Лазерные сварка, очистка, обработка стремительно внедряются во многие сектора экономики, а именно: в машиностроение, авиакосмическая промышленность, производство электроники и микроэлектроники, медицинские технологии (импланты, инструменты), производство мебели для чистых помещений, оборудования для пищевого производства и переработки, ювелирное производство, научные лаборатории и центры прототипирования, сферы, которые встраиваются в современные технологии ремонта и восстановления.
Объём продаж лазерных аппаратов за 10 лет вырос в 5–6 раз. Если в 2015–2016 годах этот узкоспециализированный сектор оценивался аналитиками в пределах 1,1–1,4 млрд долларов, то к 2025–2026 годам объём чистых продаж только сварочных аппаратов и установок достиг 2,9–3,55 млрд долларов (без учёта сопутствующего софта и услуг).
И развитие в этом направлении продолжается!
Такой масштабный скачок в потреблении технологии обусловлен тремя ключевыми факторами.
Бум электромобилей: лазерная сварка стала безальтернативным стандартом для сборки литий-ионных аккумуляторных батарей и медных контактов. Обычная сварка перегревает элементы, тогда как лазер обеспечивает ультраточечный нагрев и герметичность.
Удешевление и доступность (ручные аппараты лазерной сварки): появление на рынке портативных ручных волоконных лазеров стоимостью ниже 20 тыс. долларов совершило революцию. Теперь технологию покупают не только автогиганты, но и малые мастерские. Ручной лазер варит в 4–10 раз быстрее дуговой сварки, а обучить сотрудника работе на нём можно за пару дней.
Тотальная автоматизация и роботы: сегмент роботизированной лазерной сварки растёт опережающими темпами (более 9 процентов в год). Заводы активно внедряют лазерные головки на базе ИИ-трекинга шва, что поднимает точность сквозного провара до 98 процентов.
Физика
В процессе лазерной сварки (наиболее распространённой технологии с применением мощного лазера) высококонцентрированный луч света фокусируется на зазоре между соединяемыми материалами. Лазерный луч расплавляет материалы по швам и образует единое целое. При использовании такого высококонцентрированного источника тепла лазерная сварка тонких материалов может осуществляться на высоких скоростях.
В толстых материалах лазерная сварка позволяет создавать глубокие и узкие сварные швы с высокой прочностью соединения. Шов стабилен, он равномернее, скорость сварки выше, лазерная сварка имеет высокий потенциал к автоматизации.
Всё это способствует широкому внедрению такого вида сварки по всему миру.
Важная составляющая этого процесса – создание безопасных условий труда, так как лазер пока мало знаком широким массам людей и мало кто серьёзно относится к его поражающему воздействию.
И здесь необходимо освоить целый пласт знаний, требуется проработать и практически донести пользователям крайне важную информацию – средства защиты для лазерной сварки отличаются от СИЗ для других видов сварки.
Безопасность
Безопасность при работе с лазерной сваркой крайне важна из-за высокой опасности поражения лазерным лучом высокой энергии. В целом это сочетание правильного оборудования, средств защиты и строгого соблюдения инструкций.
Современные станки, сварочные установки, технологическое оборудование, в состав которого включён лазер, уже оснащены встроенными системами безопасности, но ответственность за здоровье остаётся за оператором.
Важно: информация о характеристиках лазера всегда обязательно указывается поставщиком оборудования. Как правило, последний указывает рекомендуемые средства защиты.
Кроме того, на этапе планирования установки лазерного технологического оборудования производится аудит помещений, условий на предмет защищённости от лазерного излучения, планируются меры защиты, коллективной безопасности и безопасности сварщика (оператора лазерной установки). Формируется полный список необходимых средств защиты, разрабатываются правила и инструкции безопасной работы, инструктажи.
В некоторых промышленно развитых странах уже введена новая должность – laser welding safety officer (ключевой специалист по обучению и контролю соблюдения правил обращения с источником лазерного излучения), что подчёркивает важность внимания к вопросу.
Можно ли использовать при лазерной сварке привычные средства защиты для газо- или электросварки? Однозначный ответ: нельзя!
Опасные факторы, сопутствующие работе с лазером
Поражающее воздействие лазера проявляется разносторонне.
Биологические эффекты воздействия лазерного излучения зависят от длины волны, мощности (энергии) излучения, длительности воздействия, частоты следования импульсов, размеров облучаемой области и анатомо-физиологических особенностей тканей (глаз, кожа).
