ISO 15011-2:2009

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 15011-2
Second edition
2009-10-15


Health and safety in welding and allied
processes — Laboratory method for
sampling fume and gases —
Part 2:
Determination of the emission rates of
carbon monoxide (CO), carbon dioxide
(CO ), nitrogen monoxide (NO) and
2
nitrogen dioxide (NO ) during arc
2
welding, cutting and gouging
Hygiène et sécurité en soudage et techniques connexes — Méthode de
laboratoire d'échantillonnage des fumées et des gaz —
Partie 2: Détermination des débits d'émission du monoxyde de carbone
(CO), du dioxyde de carbone (CO ), du monoxyde d'azote (NO) et du
2
dioxyde d'azote (NO ) lors du soudage à l'arc, du coupage et du
2
gougeage




Reference number
ISO 15011-2:2009(E)
©
ISO 2009

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ISO 15011-2:2009(E)
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Published in Switzerland

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ISO 15011-2:2009(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction.v
1 Scope.1
2 Normative references.1
3 Terms and definitions .1
4 Principle .2
5 Equipment and materials.2
6 Test procedures.4
6.1 Welding procedure selection .4
6.2 Setting up the test equipment.4
6.3 Blank test .5
6.4 Manual metal arc welding.5
6.5 Continuous wire processes and autogeneous TIG welding.5
6.6 Cutting and gouging .6
7 Calculating and reporting the results.7
Annex A (informative) Possible designs of hood .8
Annex B (informative) Equipment notes.10
Annex C (informative) Welding parameters for gas-shielded arc welding .12
Annex D (normative) Test procedures.15
Annex E (normative) Calculation of the average stable gas concentration .16
Annex F (normative) Test report .17
Bibliography.18

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ISO 15011-2:2009(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.
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 15011-2 was prepared by Technical Committee ISO/TC 44, Welding and allied processes, Subcommittee
SC 9, Health and safety.
This second edition cancels and replaces the first edition (15011-2:2003), which has been technically revised.
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
The following part is under preparation:
⎯ Part 6: Procedure for quantitative determination of fume and gases from resistance spot welding
[Technical Specification]
Request for an official interpretation of technical aspects of this part of ISO 15011 should be directed to the
secretariat of ISO/TC 44/SC 9 via the user’s national standardization body; a listing of these bodies can be
found at www.iso.org.
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ISO 15011-2:2009(E)
Introduction
Welding and allied processes generate fume and gases, which, if inhaled, can be harmful to human health.
Knowledge of the composition and the emission rate of the fume and gases can be useful to occupational
health professionals in assessing worker exposure and in determining appropriate control measures.
Absolute exposure is dependent upon factors such as welder position with respect to the plume and draughts
and cannot be predicted from emission rate data. However, in the same work situation, a higher emission rate
is expected to correlate with a higher exposure and a lower emission rate with a lower exposure. Hence,
emission rate data can be used to predict relative changes in exposure that might occur in the workplace
under different welding conditions and to identify measures for reducing such exposure, but they cannot be
used to calculate ventilation requirements.
This part of ISO 15011 specifies a method for measuring the emission rate of carbon monoxide (CO), carbon
dioxide (CO ), nitrogen monoxide (NO) and nitrogen dioxide (NO ) during arc welding, cutting and gouging
2 2
using a hood technique. The procedure simply prescribes a methodology, leaving selection of the test
parameters to the user, so that the effect of different variables can be evaluated.
It is assumed that the executions of the provisions and the interpretation of the results obtained in this part of
ISO 15011 are entrusted to appropriately qualified and experienced people.

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INTERNATIONAL STANDARD ISO 15011-2:2009(E)

