壓力管道焊接的消磁辦法及應(yīng)用

李春奎

（錦州石化公司，遼寧 錦州 121001）

壓力管道焊接的消磁辦法及應(yīng)用

李春奎

（錦州石化公司，遼寧 錦州 121001）

壓力管道坡口“帶磁”是焊接時(shí)經(jīng)常遇到的困難，在焊接時(shí)，會(huì)出現(xiàn)電弧燃燒不穩(wěn)定、引弧困難、電弧偏離、液體金屬從熔池中濺出，造成多氣孔、未焊透、未熔合等重大焊接質(zhì)量隱患。本文針對(duì)錦州石化公司工程公司在焦化裝置大修施工時(shí)出現(xiàn)的焊接偏弧現(xiàn)象，對(duì)管道內(nèi)偏弧進(jìn)行分析，并采取了合適的消磁方法。

管道焊接；偏弧；消磁

壓力管道安裝中，會(huì)遇到焊接時(shí)偏弧現(xiàn)象，給焊接操作帶來很大的麻煩。2013年9月，錦州石化公司焦化裝置大修中，焦炭塔塔底管線管壁變薄，需更換彎頭和部分管線。在進(jìn)行氬弧打底組對(duì)焊接時(shí)出現(xiàn)了異常情況，氬弧焊絲被坡口邊緣的強(qiáng)烈磁性吸引，產(chǎn)生顫震和粘連。改用焊條點(diǎn)固焊時(shí)，起弧后，坡口內(nèi)電弧無法正常點(diǎn)燃，焊接電弧呈“四周噴射”狀，熔化的熔滴從坡口向外飛濺，焊條也緊粘在坡口上，不能正常焊接。

1 管道焊接產(chǎn)生偏弧的原因分析

在進(jìn)行壓力管道焊接施工過程中，引發(fā)偏弧的主要原因是管道中存在剩磁。剩磁可以劃分為感應(yīng)磁性與工藝磁性兩種形式。產(chǎn)生感應(yīng)帶磁大致有以下幾種因素：（1）管材熔煉制造過程。（2）管材存放位置有強(qiáng)磁場。（3）電磁起重機(jī)吊裝。（4）螺旋焊縫的無損檢測(cè)。（5）鋼管接近強(qiáng)力供電線放置。

產(chǎn)生工藝帶磁大致有以下幾種因素：（1）焊口受加熱處理過程時(shí)產(chǎn)生的磁力線的影響。（2）磨光機(jī)強(qiáng)力打磨，引起坡口帶磁。（3）磁性夾具的影響。（4）用直流電焊接管道時(shí)產(chǎn)生的磁場。（5）管材堆放位置受外部環(huán)境的影響。（6）管內(nèi)介質(zhì)高速流動(dòng)，與管內(nèi)壁摩擦產(chǎn)生的靜電產(chǎn)生的磁場。

2 發(fā)生偏弧問題的影響及危害

在壓力管道安裝作業(yè)過程中，偏弧現(xiàn)象導(dǎo)致無法正常施焊，給管道焊接帶來了很大的影響及危害。具體表現(xiàn)為： （1）采用氬弧焊接時(shí)，氬弧焊絲粘連到坡口上。（2）根焊過程中，造成焊接電弧嚴(yán)重偏弧，呈現(xiàn)大量飛濺，聲音異常。（3）不能形成熔池，母材與焊材不能融合，焊縫不能成型。（4）造成電弧燃燒不充分、不穩(wěn)定，出現(xiàn)咬邊、未熔合、未焊透等缺陷。（5）熔池中混入空氣，出現(xiàn)氣孔，呈蜂窩狀。如不進(jìn)行妥善處理，執(zhí)意“堆砌”成焊縫，焊縫因存在氣孔，強(qiáng)度和力度降低，直接影響壓力管道的性能。

3 消磁工藝與方法

管道消磁原理就是在壓力管道外部施加一個(gè)與管道磁性相反、大小相等的磁場，或者利用工具將管道的磁力線聯(lián)通，使管道的磁場強(qiáng)度等級(jí)為弱磁。具體情況如見表1。

