高等院校激光加工實訓(xùn)安全問題分析與探討

龍學(xué)文 楊漢鍵 張順如 楊朋 舒象喜 鄧曉鵬

【摘 要】激光加工技術(shù)是利用高能激光束與物質(zhì)相互作用，對材料進(jìn)行切割、焊接、打孔、表面處理等的一門新興加工技術(shù)。目前許多高等院校建立了激光加工工程實訓(xùn)室，由于激光加工過程中存在多種危險，進(jìn)行實訓(xùn)的學(xué)生往往對激光加工了解不多，因而有必要正確認(rèn)識激光加工中的安全問題，養(yǎng)成良好的實驗實訓(xùn)習(xí)慣，做好相關(guān)防護(hù)措施，把風(fēng)險降到最低。

【關(guān)鍵詞】激光加工；工程實訓(xùn)；激光安全

中圖分類號： TN249-4；G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）21-0049-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.21.023

【Abstract】Laser processing technology is a new processing technology， which uses high energy laser beam to interact with material to cut，welding，hole and surface treatment.At present，many colleges and universities have established the laser processing engineering training room.There are many dangers in the process of laser processing. The students who practice training often have little understanding of the laser processing.Therefore，it is necessary to correctly understand the safety problems in the laser processing，develop good habits，and make relevant protective measures to minimize risks.

【Key words】Laser processing；Engineering training；Laser safety

0 引言

激光的發(fā)明是一項劃時代的成就，對人類社會產(chǎn)生了極其深遠(yuǎn)的影響。人們把激光和原子能、半導(dǎo)體、計算機列在一起，稱為20 世紀(jì)的“四大發(fā)明”。激光的出現(xiàn)引起了光學(xué)革命性的發(fā)展，沖擊了整個物理學(xué)，對其它學(xué)科產(chǎn)生了巨大的影響。激光能量密度高，方向性好，一經(jīng)出現(xiàn)，人們就想到把它用到加工制造業(yè)領(lǐng)域，由此出現(xiàn)了激光加工技術(shù)。激光加工技術(shù)是利用激光與材料相互作用的特性，對材料進(jìn)行切割、打標(biāo)、焊接、表面處理等的一門新興加工技術(shù)。激光加工技術(shù)與傳統(tǒng)加工技術(shù)相比具有很多優(yōu)點，在加工制造業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。為了順應(yīng)潮流，培養(yǎng)人才，目前許多高等院校建立了激光加工工程實訓(xùn)室，激光加工設(shè)備既是激光設(shè)備又是機械設(shè)備，有激光輻射危險，機械危險，電氣危險和熱危險等。參與實訓(xùn)的學(xué)生一般都是第一次接觸激光加工，對激光加工比較陌生，參與實訓(xùn)指導(dǎo)的教師很多也不是激光加工專業(yè)人員，學(xué)生和教師往往對激光加工中存在的安全問題認(rèn)識不足。隨著高等院校激光加工實驗實訓(xùn)室規(guī)模和數(shù)量的增加，參與激光加工實訓(xùn)的學(xué)生數(shù)量逐年增加，安全問題日漸凸顯。激光加工實訓(xùn)中的安全教育與防護(hù)顯得尤為重要，本文探討激光加工過程中可能出現(xiàn)的安全問題及防范措施。

