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      淺談固體激光的安全應用

      時間:2017-02-05人氣: 作者: 鐳屏科技

      導讀: 激光加工的安全也備受重視。固體激光由于其波長范圍的特點,更易對人體造成傷害——位于近紅外光波段的固體激光對視力有很大影響,人眼將激光束聚焦到視網膜上會對視網膜造成損傷,這與用放大鏡將太陽光聚焦可在紙上燒洞的原理是一樣的。


      鐳屏科技激光網訊:近幾年,固體激光在工業領域的應用隨著激光器技術的提高得到迅猛發展,特別是在激光切割和激光焊接應用方面更為突出。無論是傳統的Nd:YAG燈泵浦激光器(波長1064nm),還是近幾年普及的光纖激光器(波長1070~1090nm),隨著功率的增大和光束質量的提高,激光加工技術及裝備在汽車、航空航天、機械、電子等行業的應用正逐漸替代傳統加工工藝,成為新的制造工藝標準。

      與此同時,激光加工的安全也備受重視。固體激光由于其波長范圍的特點,更易對人體造成傷害 位于近紅外光波段的固體激光對視力有很大影響,人眼將激光束聚焦到視網膜上會對視網膜造成損傷,這與用放大鏡將太陽光聚焦可在紙上燒洞的原理是一樣的,而且聚焦在視網膜上的激光功率密度是角膜上激光功率密度的10萬次方倍,視網膜燒洞或損傷均會對視力造成永久性傷害甚至失明。對大多數激光器而言,通常一秒鐘的時間就會造成傷害。當人體面對這樣的激光束,連眨眼的時間都來不及。一般情況下,皮膚比眼睛更能忍受較長時間的激光輻射,但固體激光紅外光輻射對皮膚的傷害較大,能使皮膚燒焦、燒傷、曬黑,若激光功率很高還會使皮下器官受損。

      為了保證激光加工的安全,一方面要求激光設備制造商設計制造安全性高的激光設備,另一方面使用激光設備的用戶需要嚴格遵守激光設備的安全操作規范。

      具體而言,激光加工安全可分為以下幾類:激光器輻射安全、設備防輻射裝置、設備安全設計、安全操作規范及工程技術管理。

      1.激光器輻射安全

      激光器自身的輻射安全是第一步,大多數固體激光器采用全封閉式設計,就是為了避免直接激光輻射。激光出光接口也必須做密封設計,如各種光纖傳導接口都制定了統一的接口標準,就是為了激光器和激光頭能夠無縫對接,避免對外輻射。

      2.設備防輻射裝置

      激光加工設備常分為機床結構和機器人結構兩種。設備的激光輻射主要來自于激光頭和加工工件之間的反射。機床類激光設備主要采用一體化防護罩和專業防護玻璃來減少輻射。

      防護罩和機床整體設計,通常采用不透光的鈑金材料,有效阻斷了激光輻射對操作者可能帶來的傷害,也能夠隔離機床和人體,防止高速運動對人身的可能性撞擊。

      專業防護玻璃常安裝在防護罩的觀察窗口位置,便于操作員觀察機床運行情況。防護玻璃要求過濾掉一定波長范圍的激光輻射,所以二氧化碳激光和固體激光設備使用的防護玻璃類型是不同的,前者主要過濾吸收10600nm波長的激光,后者則主要過濾1070nm左右的激光。

      3設備安全設計

      設備安全設計更多的是通過對激光的控制來實現。

      防護罩:每個激光產品必須裝有防護罩以防止人員接觸超過1類的激光輻射。

      擋板和安全聯鎖:可接觸的發射水平不低于給定類別的可達發射極限AEL值,激光產品需要安全聯鎖,安全聯鎖的設計必須能防止擋板移開。

      鑰匙控制器:屬于3B類和4類的任何激光系統必須安裝鑰匙控制器,鑰匙控制器是指用鑰匙操作的總開關。鑰匙必須是可取下的,并要由專人保管,鑰匙也可以是磁卡、密碼系統。

      對于4類激光產品宜采用遙控操作,避免工作人員直接進入激光輻射區域。

      激光安全連鎖控制、防護門開關和安全光欄設計能有效提高設備的安全等級,求激光的出光控制信號必須同機床急停按鈕和防護門開關信號聯合,并通過安全繼電器控制。激光安全連鎖控制可防止激光誤輸出,確保急停按鈕按下后、或防護門打開后立即關閉激光輸出。防護門打開或安全光欄觸發后,除激光輸出被禁止外,機床也會暫停運行。安全繼電器是獨立于設備主控制系統以外的控制單元,它通過實時監控急停按鈕、防護門開關等信號,對激光出光控制信號進行連鎖控制,確保激光控制安全可靠。

