激光焊接的安全與防護

發(fā)布日期:2011-11-25    蘭生客服中心    瀏覽:1908

前言
    激光是受激輻射放大的光,與傳統(tǒng)的光源相比,它的四個顯著特點是方向性好、亮度高、單色性強、相干性好。激光具有良好的時空特性,聚焦后功率密度可達l05W/cm2以上,對材料的作用既可以是連續(xù)式的,又可以是準連續(xù)的,還可以脈沖式的。脈沖寬度可以短至μ s、ns、甚至更短:其作用在材料上的面積、形狀、功率(或能量)均可以方便調(diào)節(jié)。波長為1.06μm的YAG激光還可用光纖傳輸,千瓦級的YAG激光光纖傳輸時的光纖直徑僅幾百μm,激光的這些特點使其在焊接及其相關(guān)領(lǐng)域諸如切割、打孔、打標、熔覆等領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用,并受到了越來越多的關(guān)注。
    另外,激光也像一般光一樣有生物效應(yīng),這種生物效應(yīng)一方面可給人類帶來益處,諸如育種、醫(yī)療,另一方面,無防護的大功率激光輻射,也會造成人體組織直接或間接的損害。因此,了解激光對生物體可能造成的損傷,對從事激光焊接的工作者是十分必要的。
1 激光的生物效應(yīng)
    激光對生物機體的效應(yīng)主要有熱效應(yīng)、光效應(yīng)、壓力效應(yīng)以及電磁場效應(yīng)。
1.1熱效應(yīng)
    熱效應(yīng)是指高功率密度的激光輻照生物體時所引起的生物體組織蛋白質(zhì)的破壞、燒傷、炭化、氣化、穿孔等。
    研究表明,用100焦耳的激光照射到0.1cm3的生物體上,在幾μm的時間內(nèi)可升溫至200℃。然而,溫度下降的速度卻很慢,溫度的急升和緩冷會引起基因的突變。通常情況下,基因約由1000個原子組成,原子受高熱會改變其位置,變成異構(gòu)分子。
1.2 光效應(yīng)
    是指激光照射生物體所引起的刺激、抑制以及分解等作用,激光對人體的光效應(yīng)與激光波長、照射時間、照射劑量等有關(guān)。
1.2.l光敏作用
    是指激光對生物體的刺激或抑制作用。He-Ne激光的波長為0.6328μm,mw級的He一Ne激光照在人體上幾乎沒有溫升的感覺,然而,卻能刺激酶的活性,增強血液中的吞噬細胞、紅血球和血色素的含量。
l.2.2光致?lián)p傷
    高度單色性的激光會使分子里的化學鍵受激發(fā)而引起分子分解。例如核糖酸吸收0.25~0.26.μm的紫外光會引起細胞死亡。
1.2.3 壓力效應(yīng)
    光照射在物體上,把光的動量傳遞給物體即形成光壓,光壓與功率密度成正比。激光的壓力來自兩個方面,一是輻射壓力,當功率密度為:108 W/cm 2時,輻射壓力可達3400 Pa,二是功率密度超過人體損傷的閾值時,組織蒸發(fā)、氣化產(chǎn)生的沖擊壓力。輻射壓力和沖擊壓力構(gòu)成了總壓力。
l.2.4電磁場效應(yīng)
    正常機體細胞和組織有一定的游離電荷儲備,存在一特殊的生物場。激光作為一種很強的電磁波,其照射人體組織時,其電磁場會對人體組織的生物場產(chǎn)生干擾,影響其生理狀態(tài)。
    激光光波的電磁場主要影響機體的原子和分子狀態(tài),進而影響生物電位,生物電位對神經(jīng)脈沖傳遞有重要作用,所以,激光輻照會引起神經(jīng)脈沖傳遞受刺激、抑制或破壞。
2 激光焊接引起的危害
    激光焊接時,工作人員處于強激光的附近,如防護不好,可能會對眼睛、皮膚以及神經(jīng)系統(tǒng)引起危害。
2.1激光對眼睛的危害
    人對物體的視覺形成過程是:物體發(fā)出的可見光刺激視網(wǎng)膜上的感光細胞,然后經(jīng)視神經(jīng)傳給大腦。
2.2 激光對神經(jīng)的影響
    激光對神經(jīng)的影響系通過電磁效應(yīng)而產(chǎn)生。激光可通過皮膚對神經(jīng)末梢起作用,國外許多從事相關(guān)研究的專家通過對家兔、豚鼠的研究證實了這一點。
2.3 激光對皮膚的損傷
    當視網(wǎng)膜受到光強很大的激光照射時,輕則使視神經(jīng)發(fā)痛,重則使視網(wǎng)膜損壞。
    人的眼睛作為一個生物聚焦系統(tǒng),聚焦后作用在視網(wǎng)膜上的功率密度較進入角膜前可提高2~5×105倍。顯然,高度平行的激光對人眼可能引起的損傷必須高度重視。
    激光對眼睛的損傷與激光波長、功率或能量、脈寬、環(huán)境等有關(guān)。
    功率越大,波長越短,損傷越嚴重;夜間或在暗室時,瞳孔大,進入眼睛的能量大,危害大。
    激光對皮膚的損害主要是燒傷。研究表明,深色皮膚較淺色皮膚的吸收率高;皮膚對CO2激光的吸收率高:吸收的能量主要沉積在皮膚淺層。
3 激光輻射時危害的控制
    為了確保激光焊接時的安全與防護,對激光危害必須嚴加控制,控制方法主要是工程控制、個人防護以及安全管理等。
3.1 工程控制
工程控制是指對激光器或激光加工系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上所采取的安全措施,主要包括:
(1) 防護罩:用以防止工作人員接受超過最大允許照射量。
(2) 安全連鎖:是指與防護罩相連的、在移開防護罩時可避免輻射的自動裝置。
(3) 鑰匙開關(guān):這是一個廣義概念,泛指取下鑰匙時,激光器轉(zhuǎn)。
(4) 安全光路:對輻照可能引起燃燒或次級輻射的光路予以封閉。
(5) 光束終止:為了使激光束不超越受控的加工作業(yè)區(qū),可使用光束終止器或衰減器。
3.2 個人防護
個人防護主要是指:
(1) 配戴激光防護眼鏡:激光防護眼鏡的濾光片選擇性地衰減特定的激光波長,并盡可能多地透過非防護的可見輻射。激光防護眼鏡可分為普通眼鏡型、邊框不透光的防側(cè)光型以及邊框部分透光的半防側(cè)光型。
(2) 配戴激光防護面罩:主要用于紫外激光源,激光防護面罩不僅可以保護眼睛,尚可保護面部皮膚。
(3) 激光防護手套:高功率、高能量的激光無論直射或散射均會造成損害,因而,佩戴激光防護手套也是必要的。
(4) 穿戴激光防護服:對工作人員皮膚可能受到最大允許照射量的崗位,應(yīng)提供防護服,防護服應(yīng)耐火、耐熱。
3.3 安全管理
    安全管理主要包括設(shè)置專門機構(gòu)或人員,明確職責、權(quán)利:包括安全培訓以及醫(yī)學監(jiān)督等。

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