鋼管20# 無(wú)縫鋼管帶磁性的原因,怎樣消磁?如果帶磁性焊接偏弧怎么辦? 摘 要 分析了鋼管中剩磁產(chǎn)生的原因及其對(duì)焊接質(zhì)量的影響。介紹了俄羅斯管道焊接 前的消磁工藝過(guò)程和消磁方法。生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)證明該方法實(shí)用、有效。 主題詞 管道 鋼管 焊接 剩磁 消磁 工藝 1 剩磁產(chǎn)生原因及對(duì)焊接質(zhì)量影響 在建設(shè)和修理煤氣管道進(jìn)行焊接作業(yè)時(shí)，有 時(shí)會(huì)出現(xiàn)磁偏吹影響焊接過(guò)程的現(xiàn)象。磁偏吹的 形成是管金屬中存在剩磁的結(jié)果。通常，將剩磁分 為感應(yīng)磁性和工藝磁性兩種。感應(yīng)磁性常產(chǎn)生在 工廠制管的環(huán)節(jié)中，如：金屬熔煉、采用電磁起重 機(jī)進(jìn)行裝卸、鋼管在強(qiáng)磁場(chǎng)中停置、用磁化法完成 無(wú)損檢查、鋼管接近強(qiáng)力供電線放置等等。工藝磁 性常產(chǎn)生在進(jìn)行裝配焊接作業(yè)及采用磁性?shī)A持 器、夾具與用直流電焊接管道時(shí)，如：長(zhǎng)時(shí)間接觸 與直流電源相連的電導(dǎo)線，導(dǎo)線裸露段或者電焊 鉗與管子的短路等。 焊接帶磁性鋼管時(shí)，經(jīng)常會(huì)看到電弧引燃的 困難、電弧燃燒穩(wěn)定性的破壞、在磁場(chǎng)中電弧的偏 離、液體金屬和渣熔融體從焊接熔池中的濺出。 為了穩(wěn)定焊接過(guò)程，改善焊接接頭質(zhì)量，被磁 化了的鋼管在焊接前要進(jìn)行消磁。應(yīng)該指出，被焊 接的鋼管要達(dá)到完全消磁是困難的。所以，當(dāng)剩磁 不足于影響焊接質(zhì)量時(shí)，便允許進(jìn)行焊接。 2 俄羅斯管道焊接的消磁方法 在野外條件或半成品基地里進(jìn)行管道焊接和 修理時(shí)，特別需要進(jìn)行消磁。俄羅斯有關(guān)部門制定 了相應(yīng)的管道消磁工藝文件。文件中包含了當(dāng)代 進(jìn)行類似作業(yè)的國(guó)內(nèi)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)。 2．1 消磁工藝過(guò)程 針對(duì)焊接前的消磁，制定了單根鋼管和鋼管 對(duì)接處的消磁工藝，包括以下內(nèi)容：① 確定鋼管剩 磁場(chǎng)的大小和方向；② 選擇消磁的方法、系統(tǒng)圖和 技術(shù)手段；⑧ 用選定的消磁方法對(duì)鋼管或者焊接 的對(duì)接處消磁；④ 檢查經(jīng)過(guò)消磁后的剩磁量，看其 是否滿足要求。 2．2 消磁方法 在已制定的工藝文件中，規(guī)定了以下的消磁 方法：用直流電或者交流電，以及借助于電磁鐵或 者永磁鐵所建立的磁場(chǎng)方法。 分析剩磁參數(shù)(見(jiàn)表1)，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)具體 條件(例如給定的裝備等)，選擇消磁方法和系統(tǒng)。 表1 剩磁等級(jí)與焊接條件 剩磁等級(jí) 剩磁感應(yīng)強(qiáng)度(×10 T) 焊接條件 弱 <20 不消磁 中等 2O～ 100 消磁 高 > 100 消磁 用截面35～50 mm 的焊接導(dǎo)線組成的電磁 線圈來(lái)完成直流電和交流電的消磁。導(dǎo)線繞在鋼 管或者兩根對(duì)接的鋼管上，根據(jù)鋼管剩磁大小繞 成匝數(shù)不同的線圈。用直流電消磁時(shí)，必須采用電 流為5o0～ 1 000 A 的焊接整流器或變流器，其中 包括多工位的。用交流電消磁時(shí)，采用電流為500 ～ 1 000 A 的焊接變壓器。所有被采用的電源應(yīng) 有遙控和電流調(diào)節(jié)裝置，允許采用鎮(zhèn)定變阻器。當(dāng) 采用焊接變壓器消磁時(shí)，推薦使用輕便的電流測(cè) 量卡表LI一4505、LI一4501等來(lái)測(cè)量消磁電流。借 助專用的電磁鐵消磁，要采用焊接整流器或者變 壓器作為電源來(lái)進(jìn)行，見(jiàn)圖1(a)。