Health and safety in welding and allied processes — Laboratory
method for sampling fume and gases —
Part 2:
Determination of the emission rates of carbon monoxide (CO),
carbon dioxide (CO ), nitrogen monoxide (NO) and nitrogen
2
dioxide (NO ) during arc welding, cutting and gouging
2
1 Scope
This part of ISO 15011 defines laboratory methods for measuring the emission rates of carbon monoxide
(CO), carbon dioxide (CO ), nitrogen monoxide (NO) and nitrogen dioxide (NO ) generated during arc
2 2
welding, cutting and gouging, using a hood technique. The methodology is suitable for use with all open arc
welding processes, cutting and gouging but different designs of hood are used depending on the process and
whether or not it can be conducted automatically.
The method can be used to evaluate the effects of welding wires, welding parameters, processes, shielding
gases, test piece composition and test piece surface condition on emission rate.
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/TR 25901, Welding and related processes — Vocabulary
ISO/IEC Guide 98-3, Uncertainty of measurement — Part 3: Guide to the expression of uncertainty in
measurement (GUM:1995)
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO/TR 25901 and the following apply.
3.1
bubble flow meter
primary device for measuring gas flow rate, where the time for a bubble of gas, defined by a soap film, to pass
through a calibrated volume in a vertical tube is measured
3.2
test chamber
semi-enclosed, continuously extracted chamber used in emission rate tests performed during arc welding,
cutting or gouging operations
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ISO 15011-2:2009(E)
NOTE Test chambers generally fall into three generic types:
⎯ A test chamber without a floor, widely referred to as a “hood”;
⎯ A test chamber having a floor, widely referred to as a “fume box”;
⎯ A “fume box”, in which the floor of the test chamber is easily removed and replaced, facilitating its ready
interconversion to and from a “hood”.
4 Principle
Arc welding, cutting or gouging is performed, inside a semi-enclosed, continuously extracted test chamber of
the “hood” type. Gas concentrations (in millilitres per cubic metre) at a sampling position and the air flow rate
(in cubic metres per minute) through the hood are measured. Gas emission rates (in millilitres per minute) are
calculated by multiplying their concentrations at the sampling position by the air flow rate.
5 Equipment and materials
5.1 Hood, semi-enclosed, continuously extracted chamber of the “hood” type, in which gas emission rate
tests are performed during arc welding, cutting and gouging. Examples of possible hood designs are given in
Annex A. Hoods with shapes and dimensions similar to those shown in Figure A.1 are appropriate for
measuring gas emission rates during arc welding. Hoods similar to those shown in Figure A.2 are appropriate
for measuring gas emission rates during cutting and gouging. See B.1 for guidance on the gas sampling
position.
5.2 Extraction unit, capable of maintaining an adequate air flow rate through the hood (5.1), such that all
gases emitted are contained, but not so high as to compromise the integrity of the process (see B.2). The
precise characteristics of the extraction unit are not critical.
5.3 Sampling system, consisting of a sampling line between the sampling point and the equipment, for
measuring gas concentration. The sampling line shall be of small internal diameter (10 mm or less) and as
short as reasonably practicable. Fume shall be prevented from entering the sampling line using a filter placed
as close as is reasonably practicable to the sampling point. See B.3.
5.4 Instrument for measuring carbon monoxide, which is direct reading and which works 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 carbon monoxide 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 by
measurement of the current produced;
⎯ gas chromatography.
The instrument shall have a working range that covers the range of CO concentrations to be measured and
have a logging capability or be connected to a digital logging system with a logging frequency of 1 s or less.
See B.4.
The instrument calibration shall be traceable to national standards.
5.5 Instrument for measuring carbon dioxide, which is direct reading and which works by non-dispersive
infra-red absorption.
The instrument shall have a working range that covers the range of CO concentrations to be measured and
2
have a logging capability or be connected to a digital logging system with a logging frequency of 1 s or less.
See B.4.
The instrument calibration shall be traceable to national standards.
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ISO 15011-2:2009(E)
5.6 Instrument for measuring nitrogen oxide and nitrogen dioxide, which is direct reading and which
works using one of the following principles:
⎯ measurement of chemiluminescence produced by reaction between NO and ozone (O );
3
⎯ measurement of the signal generated by electrochemical reaction of NO and NO at catalytically active,
2
potential-controlled, electrodes in aqueous sulphuric acid.
The instrument shall have a working range that covers the range of NO and NO concentrations to be
2
measured and have a logging capability or be connected to a digital logging system with a logging frequency
of 1 s or less. See B.4.
The instrument calibration shall be traceable to national standards.
3
5.7 Equipment for measuring air flow rate, capable of measuring an air flow rate of 2 m /min to within
3
± 5 % or better for the hood shown in Figure A.1, or 20 m /min to within ± 5 % or better for the hood shown in
Figure A.2.
The following combinations of equipment are suitable (see B.5).
⎯ A calibrated anemometer, together with a calibrated ruler, to measure the diameter (in metres) of the
extraction ducting between the hood and the extraction unit. The calibrations of the anemometer and the
ruler shall be traceable to national standards. The anemometer shall, itself, have a logging capability or
be connected to a logging system with a logging frequency of 1 s or less.
⎯ A flow meter with a calibrated relationship between pressure difference and air flow rate, e.g. an orifice
plate, together with a digital manometer with a reading accuracy of at least 0,1 Pa to measure the
pressure difference across it. The calibration of the flow meter and the digital manometer shall be
traceable to national standards. The digital manometer shall, itself, have a logging capability or be
connected to a logging system with a logging frequency of 1 s or less.
⎯ A device for measuring air flow rate with equivalent performance.
The calibration of the equipment shall be traceable to national standards.
5.8 Equipment for measuring welding current, voltage and wire feed speed, capable of measuring the
arithmetic mean of the current, voltage and wire feed speed to within ± 5 % or better. Electronic integrating
equipment with frequent sampling intervals and a logging capability is recommended. In the absence of such
equipment, current may be measured using a Hall effect probe connected to a moving coil meter or a shunt.
Voltage may be measured using a moving coil meter. Wire feed speed may be determined by measuring the
length of wire exiting the welding torch in a measured time.
The calibration of the equipment shall be traceable to national standards.
5.9 Equipment for measuring shielding and consumable gas flow rates, calibrated for the gas in use,
capable of measuring the flow rate to within ± 5 % or better (see B.6).
The calibration of the equipment shall be traceable to national standards.
5.10 Device for setting the contact tip to workpiece distance (CTWD), consisting of a gauge made by
machining a metal block to a thickness equivalent to the required CTWD to within ± 5 % or better, or a metal
wedge with distance markings at appropriate points.
5.11 Device for setting the electrode tip to workpiece distance (ETWD) for tungsten inert gas (TIG)
welding, consisting of a gauge made by machining a metal block to a thickness equivalent to the required
ETWD to within ± 5 % or better, or a metal wedge with distance markings at appropriate points.
5.12 Device for automatic arc welding, permitting the emission rate test to be performed under automated
conditions, capable of advancing the test piece under a stationary arc welding torch at an appropriate rate
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ISO 15011-2:2009(E)
(welding speed), whilst positioned over a plane surface (e.g. a table), which extends at least to the extremities
of the hood. It shall be possible to secure a test piece to the device, such that it cannot move, bow or flex
during testing (see B.7).
5.13 Test pieces, of a material suitable for the process and for welding the consumable used, with
dimensions which allow testing to be carried out for a period of at least 60 s (see B.8).
6 Test procedures
6.1 Welding procedure selection
6.1.1 Welding procedure selection for arc welding processes
Perform manual metal arc (MMA) welding tests manually or using automatic welding.
Perform tests with continuous wire processes, e.g. metal inert gas or metal active gas (MIG/MAG) welding
with solid wires, metal-cored arc welding (MCAW), gas-shielded flux-cored arc welding (FCAW) and
self-shielded flux-cored arc welding (SSFCAW), using automatic welding.
Perform TIG welding manually and autogeneous TIG welding using automatic welding.
NOTE Automatic welding is specified for use with those processes which can be easily performed automatically
because it is expected to provide greater reproducibility of gaseous emission rates than manual welding. However, for
MMA and TIG welding, this is difficult or impossible to carry out.
Perform manual welding tests and automatic welding set-up using a skilled welder.
Perform welding tests in a hood of similar design to that shown in Figure A.1.
6.1.2 Welding procedure selection for cutting and gouging
Perform cutting and gouging processes, such as oxyfuel gas and plasma cutting and gouging, manually using
a hood of similar design to that shown in Figure A.2.
6.2 Setting up the test equipment
Check that all measuring and logging equipment is within its calibration date and is functioning correctly,
before carrying out any tests.
Arrange the test equipment appropriate to the arc welding, cutting or gouging process to be evaluated as
shown in Annex A.
Adjust the air flow rate through the hood to the required value (see B.2) using either the variable control on the
extraction unit or a damper in the extract ducting. Make air flow measurements utilizing either an anemometer
or a differential flow meter.
If an anemometer is to be used to measure the velocity of extracted air for use in the calculation of the air flow
rate, measure the average velocity of extracted air through the extract ducting with the anemometer, measure
the diameter of the extract ducting using a calibrated ruler, calculate the cross-sectional area (in square
metres) of the extract ducting and multiply this by the average extracted air velocity (in metres per minute) to
obtain the average air flow rate (in cubic metres per minute).
If a pressure differential flow meter is used to measure the air flow rate, measure the average pressure drop
across the device and calculate the average air flow rate using the calibration equation provided for the
device.
4 © ISO 2009 – All rights reserved

