Меры безопасности при лазерном излучении

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

1

КП-НГТУ-220306 (09-АК)-12

1.Лазерная резка

 

Основной операцией заготовительного производства является раскрой листового  материала. С этой операции начинается изготовление простых и сложных изделий.

В настоящее время широкое применение находят различные методы раскроя. В основном используется резка ножовочными полотнами, ленточными пилами, фрезами и др. При многих достоинствах этого процесса следует отметить и недостатки, главным образом, связанные с низкой производительностью и малой стойкостью режущего инструмента, а также с трудностью и невозможностью, в большинстве случаев, резки материала по сложному контуру.

В условиях современного производства невозможно обойтись без применения современного и технологичного оборудования. Комплексы лазерной резки являются одними из составляющих современного производственного предприятия. Это передовая технология контурного раскроя листовых материалов, основанная на использовании в качестве инструмента сфокусированного лазерного луча. С помощью лазера осуществляется резка стали, алюминия, пластика и других материалов.

Технологические особенности и характеристики комплекса:

• Сфокусированный лазерный луч большой плотности и регулируемой мощности - идеальный инструмент для лазерной резки металла, обеспечивающий высококачественную, гладкую поверхность реза широкого спектра материалов:

 

                -  сталь углеродистая до 6 мм; 
                -  сталь нержавеющая до 4 мм; 
                -  алюминий до 4 мм; 
                -  оргстекло до 10 мм; 
                -  АВС до 6 мм.

• Возможность резки геометрически сложных контуров на точном координатном столе размером 2500×1500 мм.
• Высокая скорость резки позволяет выполнить работу в сжатые сроки.
• Высокая точность и качество реза. Точность позиционирования лазерной головки составляет 0.1 мм., а шероховатость кромки Rz20 … Rz80.
• Минимальная толщина реза - не более 0,3 мм.
• Минимальная зона термического воздействия. После резки лазером детали доступны для дальнейшей механической обработки.
• Отсутствие механического воздействия на обрабатываемый материал.
• Значительно снижается количество отходов производства, что приводит к снижению стоимости изготовления изделия.
• В процессе изготовления заготовки всегда можно внести изменения и это не повлечет за собой дополнительные расходы.
• В силу технологичности процесса, выгодно работать даже с небольшими партиями, так как лазерный раскрой материала не требует изготовления дорогостоящих пресс-форм.

Технологический процесс изготовления детали состоит из следующих основных операций:

1. Проверка установки в работе;
2. Установка заготовки в зажимы;
3. Открытие программы на компьютере обработки заготовки;
4. Выставление координат (x,y,z) на установке;
5. Запуск резки;
6. Отключение установки;
7. Извлечение детали;
8. Контроль качества;

Транспортировка на другой участок обработки; Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2

КП-НГТУ-220306 (09-АК)-12

 

 

1.1.Общая характеристика лазеров

 
Лазером называется генератор электромагнитного, монохроматического, когерентного, высоконаправленного  излучения в оптическом диапазоне  длин волн, использующий для своей  работы вынужденные (индуцированные, стимулированные) переходы в атомах, молекулах, ионах.  
Само слово лазер представляет аббревиатуру первых букв английского словосочетания Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation - LASER, что в переводе на русский язык означает усиление света вынужденным излучением. 
Монохроматичность означает излучение на строго фиксированной длине волны, она характеризуется степенью монохроматичности, которая определяется отношением ширины линии лазерного излучения ∆λ к длине волны λ: 
μ = ∆λ/ λ ≈ 10^-7…..10^-12 
В природе нет других источников электромагнитного излучения с такой высокой степенью монохроматичности. 
Когерентность лазерного излучения обусловлена генерацией излучения всеми частицами в одной и той же фазе или с постоянной разностью фаз, характеризуется определенными соотношениями между фазами электромагнитной волны в фиксированных точках пространства (пространственная когерентность) или во времени (временная когерентность).  
Вообще когерентность связана с корреляцией характеристик поля излучения, образованного в одно и тоже время пространственно разнесенными источниками и называется пространственной когерентностью, или одним и тем же источником, но в разные моменты времени и называется временной когерентностью. Высокая степень временной когерентности лазерного излучения позволяет использовать его в технике для измерения длин волн, линейных и угловых скоростей, малых перемещений, для передачи информации. Пространственная когерентность обусловливает высокую направленность излучения и возможность фокусировки его на площадке малых размеров или на больших расстояниях. 
Высокая направленность определяется углом расходимости, охватывающим основную часть излучаемой энергии и характеризует отклонение лазерного пучка от строго параллельного. Предельный угол расходимости оценивается дифракционным углом, равным: 
 
φ = 1,22 λ/Д ≈ 10^-4…..10^-6 радиан, 
 
где Д – диаметр выходной апертуры лазера. 
 
