鋼管退磁技術(shù)在施工中的應(yīng)用

侯強(qiáng)+龔海潮+萬文濤+張宏+蔣喆

摘 要：鋼管剩磁影響后續(xù)深加工質(zhì)量，本文詳細(xì)介紹了常用的直流退磁、交流退磁、加熱退磁和復(fù)合退磁等三種方法的原理和應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)了退磁實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為施工現(xiàn)場(chǎng)提供了原理和方法。

關(guān)鍵詞：管線管；退磁；剩磁

0 前言

為確保質(zhì)量，鋼管生產(chǎn)廠對(duì)管體采用漏磁、渦流方法檢驗(yàn)，管端采用磁粉方法檢驗(yàn)。而漏磁、渦流和磁粉檢驗(yàn)過程均為充磁、檢驗(yàn)和退磁，如果參數(shù)調(diào)整不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致管端剩磁超出API標(biāo)準(zhǔn)均值不大于3mT要求，剩磁超標(biāo)將會(huì)加速加工刀具磨損、影響指針類以表精度、影響管料內(nèi)外表質(zhì)量、影響螺紋表面質(zhì)量、影響管線管焊接質(zhì)量等。隨著管線管使用環(huán)境逐步惡化，鋼級(jí)、性能等要求逐步提高，管料的退磁日趨重要。因此，本文將對(duì)鋼管退磁原理和方法進(jìn)行詳細(xì)分析，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工指導(dǎo)具有重要意義。

1 退磁原理

鐵磁材料不同其它材料在于含有磁疇，局部區(qū)域中的原子或分子磁矩呈平行排列。當(dāng)一種材料未磁化時(shí)，磁疇的取向是隨機(jī)的，它們各自的磁感應(yīng)之和等于零。當(dāng)材料處于磁化場(chǎng)強(qiáng)H中，磁疇則隨著施加的磁場(chǎng)排列，并增加了施加的磁場(chǎng)。當(dāng)移去磁化源H時(shí)，某些磁疇保持新的去向而不回復(fù)到原來的隨機(jī)去向，對(duì)外表現(xiàn)即為剩磁[1]。減小剩磁的方法即退磁。

退磁的方法是給工件施加一個(gè)磁化磁場(chǎng)，然后連續(xù)不斷的改變磁場(chǎng)方向，并逐漸減小外加磁化強(qiáng)度H到零。退磁原理即施加一個(gè)足以克服初始矯頑力高磁化強(qiáng)度，將工件至于方向隨時(shí)間交變的磁場(chǎng)中，產(chǎn)生磁滯回線（如圖1），在磁場(chǎng)強(qiáng)度逐步遞減至零的過程中，回線包圍面積越來越小，工件中剩磁也越來越小，最后趨于零。

2 退磁方法

目前，常用的退磁方法主要有：直流退磁、交流退磁、加熱退磁和復(fù)合退磁等三種方法。

2.1 直流退磁

直流退磁常用的有換向直流接觸線圈法和換向電纜繞結(jié)法等兩種。

換向直流接觸線圈法，采用高安培直流電流，并具備反轉(zhuǎn)電流記性的和逐步降低幅度至零的裝置。退磁周期一般是自動(dòng)控制的，約30秒可完成。當(dāng)使用線圈時(shí)，工件應(yīng)在線圈內(nèi)保持靜止直至退磁周期結(jié)束。當(dāng)使用接觸法時(shí)，應(yīng)保持接觸直至退磁周期結(jié)束。直流法穿透很深，也成功地用于難以退磁的工件。鑒于經(jīng)濟(jì)性考慮，通常把換向直流退磁用于相對(duì)大的固定式磁化裝置的設(shè)計(jì)之中。

換向電纜繞結(jié)法，采用在需要退磁的工件外表纏繞多匝大電流柔性電纜，而電纜則與固定式的直流磁化電源連接（如圖2）。交替轉(zhuǎn)換電流方向并通過多級(jí)調(diào)節(jié)降低幅度直至零，這通常由磁化電路內(nèi)裝的自動(dòng)電路來完成，但針對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)，沒有自動(dòng)退磁周期的電源裝置時(shí)，可用手動(dòng)變換電纜接頭并用手動(dòng)操作電流控制器來進(jìn)行退磁。此方法適用于管線管環(huán)向焊接施工現(xiàn)場(chǎng)，采用直流焊接電源，電流最大值達(dá)200A，直徑為Φ10～20mm焊接電纜纏繞管端10～15圈，逐步減小電流值、更換電極和瞬間通電，達(dá)到退磁目的，但用此方法退磁周期相對(duì)較長(zhǎng)（如圖3）。

