Mit der Hand sicher bleiben

Bei diesem Aufbau trägt der Laserschweißer Handschuhe, lange Ärmel, lange Hosen, einen Helm mit einer Linse aus lasersicherem Glas und (zur Redundanz) darunter eine Laserschutzbrille. IPG Photonik

Online-Videos waren sowohl ein Segen als auch ein Fluch für die handgeführte Laserschweißtechnologie. Die Videos machen deutlich, wie gut der Faserlaser schweißen kann, selbst wenn er von Hand bedient wird. Einige der neuesten Singlemode-Faserlaser ermöglichen Schweißern das Stichlochschweißen von 0,25 Zoll. Teller in Rekordzeit. In vielen Fällen kann die Nachbearbeitung nach dem Schweißen der Vergangenheit angehören.

Andererseits zeigen einige Videos den Einsatz von Laserschweißpistolen in der Werkstatt neben MIG- und WIG-Schweißzellen, manchmal hinter Schweißvorhängen, manchmal völlig im Freien. Schweißer tragen Laserschutzbrillen, aber das ist auch schon alles. Man würde nie ahnen, dass sie einen 1,5-kW-Faserlaser mit einer Wellenlänge von 1 µm verwenden, die gleichen Laser der Klasse 4, die Hersteller überall zum Schneiden installiert haben – nur die Laserstrahlen in den Schneidemaschinen arbeiten in einem Gehäuse hinter lasersicherem Glas .

Die Qualität des Handlaserschweißens ist unbestreitbar, ebenso wie seine Geschwindigkeit. Einige Systeme verfügen sogar über einen Impulsmodus mit niedrigerer Durchschnittsleistung, um die Vorschubgeschwindigkeit zu verlangsamen und bei Bedarf manchmal das Aussehen einer WIG-Schweißnaht wie ein Stapel von Groschen zu reproduzieren. Für viele sind die Produktivitäts- und Qualitätsvorteile der Technologie einfach zu groß, um sie zu ignorieren, insbesondere angesichts des scheinbar nie endenden Fachkräftemangels.

Aber dann gibt es noch diese Online-Videos aus der ganzen Welt, die Handlaserschweißen demonstrieren – im Freien oder direkt hinter Schweißvorhängen, die für das Lichtbogenschweißen konzipiert sind. Es ist faszinierend, ihnen zuzusehen, aber für diejenigen, die mit den Sicherheitsprotokollen für Faserlaser vertraut sind, ist es ein wenig beängstigend, sie zu sehen.

„Sie ignorieren jegliche Bedenken hinsichtlich der Sicherheit von Bedienern und Passanten“, sagte Daniel Earley, LightWELD-Produktmanager bei IPG Photonics Corp., Marlborough, Mass. „Das ist nicht gut für die Branche im Allgemeinen.“ Wir verfolgen einen mehrgleisigen Sicherheitsansatz. Wir schulen unsere Vertriebspartner und weiteren Niederlassungen sowie unsere Endverbraucher hinsichtlich der Sicherheitserwartungen und der geltenden Standards. Und wir arbeiten mit unseren Handelspartnern zusammen, um eine umfassende Sicherheitslösung bereitzustellen.“

Ein neuer Markt für Schutzprodukte für das Handlaserschweißen wächst. Da immer mehr Menschen, die sich an die besten Sicherheitspraktiken halten, die Technologie übernehmen, wird eine gute Sicherheitsbilanz wiederum die Akzeptanz des handgeführten Laserschweißens steigern. Das ist ein Ziel, das sowohl Ausrüstungsanbieter als auch Metallverarbeiter teilen.

Beim Handlaserschweißen liegt, wie bei jeder Fertigungstechnologie, die Verantwortung beim Hersteller, eine sichere Arbeitsumgebung für die Mitarbeiter zu schaffen. Das Ziel besteht darin, sicherzustellen, dass jeder die Gefahren erkennen und respektieren kann, was Aufklärung erfordert – insbesondere für Betriebe, die noch nie zuvor Industrielaser eingesetzt haben.

