EN
Come la densità ottica (OD) riduce i rischi legati ai laser nella saldatura
Analisi della densità ottica (OD): attenuazione logaritmica
La densità ottica (OD) consente di esprimere in che misura gli occhiali per saldatura laser ci proteggono dalle radiazioni nocive mediante un’attenuazione logaritmica. Gli occhiali per saldatura laser trasmettono quantità diverse di potenza laser. Questa piccola quantità di potenza trasmessa è determinata mediante l’equazione: OD = log₁₀ (potenza incidente / potenza trasmessa). Ogni incremento unitario dell’OD riduce la potenza trasmessa di un fattore 10. A causa della relazione logaritmica, un piccolo aumento del valore di OD comporta un aumento molto più consistente della protezione. La tabella 1 elenca i valori di OD, i fattori di attenuazione e la percentuale di radiazione bloccata rispetto alla potenza del laser.
Valore di OD Fattore di attenuazione % di radiazione bloccata
Fattore Bloccato
3 1.000× 99,9%
5 100.000× 99,999%
7 10.000.000× 99,99999%
Confrontando gli altri valori di densità ottica (OD), l'OD 7 lascia passare la minore quantità di energia incidente, pari allo 0,00001%. Questa lente è quindi la più protettiva nell'uso con i laser a fibra industriali ad alta potenza, superiori a 10 kW. A causa del funzionamento logaritmico dell'attenuazione, il passaggio da una lente con OD 5 a una con OD 6 comporta un aumento di dieci volte della protezione, passando dal 99,999% al 99,9999%. Questa relazione logaritmica nella protezione spiega perché, per garantire la sicurezza nelle operazioni di saldatura laser ad alta potenza, la lente deve presentare la specifica OD più elevata possibile.
La necessità della densità ottica (OD) per la saldatura con laser Nd:YAG e laser a fibra
La saldatura industriale con laser ad alta potenza, come i laser a fibra (da 1030 nm a 1080 nm) e i laser Nd:YAG (1064 nm), influenza la scelta dell'OD (Optical Density) ai fini della sicurezza e della protezione. Questi laser presentano densità di potenza di picco pulsata superiori a 5 MW/s e possono causare danni intensi, quali ustioni retiniche, a causa della loro potenza estremamente elevata. Un aumento del valore di OD comporta un incremento della protezione secondo un fattore logaritmico significativo. Le comuni lenti in policarbonato o le lenti colorate offrono una protezione minima contro i laser Nd:YAG e a fibra. Lo standard American National Standards Institute (ANSI) Z136.1 raccomanda occhiali con OD 7 per i laser a fibra in funzionamento continuo, qualora la loro potenza in uscita sia pari ad almeno 1,5 kW.
Selezione del valore di OD appropriato in base al tipo di laser e ai parametri operativi
La determinazione del valore appropriato di Densità Ottica (OD) per gli occhiali da saldatura laser richiede un'attenta valutazione della configurazione e della lunghezza d'onda del sistema laser, nonché della potenza e delle modalità operative, che consentiranno di identificare il rischio per gli occhi.
OD 7+ è la norma per la saldatura laser a fibra in onda continua da 3 kW
Per la saldatura laser a onda continua (CW) da 3 kW su saldatura laser nella regione del vicino infrarosso (NIR), un valore di OD pari a 7 deve essere utilizzato come standard per tutti gli occhiali protettivi contro il laser. Si tratta di un obbligo, non di una semplice raccomandazione. A 3 kW, l’intensità del fascio laser può causare danni retinici irreversibili nell’arco di pochi millisecondi e, poiché non è presente alcuna radiazione visibile, non esiste un riflesso naturale che spinga l’individuo ad allontanarsi dal pericolo per gli occhi. Una classificazione OD 7 garantisce una riduzione dell’energia laser di un fattore 10^7 (dieci milioni), livello considerato sicuro secondo lo standard ANSI Z136.1 dell’American National Standards Institute. Un valore di OD inferiore a 7 consente il passaggio di una quantità pericolosamente elevata di energia laser, con conseguente rischio di lesioni retiniche irreversibili (fotocoagulazione). Poiché la scala dell’OD è logaritmica, un valore OD 7 offre una protezione 100 volte maggiore rispetto a un valore OD 5, alla stessa lunghezza d’onda.
Valutazione della necessità di un determinato valore di OD per i laser a impulsi rispetto ai laser a onda continua
Rispetto ai laser a onda continua, i laser a impulsi non richiedono potenze medie più elevate per mantenere lo stesso OD. La necessità di un OD più elevato nei laser a impulsi è dovuta alla potenza di picco transitoria. Ad esempio, rispetto a un laser a onda continua, un laser a impulsi Nd:YAG con potenza media di 1 kW e impulsi di 10 ns avrebbe una potenza di picco impulsiva superiore a 100 MW, generando così un laser a impulsi ad alta potenza di picco. Pertanto, la scelta dell’OD dipende dalla potenza di picco dell’impulso, dalla durata dell’impulso (il che implica che, più breve è l’impulso, maggiore deve essere l’OD) e dalla frequenza di ripetizione dell’impulso (poiché, più l’impulso si avvicina al regime continuo, minore sarà l’OD richiesto). Un esempio di questo principio è rappresentato da un laser Nd:YAG che emette impulsi di 10 ns con una frequenza di ripetizione di 1 kHz, il quale richiederebbe comunque un OD pari o superiore a 8, indipendentemente dalla sua potenza media inferiore al kilowatt. L’uscita del laser dovrà essere verificata incrociata con la norma ANSI Z136.1 per garantire la conformità all’OD; pertanto, è consigliabile confrontare i parametri degli impulsi indicati nelle specifiche del produttore con le tabelle dei valori limite di esposizione (MPE) riportate nella norma ANSI Z136.1.