1 激光的分級

為了讓使用人員能夠很簡單的識別激光產(chǎn)品的危險等級，可以根據(jù)激光的功率或能量，激光產(chǎn)品對人體組織的危害機理以及造成的傷害程度將激光產(chǎn)品進(jìn)行分類。他們就像激光產(chǎn)品的名片一樣，代表了激光產(chǎn)品的危害程度，了解激光的分類是討論激光安全的基本前提。激光器的安全級別一般分為4級。Ⅰ類激光：低輸出激光，功率小于0.4mW，基于目前的醫(yī)學(xué)知識，被認(rèn)為是是安全的，不必特別管理。Ⅱ類激光：低輸出的激光，功率0.4mW-1mW。通常1mW以下的激光，用眼睛偶爾看一下不至造成眼損傷，但不可長時間直視激光束，否則，眼底細(xì)胞受光子作用而損害視網(wǎng)膜。Ⅲ類激光有ⅢA和ⅢB級：ⅢA級輸出為1-5mW的激光束，不會灼傷皮膚。在某種條件下，這類激光可以對眼睛造成致盲以及其他損傷。ⅢB級為5-500mW的激光，在功率比較高時，這類激光產(chǎn)品能夠燒焦皮膚。這類激光產(chǎn)品明確定義為對眼睛有危害，尤其是在功率比較高時，將造成眼睛損傷。Ⅳ類激光為高輸出激光，大于500mW，此類激光不但其直射光束及鏡式反射光束對眼和皮膚有損傷，而且損傷相當(dāng)嚴(yán)重，并且其漫反射光也可能給人眼造成損傷。此類激光使用不當(dāng)，能夠引燃其他材料，有火災(zāi)的危險。激光加工實訓(xùn)室里的激光切割機，激光打標(biāo)機，激光焊接機等設(shè)備一般均為？Ⅳ類高功率激光，操作使用時尤其值得注意。不管是學(xué)生還是教師，都要正確認(rèn)識激光的等級，明白其代表的危害程度、注意事項，才可以避免很多激光傷害事故的發(fā)生。

2 激光對人體的影響

人體暴露在激光下在是危險的。激光對人體的傷害主要是眼睛和皮膚。其傷害的程度主要取決于激光的波長、光斑大小、光源類型、入射角度、輻射強度、受照時間及生物組織的特性等。一般激光事故中絕大部分是對眼睛的損傷。波長為295-1400nm激光，可透過角膜，但295nm的紫外激光幾乎全被角膜吸收，是損傷角膜的最主要波段，其致傷的機理主要是光化學(xué)效應(yīng)，臨床上表現(xiàn)為急性角膜炎和結(jié)膜炎。其次角膜表面的神經(jīng)末梢對熱異常敏感，紅外激光也可灼傷角膜。某些波長的激光會導(dǎo)致白內(nèi)障甚至損傷玻璃體。

從造成的后果的嚴(yán)重性考慮，激光對皮膚的傷害與對眼睛的傷害的嚴(yán)重程度相對要輕一點。激光對角膜，視網(wǎng)膜等的傷害往往會導(dǎo)致永久性的視力喪失，給事故受害者生活行動帶來極大不便，造成極大痛苦，而激光對皮膚的傷害一般是可以治愈的。不過隨著紫外激光器和高功率激光器的廣泛應(yīng)用，激光對皮膚的傷害也隨之嚴(yán)重起來。激光對皮膚的損傷，主要由熱效應(yīng)所致，輕度損傷表現(xiàn)紅斑反應(yīng)和色素沉著。隨著輻照劑量的增加，可出現(xiàn)水皰，以至皮膚退色、焦化、潰瘍形成。遭受大功率激光輻射時，也能透過皮膚使深部器官受損。暴露于250-380nm波長的激光中的皮膚會發(fā)生灼傷、皮膚癌和皮膚加速老化等現(xiàn)象，尤其是280-315nm紫外到藍(lán)光波段的激光對皮膚的傷害最嚴(yán)重。暴露于280-400nm波段的激光中的皮膚會加速色素沉積，310-600nm波段的激光會使皮膚產(chǎn)生光敏反應(yīng)，700-1000nm波段的激光會使皮膚灼傷或角化。

