Laserové pracoviská sa vyznačujú špecifickými požiadavkami na technologické operácie a faktory, bezpečnostné a rizikové podmienky.
Praktickým spôsobom hodnotenia rizika laserového pracoviska je najprv určenie klasifikácie nebezpečnosti každého laserového systému. Trieda nebezpečnosti označuje relatívny nebezpečný potenciál laseru a môže tiež zahŕňať posúdenie rizika vystavenia nebezpečným hladinám laserového žiarenia.
Laserové zariadenie je zatriedené na základe takej kombinácie výstupných výkonov a vlnových dĺžok prístupného žiarenia v celom funkčnom rozsahu zariadenia po celú dobu životnosti laserového zariadenia, ktoré vedú k jeho zaradeniu do najvyššej príslušnej triedy.
Pri procesoch laserových technológií sa prirodzene tvoria výpary. Pri rezaní kovových materiálov, plechov laserovým lúčom sa vytvárajú odpadové kovové častice, chemické výpary a iný prach a častice sa dostávajú do vzduchu, ktorý dýchajú pracovníci. Teplo vytvárané laserom spôsobuje chemické reakcie, ktoré spôsobujú, že sa tieto častice rozptýlia do okolitej oblasti. Dlhodobá expozícia môže spôsobiť vážne zdravotné problémy a v konečnom dôsledku môže viesť k vážnym chorobám.

* * * * *
Základné metódy filtrácie častíc
- cyklóny,
- mokré práčky,
- elektrostatické filtre,
- mechanické filtre.
* * * * *

Napriek tomu, že pracovníci môžu byť vhodne vybavení osobnými ochrannými prostriedkami (OOP), nainštalované odsávacie zariadenia môžu urobiť veľa pre pracovné prostredie. Podobne aj nová legislatívna úprava v oblasti ochrany zdravia pri práci, účinná od 1. októbra 2020 , nariadenie vlády SR č. 236/2020 Z. z., ktorou sa menila a doplnila nariadenie vlády SR č. 355/2006 Z. z. o ochrane zamestnancov pred rizikami súvisiacimi s expozíciou chemickým faktorom pri práci v znení neskorších predpisov rieši túto problematiku.
K nešpecifickým rizikovým faktorom pri laserových operáciách patrí fyzická záťaž, poloha práce, mikroklíma, osvetlenie, psychická záťaž pracovníka a podobne.
Ak je na pracovisku zistená významná inhalačná expozícia pre zamestnancov ultrajemnými nanočasticami, možno s tým spojené riziká zmierniť prijatím vhodných opatrení. Jeden z najúčinnejších preventívnych opatrení je zníženie rizika priamo u zdroja, tj. náhrada nebezpečnej látky, v tomto prípade náhrada NM za látku menej nebezpečnú. Avšak nie vždy k danej látke existuje alternatíva, ktorá by bola s ohľadom na požiadavky pracovného procesu akceptovateľná.

Opatrenia pre zníženie rizík na laserových pracoviskách

Ak je na pracovisku zistená významná inhalačná expozícia pre zamestnancov ultrajemnými nanočasticami, možno s tým spojené riziká zmierniť prijatím vhodných opatrení.
Jeden z najúčinnejších preventívnych opatrení je zníženie rizika priamo u zdroja, tj. náhrada nebezpečnej látky, v tomto prípade náhrada za látku menej nebezpečnú. Avšak nie vždy k danej látke existuje alternatíva, ktorá by bola s ohľadom na požiadavky pracovného procesu akceptovateľná.
V takomto prípade je uprednostnená zmena v procese alebo vo výrobnom zariadení, obr. 1.

Obr. 1: Možností rizík laserových pracovísk

Nasledujúce opatrenia sú z hľadiska inhalovaných ultrajemných a nanočastíc považovaná za najúčinnejšie:
- izolácia procesu alebo miestne odvetrávanie,
- preškolenie pracovníkov,
- použitie osobných ochranných pomôcok,
- prevádzkové opatrenia.

Dlhodobé pôsobenie dymových splodín na ľudský organizmus môže spôsobovať intoxikáciu a patologické zmeny. Škodlivosť splodín dymu závisí od chemického zloženia spracovávaných materiálov, použitého režimu a parametrov laserovej technológie, povrchovej úpravy spracovávaných materiálov, aplikácie ochranných plynov. Toxické zložky dymových splodín sa rozdeľujú na:
- kontaminanty s najväčším škodlivým účinkom – s NPK-P ≤ 0,1 mg.m-3; sem patria Cr, Ni, Co, V, Cd, Pb, Be, hydrazín a ozón (NPK-P – najvyššia prípustná koncentrácia plynov, pár a aerosólov),
- kontaminanty s veľkým škodlivým účinkom – s NPK –P = 0,1 až 3,0 mg.m-3; sem patria Cu, As, Mn, Sn, NaOH, KOH, CaO, Ci, F, Na2SiF6, formaldehyd,
- kontaminanty s malým škodlivým účinkom – s NPK –P > 3,0 mg.m-3.