2.2交流退磁

交流退磁常用的有交流電流穿過式線圈法和交流電流固定式線圈法等兩種。

交流電流穿過式線圈法退磁使用較多，該方法使用一個(gè)交變的電源供電的線圈，線圈以固定的振幅工作。由于電流是周期性交變的，故產(chǎn)生連續(xù)換向磁場(chǎng)，工件被傳送穿過線圈，使它在線圈范圍內(nèi)時(shí)受到最強(qiáng)磁場(chǎng)。工件從線圈出來，到達(dá)線圈磁場(chǎng)影響區(qū)之外，磁場(chǎng)強(qiáng)度逐漸降低至零。工件達(dá)到距線圈等于或大于線圈直徑的3或4倍，或1m遠(yuǎn)之間，線圈電源不能切斷。

交流電流固定式線圈法（如圖4），也是使用交變的電源供電的線圈，但線圈以變化的振幅工作。工件置于退磁線圈內(nèi)，隨著電流減小，磁場(chǎng)強(qiáng)度逐漸降低至零，取出工件即可。

由于交流電流趨膚效應(yīng)，磁場(chǎng)滲入工件深度不足，對(duì)消除直流磁化的剩磁效果不佳。

2.3 加熱退磁

加熱退磁法，是將鐵磁性材料加熱至居里點(diǎn)時(shí)，物質(zhì)內(nèi)部熱擾動(dòng)破壞了原子磁矩的平行排列，從而達(dá)到降低剩磁的目的。在加熱退磁過程中，可同時(shí)敲擊需退磁的工件，取得加速退磁的效果。而工業(yè)純鐵的居里點(diǎn)為770℃[2]。此方法即不經(jīng)濟(jì)，也不實(shí)用。

2.4 復(fù)合退磁

復(fù)合退磁法，是采用直流退磁和交流退磁組合在一起的退磁系統(tǒng)。一般其流程順序?yàn)橹绷髡?、直流退磁和交流退磁，其中退磁系統(tǒng)固定，待退磁工件從退磁線圈中勻速通過，達(dá)到目的。

3 退磁檢測(cè)

退磁過程剩磁情況及退磁最終效果，需要進(jìn)行檢測(cè)，尤其在鋼管焊接施工現(xiàn)場(chǎng)使用換向電纜繞結(jié)法退磁時(shí)，需要根據(jù)剩磁的極性決定電源電極正負(fù)接點(diǎn)。而剩磁檢測(cè)方法，一般有磁場(chǎng)指示器和霍爾效應(yīng)高斯計(jì)。

磁場(chǎng)指示器是一種手持器械，用于測(cè)量磁場(chǎng)的相對(duì)強(qiáng)度。使用時(shí)把它接近工件，并讀取指針的偏轉(zhuǎn)值可測(cè)得外磁場(chǎng)相對(duì)強(qiáng)度，測(cè)量時(shí)，磁場(chǎng)指示器指針支點(diǎn)端的邊緣應(yīng)緊靠在被檢工件上。因磁場(chǎng)指示器操作容易、方便和價(jià)廉，在工業(yè)上監(jiān)控退磁工藝有效性使用最普遍。

霍爾效應(yīng)高斯計(jì)是普遍使用的定量測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度的儀器。傳感元件在遙控手持探頭內(nèi)，通過柔性多觸點(diǎn)電纜與高斯計(jì)本體相連接。如此可測(cè)出緊靠工件表面處的磁場(chǎng)。此儀器通過自動(dòng)校零，可準(zhǔn)確顯示數(shù)值和磁場(chǎng)極性，在工廠也得到普遍使用。

在鋼管施工現(xiàn)場(chǎng)，沒有磁場(chǎng)指示器和霍爾效應(yīng)高斯計(jì)的情況下，可以使用一串回形針或焊接焊條，靠近管端，根據(jù)磁場(chǎng)對(duì)它的吸引力來判斷磁場(chǎng)強(qiáng)度。但此方法只能初略估計(jì)剩磁大小，不能正確評(píng)估剩磁值和極性。

4 結(jié)論

鋼管檢測(cè)、加工、涂覆和運(yùn)輸?shù)冗^程，都會(huì)對(duì)鋼管剩磁大小產(chǎn)生影響，因此有必要了解常用的退磁方法。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)得出以下結(jié)論：

（1）退磁前，了解產(chǎn)生剩磁的來源，便于選擇退磁方法。針對(duì)交流電流產(chǎn)生的剩磁，建議采用交流退磁；直流電流產(chǎn)生的剩磁，建議采用直流電流退磁。

（2）在現(xiàn)場(chǎng)條件具備前提下，退磁前使用磁場(chǎng)指示器和霍爾效應(yīng)高斯計(jì)判斷管端磁場(chǎng)極性，提高退磁效果。

（3）在調(diào)整退磁參數(shù)時(shí)，使用剩磁檢測(cè)設(shè)備或其他簡(jiǎn)易方法監(jiān)控退磁效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 美國無損檢測(cè)學(xué)會(huì). 美國無損檢測(cè)手冊(cè)[M]. 北京：世界圖書出版公司，1996年. 419頁。

[2] 張慶春，葉成廣，馬婉仙. 鐵磁性礦物居里點(diǎn)測(cè)定的新方法[J]. 長(zhǎng)春地質(zhì)學(xué)院學(xué)報(bào). 1988，18（2）：235頁。endprint