激光焊的安全和防護(hù)知識(shí)

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(gè)顯著特點(diǎn)是方向性好、亮度高、單色性強(qiáng)、相干性好。激光具有良好的時(shí)空特性，聚焦后功率密度可達(dá)l05W/cm2以上，對(duì)材料的作用既可以是連續(xù)式的，又可以是準(zhǔn)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(zhǎng)為1.06μm的YAG激光還可用光纖傳輸，千瓦級(jí)的YAG激光光纖傳輸時(shí)的光纖直徑僅幾百μm，激光的這些特點(diǎn)使其在焊接及其相關(guān)領(lǐng)域諸如切割、打孔、打標(biāo)、熔覆等領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用，并受到了越來(lái)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(lái)益處，諸如育種、醫(yī)療，另一方面，無(wú)防護(hù)的大功率激光輻射，也會(huì)造成人體組織直接或間接的損害。因此，了解激光對(duì)生物體可能造成的損傷，對(duì)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(duì)生物機(jī)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(chǎng)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(shí)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(shí)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(huì)引起基因的突變。通常情況下，基因約由1000個(gè)原子組成，原子受高熱會(huì)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(duì)人體的光效應(yīng)與激光波長(zhǎng)、照射時(shí)間、照射劑量等有關(guān)。
　　1.2.l光敏作用
　　是指激光對(duì)生物體的刺激或抑制作用。He-Ne激光的波長(zhǎng)為0.6328μm，mw級(jí)的He一Ne激光照在人體上幾乎沒(méi)有溫升的感覺(jué)，然而，卻能刺激酶的活性，增強(qiáng)血液中的吞噬細(xì)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(huì)使分子里的化學(xué)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(huì)引起細(xì)胞死亡。
　　1.2.3 壓力效應(yīng)
　　光照射在物體上，把光的動(dòng)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(lái)自兩個(gè)方面，一是輻射壓力，當(dāng)功率密度為：108 W/cm 2時(shí)，輻射壓力可達(dá)3400 Pa，二是功率密度超過(guò)人體損傷的閾值時(shí)，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(chǎng)效應(yīng)
　　正常機(jī)體細(xì)胞和組織有一定的游離電荷儲(chǔ)備，存在一特殊的生物場(chǎng)。激光作為一種很強(qiáng)的電磁波，其照射人體組織時(shí)，其電磁場(chǎng)會(huì)對(duì)人體組織的生物場(chǎng)產(chǎn)生干擾，影響其生理狀態(tài)。
　　激光光波的電磁場(chǎng)主要影響機(jī)體的原子和分子狀態(tài)，進(jìn)而影響生物電位，生物電位對(duì)神經(jīng)脈沖傳遞有重要作用，所以，激光輻照會(huì)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(shí)，工作人員處于強(qiáng)激光的附近，如防護(hù)不好，可能會(huì)對(duì)眼睛、皮膚以及神經(jīng)系統(tǒng)引起危害。
　　2.1激光對(duì)眼睛的危害
　　人對(duì)物體的視覺(jué)形成過(guò)程是：物體發(fā)出的可見(jiàn)光刺激視網(wǎng)膜上的感光細(xì)胞，然后經(jīng)視神經(jīng)傳給大腦。
    　我國(guó)規(guī)定的眼睛直視激光束的最大允許照射量見(jiàn)表1。
　　2.2 激光對(duì)神經(jīng)的影響
　　激光對(duì)神經(jīng)的影響系通過(guò)電磁效應(yīng)而產(chǎn)生。激光可通過(guò)皮膚對(duì)神經(jīng)末梢起作用，國(guó)外許多從事相關(guān)研究的專家通過(guò)對(duì)家兔、豚鼠的研究證實(shí)了這一點(diǎn)。
　　2.3 激光對(duì)皮膚的損傷
　　當(dāng)視網(wǎng)膜受到光強(qiáng)很大的激光照射時(shí)，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(gè)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(jìn)入角膜前可提高2～5×105倍。顯然，高度平行的激光對(duì)人眼可能引起的損傷必須高度重視。
　　激光對(duì)眼睛的損傷與激光波長(zhǎng)、功率或能量、脈寬、環(huán)境等有關(guān)。
　　功率越大，波長(zhǎng)越短，損傷越嚴(yán)重;夜間或在暗室時(shí)，瞳孔大，進(jìn)入眼睛的能量大，危害大。
　　激光對(duì)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(duì)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(shí)危害的控制
　　為了確保激光焊接時(shí)的安全與防護(hù)，對(duì)激光危害必須嚴(yán)加控制，控制方法主要是工程控制、個(gè)人防護(hù)以及安全管理等。
　　3.1 工程控制
　　工程控制是指對(duì)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(hù)罩：用以防止工作人員接受超過(guò)最大允許照射量。
　　(2) 安全連鎖：是指與防護(hù)罩相連的、在移開(kāi)防護(hù)罩時(shí)可避免輻射的自動(dòng)裝置。
　　(3) 鑰匙開(kāi)關(guān)：這是一個(gè)廣義概念，泛指取下鑰匙時(shí)，激光器轉(zhuǎn)。
　　(4) 安全光路：對(duì)輻照可能引起燃燒或次級(jí)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(gè)人防護(hù)
　　個(gè)人防護(hù)主要是指：
　　(1) 配戴激光防護(hù)眼鏡：激光防護(hù)眼鏡的濾光片選擇性地衰減特定的激光波長(zhǎng)，并盡可能多地透過(guò)非防護(hù)的可見(jiàn)輻射。激光防護(hù)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(hù)面罩：主要用于紫外激光源，激光防護(hù)面罩不僅可以保護(hù)眼睛，尚可保護(hù)面部皮膚。
　　(3) 激光防護(hù)手套：高功率、高能量的激光無(wú)論直射或散射均會(huì)造成損害，因而，佩戴激光防護(hù)手套也是必要的。
　　(4) 穿戴激光防護(hù)服：對(duì)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(hù)服，防護(hù)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(mén)機(jī)構(gòu)或人員，明確職責(zé)、權(quán)利：包括安全培訓(xùn)以及醫(yī)學(xué)監(jiān)督等。