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ISO 15011-2:2009(E)
6.3 Blank test
Switch on the extraction device and check that the air flow rate through the hood is at the required value
(see 6.2); adjust if necessary.
Switch on the measuring instruments and measure the gases which are the subject of emission rate tests for
a suitable time period, e.g. 60 s.
Calculate the mean concentration of each gas and use this for blank correction. See Clause 7.
6.4 Manual metal arc welding
6.4.1 Trial test to set the test current
Set the desired test conditions (see Annex C), performing a trial test to set the test current, as follows, using
the same monitoring equipment and materials to be used subsequently to perform the emission rate test
proper.
Connect the equipment for measuring current and voltage. See D.1 for further guidance.
Secure a test piece (5.13) inside the hood, centrally, so that it cannot move, bow or flex during welding.
Commence welding and adjust the power source to provide the desired test current.
Stop welding and renew or reposition the test piece so that the next weld is deposited on a cool, unwelded
metal surface, securing it so that it cannot move, bow or flex during welding.
Recommence welding, continue for a suitable time period, e.g. 60 s, or until the electrode is consumed and
record the average current over the test period.
Verify that the desired test current has been attained and, if not, renew or reposition the test piece, re-adjust
the power source and repeat the test.
When the required test conditions have been achieved, proceed to testing (see 6.4.2).
6.4.2 Emission rate test
Renew or reposition the test piece so that the next weld is deposited on a cool, unwelded metal surface, if
necessary securing it so that it cannot move, bow or flex during welding. Switch on the extraction unit (5.2)
and all measuring instruments (5.4, 5.5 and 5.6) and monitoring equipment (5.7 and 5.8). Check that the air
flow rate through the hood is still at the required value (see B.2) and adjust it if necessary. Commence
welding, start logging the concentration of the gas(es) emitted, weld for a suitable time period, e.g. 60 s, or
until the electrode is consumed, stop logging the gas concentration(s) and then switch off the extraction unit.
Perform three replicate tests and calculate the mean gas emission rate (see Clause 7). If any individual result
differs from the mean by more than ± 10 %, carry out two more tests and calculate the mean value of all five
results. If any individual result then differs from the new mean by more than ± 10 %, carry out checks to
ensure that all equipment is functioning correctly and repeat the entire procedure.
6.5 Continuous wire processes and autogeneous TIG welding
6.5.1 Trial test
Set the desired test conditions (see Annex C), performing a trial test to set the test current and voltage, as
follows, using the same monitoring equipment and materials to be used subsequently to perform the emission
rate test proper.
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ISO 15011-2:2009(E)
Connect the equipment for measuring current, arc voltage, wire feed speed (5.8). See D.1 for further guidance
on attaching the leads for measuring voltage and current.
Adjust the shielding gas flow rate to the desired value, if applicable (see C.7).
Secure a test piece inside the hood, so that it cannot move, bow or flex during welding and in such a way that
a constant CTWD is maintained throughout the test when carrying out MIG/MAG welding and that a constant
ETWD is maintained when carrying out autogeneous TIG welding.
Position the welding torch at the desired angle (see C.3) and secure it.
Set the desired CTWD for continuous wire processes (see C.6.1) following the procedure described in D.2 or,
for autogeneous TIG welding, set the desired the ETWD (see C.6.2) following the procedure described in D.3.
Set the required welding speed (see C.4).
Commence welding and adjust the power source to provide the desired test current and voltage.
Stop welding and renew or reposition the test piece so that the next weld is deposited on a cool, unwelded
metal surface, if necessary securing it so that it cannot move, bow or flex during welding. Check that the
CTWD or ETWD is unchanged and reset if necessary. Recommence welding. Continue for a suitable time
period, e.g. 60 s, and record the average current and voltage over the test period.
Verify that the desired current and voltage have been attained and, if not, renew or reposition the test piece,
re-adjust the power source and repeat the test.
When the required test conditions have been achieved, proceed to testing (see 6.5.2).
6.5.2 Emission rate tests
Renew or reposition the test piece so that the next weld is deposited on a cool, unwelded metal surface, if
necessary securing it so that it cannot move, bow or flex during welding. Check that the CTWD or ETWD is
unchanged and reset if necessary. Position the test piece under the torch ready to commence welding.
Manoeuvre the hood over the torch so that the torch is positioned centrally and that the bottom edge of the
hood is 5 cm above the upper surface of the test piece (see B.7). Switch on the extraction unit (5.2) and all
measuring instruments (5.4, 5.5 and 5.6) and monitoring equipment (5.7 and 5.8). Check that the air flow
through the hood is still at the required value (see 6.2) and adjust it if necessary. Start the device for automatic
welding. Commence welding, start logging the concentration of the gas(es) emitted, weld for a suitable time
period, e.g. 60 s, stop logging the gas concentration(s) and then switch off the extraction unit.
Perform three replicate tests and calculate the average gas emission rate (see Clause 7). If any individual
result differs from the mean by more than ± 10 %, carry out two more tests and calculate the mean value of all
five results. If any individual result then differs from the new mean by more than ± 10 %, carry out checks to
ensure that all equipment is functioning correctly and repeat the entire procedure.
6.6 Cutting and gouging
6.6.1 Trial tests (for electrical processes)
Set the desired test conditions (see Annex C), performing a trial test to set the test voltage and/or current, as
follows, using the same monitoring equipment and materials to be used subsequently to perform the emission
rate test proper.
Connect the equipment for measuring voltage and/or current. See D.1 for further guidance.
Secure a test piece inside the hood so that it cannot move, bow or flex during cutting or gouging.
Commence cutting or gouging and adjust the power source to provide the desired test voltage and/or current.
6 © ISO 2009 – All rights reserved

