В следующей статье мы поможем вам ответить на вопросы о лазерной сварке, которые фактически сведутся к объяснению 3 ключевых областей, которые следует учитывать при внедрении лазерных устройств в вашей компании, т.е. вопросов, касающихся самого лазера, его выбора и возможностей, вопросов, касающихся условий работы с лазером и оценки рисков, а также вопросов, связанных с осведомленностью операторов и других работников, подвергающихся возможному контакту с лазерным лучом.
Процесс лазерной сварки открывает новые возможности не только с точки зрения эффективности (скорости и чистоты процессов и возможности их автоматизации, т.е. лазерной сварки роботом), экономичности (оптимизации затрат и процессов), но и в области материалов, т.е. сварки элементов различной формы и толщины.
Лазерная сварка позволяет соединять металлы путем расплавления контактной зоны соединяемых элементов с помощью конденсированного пучка света очень высокой плотности, генерируемого лазером. ЛАЗЕР (усиление света за счет стимулированного излучения) создает очень узкую зону плавления, поэтому любые деформации не требуют дальнейшей механической обработки. Процесс лазерной сварки отличается высокой гибкостью, высокой степенью контроля и возможностью выполнять сварочные процессы в труднодоступных местах. Эти аспекты делают лазерную сварку самой быстрой сварочной технологией.
В зависимости от мощности лазера, длины волны излучения и, следовательно, возможности его применения, лазеры в соответствии с PN-EN 60825-1:2014-11/A11:2021-12на 7 классов.
  |
Классы 1 и 1 М: лазеры, которые безопасны при разумно предсказуемых условиях эксплуатации. Диапазон излучения: 302,5-4000 нм. Лазеры класса 1М могут быть опасны при просмотре луча через увеличительные устройства. |
||
 |
Класс 1C: Эти лазеры используются в медицине и косметических процедурах. Лазер излучает луч только тогда, когда излучающее устройство (апертура) соприкасается с тканью, такой как кожа. |
||
  |
Класс 2 и 2M: лазеры, излучающие видимое излучение в диапазоне длин волн 400-700 нм.Этот лазер абсолютно безопасен и не требует защиты глаз в виде защитных очков. Глаза естественным образом защищены инстинктивными защитными реакциями, включая рефлекс моргания. |
||
Внимание: лазерыкласса 1М и 2М устройства представляют собой особые виды лазеров, например, лазеров с большим расходом луча или коллимированных лазеров с большим диаметром луча, работа с которыми не представляет высокого риска при условии их рационального использования. Единственная угроза заключается в том, чтобы смотреть в луч, и смотреть в луч через увеличительные оптические устройства, например, лупы, бинокли, телескопы. |
|||
 |
Класс 3R: Они генерируют видимое и невидимое излучение в диапазоне длин волн до 302,5-106 нм. Риск повреждения глаз невелик, однако лазер может быть опасен, если смотреть прямо в луч или через увеличительные устройства. Риск повреждения кожи отсутствует. |
||
 |
Класс 3B: Лазер испускает видимое или невидимое излучение. Прямой просмотр лазерных лучей или их наблюдение с помощью оптических приборов запрещено. Допускается просмотр луча, отраженного от поверхности, при условии, что расстояние составляет не менее 13 см, а время просмотра - менее 10 секунд. Требуется использование защитных очков. Лазеры с выходной мощностью, близкой к высшему классу 3B, также могут вызывать ожоги кожи. Работа с этим классом лазерной сварки возможна только после успешного прохождения обучения по охране труда. |
||
 |
Класс 4: Опасные лазеры. Из-за мощности луча они могут создавать рассеянные отражения, вызывать повреждение или обугливание кожи, риск слепоты и представлять опасность пожара. При работе с лазером класса 4 следует соблюдать особую осторожность, поэтому перед началом работы с устройством такой мощности производитель или дистрибьютор рекомендует пройти инструктаж по охране труда и технике безопасности по использованию устройстваa. |
||
В промышленности используются мощные лазеры, т.е. лазеры, относящиеся к классу 4.Помимо разделения на классы, лазеры также могут быть сгруппированы по ряду других характеристик, таких как тип резонатора, тип работы или среда усиления луча.