Aké sú vedľajšie účinky expozície laserovým dymom?

Niektoré vedľajšie účinky expozície laserovým výparom zahŕňajú:
- Podráždenie. Expozícia viacerými chemikáliami môže dráždiť oči, nos, ústa a pokožku.
- V priebehu času sa v tele hromadia toxické chemikálie. Olovo je prítomné v niektorých kovových zliatinách a chemická reakcia spôsobená rezaním laserom môže uvoľniť olovo do vzduchu. Vystavenie takémuto olovu môže časom spôsobiť otravu olovom. Kadmium je ďalší prvok, ktorý sa môže hromadiť v tele a spôsobovať problémy s obličkami.
- Horúčka z kovových výparov. Horúčku spôsobujú zinkové výpary, ktoré sa môžu uvoľňovať pri rezaní pri určitých zliatinách ocele. Príznaky horúčky z kovových výparov sú podobné ako pri chrípke: horúčka, zimnica, bolesti a záchvaty kašľa.
- Vystavenie karcinogénom. Ukázalo sa, že jedna častica, šesťmocný chróm, spôsobuje rakovinu a okrem toho spôsobuje niekoľko bezprostredných vedľajších účinkov, ako sú vredy na koži a podráždenie očí, nosa a úst.

Odsávače dymových splodín

Laserové odsávače dymových spalín uľahčujú zamestnancom prácu s nebezpečnými výparmi. Prípustné expozičné limity (PEL) definujú pre celý rad ťažkých kovov, chemikálií, prchavých organických zlúčenín a ďalších toxínov, aby sa zaistilo, že všetci pracovníci budú v čo najväčšom bezpečí.
Odsávače dymových splodín sú umiestnené v pracovnom priestore a slúžia na odsávanie výparov s nebezpečnými chemikáliami zo vzduchu, obr. 2.

Obr. 2: Odsávače dymových splodín v pracovnom priestore

Kľúčom je presné zachytenie častíc a najmä najbližšia blízkosť zdroja znečistenie má zásadný význam. Na obr. 3 sú uvedené príklady detailného odsávania z najbližšieho pracovného priestoru.

Obr. 3: Príklady odsávania z pracovného miesta

Pracovník je tak menej vystavený pôsobeniu ťažkých kovov a toxínov. Podľa vykonávanej technológie a druhu prevádzky, každé pracovisko musí mať nainštalované odsávacie zariadenie, ktoré môže byť rôzne v závislosti od typu prevádzky a technológie.

Poznáme:
- sekčné odsávacie zariadenie, (odsáva sa postupne v jednotlivých komorách, v ktorých sa práve delí materiál),
- povrchové odsávacie zariadenie,
- kombinované odsávacie zariadenie.

Kritériá pre výber odsávačov dymu pri laserovom rezaní
Veľkosť: Veľkosť odsávača môže predstavovať fyzickú veľkosť jednotky, ako aj povrch filtračného média v jednotke.
Kontrola hluku: Systémy odsávania splodín môžu byť dosť hlučné. V závislosti od akustiky daného pracoviska, kde môže byť požiadavka na tichší ako priemerný model odsávača.
Údržba: Viac funkcií pri odsávaní zvyčajne znamená väčšiu údržbu, zatiaľ čo základné konštrukcie spravidla vyžadujú menšiu údržbu.
Objem prúdu vzduchu: Optimálny objem prúdu vzduchu sa líši v závislosti od aplikácie, ako aj od statického tlaku (WC), ktorý systém poskytuje.
Typ filtrácie: Extrakčný systém laserovej rezačky môže používať rôzne triedy predfiltrov, HEPA filtre na častice a uhlíkové alebo iné médiá na adsorpciu zápachu a plynu.
Schéma účinnosti odsávania aerosólov v závislosti na veľkosť častíc je na obr. 4.

Obr. 4: Schéma účinnosti odsávania aerosólov v závislosti na veľkosť častíc

Odsávanie na laserových pracoviskách sa zabezpečuje pomocou prenosných odsávačov, ktoré umožňujú operatívny presun, resp. pomocou stabilného odsávacieho systému.

Filtrácia vzduchu na laserových pracoviskách

Bez ohľadu na to, či sa filtrácia vzduchu vykonáva potrubím alebo v samostatnej jednotke, zvyčajne existujú tri hlavné typy filtrov.
Výsledná kvalita ovzdušia je pre zamestnancov 100 % bezpečná. Akonáhle sú filtre nasýtené, je potrebné ich zmeniť, aby sa zachovala ich účinnosť a zaistil čistý vzduch.

