高等院校激光加工实训安全问题分析与探讨

龙学文 杨汉键 张顺如 杨朋 舒象喜 邓晓鹏

【摘 要】激光加工技术是利用高能激光束与物质相互作用，对材料进行切割、焊接、打孔、表面处理等的一门新兴加工技术。目前许多高等院校建立了激光加工工程实训室，由于激光加工过程中存在多种危险，进行实训的学生往往对激光加工了解不多，因而有必要正确认识激光加工中的安全问题，养成良好的实验实训习惯，做好相关防护措施，把风险降到最低。

【关键词】激光加工；工程实训；激光安全

中图分类号： TN249-4；G642 文献标识码： A 文章编号： 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

激光的发明是一项划时代的成就，对人类社会产生了极其深远的影响。人们把激光和原子能、半导体、计算机列在一起，称为20 世纪的“四大发明”。激光的出现引起了光学革命性的发展，冲击了整个物理学，对其它学科产生了巨大的影响。激光能量密度高，方向性好，一经出现，人们就想到把它用到加工制造业领域，由此出现了激光加工技术。激光加工技术是利用激光与材料相互作用的特性，对材料进行切割、打标、焊接、表面处理等的一门新兴加工技术。激光加工技术与传统加工技术相比具有很多优点，在加工制造业领域得到了广泛的应用。为了顺应潮流，培养人才，目前许多高等院校建立了激光加工工程实训室，激光加工设备既是激光设备又是机械设备，有激光辐射危险，机械危险，电气危险和热危险等。参与实训的学生一般都是第一次接触激光加工，对激光加工比较陌生，参与实训指导的教师很多也不是激光加工专业人员，学生和教师往往对激光加工中存在的安全问题认识不足。随着高等院校激光加工实验实训室规模和数量的增加，参与激光加工实训的学生数量逐年增加，安全问题日渐凸显。激光加工实训中的安全教育与防护显得尤为重要，本文探讨激光加工过程中可能出现的安全问题及防范措施。

1 激光的分级

为了让使用人员能够很简单的识别激光产品的危险等级，可以根据激光的功率或能量，激光产品对人体组织的危害机理以及造成的伤害程度将激光产品进行分类。他们就像激光产品的名片一样，代表了激光产品的危害程度，了解激光的分类是讨论激光安全的基本前提。激光器的安全级别一般分为4级。Ⅰ类激光：低输出激光，功率小于0.4mW，基于目前的医学知识，被认为是是安全的，不必特别管理。Ⅱ类激光：低输出的激光，功率0.4mW-1mW。通常1mW以下的激光，用眼睛偶尔看一下不至造成眼损伤，但不可长时间直视激光束，否则，眼底细胞受光子作用而损害视网膜。Ⅲ类激光有ⅢA和ⅢB级：ⅢA级输出为1-5mW的激光束，不会灼伤皮肤。在某种条件下，这类激光可以对眼睛造成致盲以及其他损伤。ⅢB级为5-500mW的激光，在功率比较高时，这类激光产品能够烧焦皮肤。这类激光产品明确定义为对眼睛有危害，尤其是在功率比较高时，将造成眼睛损伤。Ⅳ类激光为高输出激光，大于500mW，此类激光不但其直射光束及镜式反射光束对眼和皮膚有损伤，而且损伤相当严重，并且其漫反射光也可能给人眼造成损伤。此类激光使用不当，能够引燃其他材料，有火灾的危险。激光加工实训室里的激光切割机，激光打标机，激光焊接机等设备一般均为？Ⅳ类高功率激光，操作使用时尤其值得注意。不管是学生还是教师，都要正确认识激光的等级，明白其代表的危害程度、注意事项，才可以避免很多激光伤害事故的发生。

2 激光对人体的影响

人体暴露在激光下在是危险的。激光对人体的伤害主要是眼睛和皮肤。其伤害的程度主要取决于激光的波长、光斑大小、光源类型、入射角度、辐射强度、受照时间及生物组织的特性等。一般激光事故中绝大部分是对眼睛的损伤。波长为295-1400nm激光，可透过角膜，但295nm的紫外激光几乎全被角膜吸收，是损伤角膜的最主要波段，其致伤的机理主要是光化学效应，临床上表现为急性角膜炎和结膜炎。其次角膜表面的神经末梢对热异常敏感，红外激光也可灼伤角膜。某些波长的激光会导致白内障甚至损伤玻璃体。