Воздействие на органы зрения
Лазерное излучение особенно опасно для органов зрения:
- излучение в видимом диапазоне (0,38–0,7 мкм) и ближней инфракрасной области (0,75–1,4 мкм) может поражать сетчатку глаза;
- ультрафиолетовое (0,18–0,38 мкм) и дальнее инфракрасное (более 1,4 мкм) излучение не достигает сетчатки, но может повреждать роговицу, радужку и хрусталик.
Степень риска зависит от длины волны, уровня мощности и продолжительности воздействия.
Нормируемыми параметрами лазерного излучения являются энергетическая экспозиция (Н, Дж/м²) и облучённость (Е, Вт/м²), а также энергия (W, Дж) и мощность (Р, Вт) излучения, прошедшего через ограничивающую апертуру.
Классификация лазеров по степени опасности определяет специфику воздействия излучения на орган зрения и кожу. Например, лазеры 4-го класса (ГОСТ IEC 60825‑1‑2023) считаются высоко опасными: диффузно отражённое излучение вредно для кожи на расстоянии 10 см от отражающей поверхности.
Мощность и класс опасности лазера
Класс опасности лазера определяет минимальный уровень защиты.
- Класс 2 (видимые лазеры до 1 мВт): при нормальной эксплуатации постоянное использование защитных очков не требуется, но при риске длительного воздействия или отражённого луча их применение повышает безопасность.
- Класс 3R (до 5 мВт): прямое попадание в глаз опасно, рекомендуются защитные очки.
- Класс 3B (5–500 мВт): обязательны защитные очки, так как опасность представляет не только прямой луч, но и рассеянное излучение.
- Класс 4 (свыше 500 мВт): требуется полная защита, включая очки с высокой оптической плотностью.
Для лазеров класса 3B обычно требуется OD 4–5, для класса 4 – OD 5–7 (где OD – оптическая плотность).
OD – это коэффициент ослабления падающего света, который проходит через фильтр. Чем выше OD, тем больше защита.
Способ защиты – применение специальных очков и щитков сварщика со специализированными линзами, фильтрующими опасное излучение.
Перед выбором защитных очков рекомендуется проконсультироваться со специалистом по лазерной безопасности. Он поможет учесть все нюансы конкретного оборудования и условий работы.
На фото: очки защитные закрытые от излучения ЗН22-СЗС22 LASER (РОСОМЗ).
СИЗ глаз для защиты от механических опасностей, химических опасностей и опасности воздействия повышенного уровня неионизирующих излучений (опасности лазерного излучения): рассеянного и диффузно-отражённого непрерывного (D) и импульсного (I, R) лазерных излучений на длинах волн от 200 до 300 нм (оптическая плотность 5), от 693 до 710 нм (оптическая плотность 4), от 710 до 820 нм (оптическая плотность 5) и от 820 до 1140 нм (оптическая плотность 4).
На фото: защитный щиток для лица FS1P1P23 (uvex). Безопасное и удобное решение для лазерной защиты глаз и лица при ручной лазерной сварке. Защитная маска (FS1) в сочетании с фильтром P1P23 обеспечивает лазерную защиту в соответствии с EN207 для волоконного лазера с длиной волны 1060–1080 нм, часто используемого при лазерной сварке.
На фото: щиток сварщика MASTR для лазерной сварки с автоматическим светофильтром торговой марки Univet.
Последний пример – это, возможно, одно из лучших решений на российском рынке средств защиты. Модель обеспечивает абсолютно полную защиту лица и глаз для сварщика, использующего портативную лазерную систему.
Щитки для лазерной сварки полностью закрывают лицо, шею и глаза от случайного воздействия лазера под разными углами. В этих щитках используются специальные покрытия и материалы, которые блокируют вредное инфракрасное и ультрафиолетовое излучение, защищая кожу и глаза.
В щитке для лазерной сварки используется передовая технология фильтрации света, которая адаптируется к изменению интенсивности, эффективно блокируя вредные инфракрасные (IR) и ультрафиолетовые (UV) волны. Технология обеспечивает постоянную защиту глаз за счёт мгновенной реакции на яркий свет, излучаемый во время сварки, снижая риск повреждения сетчатки.