Наиболее распространенными типами лазеров являются убиновый, атомарный газовый (He-Ne), молекулярный (CO2), ионный газовый (аргон), плоскостной (YAG) и волоконный лазеры. Помимо них также используются полупроводниковые лазеры .
Для сварки используется несколько типов лазеров:
| Тип среды усиления лазерного луча | Тип | Длина волны | Излучение |
|---|---|---|---|
| Газ | CO2 | 10.6μm | Тип среды усиления лазерного луча или импульсный |
| Твердое | YAG (иттрий-алюминиевый гранат) | 10.6μm | Непрерывный или импульсный |
| YVO4(ортованадат иттрия) | 10.6μm | Импульсный | |
| Рубин | 694,3nm | Непрерывный | |
| Оптоволокно | Оптоволокно Yb | 980 - 1100nm | Непрерывные или сверхкороткие импульсы Q-Switch |
| Полупроводник | Лазерный диод | 1070nm | Непрерывные или любой импульсный |
Пусковой луч, проходя через различные упрочняющие среды, направляется от лазера к обрабатываемой детали и фокусируется в зоне сварки. Лазерный луч, попадая на поверхность металла, расплавляет его, соединяя свариваемые материалы, и в зависимости от типа металла и состояния его поверхности он может отражаться.
Эффективность лазерной сварки зависит главным образом от возможности поглощения энергии лазерного луча поверхностью свариваемого элемента. Поэтому важным мероприятием при лазерной сварке является надлежащая подготовка поверхности перед сваркой путем придания ей шероховатости или затемнения, чтобы свести к минимуму отражения и максимально увеличить поглощение энергии элементами.
При сварке тонких листов низкоуглеродистой стали толщиной менее 3 мм нет необходимости защищать сварочную ванну от окисления, поскольку процесс нагрева материала и его охлаждения происходит настолько быстро, что металл не окисляется. С другой стороны, при сварке более реакционноспособных материалов необходимо использовать защитную среду из инертного газа для ванны расплавленного металла.
Лазерная сварка может выполняться с добавлением присадочного материала или без него, что может повлиять не только на экономичность сварки, но и на ее эффективность.
Инновационная технология лазерной сварки позволяет соединять практически все металлы и их сплавы. Применение лазерной сварки возможно для широкого спектра материалов, таких как конструкционные стали, легированные / низколегированные стали, дуплексные, химически активные металлы, тугоплавкие металлы, алюминий, титан, никель, углеродистые стали и магний.
Наибольшие преимущества достигаются при сварке тонких деталей или листов из алюминия или легированных металлов с помощью ручной лазерной сварки.
Сварка - это область промышленных процессов, где риск нанесения ущерба здоровью очень высок из-за высокого воздействия вредных факторов.
Традиционные методы сварки из-за сварочной дуги, сварочных паров, горячих брызг и риска поражения электрическим током являются вредными факторами и характеризуютсявысоким риском, который следует свести к минимуму с помощью соответствующих средств индивидуальной защиты и фильтрующей вентиляции рабочего места, а в случае третьих лиц следует использовать средства защиты глаз. Например, шторы или сварочные экраны для защиты от случайного воздействия сварочной дуги на глаза и сведения к минимуму риска ожогов от горячих брызг..
Современная лазерная сварка изменяет эти характеристики опасности!
Каждый лазер, используемый на сварочной станции, должен иметь соответствующую маркировку и присвоенный класс, что требует использования соответствующих средств индивидуальной защиты и групповой защиты.
В связи с использованием при сварке лазеров класса 4, правильно и безопасно организованная лазерная станция требует детальной оценки всех рисков, связанных с ее эксплуатацией!
Лазерная сварка испускает оптическое излучение в широком спектре от ультрафиолетовых лучей (диапазон ниже 350 нм) до ИК-лучей (диапазон выше 1000 нм). Прежде всего, необходимо свести к минимуму риск повреждения глаз, риск ожогов, а также риск повреждения дыхательных путей сварочными парами, особенно при сварке алюминия и его сплавов, и возможный риск повреждения слуха.