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ISO 15011-2:2009(E)
Stop cutting or gouging and renew or reposition the test piece so that the next cut or gouge is made on a cool
metal surface, securing it so that it cannot move, bow or flex during welding.
Recommence cutting or gouging, continue for a suitable time period, e.g. 60 s, and record the average voltage
and/or current over the test period.
Verify that the desired voltage and/or current have been attained and, if not, renew or reposition the test piece,
re-adjust the power source and repeat the test.
When the required test conditions have been achieved, proceed to testing (
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 15011-2
Deuxième édition
2009-10-15



Hygiène et sécurité en soudage et
techniques connexes — Méthode de
laboratoire d'échantillonnage des fumées
et des gaz —
Partie 2:
Détermination des débits d'émission du
monoxyde de carbone (CO), du dioxyde
de carbone (CO ), du monoxyde d'azote
2
(NO) et du dioxyde d'azote (NO ) lors du
2
soudage à l'arc, du coupage et du
gougeage
Health and safety in welding and allied processes — Laboratory method
for sampling fume and gases —
Part 2: Determination of the emission rates of carbon monoxide (CO),
carbon dioxide (CO ), nitrogen monoxide (NO) and nitrogen dioxide
2
(NO ) during arc welding, cutting and gouging
2




Numéro de référence
ISO 15011-2:2009(F)
©
ISO 2009

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ISO 15011-2:2009(F)
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ii © ISO 2009 – Tous droits réservés

---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 15011-2:2009(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction.v
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives.1
3 Termes et définitions .1
4 Principe .2
5 Équipements et matériaux.2
6 Modes opératoires.4
6.1 Choix du mode opératoire de soudage.4
6.2 Montage du matériel d’essai .5
6.3 Essai à blanc.5
6.4 Soudage manuel à l’arc avec électrode enrobée .5
6.5 Procédés de soudage en continu avec fil et soudage TIG autogène .6
6.6 Coupage et gougeage.7
7 Calcul et expression des résultats .8
Annexe A (informative) Exemples de conception de hotte .9
Annexe B (informative) Notes relatives au matériel .11
Annexe C (informative) Paramètres de soudage pour le soudage au gaz sous protection gazeuse .13
Annexe D (normative) Modes opératoires.16
Annexe E (normative) Calcul de la concentration stable moyenne de gaz .17
Annexe F (normative) Rapport d'essai .18
Bibliographie.19

