磁偏吹對油氣管道焊接質(zhì)量影響的探討

吉西峰

【摘要】本文首先介紹了磁偏吹現(xiàn)象，包括其產(chǎn)生的機理和原因，然后分析研究了磁偏吹對焊接質(zhì)量的影響和減小消除磁偏吹的方法，最后總結(jié)了在長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，還采用點焊法或焊縫滑塊法。

【關(guān)鍵詞】磁偏吹；焊接；磁場；電弧

第一章 引言

在石油天然氣的管道焊接施工過程中，常常會產(chǎn)生磁偏吹現(xiàn)象。這些電弧磁偏吹大致可以分為兩類：一類是由于焊條或藥芯偏心，電弧周圍的氣流受到干擾，接地線位置不正確等原因造成的，一般通過遮擋氣流、更換焊條、調(diào)整焊接角度、調(diào)整接地線位置或者重新擺放焊接設(shè)備的位置進行消除或減少；另一類電弧磁偏吹，其產(chǎn)生的原因和機理不是很明確，在幾公里甚至幾十公里長的管線焊接施工過程中一直存在，嚴重時會將焊條或焊絲吸到一邊，這將嚴重影響焊接過程和焊接成型的質(zhì)量，耽誤了工程進度，通過分析研究以及相應(yīng)的現(xiàn)場處理及改進，利用反消磁法等相關(guān)方法可以在一定程度上克服磁偏吹現(xiàn)象。

第二章 磁偏吹的產(chǎn)生

2.1磁偏吹產(chǎn)生的機理

在油氣管道焊接過程中，焊接電弧的弧柱是具有一定電離度的氣體，其從宏觀上來看是中性的，但是微觀上確實正、負電荷分離的，可以朝一定方向運動從而形成電流，在焊接電弧的周圍產(chǎn)生磁場，此時電弧自身產(chǎn)生的磁場均勻性就會被破壞，電弧受力就會不均勻，從而使得電弧偏離焊絲（焊條）的軸線方向，這就被稱為磁偏吹現(xiàn)象[1]。

2.2磁偏吹產(chǎn)生的原因

磁偏吹主要由三個原因造成，感應(yīng)磁場的產(chǎn)生、電弧周圍磁性材料分布不對稱以及焊件的剩磁場以及周圍場地磁場所引起的磁偏吹。

2.2.1感應(yīng)磁場的產(chǎn)生 電流流過工件方向時會產(chǎn)生一定強度的磁場，此時會引起磁偏吹。焊接時，不僅通過焊條與電弧的電流在空間上產(chǎn)生磁場，而且通過工件的電流，當焊條垂直于工件時，由于電流通路在電弧處相互垂直，且電弧左側(cè)空間的兩段導(dǎo)體周圍產(chǎn)生的磁力線疊加，從而提高了此處磁力線的密度，而電弧右側(cè)的空間只有電弧本身產(chǎn)生的磁力線，因此磁力線密度比左側(cè)的小，電弧周圍左側(cè)和右側(cè)的磁力線密度分布不均勻，使磁力線密度大的地方產(chǎn)生對電弧的推力，并指向磁力線密度小的地方，使電弧偏離焊條的軸向，形成電弧的磁偏吹。對于管道焊接施工時因電流流過工件所產(chǎn)生的磁偏吹，往往可以通過選擇接地線的連接方式和連接位置，可較容易消除和減少電流流過工件引起的磁偏吹，不會對焊接過程造成較大的影響。

2.2.2電弧周圍的磁性材料分布不對稱 電弧周圍的磁性材料分布不均勻產(chǎn)生的磁偏吹。在靠近焊接電弧的一側(cè)有一良性導(dǎo)磁體（鋼板）存在時，磁力線將走磁阻小的通路，使較多的磁力線集中到良導(dǎo)磁體中，電密度顯著降低，破壞了空間磁力線分布的均勻性，電弧偏向良導(dǎo)磁體的一側(cè)，看上去好像是鋼板吸走了電弧，實際上電弧是被另一側(cè)較強的磁場推了過去。電弧一側(cè)的鋼板越大或者距離越近，引起磁力線的密度分布不對稱就會加劇，電弧的磁偏吹就越厲害。

2.2.3焊件的剩磁場 焊件的剩磁場以及周圍場地磁場所引起的磁偏吹，在進行體積大的鋼結(jié)構(gòu)件焊接時，磁偏吹主要來自焊件的剩磁場。當焊件有較大的剩磁場時，它與電弧磁場疊加，從而改變了電弧周圍磁場的均勻性，使得電弧偏離焊絲（焊條）的軸線方向，產(chǎn)生了了磁偏吹現(xiàn)象。如果焊接焊口的剩磁強度超過一定值，磁偏吹現(xiàn)象就會很嚴重，甚至無法進行焊接。

