教程之一-激光及激光加工設(shè)備的安全使用1

1、激光及激光加工設(shè)備的安全使用王瑞延 徐世璞 付百泉 編寫10目錄激光及激光加工設(shè)備的安全使用1第一章激光安全標(biāo)準(zhǔn)1第二章使用激光加工機(jī)的危險1一、激光輻照的危險1二、伴隨危險2第三章激光產(chǎn)品的分類4三、可達(dá)發(fā)射極限（AEL）4四、激光產(chǎn)品分類5第四章安全和防護(hù)措施5一、禁止性措施61.嚴(yán)禁疲勞、酒后操作62.嚴(yán)禁直視激光束63.運(yùn)行過程中嚴(yán)禁打開高頻發(fā)生器機(jī)罩64.嚴(yán)禁敞開光路運(yùn)行65.嚴(yán)禁佩戴金屬物品操作66.嚴(yán)禁在無加工靶材時長時間輸出激光束67.嚴(yán)禁在激光加工區(qū)堆放易燃物品6二、將激光設(shè)備所在位置劃定為危險區(qū)6三、工作區(qū)保持通風(fēng)、整潔、照明良好7四、穿戴防護(hù)鏡和防護(hù)服7五、鑰匙7六、導(dǎo)光

2、管7七、“兩人同行制”8八、妥善處理損壞的光學(xué)器件8九、其他措施8十、急救8第五章安全標(biāo)記8i本篇內(nèi)容，關(guān)涉人身安全，務(wù)必全面理解并遵循。本應(yīng)該在介紹了一些激光加工及設(shè)備的知識以后，再來介紹此部分內(nèi)容，理解起來才能心領(lǐng)神會。但是，對于激光加工行業(yè)從業(yè)人員，安全問題實(shí)在太重要了，所以，無論如何，我們也要首先灌輸安全方面的知識和觀念。 第一章 激光安全標(biāo)準(zhǔn)在安全方面，激光加工設(shè)備應(yīng)遵照下列標(biāo)準(zhǔn)，但不限于這些標(biāo)準(zhǔn)：1. GBT 1570611995機(jī)械安全 基本概念與設(shè)計通則 第1部分：基本術(shù)語、方法學(xué)2. GBT 1570621995機(jī)械安全 基本概念與設(shè)計通則 第2部分：技術(shù)原則與規(guī)范3. GB

3、T 522612002機(jī)械安全 機(jī)械電氣設(shè)備 第1部分：通用技術(shù)條件4. GB7247.1-2001激光產(chǎn)品的安全 第1部分：設(shè)備分類、要求和用戶指南（idt IEC 60825-1：1984 Safety of laser products - Part 1: Equipment classification, requirements and user's guide）5. GB18490-2001激光加工機(jī)械 安全要求(eqv ISO 11553:1996 Safety of machinery - Laser processing machines - Safety requi

4、rements)6. GB10320-1995激光設(shè)備和設(shè)施的電氣安全（eqv IEC 820: Electrical safety of laser equipment and installations）7. GB1043589作業(yè)場所激光輻射衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，衛(wèi)生部1989年2月24日發(fā)布，1989年10月1日實(shí)施8. JB/T552491實(shí)驗室激光安全規(guī)則，機(jī)械電子工業(yè)部1991年7月16日發(fā)布，1992年7月1日實(shí)施。第二章 使用激光加工機(jī)的危險一、 機(jī)械危險作為激光加工機(jī)作為機(jī)器之一種，自然具有一般機(jī)器的機(jī)械危險根據(jù)GBT 1570611995機(jī)械安全 基本概念與設(shè)計通則 第1部分：基本術(shù)