© ISO 2009 – Tous droits réservés iii

---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 15011-2:2009(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.
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 15011-2 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 44, Soudage et techniques connexes,
sous-comité SC 9, Santé et sécurité.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (15011-2:2003), qui a fait l'objet d'une révision
technique.
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
⎯ Partie 5: Identification des produits de dégradation thermique générés lors du soudage ou du coupage de
produits entièrement ou partiellement constitués de matériaux organiques
La partie suivante est en préparation:
⎯ Partie 6 : Modes opératoires pour la détermination quantitative des fumées et des gaz de 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
partie de l’ISO 15011 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.
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ISO 15011-2:2009(F)
Introduction
Le soudage et les techniques connexes génèrent des fumées et des gaz qui, en cas d'inhalation, peuvent être
nocifs pour l’être humain. Le fait de connaître la composition et le débit d'émission des fumées et des gaz
permet aux professionnels de la santé au travail d’évaluer l'exposition des travailleurs et de déterminer les
mesures nécessaires pour la maîtrise des émissions.
L'exposition absolue dépend de facteurs tels que la position du soudeur par rapport au panache de fumée et
aux courants d'air et ne peut pas être prédite à partir des données relatives au débit d'émission. Néanmoins,
dans la même situation de travail, il est probable qu'un débit d'émission élevé soit en corrélation avec une
exposition élevée, et un débit d’émission faible avec une exposition faible. Les données relatives au débit
d’émission peuvent donc être utilisées pour prédire les variations relatives de l'exposition susceptibles de se
produire sur le lieu de travail dans différentes conditions de soudage et pour identifier les mesures pour
réduire une telle exposition, mais elles ne peuvent pas être utilisées pour calculer les exigences relatives à la
ventilation.
La présente partie de l’ISO 15011 spécifie une méthode permettant de mesurer le débit d’émission du
monoxyde de carbone (CO), du dioxyde de carbone (CO ), du monoxyde d’azote (NO) et du dioxyde d’azote
2
(NO ) lors du soudage à l’arc, du coupage et du gougeage, en utilisant la technique de la hotte d’aspiration.
2
Le mode opératoire décrit simplement une méthodologie, en laissant à l'utilisateur le choix des paramètres
d'essai, afin de pouvoir évaluer l'effet de différentes variables.
Il est supposé que l'exécution des dispositions et l'interprétation des résultats obtenus dans la présente partie
de l’ISO 15011 sont confiées à des personnes disposant d'une qualification et d'une expérience appropriées.

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NORME INTERNATIONALE ISO 15011-2:2009(F)

