薄板焊接大功率激光器安全作业要点

2021-05-06李宁俞金龙赵才才

船海工程 2021年2期

李宁，俞金龙，赵才才

(上海外高桥造船有限公司，上海 200137)

在传统船舶产品的建造过程中，仅在少量设备上运用激光技术。在首艘国产大型邮轮项目中引进的激光焊接、激光切割设备，功率最大为16 kW，按照国内激光安全分类标准属于第Ⅳ类激光[1]，安全风险级别最高。激光束会造成眼睛、皮肤伤害，激光安全作业需要重视。鲜有资料可查，本文对激光的危害、激光监测技术、激光防护控制等方面，结合工艺流程进行安全风险分析，为生产现场激光安全管理工作提供实际指导。

表1 国内激光安全分类标准

1 激光工位介绍

国内激光安全分类标准见表1。应用激光复合焊接技术的工位有铣边拼板工位(见图1)和纵骨装焊工位(见图2)。其中铣边拼板工位有1台16 kW激光器、纵骨装焊工位有2台16 kW激光器和2台8 kW激光器，这5台激光器均为大功率激光器，其发射的激光属于第四类激光，激光作业产生的危害级别最高，各项防护要求也最为严格。

图1 铣边拼板工位现场

图2 纵骨装焊工位现场

从作业环境看，2个激光工位前后道工序联系紧密，尤其是纵骨装焊工位，位于车间中门、横移工位旁，处于材料物流周转的核心区域——人员流动性大，风险隐患大。因此，拼板铣边工位和纵骨装焊工位激光设备四周要设置安全防护围栏、围栏高度分别为2.0,2.5 m，可避免激光光束直接暴露在生产环境中；铣边拼板工位设置吸收小车，防止激光光束在胎架下方发生反射、折射；激光电源、激光操作人员单独设立房间。通过远程控制实现激光光束的发射，隔绝操作人员与激光光束或激光电源，避免辐射影响。

2 激光危害及风险辨识

2.1 激光危害

激光的危害来源于激光束和非光束2部分。薄板中心选用的激光器波长为1 070 nm，属于近红外光，若激光光束直接暴露于人体，会对眼睛、皮肤造成伤害，不同波长的光对眼睛及皮肤的影响[2]见表2。

2.1.1 视网膜损伤

近红外光(700～1 400 nm)会集中在视网膜上，可瞬间造成视网膜的损伤，损伤不可修复。

2.1.2 眼角膜损伤

大功率激光光束会造成角膜和结膜组织的损伤，根据接触程度，可能会导致烧伤或发展成白内障。

2.1.3 皮肤损伤

皮肤是人体最大的器官，最有可能接触激光光束的3个部位是头、臂、手，足够热量的光束，对皮肤会产生热烧伤。

表2 不同波长的光对眼睛及皮肤的影响

非光束的危害主要有激光电源系统运行过程中产生的辐射及焊接过程产生的空气污染物，非光束产生的危害不会立即让人产生不良反应，但长期处于辐射环境状态下，人的身体机能会紊乱，免疫力降低，易患慢性疾病。

2.2 风险辨识及危险性评价

目前国内大功率激光器多在实验室中使用，人员固定，作业环境单一，安全管理较为简单，眼睛、皮肤不直接接触激光束，可保证人员的安全。而激光器在生产线中使用时，面临着作业环境复杂，人员流动性大等各种安全隐患。为此，根据作业环境，梳理激光作业的危险因素，通过危险性评价法(LEC法)，用数据表现危险源的危害程度，清晰展示危险因素和危险防护级别，见表3。

由激光焊接工位的危险性评价分析得知，现场的危险因素由人员违规操作、设备本身、以及作业环境中单个或多个因素共同构成的。针对危险性评价表，通过建立、完善激光安全管理体系制度，强化人员管理制度，制定相应的防控措施，控制激光光束及反射光束，营造安全的现场作业环境。

表3 危险性评价表

3 防控措施

3.1 文件体系

规章制度是生产运行的重要保证，是维持安全生产秩序，保障令行禁止的基本措施。关于激光作业，围绕行为准则、岗位作业流程、个体防护、出入管理、应急预案、个人考核等细则建立安全管理制度，覆盖公司级、部门级、作业区级三级管理体系，编制《激光作业安全管理规定》《激光作业标准书》《激光作业岗位操作规程》《激光作业设备安全操作规程》《激光作业相关安全基准》、《应急预案与现场处置方案》等文件为现场安全管理保驾护航。

3.2 人员职责

以人为本，生命至上。现场的安全管理始终是围绕人展开的，激光生产区域的安全管理涉及到作业人员、设备维护人员、参观人员、安全员等。明确各类人员的安全职责，尽可能消除现场安全隐患。

1)激光技术管理员/安全员，掌握现场安全管理技术，熟悉激光设备，具备处理应急问题的能力，参与落实日常安全基础管理工作。

2)操作人员，岗位实行双人制作业，所有激光器操作人员应该在岗位、设备安全操作规程、潜在危险、控制措施等激光安全技术培训考核合格后上岗。每天的班会上做好JSA分析，不断总结激光安全管理经验，提升激光安全管理水平。

3)维护保养，由于激光电源、激光头等器件的维修难度较高，未经厂商授权、指导的情况下，不得擅自维修。公司可以与厂商协调将设备维修维护划分成公司、部门、作业区多层级进行全方位的培训学习，让参训学员掌握设备管理技术，降低因设备维护而产生的安全隐患。

4)参观人员，须实名预约登记审批，应经相关安全管理培训后，穿戴好劳防用品，由专人陪同方可进入。

5)个体防护，眼睛、皮肤是保护的重点，确保眼睛不直视激光光束、皮肤不暴露于激光光束。激光焊接操作人员应配置相应光束波长防护等级的防护眼镜，防护手套，必要时需使用防护服。需要注意的是，激光焊接与传统手工焊一样，会产生空气污染物及其他危害物质，必须佩带口罩。

3.3 激光区域设置安全门

参照高校实验室安全门防护方式，见图3。在激光工位设置出入安全门，运用指纹或面部识别技术，在激光防护栅栏、激光焊接工位、激光电源室、激光控制室等多区域设定权限，从源头上控制无关人员进入激光区域，避免人体直接受到激光光束照射。

图3 激光安全门示例

安全门配置安全联锁功能，操作人员在确认现场作业条件、各围栏门关闭上锁后才能发射激光，否则不能触发激光发射。

3.4 激光功率、辐射能量测量计

激光光束在车间内反射到不规则物体，会漫反射到人体，产生的危害同样不能忽视。目前市场上有激光功率、辐射能量测量仪器，如图4。在车间激光工位以及周边的绿色通道、二层平台区域设置测量点，通过远程技术，如图5，在车间门口电子屏、办公室远程监控，能够随时掌握车间激光安全信息，可以更加科学直观地指导现场的安全管理工作。