薄板焊接大功率激光器安全作業要點

李寧，俞金龍，趙才才

(上海外高橋造船有限公司，上海 200137)

在傳統船舶產品的建造過程中，僅在少量設備上運用激光技術。在首艘國產大型郵輪項目中引進的激光焊接、激光切割設備，功率最大為16 kW，按照國內激光安全分類標準屬于第Ⅳ類激光[1]，安全風險級別最高。激光束會造成眼睛、皮膚傷害，激光安全作業需要重視。鮮有資料可查，本文對激光的危害、激光監測技術、激光防護控制等方面，結合工藝流程進行安全風險分析，為生產現場激光安全管理工作提供實際指導。

表1 國內激光安全分類標準

1 激光工位介紹

國內激光安全分類標準見表1。應用激光復合焊接技術的工位有銑邊拼板工位(見圖1)和縱骨裝焊工位(見圖2)。其中銑邊拼板工位有1臺16 kW激光器、縱骨裝焊工位有2臺16 kW激光器和2臺8 kW激光器，這5臺激光器均為大功率激光器，其發射的激光屬于第四類激光，激光作業產生的危害級別最高，各項防護要求也最為嚴格。

圖1 銑邊拼板工位現場

圖2 縱骨裝焊工位現場

從作業環境看，2個激光工位前后道工序聯系緊密，尤其是縱骨裝焊工位，位于車間中門、橫移工位旁，處于材料物流周轉的核心區域——人員流動性大，風險隱患大。因此，拼板銑邊工位和縱骨裝焊工位激光設備四周要設置安全防護圍欄、圍欄高度分別為2.0,2.5 m，可避免激光光束直接暴露在生產環境中；銑邊拼板工位設置吸收小車，防止激光光束在胎架下方發生反射、折射；激光電源、激光操作人員單獨設立房間。通過遠程控制實現激光光束的發射，隔絕操作人員與激光光束或激光電源，避免輻射影響。

2 激光危害及風險辨識

2.1 激光危害

激光的危害來源于激光束和非光束2部分。薄板中心選用的激光器波長為1 070 nm，屬于近紅外光，若激光光束直接暴露于人體，會對眼睛、皮膚造成傷害，不同波長的光對眼睛及皮膚的影響[2]見表2。

2.1.1 視網膜損傷

近紅外光(700～1 400 nm)會集中在視網膜上，可瞬間造成視網膜的損傷，損傷不可修復。

2.1.2 眼角膜損傷

大功率激光光束會造成角膜和結膜組織的損傷，根據接觸程度，可能會導致燒傷或發展成白內障。

2.1.3 皮膚損傷

皮膚是人體最大的器官，最有可能接觸激光光束的3個部位是頭、臂、手，足夠熱量的光束，對皮膚會產生熱燒傷。

表2 不同波長的光對眼睛及皮膚的影響

非光束的危害主要有激光電源系統運行過程中產生的輻射及焊接過程產生的空氣污染物，非光束產生的危害不會立即讓人產生不良反應，但長期處于輻射環境狀態下，人的身體機能會紊亂，免疫力降低，易患慢性疾病。

2.2 風險辨識及危險性評價

目前國內大功率激光器多在實驗室中使用，人員固定，作業環境單一，安全管理較為簡單，眼睛、皮膚不直接接觸激光束，可保證人員的安全。而激光器在生產線中使用時，面臨著作業環境復雜，人員流動性大等各種安全隱患。為此，根據作業環境，梳理激光作業的危險因素，通過危險性評價法(LEC法)，用數據表現危險源的危害程度，清晰展示危險因素和危險防護級別，見表3。

由激光焊接工位的危險性評價分析得知，現場的危險因素由人員違規操作、設備本身、以及作業環境中單個或多個因素共同構成的。針對危險性評價表，通過建立、完善激光安全管理體系制度，強化人員管理制度，制定相應的防控措施，控制激光光束及反射光束，營造安全的現場作業環境。

表3 危險性評價表

3 防控措施

3.1 文件體系

規章制度是生產運行的重要保證，是維持安全生產秩序，保障令行禁止的基本措施。關于激光作業，圍繞行為準則、崗位作業流程、個體防護、出入管理、應急預案、個人考核等細則建立安全管理制度，覆蓋公司級、部門級、作業區級三級管理體系，編制《激光作業安全管理規定》《激光作業標準書》《激光作業崗位操作規程》《激光作業設備安全操作規程》《激光作業相關安全基準》、《應急預案與現場處置方案》等文件為現場安全管理保駕護航。