Hygiène et sécurité en soudage et techniques connexes —
Méthode de laboratoire d'échantillonnage des fumées et des
gaz —
Partie 2:
Détermination des débits d'émission du monoxyde de carbone
(CO), du dioxyde de carbone (CO ), du monoxyde d'azote (NO)
2
et du dioxyde d'azote (NO ) lors du soudage à l'arc, du coupage
2
et du gougeage
1 Domaine d'application
La présente partie de l’ISO 15011 définit des méthodes de laboratoire permettant de mesurer les débits
d’émission du monoxyde de carbone (CO), du dioxyde de carbone (CO ), du monoxyde d’azote (NO) et du
2
dioxyde d’azote (NO ) qui peuvent être générés lors du soudage à l’arc, du coupage et du gougeage, en
2
utilisant la technique de la hotte d’aspiration. La méthodologie est adaptée à une utilisation avec tous les
procédés de soudage à l’arc à l’air libre, au coupage et au gougeage, mais différents modèles de hotte sont
utilisés selon le procédé et selon que ce dernier peut ou non être conduit automatiquement.
Les méthodes peuvent être utilisées pour évaluer les effets des fils de soudage, des paramètres de soudage,
des procédés, des gaz de protection, de la composition de la pièce d’essai et de l’état de surface de la pièce
d’essai sur les débits d’émission.
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/TR 25901, Soudage et techniques connexes — Vocabulaire
ISO/CEI Guide 98-3, Incertitude de mesure — Partie 3: Guide pour l'expression de l'incertitude de mesure
(GUM:1995)
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO/TR 25901 ainsi que les
suivants s'appliquent.
3.1
débitmètre à bulle
dispositif primaire de mesure du débit de gaz, qui mesure le temps mis par une bulle de gaz, définie par un
film de savon, pour passer à travers un volume calibré dans un tube vertical
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3.2
chambre d’essai
enceinte semi-fermée, avec système d’extraction en continu, utilisée pour les essais relatifs au débit
d’émission lors des opérations de soudage à l'arc, de coupage et de gougeage
NOTE Les chambres d’essai relèvent généralement de trois types principaux:
⎯ une chambre d’essai sans fond, communément appelée «hotte»;
⎯ une chambre d’essai avec fond, communément appelée «chambre de prélèvement»;
⎯ une «chambre de prélèvement», dans laquelle le fond de la chambre d'essai est aisément enlevé et remplacé,
facilitant sa transformation en «hotte» et vice versa.
4 Principe
Le soudage à l’arc, le coupage ou le gougeage est réalisé à l’intérieur d’une chambre d’essai de type «hotte»
semi-fermée équipée d'un système d'extraction en continu. Les concentrations de gaz (en millilitres par mètre
cube) au niveau d’un point de prélèvement et le débit d’air (en mètres cubes par minute) dans la hotte sont
mesurés. Les débits d’émission de gaz (en millilitres par minute) sont calculés en multipliant leurs
concentrations au niveau du point de prélèvement par le débit d’air.
5 Équipements et matériaux
5.1 Hotte, semi-fermée, avec système d’extraction en continu de type «hotte», dans laquelle sont réalisés
les essais relatifs au débit d’émission lors du soudage à l'arc, du coupage et du gougeage. L’Annexe A
présente des exemples de conception de hotte. Des hottes de formes et dimensions similaires à celles
représentées à la Figure A.1 sont appropriées pour le mesurage des débits d’émission de gaz lors du
soudage à l’arc. Des hottes similaires à celle représentée à la Figure A.2 sont appropriées pour le mesurage
des débits d’émission de gaz lors du coupage et du gougeage. Voir B.1 pour être guidé sur le point de
prélèvement des gaz.
5.2 Unité d’extraction, à même de maintenir un débit d’émission d’air adapté à travers la hotte (5.1), de
sorte que tous les gaz générés soient contenus, sans que le débit soit trop élévé afin de ne pas compromettre
l'intégrité du procédé (voir B.2). Les caractéristiques précises de l'unité d'extraction ne sont pas considérées
comme déterminantes.
5.3 Système d’échantillonnage, constitué d’une ligne d’échantillonnage entre le point de prélèvement et
le matériel de mesure de la concentration de gaz. La ligne d’échantillonnage doit avoir un faible diamètre
intérieur (10 mm ou moins) et être aussi courte que cela est raisonnablement possible. L’entrée des fumées
dans la ligne d’échantillonnage doit être empêchée en installant un filtre aussi près que raisonnablement
possible du point de prélèvement. Voir B.3.
5.4 Instrument de mesure du monoxyde de carbone, à lecture directe et qui fonctionne selon l’un des
principes suivants:
⎯ absorption infrarouge dispersive et absorption infrarouge non dispersive, utilisées avec ou sans filtres
pour réduire l’interférence du dioxyde de carbone;
⎯ diffusion du monoxyde de carbone 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;
⎯ chromatographie en phase gazeuse.
L’instrument doit avoir une étendue opératoire qui couvre la plage des concentrations de CO à mesurer; il doit
avoir aussi une capacité d’enregistrement ou être connecté à un système d’enregistrement numérique ayant
une fréquence d’enregistrement de 1 s ou moins. Voir B.4.
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L’étalonnage de l’instrument doit être raccordé à des étalons nationaux.
5.5 Instrument de mesure du dioxyde de carbone, à lecture directe et qui fonctionne par absorption
infrarouge non dispersive.
L’instrument doit avoir une étendue opératoire qui couvre la plage des concentrations de CO à mesurer; il
2
doit avoir aussi une capacité d’enregistrement ou être connecté à un système d’enregistrement numérique
ayant une fréquence d’enregistrement de 1 s ou moins. Voir B.4.
L’étalonnage de l’instrument doit être raccordé à des étalons nationaux.
5.6 Instrument de mesure de l’oxyde d’azote et du dioxyde d’azote, à lecture directe et qui fonctionne
selon l’un des principes suivants:
⎯ mesure de la chimiluminescence produite par la réaction entre NO et l’ozone (O );
3
⎯ mesure du signal généré par la réaction électrochimique de NO et NO sur des électrodes actives du