5、語、方法學(xué)，機(jī)械危險是指由于機(jī)器零件、工具、工件或飛濺的固體、流體物質(zhì)的機(jī)械作用可能產(chǎn)生傷害的各種物理因素的總稱。：r 擠壓危險運(yùn)動的橫梁或工作臺與固定的門、床身、底座等，可能產(chǎn)生擠壓危險。r 沖擊危險運(yùn)動的橫梁或工作臺等可能產(chǎn)生沖擊危險。r 刺傷或扎穿危險工作臺上的支承條或支承頂針，可能刺傷或扎穿人體。二、 激光輻照的危險團(tuán)結(jié)普瑞瑪?shù)募す饧庸ぴO(shè)備采用大功率CO2激光器。整機(jī)屬于4類激光產(chǎn)品，其中紅光指示器屬于2類激光產(chǎn)品。激光對人體的傷害主要是灼傷眼睛角膜和皮膚。激光輻照對于所有的生物系統(tǒng)引起損傷的機(jī)理，包括：熱反應(yīng)、熱聲瞬變和光化學(xué)相互作用的過程。引起損傷的程度與物理參數(shù)有關(guān)，最主要的是波

6、長、脈寬、聚焦尺寸、輻照度和輻照量。在超閾值照射中，主要的損傷機(jī)理與照射的持續(xù)時間有關(guān)。表 1 照射時間與損傷機(jī)理照射時間起主要作用的損傷機(jī)理納秒和亞納秒聲瞬變效應(yīng)100毫秒數(shù)秒熱效應(yīng)超過100秒光化學(xué)效應(yīng)眼特別適合于接受和傳導(dǎo)光輻照。紫外和遠(yuǎn)紅外激光輻射致使角膜損傷，然而可見光與近紅外晚上將被透射到視網(wǎng)膜上。表 2 過量光照的病理效應(yīng)一覽表CIE光譜范圍眼睛皮膚備注紫外輻射C（180nm280nm）光致角膜炎紅斑（陽光灼傷）、加速皮膚的老化過程紫外輻射B （280nm315nm）光致角膜炎色素沉著暗色、光敏感作用皮膚灼傷紫外輻射A（315nm400nm）光化學(xué)反應(yīng)暗色、光敏感作用皮膚灼傷可見

7、光（400nm780nm）光化學(xué)和熱效應(yīng)所致的視網(wǎng)膜損傷暗色、光敏感作用皮膚灼傷紅外輻射A（780nm1400nm）白內(nèi)障、視網(wǎng)膜損傷皮膚灼傷紅外輻射B（1.4m3.0m）白內(nèi)障、水分蒸發(fā)角膜灼傷皮膚灼傷紅外輻射C（3.0m1mm）角膜灼傷皮膚灼傷團(tuán)結(jié)普瑞瑪?shù)臋C(jī)器的激光波長10.6m三、 伴隨危險除了激光輻照產(chǎn)生的危險之外，激光加工設(shè)備還存在其它危險。1） 電氣系統(tǒng)r 電擊工業(yè)用激光器的供電電源為幾千伏至幾萬伏高壓。高電壓可造成嚴(yán)重傷害，應(yīng)特別注意電容器組貯有能量時的危險。激光器所用電壓足以致命。進(jìn)行任何維護(hù)前，應(yīng)斷開所有電源，確保釋放電容器。如在接近高壓部件開始工作前，沒有斷開所有電源，可能

8、導(dǎo)致嚴(yán)重的電擊甚至死亡。在激光器的高壓區(qū)域附近工作時，應(yīng)始終遵守以下安全預(yù)防措施：a.不得單獨(dú)或疲倦時在高壓區(qū)域工作。b.身體出汗，不得在高壓區(qū)域工作 (潮濕身體的電阻會大大下降) 。c.切勿在口袋中裝金屬物品；不要戴金屬皮帶扣。另外，應(yīng)脫去所有首飾(手表、戒指、項鏈)。2） 保護(hù)和輔助氣體r 可能引起缺氧激光加工時，為了保護(hù)鏡片，常采用氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)。切割某些工件時，常采用氮?dú)庾鳛檩o助氣體。在閉塞的空間內(nèi)，過量的氮?dú)饪赡芤鹑毖?。r 可能導(dǎo)致火災(zāi)切割碳鋼時，以氧氣為輔助氣體。過量的氧氣可能導(dǎo)致火災(zāi)。r 熔融金屬飛濺在高壓輔助氣體的強(qiáng)烈氣流作用下，熔融金屬物向四周飛濺。r 聚焦鏡破裂聚焦鏡在高壓