Детали щитка изготавливаются из прочных, ударопрочных материалов, что предотвращает попадание искр, мусора и прямого воздействия лазера и делает щиток лучшим защитным снаряжением для всех, кто занимается лазерной сваркой.
Воздействие на кожу
Воздействие лазера на кожу может привести к термическим повреждениям, таким как:
- ожоги или волдыри от поглощённого тепла;
- изменение пигментации или образование рубцов;
- замедленное заживление из-за нарушения клеточной структуры.
Поглощение кожей зависит от длины волны. Например, лазеры дальнего инфракрасного диапазона могут нагревать поверхность, в то время как видимые и ближние инфракрасные лучи могут проникать глубже, повреждая нижележащие ткани. При работе вблизи активных лазерных систем всегда следует надевать соответствующие средства индивидуальной защиты, такие как огнестойкие перчатки и защитную одежду с длинными рукавами.
Поэтому на рынке появляются специализированные решения в моделях спецодежды с высокими уровнями защиты для ведения сварки лазером.
На фото: защитное пальто JUTEC Laser frontal было разработано специально для использования на рабочих станциях, где трудится один человек, где лазерное излучение направляется преимущественно в одном направлении – к обрабатываемой детали. Такое пальто обеспечивает надёжную защиту от рассеянного излучения в области груди, живота и ног без ограничения свободы движений. Гетры защищают обувь.
На фото: защитные перчатки для защиты от источников лазера Bodyguard (Германия, Joke Technology GmbH) из двухкомпонентной ткани с высоким уровнем защиты, обеспечивающей высокую гибкость и ловкость обращения с предметами.
Воздействие на органы дыхания
В процессе лазерной сварки, как и в прочих процессах, создаются специфические продукты горения: сварочные дымы, газы, аэрозоли, которые могут содержать в своём составе тяжёлые металлы, такие как хром, никель или марганец и их соединения. Доказано, что продукты горения при сварке включают в свой состав канцерогены (см. подробно: Как бороться с возникновением онкологии у сварщиков).
Поэтому сварщикам необходимы эффективные средства защиты органов дыхания (СИЗОД). Одно из лучших решений – применение фильтрующего респиратора с принудительной подачей воздуха. Он очищает воздух с помощью вентилятора и подаёт его к лицевой части под сварочным щитком под давлением.
Кроме того, в стационарных помещениях со сварочными постами необходимо контролировать качество воздуха, устанавливать местную вытяжную вентиляцию.
Воздействие на орган слуха
Во время лазерной сварки нередко могут потребоваться и звукоизолирующие наушники, соответствующие уровню шума, издаваемого установкой с источником лазерного излучения.
Надлежащая подготовка, средства индивидуальной защиты и меры контроля воздействия не подлежат обсуждению.
Организация рабочего пространства
Для надёжной защиты также рекомендуется организовывать стационарные сварочные посты в специальных изолированных кабинах, охраняющих окружающих и прочее оборудование рабочей зоны (особенно оптическое и электронное) от попадания прямого и отражённого лазерного луча.
На фото: сварочные кабины безопасности со стенками из специального материала, экранирующего лазерное излучение. Производство компании Norseman, Северная Ирландия.
Действующие стандарты
При разработке мер безопасности целесообразно ознакомиться с действующими стандартами за рубежом и строго придерживаться требований действующих отечественных стандартов.
Ориентироваться нужно на следующие стандарты и регламенты:
- ANSI Z136.1 (США) – руководство по безопасной работе с лазерами;
- OSHA 29 CFR 1910 (США) – нормы охраны труда, включая разделы по лазерному излучению;
- IEC 60825‑1 – международный стандарт безопасности лазеров;
- ГОСТ IEC 60825‑1‑2023 «Безопасность лазерной аппаратуры» (Россия) – аналог IEC 60825 для РФ, который классифицирует параметры воздействия лазерного излучения, обязывает изготовителя оборудования с источником лазерного излучения точно присваивать уровень излучения и наносить однозначную маркировку. В соответствии с требованиями этого документа лазерная аппаратура должна соответствовать требованиям безопасности, определяемым настоящим стандартом, всем ожидаемым условиям работы в соответствии с предполагаемым использованием лазера. Также в приложении С этого ГОСТа описываются классы излучения и связанные с ними потенциальные опасности, что помогает при подборе СИЗ и мер коллективной защиты;
На схеме: любая лазерная аппаратура должна иметь маркировку в соответствии с требованиями ГОСТ IEC 60825‑1‑2023.