从造成的后果的严重性考虑，激光对皮肤的伤害与对眼睛的伤害的严重程度相对要轻一点。激光对角膜，视网膜等的伤害往往会导致永久性的视力丧失，给事故受害者生活行动带来极大不便，造成极大痛苦，而激光对皮肤的伤害一般是可以治愈的。不过随着紫外激光器和高功率激光器的广泛应用，激光对皮肤的伤害也随之严重起来。激光对皮肤的损伤，主要由热效应所致，轻度损伤表现红斑反应和色素沉着。随着辐照剂量的增加，可出现水疱，以至皮肤退色、焦化、溃疡形成。遭受大功率激光辐射时，也能透过皮肤使深部器官受损。暴露于250-380nm波长的激光中的皮肤会发生灼伤、皮肤癌和皮肤加速老化等现象，尤其是280-315nm紫外到蓝光波段的激光对皮肤的伤害最严重。暴露于280-400nm波段的激光中的皮肤会加速色素沉积，310-600nm波段的激光会使皮肤产生光敏反应，700-1000nm波段的激光会使皮肤灼伤或角化。

3 激光安全注意事项

激光加工中使用的激光一般都是高危险性的Ⅳ类高功率激光，这类激光产品的激光辐射无论是直射、反射或散射，对人体都可能造成不同程度的伤害。学生和教师必须经过培训，熟悉和掌握激光加工设备的结构、性能、操作方法和安全须知后才能上岗作业，严禁私自上岗作业。激光加工设备的光路要进行初始检查和周期性检查，以防光路变化，发生危险。激光加工作业人员严禁佩戴珠宝、金属首饰，严禁佩戴手表作业，严格按照激光器启动程序启动与关闭激光器。大多数的激光事故包括眼睛损伤，都是因为操作人员没有佩带防护眼镜，因此激光加工实训时，必须佩带符合规定的激光防护眼镜，即使佩戴了激光防护眼镜，也不可直视激光束。激光光束与使材料靶相互作用会发出二次辐射，因此不要目视激光和材料作用区域。操作人员需穿由防燃材料制成的长袖工作服，有条件的情况下，可以装一个激光防护屏。在激光加工作业区必须有明显的警告标志、激光危害标志。加工过程中，严禁无关人员进入激光加工实训室。

4 激光加工其他注意事项

保持激光加工设备及实训室整洁、有序，加工材料、成品，废料应分类放置。不要光路附近放置易燃物，将灭火器放在随手可及的地方，并会正确使用。使用气瓶时，应避免压坏电线和激光冷却水管，以免漏水、漏电事故发生。禁止气瓶在阳光下暴晒或靠近热源。开启气瓶时，操作者应站在瓶嘴侧面使用气瓶时。激光加工前，先走模拟边框，注意观察机床运行情况，以免切激光头走出有效行程范围发生碰撞，造成事故。光纤激光切割机工作时，不要站在机械臂旁，以免发生机械伤人事故。搬运、装入与卸下加工材料时，要严防材料掉落伤人，要戴防护手套，防止发生割伤。激光和金属材料作用后，金属材料会残留大量的热，不立即要触碰，以防烫伤。激光加工时，绝大多数材料都会产生烟雾和颗粒物。在加工金属时会产生重金属悬浮颗粒，这些顆粒能伤害人体的器官与组织。在加工塑料时可能产生有毒的或致命的副产品。因此掌握被加工的材料的性质显得十分重要，了解激光和该材料相互作用会产生什么样的副产品，评估它们对健康的影响，并确定必要的防护措施。此外，激光加工实训室层高应该比普通实训室高，通风良好，需安装强劲的排气、换气装置，如果污染物排放量大，需要安装过滤装置，以免污染大气环境。

5 结束语

本文探讨了高等院校激光加工实训需要注意的安全问题。具体介绍了激光的分级，激光对人眼和皮肤的损伤。介绍了使用激光的安全注意事项和激光加工设备的注意事项。安全问题是实验实训教学正常开展的基础，加强学生和老师的激光安全意识和安全培训必不可少。参与激光加工实训的人员应养成良好的实训习惯，时刻保持警惕，不能抱有麻痹侥幸心理。高校将大量资金投入到激光加工实训室的同时，同样需要重视实训室的安全基础设施建设，不断完善实验防护设施，以保证参与激光加工实训师生的安全。

【参考文献】

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