3.2 人員職責

以人為本，生命至上。現場的安全管理始終是圍繞人展開的，激光生產區域的安全管理涉及到作業人員、設備維護人員、參觀人員、安全員等。明確各類人員的安全職責，盡可能消除現場安全隱患。

1)激光技術管理員/安全員，掌握現場安全管理技術，熟悉激光設備，具備處理應急問題的能力，參與落實日常安全基礎管理工作。

2)操作人員，崗位實行雙人制作業，所有激光器操作人員應該在崗位、設備安全操作規程、潛在危險、控制措施等激光安全技術培訓考核合格后上崗。每天的班會上做好JSA分析，不斷總結激光安全管理經驗，提升激光安全管理水平。

3)維護保養，由于激光電源、激光頭等器件的維修難度較高，未經廠商授權、指導的情況下，不得擅自維修。公司可以與廠商協調將設備維修維護劃分成公司、部門、作業區多層級進行全方位的培訓學習，讓參訓學員掌握設備管理技術，降低因設備維護而產生的安全隱患。

4)參觀人員，須實名預約登記審批，應經相關安全管理培訓后，穿戴好勞防用品，由專人陪同方可進入。

5)個體防護，眼睛、皮膚是保護的重點，確保眼睛不直視激光光束、皮膚不暴露于激光光束。激光焊接操作人員應配置相應光束波長防護等級的防護眼鏡，防護手套，必要時需使用防護服。需要注意的是，激光焊接與傳統手工焊一樣，會產生空氣污染物及其他危害物質，必須佩帶口罩。

3.3 激光區域設置安全門

參照高校實驗室安全門防護方式，見圖3。在激光工位設置出入安全門，運用指紋或面部識別技術，在激光防護柵欄、激光焊接工位、激光電源室、激光控制室等多區域設定權限，從源頭上控制無關人員進入激光區域，避免人體直接受到激光光束照射。

圖3 激光安全門示例

安全門配置安全聯鎖功能，操作人員在確認現場作業條件、各圍欄門關閉上鎖后才能發射激光，否則不能觸發激光發射。

3.4 激光功率、輻射能量測量計

激光光束在車間內反射到不規則物體，會漫反射到人體，產生的危害同樣不能忽視。目前市場上有激光功率、輻射能量測量儀器，如圖4。在車間激光工位以及周邊的綠色通道、二層平臺區域設置測量點，通過遠程技術，如圖5，在車間門口電子屏、辦公室遠程監控，能夠隨時掌握車間激光安全信息，可以更加科學直觀地指導現場的安全管理工作。

圖4 測量計

圖5 遠程監控場景示例

3.5 參觀路線設置

薄板車間全面投產后，公司員工、設備服務商、專家學者及媒體采訪等人員到薄板中心參觀，在車間設置定向參觀路線，組織安全教育培訓、穿戴全防護裝備(防護衣、口罩、耳塞、防護眼鏡)，若在車間采用固定參觀點模式，在激光固定參觀點設置激光安全防護玻璃，避免激光光束對人體眼睛、皮膚造成傷害。

3.6 激光警告標識

車間門口、激光電源室、激光控制室、激光器區域醒目位置張貼激光警告標識，激光安全注意事項，以警示各類人員遠離激光，做好激光安全防護，激光警示標志如圖6。

圖6 激光警示標識示例

4 應急預案與現場處置方案

在公司、部門內成立激光安全應急處理小組，編制激光安全應急響應預案，激光安全事故一旦發生，必須建立激光安全事故報告。

4.1 急救程序

1)只要懷疑受到激光光束照射，必須前往醫務室檢查。

2)聯系班組長/作業區(作業長/安全員)/部門(部長、分管領導)/公司，送往醫院救援。

4.2 處置方案

1)發生激光安全事故，作業區作業長、部門長必須第一時間親臨現場，開展救援工作，并迅速判斷事件的性質和危害程度，并立即向上級有關部門報告[3]。

2)作業長立即組織人員搶救并及時向員工通報有關搶救情況，做好思想工作，確保員工情緒穩定。

3)在搶救同時封鎖現場，禁止無關人員進入現場造成二次傷害，并疏散現場圍觀人員。

4)第一時間將傷病人員送往激光治療醫院搶救，確定傷害程度后，聯系家屬，做好家屬工作。

5)組織有關部門和人員召開專題會議，總結經驗，吸取教訓，追究有關事故責任人的責任，同時開展設備、設施安全檢查，避免危害再次發生。