关于高频焊接场所电磁辐射屏蔽与防护发研究

　　引言
　　高频电磁辐射是指在高频振荡引弧或电子束焊接时，由于高频电磁场的存在而对周边环境造成的影响。高频辐射通过致热和非致热两种途径产生相同的效应，长期工作在高频电磁场的作用下的作业人群，将可能会引起植物神经功能紊乱和神经衰弱，表现为头昏、乏力、消瘦、血压下降等症状，甚至对神经系统、心血管系统、眼、生殖系统及免疫系统等产生影响。
　　电磁辐射所引起的生物效应越来越为人们所重视，世界各国都建立了相关方面的控制标准，以规范人类活动，使得在充分利用电磁波的同时对人体的危害达到最小。高频感应焊接过程中，所应用的高频电磁波除大部分被工件吸引外，还有部分的能量向空间辐射，造成了环境的污染，有害于作业工人的身体健康。从保护从业者的角度出发，研究高频焊接作业环境高频电磁辐射现况，为屏蔽高频设备主要辐射场源，降低其对周围空间电磁辐射强度，保护操作者的身体健康提供评价依据。
　　1 高频感应焊接电磁辐射分析及屏蔽设计
　　1. 1 高频感应焊接电磁辐射分析
　　高频焊机通常使用的电流频率范围为200 -450kHz，有时使用低至10 kHz 的频率。输入端交流电源经高压变压器变成数千伏至上万伏的高压，再经三相高压整流器变成单相直流高压作为电子管的屏极电压。再经电容、电感组成并联谐振电路，将直流电变成数百千赫兹的交流电，经高频变压器供给工作感应线圈，实现对工件的感应加热。
　　在高频焊接过程中，220V 的工频电经过高频变压器得到较高频率的电压值，电压值一般为16000V左右。较高的电压在焊接设备周围产生强烈的电磁场，电磁场的频率和电压的频率一致。高频焊的频率范围为10 - 800K，在这一频段内，其中100kHz 以下的电磁场分别以电场和磁场的形式存在，100kHz以上的电磁场以电磁波的形式存在，该电磁场在空间形成电磁辐射。
　　高频屏蔽的基本原理是利用高频辐射源产生的电磁场在金属屏蔽体上产生高频的感应电流( 涡流) 来阻止电磁波的泄漏。高频设备主要辐射场源有: 高频振荡回路，加热线圈馈电线。抑制高频电磁场强度最基本的方法是电磁屏蔽，利用金属材料制成的屏蔽网、罩、框架式、屏蔽室等形式，将高频电磁场场源屏蔽起来吸收和反射场能，使电磁场强度降低到一定范围以内。一方面高频电磁场遇到屏蔽后形成涡流使其在屏蔽内损耗衰减了场能。另一方面在屏蔽板或网表面形成涡流反射，致使穿过屏蔽壁出来的场强大大减小，从而达到防护目的。
　　1. 2 高频感应焊接电磁辐射屏蔽设计
　　1. 2. 1 选择屏蔽材料
　　导电金属较适于高频屏蔽，在铜、铁、铝等金属材料中，用铜料做屏蔽效果较好。所以采用1mm、1. 2mm 厚的铜板做基本材料。
　　1. 2. 2 接地极
　　根据高频感应的原理，专门设置了一个高频屏蔽接地极板，接地极是采用竖埋铜板的方法，周围放食盐以提高导电性能，接地电阻在0. 8 - 1。
　　1. 2. 3 屏蔽壳体设计
　　把泄漏较大的高频振荡回路及加热线圈馈电线用铜板做成外壳进行屏蔽，并且进行接地处理。高频焊接的感应线圈一般是裸露的，在焊接操作者与感应线圈之间没有任何的隔离防护设备，因此，在设计感应线圈的屏蔽方案时，把离操作者最近的感应线圈采用了闭合铜板做成的屏蔽罩，留出底部作为焊接操作部位，并在罩体的主要部位设置了接地导线。
　　2 高频感应焊接电磁辐射屏蔽效率与暴露限制分析
　　2. 1 电磁辐射屏蔽效率分析
　　经用1mm 铜板对1号机器屏蔽，在距加热圈50 - 100 cm 范围内，电场强度降至国家标准( GB 8702 - 1988)以内，最大屏蔽效率达82 % ，磁场强度屏蔽效率达69 % ，但50 - 120 cm 范围磁场强度仍然超过国家标准限值。采用1. 2 mm 铜板对2 号机器屏蔽，最大电场屏蔽效率达72 % ，磁场屏蔽效率达44 %。仅在距加热圈50 cm 处的电场强度超标，而磁场强度在50 -150 cm 范围内均超标。从测试的结果看，电磁辐射屏蔽过程中对电场的屏蔽效果较为明显，经屏蔽后在70 - 150cm 范围均未超出限制。但是对磁场的屏蔽效果较差，在所有测试点中100%超出限制。造成两台机器电磁屏蔽效率差异的原因主要是: 虽然机器的型号相同，但采用的屏蔽层和两个场所的具体情况不同，以及机器的输出电流和电压不同所致。
