淺析焊接過程中的電弧偏吹

馬　麗

在正常焊接過程中,電弧的軸線總是沿著電極中心線的方向。即使焊條傾斜于工件時(shí),仍有保持軸線方向的傾向。然而電弧是由氣體電離構(gòu)成的柔性導(dǎo)體。因此,受外力作用時(shí),很容易發(fā)生偏擺。電弧偏吹使電弧燃燒不穩(wěn)定,影響焊接質(zhì)量。造成電弧偏吹的原因很多,主要有焊條偏心度過大、電弧周圍氣流的干擾、磁場(chǎng)的影響。這些電弧偏吹一般通過選用偏心度符合國(guó)家規(guī)定的焊條、調(diào)整焊接角度、遮擋氣流等就可以消除或減少;另一種就是電弧磁偏吹,其產(chǎn)生原因有接地線位置不明確、焊條與焊接件位置不對(duì)稱,還有就是周圍有鐵磁物質(zhì)。在長(zhǎng)距離的管線焊接施工過程中發(fā)生的電弧偏吹,嚴(yán)重時(shí)會(huì)將焊絲、焊條吸到一邊,這將嚴(yán)重影響焊接過程和焊縫成形。

一、磁偏吹產(chǎn)生的原理

焊接電弧是氣體放電的一種形式,它是由電子、正離子、負(fù)離子和中性的氣體分子或原子組成,并伴隨有激烈的電離反應(yīng)且向一定方向,其宏觀上是中性的,但微觀上卻是正、負(fù)電荷分離,且向一定方向運(yùn)動(dòng)形成電流,在電弧周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)。因此,如果因?yàn)槟撤N原因使電弧自身所產(chǎn)生的磁場(chǎng)均勻性分布遭到破壞,電弧就會(huì)由于四周受力不均勻偏離焊條的軸線方向,即產(chǎn)生了磁偏吹現(xiàn)象,如圖1所示。

這些破壞電弧自身磁場(chǎng)均勻性分布的因素有:電流在流過工件的方向上產(chǎn)生的磁場(chǎng)、焊件上的剩磁以及焊接部位周圍存在其他磁場(chǎng)等。

管道焊接施工時(shí),通過選擇接地線的連接方式和連接位置,可以比較容易消除和減少電流流過工件引起的磁偏吹,所以一般不會(huì)對(duì)焊接過程造成大的影響。

長(zhǎng)輸管道現(xiàn)場(chǎng)焊接施工大多是在野外環(huán)境下進(jìn)行的,施工場(chǎng)地沿著管道的延伸方向不斷變化,因此施工場(chǎng)地周圍磁場(chǎng)引起的磁偏吹不容忽視。一般情況下,這種由于施工場(chǎng)地周圍磁場(chǎng)引起的磁偏吹不是很嚴(yán)重,但由于引起的原因難以判斷,往往難以消除,常常是在較長(zhǎng)的管道焊接施工過程中一直存在,給焊接過程造成較大困難。

管線鋼為硬磁材料,其特點(diǎn)為充磁后容易保留部分磁性,因此施工作業(yè)環(huán)境周圍的磁場(chǎng)及施工作業(yè)過程中遇到過磁性物質(zhì)等將使焊件上留有剩磁,從而使后面的焊接過程產(chǎn)生磁偏吹。如果焊口剩磁強(qiáng)度超過一定值,磁偏吹現(xiàn)象將會(huì)很嚴(yán)重,甚至無法施工。

二、磁偏吹對(duì)焊接質(zhì)量的影響

磁偏吹使焊接電弧飄移,嚴(yán)重時(shí)甚至無法施焊。由于長(zhǎng)輸管道現(xiàn)場(chǎng)焊接施工為對(duì)接環(huán)焊縫,采用對(duì)稱施焊,因而通常情況下磁偏吹對(duì)根部焊縫的焊接過程影響較大,而對(duì)其它焊層的影響相對(duì)較小。

磁偏吹的存在使電弧燃燒不穩(wěn)定,加在弧柱上的作用力也不穩(wěn)定,熔滴過度不規(guī)則,導(dǎo)致了焊縫成形不規(guī)則,造成連續(xù)或斷續(xù)咬邊、根部未焊透、根部熔合不良等缺陷,如圖2所示。

磁偏吹的存在還削弱了電弧周圍的保護(hù)氣氛,使熔池中易混入有害氣體,從而引起氣孔、夾渣等缺陷。

三、管道焊接施工中消除和減少磁偏吹的方法

采用交流電源或脈沖電源代替直流電源,用小電流、短弧焊接,對(duì)于長(zhǎng)、大的工件可采用兩端連接地線的方法等。但長(zhǎng)輸管道由于焊接施工大多在野外環(huán)境中進(jìn)行,對(duì)施工環(huán)境、焊接材料、焊接設(shè)備等難以進(jìn)行選擇,且管口的剩磁很難消除,采用上述方法往往效果不明顯。因此經(jīng)常采用的方法有:

1.地線接地法

進(jìn)行焊接施工時(shí),將焊接電源的接地線接至焊接坡口內(nèi),再?gòu)暮附悠驴趦?nèi)地線連接點(diǎn)處接出金屬線連到泥土中。這種方法對(duì)于地線位置不正確、坡口切割的等原因造成的一般性磁偏吹有較好的效果。

2. 焊縫滑塊法或點(diǎn)焊法

在管道焊接施工中,在坡口焊縫根部焊接時(shí),往往產(chǎn)生強(qiáng)烈的磁偏吹,這是由于兩個(gè)對(duì)接管段管口處的磁場(chǎng)強(qiáng)度不一樣。因此,在焊縫坡口內(nèi)放置滑塊,或用氬弧焊的方法均勻點(diǎn)焊4至6個(gè)點(diǎn),然后再進(jìn)行根焊,磁偏吹現(xiàn)象可大大減小。

3. 焊接電纜纏繞法

根據(jù)磁偏吹方向判斷磁場(chǎng)的方向,將焊槍電纜的中部在管口的任一端纏繞數(shù)圈,在線圈通電的同時(shí)進(jìn)行焊接。

四、幾點(diǎn)結(jié)論

在長(zhǎng)輸管道焊接施工中常常采用地線接地法來消除和減少磁偏吹,一般可以獲得滿意的效果。

對(duì)于舊管道進(jìn)行焊接施工,因舊管道具有較大的剩磁強(qiáng)度,從而造成嚴(yán)重的磁偏吹,采用焊縫滑塊法或點(diǎn)焊法可大大減小磁偏吹現(xiàn)象。

焊接電纜纏繞法由于在操作上有一定的難度,在管道焊接施工中較少采用。

(作者單位:山西省太原選煤廠)