Czasem to, czego nie widać gołym okiem, okazuje się najbardziej niebezpieczne – właśnie dlatego, że pozostaje ukryte przed naszym wzrokiem. Prawidłowość ta sprawdza się m.in. w przypadku obróbki laserowej, podczas której emitowane jest szkodliwe dla wzroku i skóry promieniowanie, a także gazy i pyły o średnicach 0,001–0,01 μm. Z łatwością przenikają one przez barierę płuc i wraz z krwią krążą po organizmie, odkładając się w mózgu i innych narządach. Choć świadomość ryzyka związanego z obróbką laserową w polskich przedsiębiorstwach rośnie, to zapewnienie skutecznej ochrony zdrowia pracowników przed ekspozycją na te czynniki wciąż stanowi dla większości z nich spore wyzwanie.

Zagrożenia dla zdrowia pracowników

Ze względu na wysoką gęstość mocy/energii i związaną z tym wydajność obróbki największą grupę laserów stosowanych w przemyśle stanowią urządzenia klasy 4, tj. stwarzające wysokie niebezpieczeństwo uszczerbku na zdrowiu w wyniku kontaktu z wiązką laserową. Jego konsekwencje mogą być różne – w zależności od długości fali, trybu pracy i mocy wyjściowej lasera, charakteru promieniowania (bezpośrednie/ rozproszone), czasu ekspozycji, a także napromieniowanego organu.

Skutki ekspozycji oczu i skóry na promieniowanie laserowe

Najbardziej narażone na uszkodzenia są oczy, zarówno ze względu na ich wrażliwość na promieniowanie, jak i właściwości wiązki laserowej, która w zakresie podczerwieni i nadfioletu jest całkowicie niewidoczna dla oka, a tym samym kontakt z nią nie stymuluje reakcji obronnej (zamknięcia powieki). Stopień uszkodzenia oka zależy od natężenia promieniowania i miejsca jego padania: promieniowanie z zakresu 400–1400 nm padające na dołek środkowy siatkówki może spowodować jej trwałe uszkodzenie, a tym samym ślepotę. Z kolei w przypadku skóry największe spustoszenia sieją krótkie impulsy o dużej mocy, których oddziaływanie może prowadzić do zwęglenia tkanek.

Jak pokazują statystyki, zagrożenie to jest bardzo realne. Z danych Centralnego Instytutu Ochrony Pracy (CIOP) wynika, że spośród wszystkich wypadków przy obsłudze urządzeń laserowych prawie połowa (44%) wiąże się z ekspozycją na promieniowanie laserowe. Jej przyczyną był zarówno brak odpowiedniego wyposażenia ochronnego (okularów lub gogli ochronnych), jak i zły dobór bądź wadliwość tego wyposażenia, a także przypadkowy kontakt wynikający z braku zabezpieczeń ograniczających dostęp osób trzecich do stanowiska pracy z laserem.

Wnikanie promieniowania laserowego w gałkę oczną

Drugim źródłem zagrożeń dla zdrowia operatorów systemów laserowych i osób przebywających w ich bezpośrednim sąsiedztwie są dymy i pyły powstające w czasie obróbki laserowej, przede wszystkim dym i gazy procesowe. Te ostatnie powstają głównie w procesie obróbki materiałów organicznych, np. tworzyw sztucznych, drewna, tekstyliów lub skóry, i składają się z cząsteczek o wielkości rzędu 0,0001–0,001 μm. Niewiele większe są cząsteczki dymu (0,01 μm) powstającego w wyniku obróbki metali i materiałów nieorganicznych, takich jak szkło czy porcelana. Obie grupy mają zdolność do przenikania przez barierę płuc i przedostawania się tą drogą do krwiobiegu, co skutecznie zatruwa organizm i powoduje groźne mutacje genów i komórek. Stąd też w rozporządzeniu Ministra Pracy i Polityki Społecznej z 6 czerwca 2014 r. w sprawie najwyższych dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy frakcje te jako respirabilne, czyli przenikające płuca, zostały uznane za szczególnie niebezpieczne, a za górną granicę ich stężenia w środowisku pracy przyjęto – za prawodawstwem unijnym – 3,00 mg/m3. A od 2019 r. limit ten ma ulec dalszemu obniżeniu – do 1,25 mg/m3.

Ocena ryzyka i środki ochrony

Aby skutecznie chronić pracowników przed opisanymi zagrożeniami, konieczne jest podejście systemowe uwzględniające generowany poziom ryzyka i niezbędne środki ochrony, zarówno indywidualnej, jak i zbiorowej. W praktyce sprowadza się ono do przygotowania szczegółowej oceny ryzyka uwzględniającej podstawowe parametry urządzenia laserowego, a także wszystkie rodzaje zagrożeń.

Poza ekspozycją na promieniowanie oraz pyły i gazy do grupy tej zalicza się także zagrożenia elektryczne, pożarowe i wybuchowe oraz związane z promieniowaniem towarzyszącym (nielaserowym, np. rentgenowskim). W sporządzeniu prawidłowej oceny w zakresie promieniowania laserowego może pomóc poradnik „Sztuczne promieniowanie optyczne – zasady oceny ryzyka zawodowego” dostępny na stronach CIOP.

