激光焊接的安全與防護

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領域諸如切割、打孔、打標、熔覆等領域得到了日益廣泛的應用，并受到了越來越多的關注。
    另外，激光也像一般光一樣有生物效應，這種生物效應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
    激光對生物機體的效應主要有熱效應、光效應、壓力效應以及電磁場效應。
1．1熱效應
    熱效應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，變成異構分子。
1．2 光效應
    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與激光波長、照射時間、照射劑量等有關。
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光致損傷
    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
    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)、氣化產生的沖擊壓力。輻射壓力和沖擊壓力構成了總壓力。
l．2．4電磁場效應
    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，生物電位對神經脈沖傳遞有重要作用，所以，激光輻照會引起神經脈沖傳遞受刺激、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膜上的感光細胞，然后經視神經傳給大腦。
2．2 激光對神經的影響
    激光對神經的影響系通過電磁效應而產生。激光可通過皮膚對神經末梢起作用，國外許多從事相關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
    當視網膜受到光強很大的激光照射時，輕則使視神經發(fā)痛，重則使視網膜損壞。
    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。
    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)在結構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：這是一個廣義概念，泛指取下鑰匙時，激光器轉。
（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、邊框不透光的防側光型以及邊框部分透光的半防側光型。
（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，應提供防護服，防護服應耐火、耐熱。
3．3 安全管理
    安全管理主要包括設置專門機構或人員，明確職責、權利：包括安全培訓以及醫(yī)學監(jiān)督等。