用永磁鐵消磁 時(shí)，則不需要電源，見(jiàn)圖1(b)和(c)。 鋼管的消磁分三個(gè)等級(jí)，見(jiàn)表1。 維普資訊 http://www.cqvip.com 焊 管 2002年9月 圖1 用電磁鐵(a)、C形永磁鐵(b) 和圓柱形永磁鐵(c)對(duì)對(duì)接管端消磁系統(tǒng)圖 1一被消磁鋼管 2 電磁鐵3一焊接導(dǎo)線 4 直流焊接電源 5一C形永磁鐵 6 圓柱形永磁鐵 消磁時(shí)，磁場(chǎng)應(yīng)該大于剩磁磁場(chǎng)： H 一(1．2～ 1．5)H ! 式中H 消磁磁場(chǎng)強(qiáng)度； H。剩磁磁場(chǎng)強(qiáng)度。 消磁磁場(chǎng)強(qiáng)度按公式確定： H — I ·N 7I 式中，一線圈通電電流。A； N 消磁線圈匝數(shù)； L一繞組長(zhǎng)度，m。 為了測(cè)量磁性。推薦使用lIMI1 97 X 磁力 計(jì)。磁力計(jì)是一種輕便型儀表，用于評(píng)估磁系統(tǒng)空 氣間隙中脈動(dòng)磁場(chǎng)以及漏磁磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。 儀表由測(cè)量變流器、電子裝置和充電裝置組成。儀 表的電源為9V 的電瓶?jī)?nèi)裝式電池組，磁力計(jì)技 術(shù)特性見(jiàn)表2。 (1)用直流電消磁用直流電消磁的過(guò)程為： ① 借助于磁力計(jì)確定鋼管剩磁磁場(chǎng)的大小和方 表2 磁力計(jì)技術(shù)特性 被測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度范圍(×10 T) 1～ 1 999 靈敏度下限(×10 T) 1 調(diào)整工作規(guī)范時(shí)間(s) 30 電源充電后連續(xù)工作時(shí)間(h) 8 外形尺寸 電子裝置 1 70×60×35 (mm×mm×mm) 充電裝置部分 70×70×30 質(zhì)量 電子裝置 0．35 (kg) 測(cè)量變流器 0．35 向；② 在鋼管上配置截面35～50 mm 的柔性焊 接導(dǎo)線組成的線圈，將其接到一個(gè)或者兩個(gè)順序 連接的焊接變流器，使其形成的磁場(chǎng)作用方向與 鋼管剩磁場(chǎng)作用方向相反，見(jiàn)圖2；③ 在消磁開(kāi) 圖2 單根鋼管(中間部分)用直流電的消磁系統(tǒng)圖 1 被消磁鋼管 2 焊接導(dǎo)線 3 直流電焊接電源 始時(shí)，電流為8O～1OO A。④ 在消磁的過(guò)程中，必 須周期性地用磁力計(jì)在鋼管上檢查消磁磁場(chǎng)作用 的結(jié)果(在電源接通時(shí)進(jìn)行測(cè)量)。必要時(shí)，控制電 流或者改變它的方向(用在焊接變流器上換接導(dǎo) 線的方法)。⑤ 消磁結(jié)束以后，為了平滑地降低磁 通時(shí)，應(yīng)該在lmin內(nèi)逐漸減小電流，直到零值， 然后切斷電源。 用直流電消磁，可以按幾種方案完成。 單根鋼管消磁，先在鋼管一端沿外圓繞8～ 12匝的線圈，以最大的磁場(chǎng)值來(lái)消磁；然后以同 維普資訊 http://www.cqvip.com 第25卷第5期 許貴芝編譯：俄羅斯管道焊接前的現(xiàn)代消磁方法 樣方法為鋼管另一端消磁。 當(dāng)單根鋼管消磁到鋼管對(duì)接處時(shí)，將兩根鋼 管拉開(kāi)距離不小于300 mm，在距每一根管子端 面80～100 mm 處繞上18～20匝的線圈，并按圖 3(a)方法完成消磁。 圖3 鋼管對(duì)接裝配前用直流電消磁的系統(tǒng)圖 l一被消磁鋼管2一焊接導(dǎo)線3 直流焊接電源 4 帶焊條的電焊鉗5一金屬板片 在個(gè)別場(chǎng)合下，推薦使用將電焊鉗和金屬板 片接入電氣系統(tǒng)中消磁的方案，見(jiàn)圖3(b)。將裝 入電焊鉗中的焊條，在300 A 電流下與金屬板短 路10 s。然后斷開(kāi)。在每一次短路一一斷開(kāi)循環(huán)之 后，用磁力計(jì)檢查磁性，并在必要時(shí)重復(fù)消磁過(guò) 程。 