9、氮?dú)猓?0大氣壓以上）以及高功率激光束作用下，可能炸裂，并可能產(chǎn)生碎片并飛迸而出。r 高壓管路爆裂高壓管路爆裂后可能猛烈迸出，并同時引起其他物品迸出。3） 光學(xué)器件r 劇毒物質(zhì)CO2 激光器所用的聚焦鏡等光學(xué)器件，用化學(xué)氣相沉積(CVO)法制造，多采用ZnSe，超過燃點(diǎn)時，產(chǎn)生有毒的Se蒸氣，為劇毒物質(zhì)。r 放射性物質(zhì)為了提高透射率，在透鏡上涂有放射性物質(zhì)釷的化合物膜。透鏡損壞時，應(yīng)妥善處理，而不能按常規(guī)廢物處理。4） 大氣污染激光切割時的靶材氣化物和反應(yīng)產(chǎn)物，如一氧化碳、二氧化碳、金屬蒸汽（或飛濺物）等，不僅可能造成大氣污染，而且容易使工作區(qū)周圍的可燃性物質(zhì)（布料、油料等）燃燒而造成火災(zāi)。5

10、） 激光器工作氣體中的CO成分Rofin激光器工作氣體混有一定量的一氧化碳（CO），當(dāng)更換氣體時，這些CO會從諧振腔排放到大氣中。必須保持激光器周圍通風(fēng)并確保氣瓶密閉！6） 材料加工在充分了解工藝參數(shù)并有相應(yīng)安全措施的條件下，機(jī)器可切割以下材料：ü 碳鋼ü 不銹鋼ü 木材ü 塑料如果切割其他材料，則務(wù)必了解該材料可能導(dǎo)致的危險，并采取相應(yīng)的防范措施。r 某些材料會在加工過程中產(chǎn)生有毒氣體r 切割木材、PVC板、有機(jī)玻璃等，可能產(chǎn)生明火r 某些材料會爆炸r 某些材料（如鋁、鏡面不銹鋼）對激光的反射率很高，從而引起反射激光輻射7） 紫外線焊接過程中會產(chǎn)生等離

11、子云，這種物質(zhì)會嚴(yán)重?fù)p害眼睛和皮膚，操作時應(yīng)穿戴防護(hù)服，并與焊接工作區(qū)保持必要的距離。8） 高溫物體激光加工物體，溫度很高，不能馬上徒手拿取，那樣會造成灼傷。可以戴阻燃手套拿取，或者等充分冷卻以后再拿取。第三章 激光產(chǎn)品的分類由于激光束的波長、能量及脈沖特性可能涉及的范圍很廣，所以使用時危害程度很懸殊。根據(jù)危害程度，激光產(chǎn)品分為1類、2類、3A類、3B類、4類共5類。其中1類危害程度最小，4類產(chǎn)品危害程度最大。團(tuán)結(jié)普瑞瑪?shù)募す饧庸ぴO(shè)備整機(jī)屬于4類激光產(chǎn)品，其中紅光指示器屬于2類激光產(chǎn)品。紅光指示器起輔助定位作用，雖然對人類皮膚沒有傷害，但對眼睛有嚴(yán)重傷害，切記不要直視。四、 可達(dá)發(fā)射極限（AE

12、L）可達(dá)發(fā)射極限（Accessible Emission Limit，簡寫AEL），所定類別內(nèi)允許的最大發(fā)射水平。團(tuán)結(jié)普瑞瑪使用的激光器的波長為10.6m。此波長激光的各類可達(dá)發(fā)射極限如下表。表 3 10.6m波長的激光可達(dá)發(fā)射極限1類2類3A類3B類4類發(fā)射持續(xù)時間t(秒)可達(dá)發(fā)射極限發(fā)射持續(xù)時間t(秒)可達(dá)發(fā)射極限發(fā)射持續(xù)時間t(秒)可達(dá)發(fā)射極限發(fā)射持續(xù)時間t(秒)可達(dá)發(fā)射極限發(fā)射持續(xù)時間t(秒)可達(dá)發(fā)射極限<10-91011W·m-2同1類<10-91011W·m-2<10-91.25×108W10-910-7100J·m-210