表1 磁場感應(yīng)強(qiáng)度與焊接關(guān)系

對(duì)于焊接之前進(jìn)行的消磁處理來說，管道消磁應(yīng)按照以下順序進(jìn)行：（1）利用磁力計(jì)確定管道剩磁的大小和方向。（2）選擇合適的消磁方法。（3）準(zhǔn)備好所需的設(shè)備、工具。（4）對(duì)帶磁壓力管道對(duì)接處進(jìn)行處理。（5）經(jīng)過技術(shù)處理之后再對(duì)剩磁量進(jìn)行檢測(cè)，判斷是否適合焊接。

結(jié)合施工現(xiàn)場消磁方法，帶磁管道的消磁方法主要有以下七種：（1）搭橋法。 搭橋法工作原理是利用磁鐵在兩極顯磁性，而在磁鐵內(nèi)部不顯磁性的特性，將兩個(gè)磁體用導(dǎo)磁金屬聯(lián)通，使之成為一個(gè)整體，此時(shí)焊縫根部位置相當(dāng)于該磁體的內(nèi)部，因而不顯磁性。具體做法為：用厚度3mm左右鋼板或者管材制作一個(gè)夾套板，如圖1所示。要求夾套板的弧度和管口的弧度一致，并緊貼在管口四周，在夾套板中間割2～4個(gè)用于點(diǎn)固焊的開槽口，便于點(diǎn)固焊接。在夾套板末端焊四個(gè)翼板，鉆四個(gè)圓孔，便于用螺栓緊固連接。焊接前，用夾套板將管口固定住，在開槽處進(jìn)行點(diǎn)固焊接。焊接時(shí)，熔池深度不宜超過管道壁厚的1/3，否則可能被磁性吸附至管口內(nèi)壁上。再旋轉(zhuǎn)移動(dòng)夾套板，繼續(xù)點(diǎn)固焊。從開槽處對(duì)稱點(diǎn)固焊接幾段后，坡口內(nèi)偏磁場幾乎消失，可去掉夾套板繼續(xù)焊接。（2）利用專業(yè)消磁設(shè)備。 目前市場上已有成型的消磁設(shè)備，此種設(shè)備操作簡單，可在設(shè)備上實(shí)現(xiàn)磁場極性轉(zhuǎn)換，其工作原理是利用焊接整流器或者變壓器作為電源，調(diào)節(jié)輸出電流，在管道外部形成一個(gè)與管道磁性相反、大小相等的磁場，用磁力計(jì)檢測(cè)管道磁場強(qiáng)度，當(dāng)?shù)陀?0GS時(shí)，可滿足焊接需求。近年來在施工作業(yè)中被廣泛應(yīng)用。（3）直流電繞線組法。在磁化的管道上纏繞直流電焊把線，與焊接變流器按順序連接，保障磁場作用的方向同鋼管磁場的作用方向呈相反狀態(tài)。焊接作業(yè)時(shí)電焊把線通過電流，產(chǎn)生磁性，調(diào)整電流大小和方向，抵消磁化管道本體的磁性。應(yīng)用磁力計(jì)，對(duì)鋼管剩磁磁場的方向、大小等參數(shù)進(jìn)行確定。在初始進(jìn)行消磁過程中，電流約有80～110A；當(dāng)電源接通后，放入磁力計(jì)，觀察磁力計(jì)的數(shù)值。當(dāng)管道磁場強(qiáng)度小于要求值時(shí)，緩慢的減小電流至零。斷開電源后可以焊接。（4）交流電繞線組法。交流電消磁方法是用一根焊把線纏繞在焊縫兩側(cè)的管道上，并將鋼絲接入到回路中。鋼絲要安裝在石棉磚等具有絕緣性、阻燃性的墊板上。通過鋼絲的作用可以優(yōu)化電流大小來控制消磁磁場。鋼絲被加熱一段時(shí)間后熔斷。對(duì)于整個(gè)熔斷的時(shí)間，與鋼絲的長度、直徑、電流值等相關(guān)；當(dāng)鋼絲被熔斷之后，可以利用磁力計(jì)對(duì)剩磁進(jìn)行檢測(cè)，如果消磁效果不佳，則可以反復(fù)消磁。（5）磁鐵消磁方法。磁鐵消磁方法主要包括電磁鐵、永久性磁鐵兩種形式。一般用在已對(duì)接好的對(duì)好口的管道上。電磁鐵消磁時(shí)，將電磁鐵的N級(jí)一端與帶有磁性的S級(jí)鋼管邊緣相連接，同時(shí)管磁性N級(jí)與磁鐵的S級(jí)相連接。通電后，先用磁力計(jì)檢測(cè)管道的磁場強(qiáng)度和方向。隨著調(diào)節(jié)電流來改變磁場強(qiáng)度，改變電源的正負(fù)極來改變磁場方向。滿足焊接條件后立即焊接。