Прежде всего, это риск повреждения глаз оператора и третьих лиц из-за отражения лазерного луча. Помещение должно быть надлежащим образом промаркировано и защищено как от проникновения посторонних лиц, так и от выхода отраженного луча за пределы помещения.
Основными средствами индивидуальной защиты являются обучение и ситуационная осведомленность сотрудников. Необходима надлежащая система обучения не только для операторов, но и для людей, которые могут находиться поблизости от лазерной установки.
Таблица: Список патологических последствий чрезмерного воздействия излучения на глаза
| Диапазон длин волн | Результат воздействия лазерного излучения |
|---|---|
| Ультрафиолет C 100-280nm | Воспалительное поражение роговицы |
| Ультрафиолет B 280-315nm | |
| Ультрафиолет A 315-400nm | Фотохимическая катаракта, фотохимические и термические повреждения сетчатки |
| Видимый 400-780nm | |
| Инфракрасный A 780-1400nm | Катаракта, ожог сетчатки |
| Инфракрасный B 1400-3000nm | Катаракта, помутнение роговицы, ожог роговицы |
| Инфракрасный C 3000nm - 1mm | Только ожог роговицы |
Источник: Спектроскопические и иммунные характеристики противолазерных защитных фильтров: Зигмунт Мерчик, Мирослав Квасьны, Ядвига Мирчик, Ян Кубицки. |
|
Таблица: Основные требования и рекомендации для пользователей лазерных устройств
| Требования и рекомендации | Лазерный класс | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Класс 1 | Класс 1M | Класс 2 | Класс 2M | Класс 3R | Класс 3B | Класс 4 | |
| Назначение инспектора по лазерной безопасности | +1) | + | + | ||||
| Использование дистанционного выключателя блокировки | + | + | |||||
| Запуск с ключа | + | + | |||||
| Использование ограничителя или аттенюатора лазерного луча | + | + | |||||
| Устройство, сигнализирующее об излучении | +1) | + | + | ||||
| Использование предупреждающих знаков | + | + | |||||
| Экранирование лазерных лучей | + | + | + | ||||
| Избегайте зеркальных отражений | + | + | + | ||||
| Использование средств защиты глаз | +2) | +2) | |||||
| Использование защитной одежды | +3) | +3) | |||||
| Обучение сотрудников безопасной работе с лазерами | + | + | + | ||||
Источник: CIOP.pl |
|||||||
|
1) Требуется только при излучении за пределы видимого диапазона. 2) Требуется при превышении значений ПДЭ в зоне действия лазерного излучения*. 3) Требуется, если лазерное излучение представляет потенциальную опасность. |
|||||||
*Значения предельно допустимых экспозиций (ПДЭ) оптического излучения указаны в части Г Приложения 2. «Перечень значений предельно допустимых интенсивностей вредных для здоровья физических факторов в производственной среде» к Положению Министра семьи, труда и социальной политики от 12 июня 2018 г. о предельно допустимых концентрациях и интенсивностях вредных для здоровья факторов в производственной среде..
Характеристики риска при лазерной сварке требуют от работодателей применения ряда мер личной и коллективной защиты, а также обучения по охране труда. Однако она существенно не отличается от требований по охране труда и технике безопасности для традиционной сварочной станции.
Не следует недооценивать защиту от лазерного луча. Приведенная выше таблица последствий чрезмерного воздействия лазерного излучения на глаза не означает, что повреждению подвергаются только глаза сварщика. В зависимости от продолжительности воздействия лазерного луча также может произойти повреждение тканей кожи и даже серьезные ожоги. К индивидуальной защите стоит подходить комплексно.
Для обеспечения надлежащей защиты зрения оператора необходимо иметь защитные очки или защитные очки с линзами, оснащенными селективными ослабляющими фильтрами.
Согласно стандарту, каждый человек, работающий с лазером класса 1М, 3R, 3B и 4 (PN-EN 207: 2017-07) или находящийся поблизости от него, должен носить защитные очки для защиты от лазеров.