Oddziaływanie różnego typu zanieczyszczeń powietrza na organizm człowieka

Odpowiednio przygotowana ocena ryzyka powinna brać pod uwagę trzy podstawowe aspekty: zagrożenia spowodowane układem laserowym, jego środowisko pracy i poziom świadomości personelu. Analogicznie niwelowanie zidentyfikowanych w tym procesie zagrożeń powinno obejmować zarówno środki ochrony indywidualnej (układ laserowy), jak i środki ochrony zbiorowej zastosowane w pomieszczeniu, w którym pracuje laser (środowisko pracy) oraz szkolenia zwiększające świadomość zagrożeń przy pracy z laserem.

Pierwszą linią obrony przed oddziaływaniem wiązki laserowej są środki ochrony indywidualnej (ŚOI), w tym okulary, gogle i odzież ochronna (rękawice, hełmy, spodnie, płaszcze, fartuchy itd.). W tym przypadku równie ważny jak samo zastosowanie ŚOI jest ich odpowiedni dobór dostosowany do typu lasera, jego trybu pracy i mocy oraz długości fali wiązki laserowej. Pomagają w tym normy europejskie ustalające tzw. skale bezpieczeństwa, definiowane indywidualnie dla każdego typu środków ochrony.

Posługując się nimi, można określić, jaki poziom ochrony zapewnia dany typ filtra/wyposażenia, tj. jaką maksymalną gęstość mocy/energii jest w stanie bezpiecznie przyjąć dany ŚOI w określonym przedziale czasowym. Na przykład dla okularów ochronnych stosuje się skalę LB w zakresie od 1 do 10, gdzie 1 oznacza najniższy, a 10 – najwyższy stopień ochrony przed promieniowaniem laserowym. Aby je właściwie zinterpretować, wystarczy skorzystać z odpowiedniej tabeli przeliczeniowej.

Systemy filtracyjne i okulary ochronne stanowią podstawowe narzędzia ochrony zdrowia pracowników przy obróbce laserowej

Poza odpowiednim doborem na poziom skuteczności okularów i odzieży ochronnej wpływają także warunki ich przechowywania i użytkowania określone w dołączonej przez producenta instrukcji. Drugim istotnym dokumentem dostarczonym wraz z zakupionym sprzętem powinna być deklaracja zgodności CE potwierdzająca zgodność z normami europejskimi.

W przeciwieństwie do ŚOI środki ochrony zbiorowej zapewniają ochronę nie tylko operatorowi, ale także osobom postronnym znajdującym się w pomieszczeniu, w którym pracuje laser. Obejmują one kurtyny i parawany ochronne rozstawiane wokół urządzenia, systemy odciągowo-filtracyjne, a także poszczególne działania podejmowane w ramach ogólnych procedur związanych z dostosowaniem pomieszczenia do wymogów bezpieczeństwa.

W zakresie ochrony przed promieniowaniem laserowym wymogi te koncentrują się zasadniczo wokół zagadnienia maksymalnego ograniczenia dostępu do urządzenia i związanego z nim ryzyka ekspozycji na promieniowanie rozproszone. Ma temu służyć przede wszystkim czytelne oznakowanie wejścia do pomieszczenia i zabezpieczenie drzwi dodatkową szybką ochronną uniemożliwiającą wydostanie się rozproszonej wiązki laserowej na zewnątrz. Należy także pamiętać o zastosowaniu odpowiedniego oświetlenia, matowym wykończeniu ścian i podłóg (przeciwdziałanie odbiciom zwierciadlanym) oraz rezygnacji z luster i innych elementów, które mogą odbijać promieniowanie.

Systemy odciągowe-filtracyjne

W porównaniu z wymogami stawianymi środkom ochrony przed promieniowaniem laserowym wymagania względem systemów odciągowo-filtracyjnych wydają się proste: odciąg powinien być tak dobrany, aby jego przepustowość pozwalała na filtrację pyłu i dymu w stężeniach występujących na stanowisku roboczym. To jednak nie wszystko: wybierając urządzenie filtracyjne, należy zwrócić również uwagę na typ filtrów i oprawy (końcówki), a także lokalizację systemu i oprawy względem generowanych zanieczyszczeń. Wszystkie trzy aspekty mają przy tym zasadnicze znaczenie dla właściwego funkcjonowania systemu, co oznacza, że zaniedbanie któregokolwiek z nich będzie prowadzić do zmniejszenia skuteczności procesu filtracji zanieczyszczeń.