Eine Schweißerei kennt die Sicherheit beim Lichtbogenschweißen und richtet daher die Handlaserschweißzelle auf ähnliche Weise ein. Der Bediener des Handlaserschweißens zieht die Sicherheitsvorhänge beiseite (für Lichtbogenschweißen, nicht für 1-µm-Laserlicht), setzt die Laserschutzbrille auf und macht sich an die Arbeit. Schließlich ist der Prozess nicht auffällig wie ein Lichtbogenschweißen oder ein Plasmaschneiden. Das Licht scheint gedämpft zu sein, die Funken und Dämpfe sind minimal. Was ist die Sorge?

„Menschen können 1-µm-Laserlicht nicht sehen“, sagte Rich Greene, Lasersicherheitsspezialist bei Kentek Corp., Boscawen, NH, und fügte hinzu, dass diese Unsichtbarkeit eine Vielzahl von Gefahren für Unbewusste und Ungeschützte mit sich bringt. „Man möchte nie ohne Schutzausrüstung in [die Laserschweißzelle] kommen. Der Strahl kann insbesondere die Netzhaut treffen. Netzhautverletzungen gehören zu den schlimmsten, denen Sie ausgesetzt sein können. Wenn Ihr Sehnerv oder Ihre Makula betroffen sind, ist das Spiel vorbei.“

Er fügte hinzu, dass bei einigen Systemen bestimmte Schutzmaßnahmen in die Maschine integriert seien. LightWELD von IPG verfügt beispielsweise über eine elektrische Teilkontaktverriegelung, die die Laserleistung abschaltet, wenn der Schweißkopf keinen Kontakt mit den geschweißten Teilen hat. Es verfügt außerdem über eine Faserverriegelung, die über die gesamte Länge des Versorgungskabels bis zum Schweißkopf verläuft. Bei Beschädigung schaltet sich das Lasermodul ab.

Dieses Gehäuse verfügt über lasersicheres Glas und eine Tür mit Sicherheitsverriegelung. Wenn jemand die Tür öffnet, während der Bediener schweißt, schaltet sich das System ab. Kentek Corp.

David Fisher, Senior Director of Global Marketing bei IPG, erklärte: „Dies ist ein neues Verfahren für traditionelle Schweißer. Sie betreiben seit Jahren MIG und WIG und kennen die Sicherheitsvorkehrungen. Sie sind damit aufgewachsen. Beim Übergang zum handgeführten Laserschweißen besteht das größte Problem darin, dass viele Menschen nicht verstehen, dass das dabei verwendete Laserlicht für das menschliche Auge unsichtbar ist. Weil sie es nicht sehen, gehen sie davon aus, dass es nicht da ist.“

Schutzausrüstung und persönliche Schutzausrüstung – von verriegelten Gehäusen mit lasersicherem Glas über Laserschutzbrillen bis hin zu speziellen Schweißhelmen – werden auf den Markt für handgeführtes Laserschweißen zugeschnitten. All dies ist darauf ausgelegt, den Herstellern einen sicheren Betrieb der Systeme und die Einhaltung von ANSI Z136.1, Safe Use of Lasers, einem von der OSHA anerkannten Standard, zu ermöglichen.

Earley beschrieb die Sicherheitsminderung beim Handlaserschweißen anhand von zwei Szenarien, dem besten und dem schlechtesten. „Im besten Fall breitet sich das Streulicht halbkugelförmig um den Prozess aus. Bei der Durchführung Ihrer Berechnungen zur Risikobewertung und -minderung empfehlen wir jedoch, das Worst-Case-Szenario, die sogenannte Spiegelreflexion, zu berücksichtigen, bei der es sich um eine direkte Reflexion der Laserenergie handelt. Daher besteht die wichtigste Abhilfemaßnahme darin, einen lasergesteuerten Bereich zu schaffen, um das Risiko für Passanten zu minimieren. Sie müssen außerdem sicherstellen, dass der Bediener die richtige persönliche Schutzausrüstung trägt. Der beste Weg, dies zu kommunizieren, besteht darin, unsere Empfehlungen zu demonstrieren, wenn wir die Technologie auf einer Ausstellung zeigen.“