3 激光安全注意事項

激光加工中使用的激光一般都是高危險性的Ⅳ類高功率激光，這類激光產(chǎn)品的激光輻射無論是直射、反射或散射，對人體都可能造成不同程度的傷害。學(xué)生和教師必須經(jīng)過培訓(xùn)，熟悉和掌握激光加工設(shè)備的結(jié)構(gòu)、性能、操作方法和安全須知后才能上崗作業(yè)，嚴(yán)禁私自上崗作業(yè)。激光加工設(shè)備的光路要進(jìn)行初始檢查和周期性檢查，以防光路變化，發(fā)生危險。激光加工作業(yè)人員嚴(yán)禁佩戴珠寶、金屬首飾，嚴(yán)禁佩戴手表作業(yè)，嚴(yán)格按照激光器啟動程序啟動與關(guān)閉激光器。大多數(shù)的激光事故包括眼睛損傷，都是因為操作人員沒有佩帶防護(hù)眼鏡，因此激光加工實訓(xùn)時，必須佩帶符合規(guī)定的激光防護(hù)眼鏡，即使佩戴了激光防護(hù)眼鏡，也不可直視激光束。激光光束與使材料靶相互作用會發(fā)出二次輻射，因此不要目視激光和材料作用區(qū)域。操作人員需穿由防燃材料制成的長袖工作服，有條件的情況下，可以裝一個激光防護(hù)屏。在激光加工作業(yè)區(qū)必須有明顯的警告標(biāo)志、激光危害標(biāo)志。加工過程中，嚴(yán)禁無關(guān)人員進(jìn)入激光加工實訓(xùn)室。

4 激光加工其他注意事項

保持激光加工設(shè)備及實訓(xùn)室整潔、有序，加工材料、成品，廢料應(yīng)分類放置。不要光路附近放置易燃物，將滅火器放在隨手可及的地方，并會正確使用。使用氣瓶時，應(yīng)避免壓壞電線和激光冷卻水管，以免漏水、漏電事故發(fā)生。禁止氣瓶在陽光下暴曬或靠近熱源。開啟氣瓶時，操作者應(yīng)站在瓶嘴側(cè)面使用氣瓶時。激光加工前，先走模擬邊框，注意觀察機床運行情況，以免切激光頭走出有效行程范圍發(fā)生碰撞，造成事故。光纖激光切割機工作時，不要站在機械臂旁，以免發(fā)生機械傷人事故。搬運、裝入與卸下加工材料時，要嚴(yán)防材料掉落傷人，要戴防護(hù)手套，防止發(fā)生割傷。激光和金屬材料作用后，金屬材料會殘留大量的熱，不立即要觸碰，以防燙傷。激光加工時，絕大多數(shù)材料都會產(chǎn)生煙霧和顆粒物。在加工金屬時會產(chǎn)生重金屬懸浮顆粒，這些顆粒能傷害人體的器官與組織。在加工塑料時可能產(chǎn)生有毒的或致命的副產(chǎn)品。因此掌握被加工的材料的性質(zhì)顯得十分重要，了解激光和該材料相互作用會產(chǎn)生什么樣的副產(chǎn)品，評估它們對健康的影響，并確定必要的防護(hù)措施。此外，激光加工實訓(xùn)室層高應(yīng)該比普通實訓(xùn)室高，通風(fēng)良好，需安裝強勁的排氣、換氣裝置，如果污染物排放量大，需要安裝過濾裝置，以免污染大氣環(huán)境。

5 結(jié)束語

本文探討了高等院校激光加工實訓(xùn)需要注意的安全問題。具體介紹了激光的分級，激光對人眼和皮膚的損傷。介紹了使用激光的安全注意事項和激光加工設(shè)備的注意事項。安全問題是實驗實訓(xùn)教學(xué)正常開展的基礎(chǔ)，加強學(xué)生和老師的激光安全意識和安全培訓(xùn)必不可少。參與激光加工實訓(xùn)的人員應(yīng)養(yǎng)成良好的實訓(xùn)習(xí)慣，時刻保持警惕，不能抱有麻痹僥幸心理。高校將大量資金投入到激光加工實訓(xùn)室的同時，同樣需要重視實訓(xùn)室的安全基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，不斷完善實驗防護(hù)設(shè)施，以保證參與激光加工實訓(xùn)師生的安全。

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