　　采用屏蔽后虽然能降低电磁场强度，但屏蔽效果仍不理想，尤其是对磁场的屏蔽效率很差。影响电磁屏蔽效率的主要原因是由于该手工操作加热元件的特殊性，在进行屏蔽实验时，除考虑在保证屏蔽体接地良好的情况外，还要考虑屏蔽体必须开一孔供操作人员放金属元件至加热器上加热。根据高频电磁场屏蔽的原理，利用金属导体对电磁辐射的反射效应与吸收效应来达到抑制电磁辐射目的。若在屏蔽体( 特别是金属板屏蔽体) 上存在孔洞或缝隙截断了感应电流的通路，就破坏了反射作用，因而导致屏蔽效果下降。
　　从屏蔽后测的数值来看，铜板对高频焊机屏蔽后虽然能降低电磁场强度，但屏蔽效果仍不理想，尤其是对磁场的屏蔽效率较差。实测焊机的频率为240kHz，在此频率下测得的屏蔽后的电场强度和磁场强度数值，当操作者在70cm 以外都低于与GBZ2. 2 - 2007 高频职业接触限值 ( 电场强度50V/m，磁场强度5A/m) 。GB 8702 - 1988 电磁辐射防护规定中对磁场强度( 0. 25A/m) 的有更为严格的规定，对电场强度( 87V/m) 的要求相对较低。但是从屏蔽效率来看，电场强度屏蔽效率达到最高82%，屏蔽后对磁场的减弱能力较差，最大屏蔽率为69%。尽管在有些测试点不能满足电磁防护规定或职业限制，但通过铜板箱体的屏蔽能有效减弱电场强度。因此，高频焊接场所中的对产生能产生高频辐射的原件及设备应当采取屏蔽、接地等措施降低辐射强度，改善从业人员的工作环境。
　　2. 2 高频焊接场所暴露限值
　　我国目前使用的电磁场暴露标准有卫生部颁布的《环境电磁场卫生标准》( GB917521988) 、《作业场所微波辐射卫生标准》( GB1043621989) 、《工作场所有害因素职业接触限值》( GBZ 2. 2 - 2007) ，以及国家环境保护局发布的《电磁辐射防护规定》( GB87021988) 等。这些限值主要是依据流行病学的调查结果，并辅以动物实验和理论推算结果确定的，与大部分西方国家的标准有很大差别。这些标准在降低作业场所和环境中电磁场曝露水平方面起到了很好的作用，但由于国家环保局和卫生部规定的限值不一，在一定程度上造成国内相关机构、企业和用户的无所适从。如《电磁辐射防护规定》《工作场所有害因素职业接触限值》中的限值并不一致.在不同的标准中要求的限值不同，磁场强度的限值相差20 倍，我们应当执行哪个标准值得进一步研究。在电焊机制造企业或电焊机的使用企业中没有强制执行的限值标准，而且这些标准并非针对高频焊接场所而制定的，因此，从保护高频焊机操作者的角度出发，在高频焊机的使用过程中应当积极采取屏蔽防护措施，同时相关部门积极监管，吸收各类研究成果的基础上对现行标准进行修订，对电磁场强度设定一个科学的、可操作的暴露限值。
　　3结论
　　( 1) 所测试的高频焊接场所电磁暴露值，在一般作业者的操作位已超过职业接触限值，通过屏蔽防护能够有效地降低高频焊接场所的辐射强度，在一定程度上对操作工人起到了保护作用。因此，从事高频焊接工作的单位或企业，积极采取措施对设备进行屏蔽，或在辐射比较严重的区域安装自动控制设备，改善工作环境保护劳动者的身体健康。
　　( 2) 在对高频焊接电源屏蔽时，除采用接地、选用较好的屏蔽材料、增加材料厚度外，应当尽可能使屏蔽外壳包络电磁辐射源，利用金属导体对电磁辐射的反射效应与吸收效应来达到抑制电磁辐射，提高电磁屏蔽率。
　　( 3) 高频焊接场所的电磁暴露值随距离的增加明显的衰减，操作者从距离上保护自身的健康，操作时尽可能增加高频焊接电源及加热器的距离; 从业人员应当严格遵守劳动制度，不要随意拆卸屏蔽设备; 养成自我保护的习惯，尽量减少近距离高场强下的暴露时间。