Dazu gehörte auch die FABTECH 2022. Auf der Messe in Atlanta im November zeigten IPG-Demonstrationsstände nicht nur den Prozess in Aktion, sondern auch, was das Unternehmen als beste Sicherheitspraktiken ansieht. Der Boden der Kabine war frei von Teppichen oder anderen brennbaren Stoffen und die vier Wände waren mit lasersicherem Glas ausgestattet, das die Zuschauer schützte. „Wir hatten ein Dach auf dem Gehege, um Streureflexionen abzuschwächen“, sagte Earley, „und die Türen hatten Verriegelungen. Beim Öffnen wurde der Laser sofort deaktiviert.“

Die Laserschweißer trugen Handschuhe und eine Jacke, die ihre Extremitäten bedeckte. Sie trugen nicht nur eine Laserschutzbrille, sondern auch einen Schweißhelm mit lasersicherem Glas in der Linse. „Die Schutzbrille und der Helm bestehen aus lasersicherem Glas, aber wir empfehlen Ihnen, beides zu verwenden“, sagte Earley und fügte hinzu, dass die Anordnung einen redundanten Augenschutz bietet und vor Funken und anderen Gefahren schützt.

„Wir empfehlen Lederhandschuhe, lange Ärmel, lange Hosen und Stiefel“, sagte Earley und fügte hinzu, dass Laserschweißen zwar wie eine relativ „zahme“ Schweißnaht aussieht, „immer noch die Möglichkeit besteht, dass Funken fliegen.“

Wie beim Lichtbogenschweißen entsteht auch beim Handlaserschweißen Schweißrauch, eine lokale Rauchabsaugung ist ideal. Hersteller können sich an Experten wenden, um die in ihrer jeweiligen Werkstatt erzeugten Dämpfe zu beurteilen. Wie Greene erklärte, ist es jedoch oft einfacher, standardmäßig eine lokale Rauchabsaugung zu installieren, sowohl aus Sicherheitsgründen als auch aus Gründen des Arbeitskomforts.

„Wenn Sie niemanden haben, der genau weiß, welche Art von Dämpfen und Luftschadstoffen Sie erzeugen, dann wissen Sie es wirklich nicht“, sagte er. „Vorsicht ist besser als Nachsicht, daher empfehlen wir, standardmäßig die Rauchabsaugung zu verwenden.“

Betriebe, die Laserschneiden und vielleicht sogar Roboterlaserschweißen einsetzen, wissen genau, dass sie ausgebildete Lasersicherheitsbeauftragte (LSO) benötigen, aber das LSO-Konzept könnte für einen Schweißbetrieb, der zum ersten Mal einen industriellen Laser kauft, neu sein. „Der ANSI-Standard besagt, dass jede Organisation, die einen Laser der Klasse 3B oder 4 betreibt, einen Lasersicherheitsbeauftragten haben muss“, sagte Greene, „und Handlaserschweißer sind Laser der Klasse 4.“

In einem Schulungskurs, online oder im Klassenzimmer, lernen LSOs die verschiedenen Klassen von Lasern, die Gefahren sowie Schadensbegrenzungs- und Präventionsmethoden, einschließlich erforderlicher Schutzmaßnahmen und Beschilderung.

Ein Teilnehmer probiert Laserschweißen auf der FABTECH 2022 in Atlanta aus. Jeder in der lichtdichten Umzäunung trägt lange Ärmel, Handschuhe, einen speziellen Schweißerhelm mit lasersicherer Glasscheibe sowie darunter eine Laserschutzbrille.

„Der LSO ist die Verwaltungsperson und überwacht das Lasersicherheitsprogramm, um sicherzustellen, dass Kontrollmaßnahmen vorhanden sind“, sagte Greene. „Aber Endbenutzer benötigen auch eine Schulung – nicht so umfassend wie beim LSO erforderlich, aber sie müssen verstehen, womit sie arbeiten und welche Auswirkungen dies auf die Sicherheit hat.“ Die Schulung hilft ihnen, Respekt vor einem System zu zeigen, das ihren Augen oder ihrer Haut schaden könnte.“

Zu dieser Schulung gehören auch die Grundlagen des Schutzes. Wie Greene erklärte, beschreibt der ANSI-Standard drei Zugangsebenen zu einem Lasernutzungsbereich der Klasse 4. Ziel ist es, den Rest der Anlage von der diffusen nominellen Gefahrenzone rund um den Laserstrahl zu trennen. Der erste ist der uneinnehmbare, verriegelte Eingang. Auch hier gilt: Wenn jemand die Tür öffnet, schaltet sich das Gerät sofort ab.