圖1

永久性磁鐵消磁時(shí)，先利用磁力計(jì)確定鋼管的磁場方向，再確定下永久性磁場方向，使磁鐵磁極和管道磁極相反。如果永久性磁鐵磁性強(qiáng)度不夠，可以將磁鐵連接起來使用，滿足消磁的效果。當(dāng)管道的對(duì)接位置完成消磁之后，就要對(duì)焊縫立即進(jìn)行焊接。焊完后將磁鐵移動(dòng)到下一點(diǎn)固焊區(qū)間，為了保證消磁的效果，盡量使磁鐵坡口；移動(dòng)磁鐵時(shí)，要順著管道表面滑動(dòng)，這樣可以達(dá)到更好的效果。當(dāng)所有的消磁工序完成之后，再用磁力計(jì)測(cè)量剩磁多少。（6）升溫法。此種方法主要針對(duì)帶磁性不大的管道。管道組對(duì)完以后，可以用氧乙炔火焰或者電加熱帶加熱坡口，把管道加熱到居里點(diǎn)以上。冷卻后，管道內(nèi)剩磁消失。但加熱到居里點(diǎn)以上的溫度相當(dāng)于對(duì)管道進(jìn)行了熱處理，改變了管道的金屬性能和屬性。違背了現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)。在室外焊接時(shí)，焊接的勞動(dòng)條件惡劣，將焊件加熱并維持到居里點(diǎn)溫度以上，有著相當(dāng)大的難度，且焊接操作極難掌握，合格率低。如果加熱溫度不高，消磁作用不大。（7）清洗法 。有些壓力管道帶有弱磁，焊接時(shí)也會(huì)出現(xiàn)偏弧、熔池飛濺等情況，是由于焊口表面滲入四氧化三鐵，采用丙酮等試劑清洗焊口。點(diǎn)焊時(shí)，用手錘輕輕敲擊管口外壁破壞帶磁管道磁場的磁力線，最終達(dá)到滿足焊接的條件。

4 結(jié)語

通過對(duì)消磁方法的分析，此次焊接采用了搭橋法，多點(diǎn)焊接后，坡口處磁力基本消失。逐步打磨掉最初質(zhì)量不好的焊縫，重新根焊。根焊完成后，進(jìn)行填充、蓋面焊接時(shí)，沒有發(fā)生偏弧現(xiàn)象。經(jīng)射線探傷檢測(cè)，合格。通過此法，簡單、有效，成功的解決了這次施工出現(xiàn)的偏弧問題。在今后壓力管道施工中，管線更換、管線整改作業(yè)會(huì)越來越多。同時(shí)遇到管道剩磁現(xiàn)象也會(huì)時(shí)有發(fā)生。應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場的實(shí)際情況，選擇簡單、可操作的消磁方法，為焊接質(zhì)量提供保障。

[1]王云峰.強(qiáng)磁性管道現(xiàn)場焊接消磁技術(shù)[J].石油化工建設(shè)，2009（1）.

[2]金娜，陳保東，韓莉,等.管道焊接前消磁方法[J].管道技術(shù)與設(shè)備，2009（5）.

[3]徐宏偉，高小華.談壓力管道焊接時(shí)坡口消磁辦法[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2012（9）.

[4]許貴芝.俄羅斯管道焊接前的現(xiàn)代消磁方法[J].焊管，2002,25(5).

[5]張勇.天然氣長輸管道帶磁原因及施工時(shí)的消磁方法[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2016(21).

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