essai similaire à celui décrit en 6.4.3, mais sans réaliser de
soudures. Soutirer l'air à travers le filtre pendant une durée correspondant à la durée nécessaire pour réaliser
une série de 100 points de soudure.
6.4.5 Analyse
6.4.5.1 Gravimétrie
Déterminer la masse de la fumée recueillie sur chaque filtre en calculant la différence de masse avant et
après l'échantillonnage et en divisant cette valeur par le nombre de points de soudure réalisés, pour exprimer
le résultat en milligrammes par point de soudure.
Se reporter à l'ISO 15767 relative au contrôle et à la caractérisation des erreurs de pesée des aérosols
collectés.
Avant chaque pesée, conditionner le filtre pendant 48 h à une température maintenue constante à 2 °C et à
une humidité relative maintenue constante à 5 %.
Afin de compenser les variations climatiques à même de se produire au cours de la pesée ou du
conditionnement des filtres, peser un nombre approprié de filtres de référence qui n'ont pas été utilisés pour le
mesurage, lors de chaque série de mesures. Appliquer une correction à tous les résultats d'essai afin de tenir
compte de la différence moyenne de masse des filtres de référence entre les pesées initiales et finales.
Soustraire le résultat de l'essai de l'échantillon à blanc du résultat des mesures d'émissions pour corriger
toute contamination croisée issue de la chambre de soudage.
6.4.5.2 Détermination de la concentration de métal dans la fumée
Si des informations concernant la composition de la fumée sont requises, eu égard notamment à la présence
et à la concentration de métaux dangereux, analyser la fumée à l'aide d'une méthode appropriée.
[3] [4]
Se reporter à l'ISO 15202-2 pour la mise en solution des échantillons, à l'ISO 15202-3 pour l'analyse par
[6]
spectrométrie d'émission atomique avec plasma à couplage inductif et à l'ISO 30011 pour l'analyse par
spectrométrie de masse avec plasma à couplage inductif.
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6.5 Débit d'émission des gaz
6.5.1 Préparation pour l'échantillonnage
Avant de l'utiliser, s'assurer que la chambre de soudage est propre. Essuyer les surfaces internes de la
chambre de soudage à l'aide d'un chiffon imbibé de solvant approprié, de l'acétone par exemple, et s'assurer
que toutes les traces de solvant ont disparu avant de procéder au soudage.
Munir la chambre d'échantillonnage des systèmes d'échantillonnage appropriés, selon le type d'analyses à
effectuer. Choisir les tubes à adsorption spécifiques ou les filtres à utiliser (5.3.3 à 5.3.8) à l'aide des résultats
de la pyrolyse effectuée sur le revêtement présent à la surface de l'éprouvette conformément à la méthode
spécifiée dans l'ISO 15011-5.
NOTE Les gaz suivants sont des exemples de gaz pouvant être générés par le soudage par résistance des
matériaux munis d'un revêtement organique:
composés organiques volatils (COV), y compris le 1,3-butadiène, ainsi que certains aldéhydes et composés
carbonylés;
hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP);
phénols;
isocyanates.
Dans tous les cas, raccorder la chambre de soudage à l'appareillage à lecture directe pour mesurer les
concentrations de CO, car la concentration de CO est surveillée pendant l'échantillonnage afin de corriger la
concentration mesurée des gaz pour tenir compte des fuites depuis la chambre de soudage.
6.5.2 Échantillonnage
Effectuer 50 à 100 points de soudure puis, à l'aide de leurs couvercles respectifs, obturer les fentes d'entrée
et de sortie situées sur les faces avant et arrière de la chambre de soudage. Collecter, pendant 30 min, les
échantillons de gaz à mesurer. Mesurer la concentration de CO au cours des 2 premières minutes
d'échantillonnage, puis de nouveau entre 13 min et 15 min et enfin entre 28 min et 30 min d'échantillonnage.
Répéter trois fois l'essai, en insufflant de l'air comprimé dans la chambre de soudage après chaque essai.
6.5.3 Essai à blanc
Collecter des échantillons à blanc pour chaque gaz en effectuant un essai similaire à celui décrit en 6.5.2,
mais sans réaliser de soudures. Soutirer l'air à travers les tubes à adsorption/filtres pendant une durée
correspondant à la durée nécessaire pour réaliser une série de 100 points de soudure.
6.5.4 Analyse
Analyser les composants conformément aux méthodes d'analyse recommandées pour la détermination des
substances dangereuses dans l'air des lieux de travail.
7 Méthode de calcul
7.1 Débit d'émission de poussière
Pour chacun des trois essais effectués, calculer la quantité de poussière par point de soudure, en
microgrammes, à l'aide des équations suivantes.
m
ref1
mmm
FF1 F0
m
ref0
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ISO/TS 15011-6:2012(F)
m
ref1
mmm
BB1 B0
m
ref0
mmm
EF B
m
E
m 1 000
SP
a
SP
où
a est le nombre de points de soudure;
SP
m est la masse poussière sur le filtre à blanc, exprimée en milligrammes;
B
m est la masse du filtre à blanc avant l'essai, exprimée en milligrammes;
B0
m est la masse du filtre à blanc plus la masse de poussière au terme de l'essai à blanc, exprimée
B1
en milligrammes;
m est la masse de poussière émise durant le soudage, exprimée en milligrammes;
E
m est la masse de poussière sur le filtre de mesure, exprimée en milligrammes;
F
m est la masse du filtre de mesure avant l'essai, exprimée en milligrammes;
F0
m est la masse du filtre de mesure plus la masse de poussière au terme de l'essai, exprimée en
F1
milligrammes;
m est la somme des masses des filtres de référence avant l'essai, exprimée en milligrammes;
ref0
m est la somme des masses des filtres de référence au terme de l'essai, exprimée en
ref1
milligrammes;
m est la quantité de poussière par point de soudure, exprimée en microgrammes par point de
SP
soudure.
Calculer et consigner la moyenne des trois résultats d'essai.
7.2
...
Questions, Comments and Discussion
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