2
point de vue catalytique, à potentiel contrôlé, plongées dans de l'acide sulfurique aqueux.
L’instrument doit avoir une étendue opératoire qui couvre la plage des concentrations de NO et NO à
2
mesurer; il doit avoir aussi une capacité d’enregistrement ou être connecté à un système d’enregistrement
numérique ayant une fréquence d’enregistrement de 1 s ou moins. Voir B.4.
L’étalonnage de l’instrument doit être raccordé à des étalons nationaux.
3
5.7 Matériel de mesure du débit d’air, à même de mesurer un débit d’air de 2 m /min avec une précision
3
de ± 5 % ou mieux pour la hotte indiquée à la Figure A.1, ou de 20 m /min avec une précision de ± 5 % ou
mieux pour la hotte indiquée à la Figure A.2.
Les combinaisons de matériels énumérées ci-dessous sont appropriées (voir B.5).
⎯ Un anémomètre étalonné, associé à une règle graduée, pour mesurer le diamètre (en mètres) de la gaine
d’extraction entre la hotte et l’unité d’extraction. L’étalonnage de l’anémomètre et la graduation de la règle
doivent être raccordés à des étalons nationaux. L’anémomètre doit lui-même avoir une capacité
d’enregistrement ou être connecté à un système d’enregistrement ayant une fréquence d’enregistrement
de 1 s ou moins.
⎯ Un débitmètre avec une relation étalonnée entre la différence de pression et le débit d’air, par exemple
un diaphragme, associé à un manomètre numérique ayant une précision de lecture d’au moins 0,1 Pa
pour mesurer la différence de pression le traversant. L’étalonnage du débitmètre et du manomètre
numérique doit être raccordé à des étalons nationaux. Le manomètre numérique doit lui-même avoir une
capacité d’enregistrement ou être connecté à un système d’enregistrement ayant une fréquence
d’enregistrement de 1 s ou moins.
⎯ Un dispositif de mesure du débit d’air avec une performance équivalente.
L’étalonnage du matériel doit être raccordé à des étalons nationaux.
5.8 Matériel de mesure du courant de soudage, de la tension et de la vitesse de dévidage du fil,
à même de mesurer la moyenne arithmétique du courant, de la tension et de la vitesse de dévidage du fil
avec une précision de ± 5 % ou mieux. Il est recommandé d’employer un équipement d’intégration
électronique présentant de courts intervalles d’échantillonnage et une capacité d’enregistrement. En l'absence
d'un tel équipement, le courant peut être mesuré à l'aide d'un capteur à effet Hall connecté à un appareil de
mesure à cadre mobile ou à un shunt (circuit en dérivation). La tension peut être mesurée à l'aide d'un
appareil de mesure à cadre mobile. La vitesse de dévidage du fil peut être déterminée en mesurant la
longueur de fil sortant de la torche de soudage en un temps mesuré.
L’étalonnage du matériel doit être raccordé à des étalons nationaux.
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5.9 Matériel de mesure des débits de gaz de protection et de soudage, étalonné pour le gaz utilisé et
à même de mesurer le débit avec une précision de ± 5 % ou mieux (voir B.6).
L’étalonnage du matériel doit être raccordé à des étalons nationaux.
5.10 Dispositif de réglage de la distance entre le tube-contact et la pièce d’essai (CTWD), consistant
en une jauge fabriquée en usinant un bloc de métal à une épaisseur équivalente à la distance requise entre le
tube-contact et la pièce d’essai (CTWD) avec une précision de ± 5 % ou mieux, ou en un coin métallique
portant des repères de distance en des points appropriés.
5.11 Dispositif de réglage de la distance entre la pointe de l'électrode et la pièce d’essai (ETWD) pour
un soudage à l'arc sous protection de gaz inerte avec électrode de tungstène (TIG), consistant en une
jauge fabriquée en usinant un bloc de métal à une épaisseur équivalente à la distance requise entre la pointe
de l'électrode et la pièce d’essai (ETWD) avec une précision de ± 5 % ou mieux, ou en un coin métallique
portant des repères de distance en des points appropriés.
5.12 Matériel de soudage à l’arc automatique, permettant d'effectuer l'essai relatif au débit d'émission
dans des conditions automatisées, pouvant faire avancer la pièce d’essai sous une torche de soudage à l’arc
fixe à une vitesse appropriée (vitesse de soudage), tout en étant placée sur une surface plane (par exemple
une table), qui s’étend au moins jusqu’aux extrémités de la hotte. Il doit être possible de fixer la pièce d’essai
au matériel, de manière à empêcher tout mouvement, gauchissement ou flexion de la pièce pendant l’essai
(voir B.7).
5.13 Pièces d’essai, en un matériau adapté au procédé de soudage et au produit consommable étudiés,
dont les dimensions permettent de réaliser les essais sur une période d’au moins 60 s (voir B.8).
6 Modes opératoires
6.1 Choix du mode opératoire de soudage
6.1.1 Procédés de soudage à l’arc
Effectuer manuellement les essais de soudage manuel à l’arc avec électrode enrobée (MMA) ou en utilisant
un soudage automatique.
Effectuer les essais avec des procédés continus avec fil-électrode, par exemple soudage à l'arc sous
protection de gaz inerte ou sous protection de gaz actif avec fils pleins (MIG/MAG), soudage à l'arc avec fil-
électrode fourré de métal (MCAW), soudage à l'arc sous protection gazeuse avec fil-électrode fourré de flux
(FCAW), et soudage à l’arc avec fil fourré de flux autoprotecteur (SSFCAW), en utilisant un soudage
automatique.
Effectuer les essais de soudage TIG, et de soudage TIG autogène, en utilisant un soudage automatique.
NOTE Le soudage automatique est spécifié pour les procédés qui peuvent facilement être effectués
automatiquement, car il est supposé être plus reproductible pour les débits d’émission de gaz que le soudage manuel.
Toutefois, pour le soudage manuel à l’arc et le soudage TIG, cela est difficile voire impossible à réaliser.
Effectuer les essais de soudage manuel et les réglages de soudage automatique en ayant recours à un
soudeur qualifié.
Effectuer les essais de soudage dans une hotte de conception similaire à celle représentée à la Figure A.1.