Под оптическим диапазоном электромагнитных излучений понимается рентгеновский, ультрафиолетовый, видимый, инфракрасный диапазоны, в которых генерация лазерного излучения осуществляется при переходах возбужденных электронов в ионах, атомах и молекулах.  
В настоящее время созданы тысячи разнообразных лазерных установок на различных активных средах: твердых, жидких, газообразных, плазменных, излучающих в Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

3

КП-НГТУ-220306 (09-АК)-12

широком диапазоне длин волн : рентгеновском 10^-5 – 100 нм., ультрафиолетовом 100 – 400 нм., видимом 400 – 760 нм., инфракрасном 760 – 10⁶ нм., работающих в различных временных режимах: импульсном с длительностью импульса от долей секунды до десятков фемтосекунд (10^-15 с.): частотном, с частотой следования импульсов от единиц Гц. до десятков МГц.; непрерывном от десятков секунд до нескольких лет; с выходной мощностью излучения от мВт. до нескольких ТВт. и с энергией излучения от мкДж. до нескольких МДж. 
Лазеры позволяют получать огромную объёмную плотность энергии и мощности, сравнимую с объёмной мощностью ядерного взрыва 10¹⁸ Вт/см³. Указанные уникальные свойства лазерного излучения позволяют осуществлять строгую дозировку излучения, концентрировать его (фокусировать) в пространстве, во времени и в требуемом спектральном диапазоне.

 
1.2 Классификация  лазеров.

 
По активному элементу лазеры разделяют  на:

* твердотельные,

* газовые,

* жидкостные,

* полупроводниковые. 
К твердотельным лазерам относят лазеры на рубине, стекле, активированном неодимом, иттрий-алюминиевом гранате (ИАГ); пластмассах и других диэлектрических кристаллах и кристаллах с ионной структурой. Эффект стимулированного излучения обнаружен более чем у 250 диэлектрических кристаллов с примесью ионов переходных групп. Спектр излучения твердотельных лазеров лежит в основном в видимой и ближней инфракрасной области. Наибольшее промышленное применение нашли активные элементы из рубина, стекла, активированного неодимом, и иттрий-алюминиевого граната. 
- Рубиновые лазеры могут работать в импульсном и непрерывном режиме. Максимальная скорость повторения импульсов у этих лазеров обычно не превышает нескольких импульсов в минуту. 
- В тех случаях, когда требуются редкие импульсы большой энергии, используют лазеры на стекле, активированном неодимом. В необходимых случаях с помощью этих лазеров можно получать пикосекундные импульсы. 
- Лазеры на иттрий-алюминиевом гранате могут работать как в импульсном, так и в непрерывном режиме. На частоту повторения импульсов у лазеров на ИАГ практически нет ограничений. Лазеры этого типа обеспечивают генерацию как коротких, так и длинных импульсов.

Газовые лазеры объединяют лазеры на нейтральных атомах, на ионизированных газах, на двухатомных и многоатомных молекулах. Наибольшее распространение получили лазеры на линиях Aril, лежащих в зелено-голубой области видимого спектра. За ними следуют лазеры на красной и желтой линиях KrII, на голубой и УФ-линиях Cdll, на УФ-линиях Znll, Arlll и Xelll.  
- Газодинамические лазеры, представляющие собой разновидность молекулярных газовых лазеров, у которых источником энергии служат колебательно-возбужденные Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

4

КП-НГТУ-220306 (09-АК)-12

молекулы, содержащиеся в  газе, нагретом до высокой температуры. Активная среда газодинамических лазеров  представляет собой трехкомпонентную смесь, излучающую в инфракрасной области спектра (10,6 мкм). 
- Химические лазеры – лазеры, в которых энергия излучения получается за счет неравновесного распределения химической энергии среди продуктов реакции. В химических лазерах происходит прямое преобразование химической энергии в энергию высоконаправленного электромагнитного излучения. Химические лазеры генерируют излучение в основном в инфракрасном спектре. 
- Эксимерные лазеры генерируют импульсное излучение в УФ-области спектра. Для этого типа лазеров характерна длительность импульсов порядка нескольких наносекунд, частота повторения импульсов несколько сотен герц, выходная энергия не превышает десятых долей джоуля.  
 