Poznáme [2]
Predfiltre: Predfiltre zachytávajú veľké častice, ktoré sú viditeľné ľudským okom.
HEPA filtre: Filtre pevných častíc s vysokou účinnosťou zachytávajú malé častice, ako je jemný prach, cez vrstvy vlákien. Tieto filtre dokážu odstrániť najmenej 99,97 % častíc s veľkosťou 0,3 mikrónu.
Filtre s aktívnym uhlím: Uhlíkové filtre zachytávajú a neutralizujú pachy, dym, výpary a chemikálie (napríklad VOC). Keď tieto kontaminanty prechádzajú, sú zachytené v malých póroch aktívneho uhlia

Metódy filtrácie častíc

Pri filtrácií častíc sa stretáme so štyrmi základnými metódami filtrácie častíc:
- cyklóny,
- mokré práčky,
- elektrostatické filtre,
- mechanické filtre.

Cyklóny – Cyklóny fungujú tak, že otáčajú prúd vzduchu, čím poháňajú ťažšie častice do zachytávačov umiestnených okolo okraja prúdu plynu. Nie sú vhodné na laserovú filtráciu dymu, pretože sú neúčinné, keď sa zaoberajú malými dýchateľnými časticami (0-10 μm aerodynamický priemer). Môžu sa však použiť ako predfilter, ktorý dokáže zachytiť ťažšie nečistoty zo vzduchu.
Mokré práčky – Mokré práčky čistia vzduch tak, že ho prechádzajú vodným postrekom. Malé kvapôčky vody sa prichytia ku kontaminácii vo vzduchu a tie sa potom zachytia na filtračných sitách. Mokré práčky sú vhodné iba pre častice s veľkosťou až niekoľko mikrónov, a preto nie sú vhodné na laserové rezanie dymu, ktorý obsahuje veľké množstvo častíc menších ako jeden mikrón v aerodynamickom priemere.
Ďalšou nevýhodou ich použitia je skutočnosť, že vyčistený vzduch zadržiava veľké množstvo vlhkosti. To jediné by zabránilo ich použitiu, ak sa má vzduch recyklovať na pracovisko.
Elektrostatické filtre – Elektrostatické filtre sú účinné v rozsahu príslušných veľkostí častíc. Tieto zariadenia však nie sú vhodné pre vysoké objemové prietoky spojené so systémami extrakcie laserovým rezaním. Ich účinnosť zberu za týchto podmienok je približne iba 80 %.
Mechanické filtre – Mechanické filtre možno rozdeliť do troch typov:
a) Filtre s granulovaným lôžkom;
b) Skladovacie filtre;
c) Samočistiace filtre (povrchové filtre).

Obr. 5: Jednorazová filtračná jednotka	Obr. 6: Princíp odsávania

Príklady filtračných zariadení sú uvedené na obr. 5 až obr. 7.
Jednorazové filtračné jednotky sa používajú pri nízkej koncentrácii laserových výparov, pri laserovom dyme a pri dodatočnom znečistení zápachom. Na obr. 5. je mobilná jednorazová filtračná jednotka. Na obr. 6 je znázornený princíp odsávania statickou filtračnou jednotkou.

Obr. 7: Zabudovaný odsávací systém pri laserovom zváraní prachových častíc	Obr. 8 Manipulácia a odčítanie stavu

V tab. 1 je uvedená vhodnosť metód filtrácie častíc pre laserové rezanie výparov častíc.

Záver
V príspevku sú prezentované vybrané prvky na ochranu laserových zváracích a deliacich pracovísk. Príspevok popisuje možnosti výskytu nebezpečných látok a ich vplyvu na ľudský organizmus. Podobne boli popísané rozdelenie a kritériá na výber filtračných zariadení pri laserových technológiách.
K výhodám prezentovanej laserovej technológie zvárania a delenia materiálov, patrí tiež možnosť eliminácie bezpečnostných rizík a environmentálnych dopadov na životné prostredie správnym kategorizovaním do jednotlivých bezpečnostných tried.

text/foto Lídia Sobotová, Miroslav Badida, Technická univerzita v Košiciach, Strojnícka fakulta, Katedra inžinierstva prostredia

Literatúra
[1] Powell, J., Haferkamp, H., Bach, F. W., Seebaum, D. and HAMPE, A.: Filtration of the fumes generated by industrial CO2 laser cutting. Journal of Laser Applications (1996) 8, 241-246
[2] https://www.laserax.com/blog/laser-fume-extractor
[3] https://vanterm.com/product/
[4] https://www.ltrumpf.com
[5] Sobotová, L., Badida, M.: Laser marking and environmental hazards. In: Scientific Letters of Academic Society of Michal Baludansky. – Košice (Slovensko): Akademická spoločnosť Michala Baluďanského, Roč. 6, č. 6A (2018), s. 102-107, ISSN 1338-9432
[6] Sobotová, L.: Požiadavky na bezpečnosť pracovného prostredia s laserovým vybavením In: Spravodaj ATD SR. roč. 17, č. 1 (2020), s. 28-35, ISSN 1337-8252