Wpływ lokalizacji i kształtu oprawy na skuteczność filtracji i wymaganą moc urządzenia filtracyjnego

Zestaw filtrów składający się na system jest ściśle uzależniony od typu obróbki i rodzaju obrabianych materiałów, dlatego przy ich doborze najlepiej zasięgnąć opinii ekspertów. Niemniej warto znać podstawowe zasady w zakresie podziału filtrów i ich użyteczności w poszczególnych rodzajach obróbki. Standardowo w urządzeniach filtrujących zanieczyszczenia powstające w procesie laserowania stosuje się filtry wstępne i filtry zasadnicze typu HEPA. Zestaw ten może być wykorzystywany w obróbce wszystkich metali oraz materiałów nieorganicznych. Natomiast w procesach obróbki tworzyw sztucznych i innych surowców organicznych należy dodatkowo uwzględnić filtr z węglem aktywnym, który wychwytuje wspomniane gazy procesowe o najmniejszej średnicy cząstek. Z kolei w aplikacjach generujących iskry, takich jak cięcie i spawanie laserowe, nieodzowny jest dodatkowo filtr przeciwiskrowy, który zapobiega przedostaniu się iskier na inne filtry i niekontrolowanemu zapłonowi filtrowanej mieszanki.

Istotne znaczenie ma także typ filtrów. W obróbce pojedynczych detali lub zastosowaniach laboratoryjnych, w których ilość generowanych zanieczyszczeń w funkcji czasu jest niewielka, wystarczy zastosować systemy kasetowe z wymiennymi filtrami. Ich zaletą są mniejsze rozmiary, relatywnie duża mobilność i niższa cena filtrów, wadąnatomiast – konieczność regularnej wymiany wkładów filtracyjnych. Dlatego w produkcji wielkoseryjnej lub na liniach produkcyjnych stosowanie systemów kasetowych przestaje być opłacalne. Tu dużo lepiej sprawdzą się filtry patronowe, które są droższe, ale dużo bardziej pojemne, a dzięki funkcji samoczyszczenia wymagają dużo rzadszej wymiany.

Dzięki dużej pojemności i funkcji samoczyszczenia filtry patronowe sprawdzą się w przypadku obróbki wielkoseryjnej z zastosowaniem lasera

Na koniec warto pamiętać o takim rozplanowaniu rozmieszczenia urządzeń filtracyjnych, aby zapewnić maksymalną efektywność filtracji. Jak dowodzą liczne przykłady z praktyki produkcyjnej, odpowiednie ich umiejscowienie jest najczęściej bagatelizowanym aspektem podczas instalacji odciągów. Przekonanie, że skoro kupiliśmy najlepsze urządzenie, to musi być ono skuteczne, sprawdza się tylko w przypadku maszyn zabudowanych, w których zanieczyszczenia odprowadzane są przez połączone bezpośrednio z odciągiem przyłącze na laserze. W maszynach otwartych końcowa skuteczność filtracji jest wypadkową odległości ramienia odciągowego od strefy obróbczej i typu oprawy, a tym samym – stosunku wychwytywanych zanieczyszczeń do zanieczyszczeń niewychwytywanych. Badania dowodzą, że podwojenie odległości oprawy od miejsca obróbki skutkuje czterokrotnie większym zapotrzebowaniem na moc urządzenia. Podobnie, jeśli zamocujemy ją pod zbyt dużym kątem w stosunku do kierunku ruchu zanieczyszczeń, skuteczność ich wychwytywania znacznie spadnie. Taki sam skutek będzie miało zastosowanie zbyt wąskiej oprawy, gdyż część zanieczyszczeń będzie uciekała na boki. Jeśli zaś cząsteczki pyłów i dymów są cięższe od powietrza, będą opadały ku dołowi, co spowoduje, że odciąg zamontowany nad strefą obróbczą okaże się całkowicie nieefektywny.

Szkolenie pracowników

Trzecim integralnym aspektem polityki bezpieczeństwa w zakładzie pracującym z urządzeniami laserowymi jest podnoszenie świadomości pracowników przez organizację szkoleń. Jak już wspomniano, do obsługi laserów klasy 4 mogą być dopuszczeni jedynie wykwalifikowani operatorzy. Ponieważ jednak normy nie precyzują definicji „wykwalifikowanego operatora”, należy zadbać o to, aby nawet pracownik posiadający doświadczenie w pracy z laserami stale uaktualniał swoją wiedzę – zarówno na etapie odbioru urządzenia, jak i codziennej pracy.

Szkolenie powinni przejść również pozostali pracownicy przedsiębiorstwa – zgodnie z zasadą, że podstawą bezpieczeństwa jest świadomość zagrożeń. Jego zakres winien obejmować zarówno zagadnienia związane ze skutkami oddziaływania zanieczyszczeń oraz promieniowania laserowego na organizm człowieka, jak i zasady stosowania się do znaków ostrzegawczych i procedur kontroli zagrożenia, a także procedury zgłaszania wypadku. Przeprowadzeniem szkolenia może zająć się oddelegowany do tego celu specjalista bhp w zakresie pracy z urządzeniami laserowymi, a jeśli przedsiębiorstwo nie wyznaczyło takiej osoby – firma zewnętrzna, np. przedstawiciele producenta lub dystrybutora.