Жидкостные лазеры характеризуются использованием в качестве активного элемента жидких сред — металлоорганических и неорганических. Эти лазеры генерируют излучение в видимом, ультрафиолетовом и ближнем инфракрасном диапазонах спектра. Сочетая в себе ряд достоинств, присущих твердотельным и газовым лазерам, жидкостные лазеры выходят в число весьма перспективных лазеров для применения некоторых научных и технических задач, где определяющее значение имеют монохроматичность и когерентность излучения.  
 
Выделение в отдельную группу полупроводниковых лазеров, хотя используемые в них полупроводники являются твердыми телами, объясняется существенным отличием характера генерации излучения. Длина волны излучения, генерируемого полупроводниковыми лазерами, лежит в интервале от ближнего ультрафиолетового до инфракрасного диапазона спектра. Полупроводниковые лазеры отличаются малыми габаритами и энергопотреблением. 
- В настоящее время широко применяются полупроводниковые инфракрасные инжекционные лазеры, позволяющие перестраивать длину волны путем изменения электрических и физических параметров. Мощность излучения таких лазеров в многомодовом режиме обычно составляет несколько милливатт, а в одномодовом режиме она не превышает одного милливатта.  
Полупроводниковые лазеры находят применение в системах сигнализации, считывания информации в голографических запоминающих устройствах, стыковки космических кораблей, дальнометрии, переговорных устройствах, системах видения в ночных и плохих метеорологических условиях, оптических линиях связи и многих других областях, где не требуются большие мощности и энергии. 
Следует отметить, что рабочее тело лазера может являться источником опасных производственных факторов. Это особенно относится к газовым, химическим и жидкостным лазерам, в которых используются химически агрессивные и токсические вещества. 
 
По мощности (энергии) генерируемого излучения лазеры разделяют на:

* маломощные,

* средней мощности,

* мощные,

* сверхмощные. Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

5

КП-НГТУ-220306 (09-АК)-12

 

К маломощным лазерам относят  такие лазеры, излучение которых  не вызывает заметных изменений в облучаемом веществе.

В тех случаях, когда излучение  способно вызвать разогрев облучаемого материала до температур плавления без интенсивного испарения, его называют излучением средней мощности.

Лазеры, излучение которых  способно разрушать облучаемый материал, называют мощными.

При работе сверхмощных лазеров  возможно возникновение ионизирующего  излучения. 
 
По длине генерируемой световой волны лазеры разделяют на:

* рентгеновские,

* ультрафиолетовые видимого спектра,

* ближнего инфракрасного спектра,

* инфракрасные.

Длина волны лазерного  излучения связана с активным элементом и непосредственно влияет на величину предельно допустимого уровня излучения, воздействующего на различные органы или ткани человека.

 
2.Опасные и вредные факторы при эксплуатации лазеров

 
2.1 Опасные и  вредные факторы при работе  лазерных установок

 
В зависимости от типа, конструкции  и целевого назначения лазеров и  лазерных установок на обслуживающий  персонал могут воздействовать следующие опасные и вредные факторы: 
- лазерное излучение (прямое, отраженное, рассеянное); 
- сопутствующие ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное излучения от       источника накачки, плазменного факела из материала мишени; 
- высокое напряжение в источниках электропитания; 
- электромагнитное излучение промышленной частоты и радиочастотного диaпазона; 
- рентгеновское излучение от газоразрядных трубок и других элементов, работающих при анодном напряжении более 15 кВ;  
- токсические газы и пары от лазерных систем с прокачкой хладагентов и др.; 
- продукты взаимодействия лазерного излучения с обрабатываемыми материалами; 
- опасность взрыва в системах накачки лазеров. 
Уровни опасных и вредных факторов на рабочем месте у лазерных установок не должны превышать значений, установленных «Санитарными нормами и правилами устройства и эксплуатации лазеров» № 8504 – 94 г.

 
 2.2 Классы опасности лазеров

 
Инструментом, позволяющим определять основные направления работы по нормализации условий труда операторов лазерных установок, является классификация лазеров Изм.

Лист

№ докум.