大功率高频感应加热淬火设备在工业生产中已被广泛用于金属元件加热淬火中, 采用该手段加热, 由于其功率大, 在极短时间内便可使温度达上千度, 且温度均匀, 是其他加热手段不可比拟的。但操作人员在操作元件加热过程中受到的电磁辐射以及其对环境的影响, 已引起了人们的极大关注。我们对国产不同厂家生产的不同功率不同型号的71台高频感应加热淬火设备的电磁场分布及辐射水平进行了约两千多点的调查测试, 结果表明, 在工作人员操作位, 95 %的测量点电场强度、100 %的测量点磁场强度超过国家标准限值。为了减少电磁辐射对操作人员的影响, 采用了1 mm和1.2 mm的铜板分别对同一型号的两台设备屏蔽, 并在同一机器同一条件下测试和比较了屏蔽前后的电磁辐射强度。

1 测试布点及方法

根据高频感应加热淬火场所的实际情况, 在操作人员操作位和经常活动的范围选定测试点, 对不同功率的高频感应设备在距感应加热圈不同水平距离上分别测试人员头、胸、腹三部位的电磁场所强度。高频感应加热淬火设备使用的频率一般为250 kHz, 选用国产RJ-2型近区场强仪, 按国家标准(GB 8702-88) ^[1]要求的测试方法, 在常规工作条件下进行测量, 每个点测试三次加以平均, 屏蔽防护性能测试分别采用1 mm和1.2 mm的铜板对同一型号的两台机器屏蔽, 在同一工作条件下逐一对应测量有无屏蔽时的电磁场强度。

2 测试结果和讨论

不同功率的高频感应加热淬火设备电磁辐射分布结果见表 1、表 2。采用1 mm和1.2 mm铜板对电磁场进行屏蔽前后的结果见表 3 ~表 6。从表 1、表 2结果中可看出, 对不同功率的电磁感应加热器在距加热圈相同距离位置, 其电磁场强度的分布是极不均匀的, 即使是同一功率的机器在距加热圈相同距离处其电磁场强度的分布亦是极不均匀的, 其主要原因系由于机器的型号、每个场所的具体情况不同所致。尽管如此, 但电磁场所分布的整个趋势均随距加热圈距离的增加而减少。对30 kW的机器距其加热圈30、50、70cm处头、胸、腹位的电磁场强度均超过国家标准《电磁辐射防护规定》(GB 8702-88)对职业人员的标准限值, 即电场强度87 V/ m, 磁场强度0.25 A/m。有的机器在30 cm处电场强度最高达1 500 V/m。对60 kW、100 kW的机器距其加热圈30 cm处95%的测量点电场强度超标。而对不同功率机器的磁场强度在距加热圈30 ~ 120 cm范围均超过国家标准限值。甚至距加热圈120 ~ 200 cm范围的磁场强度仍然超标。据现场调查, 距加热圈30 ~ 50 cm处正是工作人员操作加热元件的工作位。为了减少电磁辐射对工作人员的健康影响, 我们分别采用了1 mm和1.2 mm厚的铜板对两台上海新兴机械厂生产的GP-30CW7型感应加热器进行屏蔽防护实验, 从表 3至表 6结果可看出, 经用1 mm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以内, 最大屏蔽效率达86%, 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70%, 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。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^[2], 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。高频辐射的屏蔽需对装置本身进行屏蔽, 作业人员不可能象防护微波辐射那样穿防护衣。因此对操作高频感应加热淬火的职业人员的防护应注意不要长时间连续操作, 可采取轮班制度, 操作时尽可能增加距加热器的距离。另外可采取技术革新, 实现操作自动化。总之, 如何使高频感应加热淬火设备的电磁辐射屏蔽既满足工作需要又能防止电磁辐射对操作人员的影响仍是值得进一步研究的课题。

另外, 按照我国《电磁辐射防护规定》(GB 8702-88)对频率范围为0.1 ~ 3 MHz的职业照射, 在每天工作8 h期间内, 电磁辐射场量参数在任一连续6 min内的平均值应满足磁场强度不大于0.25 A/m²。从所调查的高频淬火感应加热设备来看, 在操作位100%的测量点磁场强度均超标。要达到该限值是很不容易的。我国原参考标准磁场强度限值为5 A/ m²。是现行标准的值太严了?还是所有的设备都应该淘汰、改进?值得商榷。