高频感应焊接场所电磁曝露的研究x

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1、摘要：本文分析了MOSFET（metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor）管固态电源高频焊机在工作过程中产生电磁场的机理，通过定性分析和实际测量描述了不同工作条件下的高频时变电场特征，通过与ICNIRP发布的限定值比较，分析了焊接作业人员的高频电磁曝露问题。本文对高频焊接环境电磁辐射的定量描述和认识，对于规范焊接操作，尽可能降低从业人员电磁曝露的影响具有重要意义。关键词：高频焊接；测量；电磁曝露；ICNIRP限值序言随着科技进步和国民经济的发展

2、,焊接从业人员在作业环境中的安全和健康问题受到越来越多的重视。高频电磁场频率为100kHz~30MHz，因其具有加热速度快、节能、效率高、易实现自动化和机械化、操作简便、维修工作量孝安全可靠等特点，越来越广泛应用于工业中的加工设备。研究表明，当场强达到一定值时，高频电磁辐射会影响人们的心血管系统，主要表现为心悸、失眠，部分女性经期紊乱、心动过缓、心搏血量减少、窦性心率不齐、白细胞减少、免疫功能下降等。如果装有心脏起搏器的病人处于高电磁辐射的环境中，会影响心脏起搏器的正常使用[1-4]。高频电磁辐

3、射污染会影响人体的循环系统、免疫、生殖和代谢功能，严重的还会诱发癌症，并会加速人体的癌细胞增殖。1高频电磁曝露产生的机理1.1高频焊机的工作机制电网输入至MOSFET逆变电源的电流，经输入整流器的整流作用，变成脉动直流；输入整流器输出的脉动直流信号经滤波电路的处理，纹波将减小；滤波后的电流经MOSFET的“逆变”作用，转变为高频交流电，电流频率为MOSFET的开关频率；该交流电经变压器降压后输入到输出整流器，输出整流器将输出带有纹波的直流信号，经滤波电感后输出到感应线圈上或接触焊头上；感应线圈上

4、或接触焊头上流过的电流是含有纹波的直流电，在静态负载时，纹波主要来自焊接电源内MOSFET的开关作用，图1为MOSFET逆变电源原理框图。高频焊的加热机理是应用了高频电流的两大效应：集肤效应和邻近效应，使焊件待焊处表层金属快速加热而实现各种形式的焊接（包括钎焊）。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芝的交流电，经高频变压器供给工作感应器，实现对工件的感应加热。1.2高频焊接

5、工作场所电磁曝露分析由电磁感应定律可知：电流产生磁场，电流的频率、幅值决定了所产生的周围磁场的频率和幅值。高频感应焊接时工件置于感应线圈产生的交变磁场中，由此产生的感应电流将工件加热。从高频焊接电源主电路的结构特点来看，电源周围分布着不同频率的电磁场，有工频的电磁场以及不同逆变频率的电磁场，在高频变压器的原边，电压值较小，而变压器的次级电压值较大。其中，工频交流来自于电网，但是由于焊接电源内开关器件对电流的调制作用，此交流信号的高次谐波分量较大，严重时谐波分量的幅值甚至高于基波分量,所以在焊接电

6、源周围会产生工频电场并带有谐波。高频焊通常使用的电流频率范围为200~450kHz，有时使用低至10kHz的频率。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10~800kHz,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。焊接电源周围的电磁场是上述电磁场的

7、叠加，但由于焊接电源机壳的屏蔽作用和机壳内其他铁磁物质的影响，上述电磁场在空间分布上非常复杂，和焊接电源内部结构布局以及机壳的形状、开孔状况有关。2高频电场测量2.1测量机制2.1.1测量对象：选择频率为250kHz,功率分别为30kW、60kW、100kW进行测量试验。2.1.2测量仪器：RJ-2型高频近区电磁场强仪（0~1500V/m）。2.1.3测量时间：在电磁辐射源正常工作时间内进行测量，每个测点连续测3次，每次测量时间不小于15s，并读取稳定状态的综合值。2.1.4测量位置测量位置取作

8、业人员操作位置，距地面水平距离（30cm、50cm、70cm、100cm、120cm、150cm、200cm），以身高为175cm的操作者为标准，对腹、腰、胸三个部位进行测量。2.1.5数据处理每个测点连续测3次，求出每个测量部位平均综合值。2.2不同工作位置电场综合值的测量分别对功率为30kW、60kW、100kW高频焊接，对操作人员的工作位进行电场测量如图2电场分布。2.3不同工作位置磁场综合值的测量分别对功率为30kW、60kW、100kW高频焊接，不同工作位置磁场综合值进行测量，如图3所