當(dāng)對(duì)裝配好的對(duì)接處消磁時(shí)，在被對(duì)接鋼管 端繞上截面35～50 mm 的焊接導(dǎo)線，形成兩根 鋼管的共用線圈，見(jiàn)圖4(a)。線圈可以重疊繞(沿 順時(shí)針或者逆時(shí)針)，總匝數(shù)為16～22匝。此時(shí)， 匝數(shù)多的應(yīng)該在剩磁大一些的鋼管上。這種消磁 工藝往往是最佳的。 當(dāng)測(cè)量剩磁等級(jí)小于2O×10 T 以后，完成 焊縫根部的焊接。此時(shí)，推薦在小電流10～ 20 A 下進(jìn)行補(bǔ)充消磁。 (2)用交流電消磁 用交流電消磁可以應(yīng)用 于單根鋼管裝配前單根鋼管的末端，以及壁厚達(dá) 25 mm 的已裝配鋼管對(duì)接端。此時(shí)，除按上述方 圖4 用公用焊接導(dǎo)線對(duì)對(duì)接管端消磁系統(tǒng)圖 (a)用直流電消磁 (b)用交流電消磁 l一被消磁鋼管 2一公用焊接導(dǎo)線 3一直流焊接電源 4一平 滑降低電流的裝置(鋼絲) 5一絕緣材料墊板 6-焊接變壓器 法消磁以外，還有如下的補(bǔ)充：按圖4(b)的消磁 系統(tǒng)圖裝配，采用1根焊接導(dǎo)線組成的線圈，在回 路中接入長(zhǎng)0．5～ 1．0 m、直徑1．5～3．0 mm 的 鋼絲。這根鋼絲安置在絕緣且不可燃材料的墊板 (如石棉磚)上。鋼絲可以平滑地改變通電電流的 大小，從而改變消磁磁場(chǎng)的大小。當(dāng)電源接通后， 鋼絲被加熱并在一定時(shí)間內(nèi)燒斷。燒斷時(shí)間取決 于鋼絲直徑、長(zhǎng)度和電流值。在鋼絲燒斷后，用磁 力計(jì)檢查剩磁大小。當(dāng)消磁效果不足時(shí)，必須重復(fù) 消磁(有時(shí)需要4～5次)。 消磁系統(tǒng)的拆除，可在焊完根部焊縫后進(jìn)行， 推薦消磁后立即拆除。對(duì)于交流電的消磁，同樣可 以采用電氣調(diào)節(jié)器，以便平滑地改變電流的大小。 (3)用電磁鐵和永久磁鐵消磁 主要用在已 對(duì)接好的鋼管上長(zhǎng)1O0～200 mm 的個(gè)別區(qū)段，特 別是在正負(fù)號(hào)改變的磁場(chǎng)附近。此時(shí)，個(gè)別區(qū)段消 磁后，應(yīng)該完成根部焊縫的焊接，然后進(jìn)行下一段 的消磁。為了消磁，選用了具有專門結(jié)構(gòu)的電磁 鐵。電磁鐵安裝在鋼管對(duì)接處，見(jiàn)圖1(a)，使電磁 鐵的N極安置在有磁性S極的鋼管邊緣，而磁鐵 S極與管磁性N 極相接。在消磁過(guò)程中，必須借 助于磁力計(jì)定期地測(cè)量鋼管剩磁的方向與大小 (接通電源時(shí))。消磁磁場(chǎng)的大小通過(guò)改變電流大 維普資訊 http://www.cqvip.com · 60· 焊 管 2002年9月 小來(lái)調(diào)節(jié)，磁場(chǎng)方向通過(guò)改變電流方向來(lái)調(diào)節(jié)，亦 即轉(zhuǎn)換電源正負(fù)極來(lái)調(diào)節(jié)。 用永久磁鐵消磁，選用了IoH丑KT5合金制 造的C形或者圓柱形永磁鐵，見(jiàn)圖1(a)和(b)。當(dāng) 磁鐵正確安裝時(shí)，磁極應(yīng)該和被磁化的對(duì)接鋼管 的磁極相反。磁鐵安裝正確與否可用磁力計(jì)來(lái)檢 查。為了增強(qiáng)消磁的效果，磁鐵可以彼此連接(二 三個(gè)以上，其作用相同)。在對(duì)接區(qū)段消磁以后，必 須完成此處根部焊縫的焊接。此后，磁鐵應(yīng)該移至 下一個(gè)消磁區(qū)段。為了增加消磁磁場(chǎng)，磁鐵要接近 消磁處，反之可以去除磁鐵。沿鋼管表面移動(dòng)磁鐵 時(shí)，可以減小焊接對(duì)接處剩磁直到最小值。 為了改變消磁磁通量的方向，必須在水平面 上將C形磁鐵回轉(zhuǎn)180。，而裝在對(duì)接處邊緣的圓 柱形磁鐵要交換位置或者在垂直平面中回轉(zhuǎn) 180。。在每一道消磁工序后，必須用磁力計(jì)檢查剩 磁的大小。 3 結(jié) 論 俄羅斯消磁經(jīng)驗(yàn)表明，采用現(xiàn)有工藝文件中 的消磁方法是十分有效的。這種方法可以用在工 業(yè)部門各種管道的安裝、焊接和修理作業(yè)時(shí)