第三章 磁偏吹對焊接質(zhì)量的影響

3.1使焊接電弧飄移

焊接過程中，因焊條藥皮偏心的影響、氣流的干擾和磁場的磁力作用，使焊接電弧的中心相對于焊條軸線產(chǎn)生偏移。

3.2使電弧燃燒不穩(wěn)定

磁偏吹現(xiàn)象不僅使電弧燃燒變得不穩(wěn)定，飛濺加大，在熔滴下落時失去保護，還會嚴重影響焊縫的成形。

第四章 減小和消除磁偏吹的方法

4.1反消磁法

反消磁法，即讓焊件產(chǎn)生相反的磁場來抵消焊件上的剩磁，從而克服和消除磁偏吹對焊接電弧的影響[2]。

4.1.1概述 消磁法，即為利用物理的原理逆電弧方向纏繞直流電纜，利用消磁機的原理，利用現(xiàn)場有限、直接的材料進行簡易消磁機的制作。在對母材帶磁性焊件氬弧焊打底時，母材的磁場造成了電弧有規(guī)律的偏移，而這個有規(guī)律的偏移，就是我們要利用的繞匝方向判斷依據(jù)。手工鎢極氬弧焊時，電源采用直流正接法，即焊槍接電源的負極，焊件接電源的正極，也就是說，焊接電流的流動方向是焊槍到焊件。如果將焊接電弧看成是一根導(dǎo)線，根據(jù)右手螺旋法則，將右手四指指向電弧偏移方向，那么母指所指的方向即為母材本身所帶磁場的“N”極。同理將焊接電纜線逆電弧偏移方向，在帶磁性管子上的焊接接頭附近纏繞數(shù)匝（根據(jù)情況試驗匝數(shù)的多少），使之產(chǎn)生反向磁場，以消除電弧偏移。隨著纏繞匝數(shù)的增加，電弧偏移的現(xiàn)象會逐漸減弱，直至電弧燃燒恢復(fù)正常，表明磁感應(yīng)強度完全消失。在焊接把線纏繞的情況下，施行打底焊接，退磁和焊接同步進行，既簡便又快捷。而且，經(jīng)實踐證明，采用把線纏繞焊接過程中，焊接電流不會發(fā)生變化，不需調(diào)節(jié)焊接電流，電弧燃燒穩(wěn)定[3]。

4.2地線接地法

在進行焊接施工時，將焊接電源的地線接至焊接坡口內(nèi)，再從焊接坡口內(nèi)地線連接點處引出一根金屬線連至泥土中，這種方法對于地線位置不正確、坡口切割等原因造成的靜電電荷引起的假磁偏吹有較好的效果。

4.3電纜纏繞法

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

4.4點焊法或焊縫滑塊法

在管道焊接的施工過程中，在坡口焊縫根部焊接時，往往會產(chǎn)生強烈的磁偏吹，這是由于兩個對接管管口處的磁場強度不一樣。因此，在焊縫坡口內(nèi)放置滑塊，或用氬弧焊的方法均勻電焊4至6個點，然后再進行跟焊，磁偏吹現(xiàn)象可大大減小。

4.5其它方法

在制定工藝方案時應(yīng)該考慮有關(guān)措施，以控制磁偏吹現(xiàn)象。通?？刹捎靡韵路椒ǎ?（1）在直流熔化極電弧焊電流超過250A時，改用交流電源；（2）使用短弧焊接；（3）減小焊接電流，但此法可能會減小焊速；（4）焊條向磁偏吹相反的方向傾斜。

第五章 總結(jié)

由于感應(yīng)磁場的產(chǎn)生、電弧周圍磁性材料分布不對稱或者焊件的剩磁場，造成電弧偏離焊絲（焊條）的軸線方向，被稱為磁偏吹現(xiàn)象。磁偏吹現(xiàn)象使得焊接電弧飄移和電弧燃燒不穩(wěn)定，對管道焊接施工工程具有重要的影響。

人們在生產(chǎn)實際過程中，會使用一定的方法來消除或者克服磁偏吹現(xiàn)象。在長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。對于舊管道進行焊接施工，因舊管道具有較大的剩磁強度，從而造成嚴重的磁偏吹現(xiàn)象，采用點焊法或焊縫滑塊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。

參考文獻

[1]徐鐵恒，范永明.管道焊接過程中克服磁偏吹的方法.施工技術(shù)，2010，18（3）：43

[2]王貴生.克服和消除磁偏吹對焊接電弧影響的方法.焊管，2000，3（2）：78～79

[3]劉坤.焊接過程中磁偏吹的影響及消.內(nèi)蒙古石油化工，2010，14（18）：7～9