- ГОСТ EN 207-2021 «Система стандартов безопасности труда. Средства индивидуальной защиты глаз. Очки для защиты от лазерного излучения. Общие технические требования. Методы испытаний»;
- СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания».
Некоторые ключевые требования
- Конструкция лазерных изделий должна обеспечивать защиту персонала от лазерного излучения и других опасных факторов.
- В эксплуатационной документации на лазер должны быть указаны длина волны излучения, выходная мощность (энергия), длительность импульса, частота следования импульсов и другие параметры.
- Помещения, где используются лазерные изделия, должны соответствовать требованиям строительных норм и правил, обеспечивать безопасность обслуживания.
- Персонал, допускаемый к работе с лазерными изделиями, должен пройти инструктаж и специальное обучение безопасным приёмам и методам работы.
Необходимо организовать работу в соответствии с Приказом Минтруда России от 11 декабря 2020 года № 884н «Об утверждении Правил по охране труда при выполнении электросварочных и газосварочных работ». В нём лазерная сварка и резка указаны как отдельный вид работ, к которым применяются правила охраны труда. На основе этого документа и технической документации производителя оборудования работодатели разрабатывают инструкции по охране труда для конкретных видов работ.
Контроль
Контроль уровней лазерного излучения проводится периодически (не реже одного раза в год), а также при приёмке новых установок, изменении конструкции лазерной установки или средств защиты, при организации новых рабочих мест. Для этого используются лазерные дозиметры, которые измеряют уровни излучения и сравнивают их с предельно допустимыми уровнями.
Дозиметр лазерного излучения
Дозиметр лазерного излучения – это прибор для измерения параметров лазерного излучения в заданной точке пространства с целью определения степени его опасности для организма человека, животных и растений. Он используется для контроля безопасности при работе с лазерными установками, в медицинских учреждениях, на производствах, а также при сертификации оборудования.
Дозиметры преобразуют лазерное излучение в электрический сигнал с помощью фотоприёмных устройств. Затем сигнал усиливается, обрабатывается микропроцессором и отображается на дисплее.
На фото: лазерный дозиметр ЛД-07 (производит компания ООО «НТМ‑Защита», Россия) предназначен для измерения энергетической экспозиции и облучённости рассеянного или отражённого лазерного излучения в автоматическом режиме, а также для анализа результатов измерений в соответствии с действующими санитарными нормами и правилами с целью определения опасности излучения для организма человека.
Голос разума: практические советы для новичков
Лазерное излучение отличается высокой концентрацией энергии и невидимо для человеческого глаза. Даже кратковременное воздействие может вызвать серьёзные ожоги сетчатки или постепенное ухудшение зрения. Поэтому защита глаз при лазерной сварке – это не просто рекомендация, а обязательное правило техники безопасности.
Но даже тем, кто редко бывает в производственных цехах, следует знать некоторые базовые требования к безопасности.
Одно из первых простейших обиходных правил, которое необходимо выполнять любому человеку, даже случайно столкнувшемуся с лазерной сваркой или с устройством с источником лазера, – это не пытаться заглянуть в источник лазера, никогда не направлять источник лазера в глаза другим людям.
Чем выше мощность вашего лазера, тем дальше может распространяться опасность.
Например, без некоторых систем безопасности ручные лазерные сварочные аппараты могут представлять опасность для незащищённых глаз на расстоянии более 50 метров.
И ещё! Запись лазерной сварки на телефон может привести к повреждению устройства. CMOS‑матрица камеры смартфона достаточно уязвима: даже лазеры средней мощности при попадании в объектив камеры смартфона способны «выбить» пиксели на матрице, создать вертикальные или горизонтальные линии на снимках и в режиме Live View и даже полностью вывести матрицу из строя.
Слаженное развитие
При правильном применении, обучении и соблюдении техники безопасности лазерная сварка может значительно повысить производительность, улучшить качество продукции и открыть новые возможности.
Как и в случае с любой новой технологией, продуманный подход к внедрению с учётом безопасности является ключом к успеху и долгосрочным выгодам. Регулярные проверки и чистое рабочее место снижают риски.
Обучение, техническое обслуживание оборудования и надлежащее защитное снаряжение являются залогом предотвращения несчастных случаев в сварочном цехе.
(Пока оценок нет)
Загрузка...