13、-910-7100J·m-210-90.251.25J超過3B類10-71035.6×103t0.25J·m-210-7105.6×103t0.25J·m-21033×104103W·m-2103×104103W·m-20.253×1040.5W五、 激光產(chǎn)品分類表 4 激光器的分類激光產(chǎn)品類別定義備注1類在合理可預(yù)見的工作條件下是安全的。2類發(fā)射波長為400nm700nm可見光的激光器，通?？捎砂ㄕＱ郯l(fā)射在內(nèi)的回避反應(yīng)提供眼睛保護(hù)。3A類用裸眼觀察是安全的。對發(fā)射波長為400nm700nm的

14、激光，由包括眨眼災(zāi)難的回避反應(yīng)提供保護(hù)。對于其他波長對裸眼的危害不大于1類激光器。用光學(xué)裝置（如：雙目鏡、望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡）直接進(jìn)行3A類的光束內(nèi)視觀察可能是危險的。3B類直接光束內(nèi)視是危險的。觀察漫反射一般是安全的。觀察此類可見激光漫反射的安全條件是：光屏到角膜的最短距離為13cm，最長觀察時間為10秒。4類能產(chǎn)生危險的漫反射?？赡芤鹌つw灼傷、火災(zāi)。使用這類激光產(chǎn)品應(yīng)特別小心。第四章 安全和防護(hù)措施團(tuán)結(jié)普瑞瑪?shù)募す庠O(shè)備為大功率的CO2激光加工機(jī)，屬于4類激光產(chǎn)品，使用、操作、維修這類機(jī)器，必須確保落實(shí)以下安全措施（但不限于此）。一、 禁止性措施1. 嚴(yán)禁疲勞、酒后操作激光設(shè)備的使用，存在較大

15、風(fēng)險，如果麻痹大意，極可能招致傷害。因此，嚴(yán)禁疲勞、酒后操作激光設(shè)備。2. 嚴(yán)禁直視激光束激光是不可見光。CO2激光器波長為10.6m，位于光譜上的紅外線范圍。開機(jī)后，激光束發(fā)射，沿光路傳播。由于不可見，很容易被忽視。此時絕對不要直視光路！紅光指示器是2類激光產(chǎn)品，對眼睛可造成傷害。切記不要直視！3. 運(yùn)行過程中嚴(yán)禁打開高頻發(fā)生器機(jī)罩Rofin 激光器是射頻（Rf）激勵方式，在激光器運(yùn)行過程中，嚴(yán)禁打開高頻發(fā)生器機(jī)罩。4. 嚴(yán)禁敞開光路運(yùn)行光路敞開，導(dǎo)致激光束暴露在外，易引起人體物品與激光束的意外接觸；同時光學(xué)器件暴露在大氣中，造成污染。故禁止敞開光路運(yùn)行激光器。維修過后，也應(yīng)及時將光路封閉好

16、。5. 嚴(yán)禁佩戴金屬物品操作維修或調(diào)整激光器時嚴(yán)禁配戴戒指、手鐲、手表等飾物。這些物品含有金屬，極易引起觸電。6. 嚴(yán)禁在無加工靶材時長時間輸出激光束加工結(jié)束后，應(yīng)及時關(guān)閉激光束。否則，激光束直接照射到主機(jī)上，會引起設(shè)備和人身事故。7. 嚴(yán)禁在激光加工區(qū)堆放易燃物品嚴(yán)禁在激光設(shè)備附近堆放諸如紙張、油布、油品等易燃物品。采用氧氣作為切割輔助氣體時，材料表面不得有油污。否則，極易釀成火災(zāi)。8. 嚴(yán)禁在機(jī)器工作時進(jìn)入危險區(qū) 根據(jù)GBT 1570611995機(jī)械安全 基本概念與設(shè)計通則 第1部分：基本術(shù)語、方法學(xué)，危險區(qū)是指使人面臨損傷或危害健康風(fēng)險的機(jī)械內(nèi)部和(或)周圍的某一區(qū)域。激光切割機(jī)的危險區(qū)

