消磁技術(shù)在管道焊接中的應用

孫海鵬 曾佳軍 師紅杰

摘 要：在焊接的過程中，有時會遇到管道帶磁的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象往往導致電弧偏吹，使焊接無法進行，要克服電弧偏吹，就要消除管道中的磁性，本文通過分析管道帶磁的原因，介紹幾種工程中常用的管道消磁方法。

關(guān)鍵詞：焊接；電弧偏吹；消磁技術(shù)

1 概述

在站內(nèi)工藝安裝施工過程中，部分環(huán)氧粉末無縫鋼管中帶有剩磁，焊接時電弧偏吹嚴重，特別是氬弧焊打底焊無法進行，強行焊接極易產(chǎn)生氣孔和根部未熔合等焊接缺陷。為解決此問題，我們結(jié)合現(xiàn)場實際條件，利用電焊機加反向磁場成功的消除了磁性，使焊接工作順利完成。

2 原因分析

2.1 管道剩磁產(chǎn)生的原因

管道中帶有磁性，一般情況下是因為管道從制造到出廠過程中的某些工序因工藝要求將管道磁化，而磁化后消磁不完全產(chǎn)生剩磁。如管道探傷工序中的磁粉探傷需要將管道磁化，環(huán)氧粉末管防腐時的中頻感應加熱也有可能使管線磁化。

2.2 磁偏吹產(chǎn)生的原因

焊接電弧是電極和熔池之間的電離氣體導體。焊接過程中，在電極和電弧周圍及被焊金屬中會因通過電流而產(chǎn)生磁場，磁場會對電弧有力的作用，如果磁場對稱地分布在電弧周圍，電弧便可穩(wěn)定燃燒，如果因外加磁場使電弧兩側(cè)受力不均勻，就會使電弧偏斜，因而使焊接受阻，這種現(xiàn)象稱之為磁偏吹，它是焊接電弧周圍磁干擾的結(jié)果。

3 克服和消除焊接電弧偏吹的常用方法

為保證焊接工作的順利進行，必須消除電弧周圍不均衡磁場的干擾。

3.1 因焊接方法和接線引起的電弧偏吹

當接地線加持于管段一側(cè)時，管段上從焊縫到接地線之間部分通過的電流引起的磁場較未通過電流的一側(cè)會有所增加，會引起電弧周圍磁場的微弱不平衡（如圖1），此時若焊條角度偏向通過電流一側(cè)，會使電弧偏吹加劇，故在連接焊接地線時可以采用雙頭地線連接，若焊接過程中出現(xiàn)偏吹，可以將焊條向偏吹方向傾斜以調(diào)整磁場平衡。

在轉(zhuǎn)動焊時，如果接地線加持方法不當，纏繞在管線一端時，通過地線產(chǎn)生的電磁場也可引起電弧偏吹。

3.2 因管線自身帶磁產(chǎn)生的電弧偏吹

1）加熱法消除管道磁性。金屬帶有磁性，是因為金屬內(nèi)的磁疇按一定的方向有序排列，對外表現(xiàn)出磁性。當對焊接部位進行加熱時，高溫使金屬內(nèi)磁疇的有序排列被打亂，從而削弱其對外表現(xiàn)的磁性。但加熱相當于對管線進行熱處理，加熱溫度過高以及冷卻時各種因素的影響往往會改變金屬的內(nèi)部金相結(jié)構(gòu)，有可能會對管道造成一些不良的影響，所以施工時應謹慎使用。

2）加反向磁場消除管道磁性。磁體產(chǎn)生磁力的大小與通過磁體內(nèi)的磁通量有密切關(guān)系，B=Φ/S，其中B為磁感應強度，Φ為磁通量。磁通量越大，單位面積上的磁感應強度就越大。我們以磁體內(nèi)部任意一個垂直于磁力線方向的平面為例，當通過此平面正方向的磁感線的條數(shù)和反方向的磁感線的條數(shù)相等，那么磁通量為零，磁感應強度為零。

依據(jù)此原理，如果在管道上加上一個與剩磁磁場方向相反的外部磁場，便可抵消其自身剩磁，達到消磁的目的。

4 工程應用

在施工現(xiàn)場，往往考慮采用電焊機焊接線纏繞線圈通電流形成電磁場給管道加反向磁場消磁（如圖2）。

4.1 短路電流間歇磁場消磁法

當管道中的剩磁磁性較弱但影響焊接時，可采用此種方法，即將電焊把線沿同一方向纏繞在帶磁管道的端部，合理控制線圈間隙，依據(jù)通電線圈產(chǎn)生磁場強度計算公式：

B=nIμ/L

其中：n為線圈匝數(shù)，I為通電電流，μ為磁導率，L為線圈長度。

以管道所帶磁性大小為依據(jù)，剩磁磁性越大，線圈間隙應越小，線圈纏繞匝數(shù)應越多，通電電流也應越大。管線剩磁強度不大時，線圈初次可纏繞8～10圈，線圈間距控制在50～60mm，根據(jù)消磁的效果，調(diào)整線圈間隙、線圈匝數(shù)和通電電流大小。

布置好線圈后，將電焊把線按正常焊接接線與電焊機相連接，在接地線上加持一塊鋼板，將電焊條與鋼板短路，時間為5～8秒鐘后斷開，用較輕的鐵磁性物質(zhì)探測管口磁性大小，如果磁性明顯增大，則調(diào)換焊把線和接地線的極性重新試驗，若磁性減弱，但依然影響焊接，則需重復上述步驟繼續(xù)消磁，直到達到消磁目的為止。

4.2 焊接電流持續(xù)磁場消磁法

當管道中剩磁磁場強度較大時，利用短路電流間歇消磁往往達不到預期效果，此時，可嘗試使用焊接電流作為線圈供電電流在焊接過程中持續(xù)加反向磁場實現(xiàn)消磁目的。

首先將焊接把線沿一定方向纏繞于管端，開始焊接后，焊接電流通過線圈產(chǎn)生磁場，抵消剩磁產(chǎn)生的磁場，從而達到消磁的目的。因為焊接時電焊機輸出電流極性是固定的，此時如果出現(xiàn)磁場相互加強的現(xiàn)場，則需改變線圈纏繞方向，重新纏繞線圈。通過線圈的電流大小范圍調(diào)整幅度有限，線圈磁場強度可依靠改變線圈間隙和線圈纏繞的匝數(shù)來控制。

5 結(jié)束語

管道帶磁不僅影響焊接，對集氣站或處理廠內(nèi)的工藝管線來說，還會在一定程度上影響到壓力表的正常顯示和電子計量設(shè)備的精確計量，所以帶磁管道在焊接及使用前應當消磁。消磁手段的應用不能從源頭上解決管道剩磁問題，而應當控制好從管材制造到存放再到出廠一系列環(huán)節(jié)中可導致管道帶磁的因素。面對管道帶磁問題，應當根據(jù)工程施工的實際條件，選擇合理的消磁方法消除剩磁，提高焊縫的合格率。

參考文獻

[1]陳文濤，張國友，張安明.消磁電流過渡過程對消磁效果的影響[J].艦船科學技術(shù)，2011（04）.

[2]聶光庭.壓力管道焊接過程的質(zhì)量控制研究[J].冶金叢刊，2016（04）.