„Dann gibt es noch den überwindbaren Eingang“, sagte Greene. „Es gibt immer noch eine Sperre, aber Sie können die Sperre mit einem Tastaturcode oder einer Magnetkarte umgehen, um vorübergehend in einen Bereich zu gelangen, ohne die Arbeit zu unterbrechen.“

Das dritte Szenario betrifft einen Eingangsbereich ohne Verriegelung an der Tür. „In diesem Fall gibt es Verfahrenskontrollen“, sagte Greene. „Dies erfordert Schulung und kann eine Barriere zum Eingang, PSA-Anforderungen, Warnschilder und ein Licht vor der Tür umfassen, das darauf hinweist, dass im Bereich ein Laser im Einsatz ist.“

Greene fügte hinzu, dass die Gewährleistung der Einhaltung der in ANSI Z136.1 festgelegten Mindeststandards eigentlich nicht das Ziel sein sollte. Ja, OSHA-Inspektoren, die sich mit Lasersicherheitsstandards auskennen, werden sich auf Z136.1 beziehen. Sie werden um Einsicht in die Schulungsunterlagen bitten und sicherstellen, dass das, was sie sehen, dem Standard entspricht. Sie können aber auch auf die allgemeine Pflichtklausel zurückgreifen, die besagt, dass Arbeitgeber dafür verantwortlich sind, ihre Mitarbeiter vor bekannten Gefahren zu schützen. „Und Laser“, sagte Greene, „sind eine bekannte Gefahr.“

Dennoch müssen Gefahren bei ordnungsgemäßem Umgang nicht unbedingt unsicher sein. „Es geht wirklich darum, die Nachricht zu verbreiten und alle, einschließlich Händler und Endbenutzer, über die Bedeutung der Sicherheit beim handgeführten Laserschweißen aufzuklären“, sagte Greene. „Mit der richtigen Schulung und den richtigen Sicherheitsmaßnahmen ist es ein sehr sicherer Prozess.“

Earley fügte hinzu, dass Hersteller ihre Sicherheitsmaßstäbe nicht auf die Mindestanforderungen setzen sollten, sondern stattdessen mit einer Untersuchung der Anwendung beginnen sollten, einschließlich der durchschnittlichen Größe der Werkstücke und der Schweißpositionen, die die Bediener wahrscheinlich verwenden werden. „Wir haben unsere empfohlenen Best Practices unter Verwendung des standardmäßigen Lasersicherheitsstandards der Klasse 4 angewendet. Und im Allgemeinen empfiehlt es sich, in der Anlage einen vollständig kontrollierten Bereich für das Laserschweißen einzurichten und einen Lasersicherheitsbeauftragten zu ernennen, der bei der Durchführung von Risikobewertungen helfen und Empfehlungen zur Minderung potenzieller Gefahren geben kann.“

Es ist eine Zeit des Übergangs, da die ersten Anwender das Handlaserschweißen in die Werkstatt bringen. Die Auffassungen gehen weit auseinander, doch niemand kann leugnen, dass der Faserlaser in den manuellen Bereich vorgedrungen ist und die Marktakzeptanz zunimmt. Im Idealfall sollten sich mit der Verbreitung der Technologie auch die besten Sicherheitspraktiken weiterentwickeln.

„Wir empfehlen Ihnen, vor dem Kauf eines Systems einen Sicherheitsplan zu erstellen“, sagte Earley. „Machen Sie nicht die Investition, nehmen Sie die Lieferung entgegen und arbeiten Sie dann erst im Nachhinein an der Sicherheit. Betrachten Sie Sicherheit als Teil Ihrer Gesamtinvestition.“