Внимание: Из-за возможности воздействия отраженного луча мы рекомендуем вам использовать полную защиту глаз и лица в виде сварочных шлемов с соответствующими фильтрами, чтобы предотвратить повреждение глаз из-за попадания лазерного луча в глаз через незащищенную область.
При выборе фильтров для защиты от лазерного излучения учитывайте следующее:
На хороших лазерных очках или защитных очках должна быть маркировка диапазонов излучения, типов лазеров и степени защиты, которую они гарантируют.
Для правильного выбора фильтра лучше всего воспользоваться таблицей выбора фильтра с учетом параметров лазера.
Проверьте максимальную плотность лазерного луча (мощность /энергия лазера), чтобы определить необходимый класс защиты LB для фильтра, затем выберите очки с соответствующим классом защиты для указанного диапазона лазерного излучения.
| Диапазон | Тип | LB1 | LB2 | LB3 | LB4 | LB5 | LB6 | LB7 | LB8 | LB9 | LB10 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 180-315nm | D | 0,01 | 0,1 | 1 | 10 | 10^2 | 10^3 | 10^4 | 10^5 | 10^6 | 10^7 |
| I,R | 3x10^2 | 3x10^3 | 3x10^4 | 3x10^5 | 3x10^6 | 3x10^7 | 3x10^8 | 3x10^9 | 3x10^10 | 3x10^11 | |
| M | 3x10^11 | 3x10^12 | 3x10^13 | 3x10^14 | 3x10^15 | 3x10^16 | 3x10^17 | 3x10^18 | 3x10^19 | 3x10^20 | |
| 315-1400nm | D | 10^2 | 10^3 | 10^4 | 10^5 | 10^6 | 10^7 | 10^8 | 10^9 | 10^10 | 10^11 |
| I,R | 0,05 | 0,5 | 5 | 50 | 5x10^2 | 5x10^3 | 5x10^4 | 5x10^6 | 5x10^7 | ||
| M | 1,5x10^-3 | 1,5x10^-2 | 0,15 | 1,5 | 15 | 1,5x10^2 | 1,5x10^3 | 1,5x10^4 | 1,5x10^5 | 1,5x10^6 | |
| 1400nm-1μm | D | 10^4 | 10^5 | 10^6 | 10^7 | 10^8 | 10^9 | 10^10 | 10^11 | 10^12 | 10^13 |
| I,R | 10^3 | 10^4 | 10^5 | 10^6 | 10^7 | 10^8 | 10^9 | 10^10 | 10^11 | 10^12 | |
| M | 10^12 | 10^13 | 10^14 | 10^15 | 10^16 | 10^17 | 10^18 | 10^19 | 10^20 | 10^21 | |
Пояснения: D - непрерывная работа (Вт/м2); I - импульсный лазер (Дж/м2); R - импульсный лазер высокой мощности (Дж/м2); M - мод лазер (Вт/м2) | |||||||||||
Не следует забывать, что при лазерной сварке класса 4 повреждению подвержены не только глаза оператора / сварщика, но и кожа, включая кожу лица. Прямое воздействие лазерного луча, часто невидимого "невооруженным глазом", может привести к обугливанию кожной ткани. Для снижения риска используйтесварочные маски и шлемы с правильно подобранным фильтром.
Важно предоставить соответствующую защитную одежду и принадлежности из негорючих и гибких материалов, позволяющих сварщику свободно и комфортно работать на лазерном сварочном аппарате. Сварщик должен быть оснащен сертифицированными перчатками со специальной маркировкой.
Сварочные перчатки в соответствии со стандартом EN 388 должны защищать пользователя от механических воздействий, а также руки и запястья от брызг жидкого металла, ожогов и ультрафиолетового излучения в соответствии со стандартом EN 407. Стандарт вводит разделение перчаток в соответствии с их защитными свойствами и удобством использования.
Перчатки для лазерной сварки лучше всего выбирать с учетом мощности лазера и свариваемых деталей.
Во время лазерной сварки, особенно при сварке алюминия и его сплавов, могут выделяться вредные для здоровья сварочные пары. Основой является надлежащая фильтрация сварочного поста, возможно использование полумасок со сменными фильтрами или газопоглотителей A2. Однако лучшей альтернативой будет сочетание защиты глаз и лица с защитой органов дыхания и использование сварочного шлема с соответствующим фильтром и принудительным потоком воздуха.