Elementi essenziali di conformità: EN 207, EN 208 e ANSI Z136.1 per occhiali da saldatura laser
Classe LB rispetto all’OD: perché LB5 secondo la norma EN 207 non equivale a OD 5 — e perché questo è importante
La densità ottica (OD) è una misura dell'attenuazione relativa a un determinato protocollo in un contesto di laboratorio. Non significa che una lente sia in grado di resistere a un colpo laser focalizzato. La norma EN 207 è lo standard europeo che stabilisce i requisiti prestazionali per gli occhiali protettivi contro i laser. Essa prevede che, in uno scenario reale, il materiale della lente posto dietro il filtro degli occhiali non debba risultare permeabile al laser dopo essere stato sottoposto a un colpo laser diretto per un periodo di dieci secondi in regime di onda continua oppure a cento impulsi laser. Questi test producono una classificazione LB (ad esempio, LB5), che indica che gli occhiali protettivi contro i laser offrono una protezione completa per quella specifica classe di laser. Un filtro ottico può ottenere una classificazione OD 5 sulla base di prove effettuate in laboratorio, ma è del tutto possibile che tale filtro non raggiunga la classificazione EN 207 LB5 qualora il materiale della lente risulti permeabile al laser dopo essere stato sottoposto a un colpo diretto. Per i laser ad alta potenza a fibra o Nd:YAG, spesso sono necessari filtri con una densità ottica pari a OD 7 o superiore per garantire l’integrità strutturale. La norma EN 207 è inoltre unica nel suo genere poiché non ammette la certificazione autodichiarata da parte del produttore: soltanto un laboratorio di prova terzo può rilasciare la classificazione LB. Nel contesto della saldatura ad alto rischio, si considera estremamente negligente ritenere che un prodotto soddisfi la norma EN 207 unicamente sulla base del possesso di una classificazione OD verificata.
Compromessi pratici: usabilità, visibilità e occhiali per saldatura laser
Sebbene l'usabilità degli occhiali possa essere meno rilevante dal punto di vista della sicurezza (e possa addirittura prevenire problemi di sicurezza a lungo termine), è obbligatorio rispettare i requisiti di densità ottica (OD). Per le lenti con un'elevata densità ottica (OD 7+ e superiore), avviene una filtrazione significativa della luce visibile, che di conseguenza riduce la visibilità durante la messa a punto, l’allineamento e le ispezioni post-operazione del giunto saldato. Questi utenti potrebbero non notare piccole lacune, commettere errori di allineamento o trascurare difetti superficiali, aumentando così il rischio di difetti di qualità e, indirettamente, di problemi di sicurezza. Sebbene gli occhiali per l’allineamento conformi alla norma EN 208 siano autorizzati in processi non attivi al laser (ovvero filtrano e lasciano passare lunghezze d’onda diverse e luce con densità ottica inferiore), ogni modifica delle procedure deve essere accompagnata dall’impiego di sistemi di blocco-etichettatura (LOTO) o di dispositivi di interblocco. I migliori occhiali per saldatura laser applicano la densità ottica ottimale rispetto al principale rischio presente, garantendo nel contempo l’applicazione di rivestimenti antiappannamento, ottiche a campo ampio e compatibilità con l’illuminazione specifica del compito o con lenti di ingrandimento. In questo modo, la protezione non compromette l’esecuzione dell’operazione.
Domande frequenti (FAQ)
Cos'è la densità ottica (OD) nella sicurezza laser?
La densità ottica (OD) è un metodo logaritmico per determinare quanto efficacemente gli occhiali laser filtrano la luce laser (OD 0 = passa il 0% della luce, OD 1 = passa il 10% della luce, ecc.). Ogni incremento di un'unità nella densità ottica (OD) riduce del 90% la quantità di luce trasmessa (OD 1 = passa il 10% della luce, OD 2 = passa l'1% della luce, ecc.).
Perché sono necessari occhiali con densità ottica (OD) pari a 7 o superiore nel caso dei laser a fibra?
I laser a fibra, in particolare quelli che operano a potenze superiori a 1,5 kW, presentano elevate densità di potenza e richiedono una protezione di livello OD 7 per bloccare le radiazioni laser e rispettare i requisiti di sicurezza stabiliti dalla norma ANSI Z136.1.
Qual è la differenza tra la classificazione OD e la norma EN 207?
Le classificazioni OD misurano l’attenuazione in laboratorio, mentre le classificazioni EN 207 si riferiscono a occhiali certificati per resistere al contatto diretto con un raggio laser per un determinato periodo di tempo senza subire danni. Entrambe le classificazioni sono fondamentali ai fini della sicurezza.
Posso utilizzare occhiali con un valore OD inferiore per i laser a impulsi?
No. Rispetto ai laser a onda continua (CW), i laser a impulsi emettono brevi e intense esplosioni di radiazione con una densità di potenza di picco più elevata. Ciò richiede occhiali con un valore OD superiore per garantire una protezione adeguata contro queste brevi ed intense emissioni di radiazione.
Quali sono gli effetti degli occhiali ad alto OD?
Gli occhiali ad alto OD riducono la quantità di luce visibile che può essere trasmessa. Ciò può causare problemi di visibilità. Alcune caratteristiche, ad esempio ottiche a campo ampio e rivestimenti antiappannamento, possono compensare tali problemi di visibilità.