      4、安全操作規范

      操作激光器的工作人員必須接受專業教育和培訓,必須熟悉激光系統整個工作過程,操作過程中做好個人防護,正確執行危害控制程序,正確使用警告標記,建立事故報告程序,了解激光對眼和皮膚的生物效應。

      5、工程技術管理管理使用激光器必須由專業專職人員來進行,未經培訓人員不得擅自開啟使用激光器。在激光設備的觸發系統上裝設聯鎖鑰匙開關,確保只有用鑰匙打開聯鎖開關后才能觸發啟動,拔出鑰匙就不能啟動。在安放激光器的房間要有明亮的光線,人在明亮光線的環境下,眼睛瞳孔會縮小,能在激光光束射入眼睛時減少透射到視網膜上的進光量。對于安放激光器的高度,激光束路徑應避開正常人站立或坐著時的視線水平位置,眼睛的視軸不能與出光口平行。

      另外,按照設備操作規范來操作設備是保證人身和機器安全的關鍵所在。機器操作者和觀察者必須佩戴1.06 m波長的OD8防護眼鏡,這樣可保護眼睛不受輻射,同時防止飛濺物濺入眼睛;操作者應配備手套,以防在工作臺上握加工材料時被切傷或燙傷;操作者還應配備鋼靴以防加工材料掉下打傷腳;為保護其它部位,操作者最好穿上工作服或全棉衣物;在高壓氣體切割時,操作者要戴上耳罩,防止產生耳鳴。

      激光切割或焊接是一種熱處理過程,存在火災隱患,如果采用的輔助氣體為氧氣則風險更大,因此必須在就近的無障礙處設置滅火器裝置。同時,還需開啟設備系統,減少激光加工過程中產生的廢氣對人身的傷害。

      機器上有高壓電,操作人員在維護期間,靠近電纜或在電氣柜內操作時一定要格外小心。

      用激光切割任何一種新材料之前,操作者必須仔細了解材料制造商或供貨商提供的材料數據表,從而預計切割時是否會有某些危險的副產物,或提前采取安全應急措施以確保切割區域內操作者及其他人員的安全。以下是常見的幾種切割材料注意事項:

      用激光加工鍍鋅或電鍍金屬時會產生氣狀氧化鋅,若人體吸入較多可能會引起中毒。

      激光切割不銹鋼時,會產生氧化鉻,對皮膚有刺激性和腐蝕性,甚至很可能致癌。

      激光加工特氟綸(PTFE)時,材料會釋放出有毒氣體氟化氫,危害很大,若沒有嚴格的保護措施和良好的抽煙除塵系統,決不能進行特氟綸加工。

      用激光進行來克桑(聚碳酸脂)和ABS(丙烯碃)塑料加工時,均會釋放出具有刺激性的有毒濃煙,因此在加工此種類型材料時一定要采用良好的抽風除塵系統。

      進行PVC(聚氯乙稀)激光切割時會產生HCl劇毒氣體,此氣體溶解于水即成鹽酸,對金屬和組織均有破壞作用。

      激光切割石棉時會產生大量灰塵,建議任何環境下都不要在激光設備上直接進行石棉加工。

      另外,有些材料上的涂層或涂油在激光加工時會產生有害毒煙,塑料上的紙質層會燃燒。

      華工激光作為國家激光標準秘書處承擔單位,籌建了 全國光輻射安全和激光設備標準化委員會大功率激光器應用分技術委員會 ,并牽頭組織制定相關激光國家標準。我們呼吁全球關注激光安全問題,共同營造健康安全的激光加工環境,推動激光行業健康發展。


       

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