6.1.2 Coupage et gougeage
Effectuer manuellement les procédés de coupage et de gougeage, tels que le coupage et le gougeage au
chalumeau au gaz et au jet de plasma, en utilisant une hotte de conception similaire à celle représentée à la
Figure A.2.
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6.2 Montage du matériel d’essai
Vérifier que tous les matériels de mesure et d’enregistrement ont un étalonnage en cours de validité et qu’ils
fonctionnent correctement avant de réaliser les essais.
Disposer le matériel d’essai adapté au procédé de soudage à l’arc, de coupage ou de gougeage à évaluer,
comme représenté à l’Annexe A.
Régler le débit d’air dans la hotte à une valeur appropriée (voir B.2) à l’aide de la commande variable sur
l’unité d’extraction ou d’un registre dans la gaine d’extraction. Faire les mesures du débit d’air, en utilisant soit
un anémomètre, soit un débitmètre à pression différentielle.
Lorsqu’un anémomètre doit être utilisé pour mesurer la vitesse de l’air extrait en vue d’utiliser cette valeur
pour le calcul du débit d’air, mesurer la vitesse moyenne de l’air extrait à travers la gaine d’extraction à l’aide
de l’anémomètre, mesurer le diamètre de la gaine d’extraction à l’aide de la règle graduée, calculer la section
(en mètres carrés) de la gaine d’extraction et multiplier la valeur calculée par la vitesse moyenne de l’air
extrait (en mètres par minute) pour obtenir le débit moyen d’air (en mètres cubes par minute).
Lorsqu’un débitmètre à pression différentielle est utilisé pour mesurer le débit d’air, mesurer la chute de
pression moyenne dans le dispositif et calculer le débit moyen d’air en utilisant l’équation d’étalonnage fournie
pour le dispositif.
6.3 Essai à blanc
Mettre en marche le dispositif d’extraction et vérifier que le débit d’air dans la hotte est resté à la valeur
prescrite (voir 6.2); le régler si nécessaire.
Mettre en marche les instruments de mesure; mesurer les gaz qui font l’objet des essais de débits d’émission
pendant une période appropriée, par exemple 60 s.
Calculer la concentration moyenne pour chaque gaz et l’utiliser pour les corrections à blanc. Voir l’Article 7.
6.4 Soudage manuel à l’arc avec électrode enrobée
6.4.1 Essais préliminaires pour régler le courant d’essai
Régler aux conditions d’essai désirées (voir Annexe C), en effectuant un essai préliminaire pour régler le
courant d’essai comme suit, en utilisant le même matériel de surveillance et des matériaux identiques à ceux
à utiliser ultérieurement pour effectuer l’essai relatif au débit d’émission.
Connecter le matériel de mesure du courant et de la tension. Voir D.1 pour de plus amples explications.
Fixer une pièce d'essai (5.13) au centre à l’intérieur de la hotte de manière à empêcher tout déplacement,
gauchissement ou flexion pendant le soudage.
Commencer le soudage; régler la source d’alimentation de manière à obtenir le courant d’essai souhaité.
Arrêter le soudage et remplacer ou repositionner la pièce d'essai de sorte que la soudure suivante soit
déposée sur une surface froide de métal non soudé; fixer la pièce d'essai de manière à empêcher tout
déplacement, gauchissement ou flexion pendant le soudage.
Recommencer le soudage, le poursuivre pendant une période appropriée, par exemple 60 s ou jusqu’à ce
que l’électrode soit consumée, et enregistrer le courant moyen pendant la période d’essai.
Vérifier que les valeurs de courant souhaitées ont été atteintes; sinon, remplacer ou repositionner la pièce
d'essai, régler à nouveau la source d’alimentation et recommencer l’essai.
Lorsque les conditions d’essai désirées ont été atteintes, procéder aux essais (voir 6.4.2).
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6.4.2 Essais relatifs au débit d’émission
Remplacer ou repositionner la pièce d'essai de sorte que la soudure suivante soit déposée sur une surface
froide de métal non soudé; si nécessaire, la fixer de manière à empêcher tout déplacement, gauchissement
ou flexion pendant le soudage. Mettre en marche l’unité d’extraction (5.2) et tous les instruments de mesure
(5.4, 5.5 et 5.6) et tous les matériels de surveillance (5.7 et 5.8). Vérifier que le débit d’air dans la hotte est
toujours à la valeur prescrite (voir B.2) et le régler si nécessaire. Commencer le soudage, commencer
l’enregistrement des concentrations des gaz émis et souder pendant une période appropriée, par exemple
60 s ou jusqu’à ce que l’électrode soit consumée, arrêter l’enregistrement des concentrations des gaz émis,
puis arrêter l’unité d’extraction.
Répéter trois fois l’essai et calculer le débit moyen d’émission de gaz (voir Article 7). Si un résultat individuel
s’écarte de la moyenne de plus de ± 10 %, effectuer deux nouveaux essais et calculer la valeur moyenne des
cinq résultats. Si un résultat individuel s’écarte de la nouvelle moyenne de plus de ± 10 %, faire des
vérifications pour s’assurer que tout le matériel fonctionne correctement et répéter l’ensemble de la
procédure.
6.5 Procédés de soudage en continu avec fil et soudage TIG autogène
6.5.1 Essais préliminaires
Régler aux conditions d’essai désirées (voir Annexe C), en effectuant un essai préliminaire pour régler le
courant et la tension d’essai, comme suit, en utilisant le même matériel de surveillance et des matériaux
identiques à ceux devant être utilisés ultérieurement pour effectuer l’essai relatif au débit d’émission.
Connecter le matériel de mesure du courant de soudage, de la tension d'arc, de la vitesse du fil (5.8). Voir D.1
pour de plus amples explications sur les connexions des fils pour mesurer la tension et le courant.
Régler le débit de gaz de protection à la valeur souhaitée, le cas échéant (voir C.7).
Fixer une pièce d'essai au centre à l’intérieur de la hotte de manière à empêcher tout déplacement,
gauchissement ou flexion pendant le soudage afin de maintenir une distance constante entre le tube-contact
et la pièce (
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