Несмотря на то, что сварщики не подвергаются воздействию сварочных брызг, поскольку лазерная сварка является более чистым процессом, чем традиционная, стоит обеспечить операторов дополнительной защитной одеждой, такой как легкая, негорючая сварочная одежда, то есть сварочная куртка и сварочные брюки, а также удобная обувь с носком.
В дополнение к средствам индивидуальной защиты следует приложить все усилия для надлежащей защиты окружающей среды вокруг станции лазерной сварки и помещения, в котором выполняется такая сварка.
Из-за риска отражения лазерного луча, работодатель также должен учитывать безопасность третьих лиц. Излучение оптического излучения, как ультрафиолетового (UV), так и видимого (VIS) и инфракрасного (IR), создает риск для сотрудников не только в лазерном цехе, но и за его пределами. Правильная идентификация опасностей должна стать отправной точкой для вновь создаваемых станций лазерной сварки.
Хотя оборудование для лазерной сварки может иметь четко заявленные риски, описанные в руководстве по охране труда к устройству, каждая сварочная станция, каждое помещение могут отличаться из-за количества остеклений, кубатуры, состояния пола, способа отделки стен, входов и выходов из помещения.
Следовательно, каждая станция и помещение должны быть подвергнуты аудиту безопасности, чтобы определить риск и правила техники безопасности.
Помещение и рабочее место должны быть четко разделены, обозначены знаками безопасности и иметь сигнализацию о продолжающемся процессе лазерной сварки, информирующую о потенциальной опасности.
Рабочее место должно быть оборудовано инструкциями по безопасному использованию лазерного устройства и инструкциями по охране труда.
Лазерная сварка может выполняться только обученным оператором.
Ввод в эксплуатацию лазерного сварочного аппарата должен быть обеспечен ключом или другим механизмом авторизации доступа.
Помещение должно быть отделано таким образом, чтобы свести к минимуму возможность отражения лазерного луча, например, матовыми красками, матовой глазурью или бетонным полом, а также свести к минимуму риск возгорания.
Помещение должно быть оборудовано огнетушителем или системой информирования о пожаре.
Помещение должно быть надлежащим образом проветриваемо, т.е. оборудовано эффективной и безопасной системой фильтрации.
Помещение должно предотвращать распространение лазерного луча за его пределы. Все остекление должно быть защищено шторами или сварочными сетками.
Входы и выходы также должны предотвращать случайное попадание отраженного лазерного луча за пределы помещения.
Входные отверстия должны предотвращать несанкционированный доступ.
Периодическое обучение сотрудников и повышение осведомленности и ответственности в отношении индивидуальной и коллективной безопасности.
Подумайте о необходимости назначения инспектора по лазерной безопасности, который будет проверять безопасность станции лазерной сварки, определять правила охраны труда и техники безопасности и контролировать их соблюдение.
В этом разделе мы постараемся предоставить дополнительные ответы на наиболее часто задаваемые вопросы о лазерной сварке.
В дополнение к стандартным лицензиям на сварку для выбранных методов сварки необходимо пройти обучение эксплуатации устройства и инструктаж по охране труда на станции лазерной сварки. В настоящее время нет других необходимых лицензий или сертификатов на лазерную сварку. В настоящее время нет других необходимых лицензий или сертификатов для лазерной сварки.
На этот вопрос нет четкого ответа, потому что защитная маска должна иметь соответствующие фильтры, которые обеспечивают защиту, соответствующую мощности и диапазону излучения лазерного сварочного аппарата. Однако решающее значение для сварочной маски имеет то, что она защищает сварщика от отраженного луча.
Лазерная сварка - нишевая специальность, но вы можете найти сварочные школы, которые уже предлагают обучение лазерной сварке. Однако сначала стоит получить некоторые базовые навыки по сварке, чтобы лучше понять процесс соединения металлов с помощью тепла..
Да, если подойти к этому с умом, то есть использовать соответствующие средства индивидуальной защиты и соблюдать правила охраны труда на рабочем месте.