17、是整個工作臺，如果是敞開式工作臺，則向外延伸500mm。加工區(qū) 根據(jù)GB/T18490-2001 激光加工機(jī)械 安全要求，加工區(qū)是激光光束與工件物料相互作用的區(qū)域。是主要危險區(qū)。在此區(qū)域內(nèi)，運(yùn)動的橫梁可能對人體產(chǎn)生沖擊；運(yùn)動的橫梁與固定的床身、門、底座，可能擠壓人體；鋸齒狀的支承條或針狀的支承頂針可能刺傷、扎穿人體；高功率密度的激光，可能對人體造成致命危害。二、 將激光設(shè)備所在位置劃定為危險區(qū)在調(diào)試或維修激光設(shè)備時，應(yīng)將設(shè)備所在區(qū)域安圈定為危險區(qū)，用伸縮隔離帶將該區(qū)域圍起來，且保證危險區(qū)外泄漏的激光在1類可達(dá)發(fā)射極限以下。在危險區(qū)的出入口處設(shè)立警告牌，內(nèi)容包括：Ø 不可見激光輻射&#

18、216; 4類激光產(chǎn)品Ø 激光加工機(jī)功率Ø 禁止外人進(jìn)入Ø 注意保護(hù)眼睛激光工作時，嚴(yán)禁任何人員接近危險區(qū)。三、 工作區(qū)保持通風(fēng)、整潔、照明良好激光工作區(qū)應(yīng)保證良好的通風(fēng)，以利于散發(fā)有害氣體（如由于管路爆裂或氣瓶泄漏而溢出的CO）。保證加工過程中的有害氣體和物質(zhì)及激光工作氣體充分排放到室外。氣瓶均應(yīng)安放穩(wěn)固、整齊。在激光安全管理區(qū)域內(nèi)，應(yīng)保證良好的照明。四、 穿戴防護(hù)鏡和防護(hù)服如果可能，激光加工機(jī)的操作者或在激光使用期間接近激光的人員，應(yīng)佩戴合適的防護(hù)鏡（應(yīng)有邊罩），并穿著防護(hù)服（見GB7247）。佩防護(hù)鏡的目的在于防止切割過程產(chǎn)生的金屬飛濺物、因鏡片炸裂飛迸而出

19、的碎片、因高壓管路爆裂迸出而傷害眼睛。五、 鑰匙離開時，應(yīng)取下設(shè)備控制電源的開關(guān)鑰匙，激光器鑰匙，應(yīng)一并取走，以防止其他人員誤用。六、 導(dǎo)光管主機(jī)入光口的高度與人的身高接近(SLCF-X15×30的入光口高度為1.706m)，從激光器出光口發(fā)出的激光束在進(jìn)入主機(jī)之間的距離(正常工作時是1.5m)，足以容許人員通過，我們稱此區(qū)域為第一激光束暴露區(qū)（Z軸/切割頭下方，稱為第二激光束暴露區(qū)）。在此區(qū)域可能發(fā)生激光束直接照射人的頭部的惡性事件。激光器出光口與主機(jī)入光口之間必須用導(dǎo)光管連接，且保證堅固。如果不能連接，則千萬要設(shè)置可靠的隔離裝置，確保任何人員無法靠近/進(jìn)入激光器出光口與主機(jī)入光口之間的區(qū)域。圖 1 第一激光束暴露區(qū)七、 “兩人同行制”激光器和光導(dǎo)系統(tǒng)的維修調(diào)整，是極度危險的工作。為了防止發(fā)生意外，或者發(fā)生意外以后及時施救，應(yīng)實(shí)行“兩人同行制”