俄罗斯管道焊接前的现代消磁方法

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许贵芝 编译
(南京航空附件厂 210002)
摘 要 分析了钢管中剩磁产生的原因及其对焊接质量的影响。介绍了俄罗斯管道焊接前的消磁工艺过程和消磁方法。生产经验证明该方法实用、有效。
主题词 管道 钢管 焊接 剩磁 消磁 工艺
1 剩磁产生原因及对焊接质量影响在建设和修理煤气管道进行焊接作业时，有时会出现磁偏吹影响焊接过程的现象。磁偏吹的形成是管金属中存在剩磁的结果。通常，将剩磁分为感应磁性和工艺磁性两种。感应磁性常产生在工厂制管的环节中，如：金属熔炼、采用电磁起重机进行装卸、钢管在强磁场中停置、用磁化法完成无损检查、钢管接近强力供电线放置等等。工艺磁性常产生在进行装配焊接作业及采用磁性夹持器、夹具与用直流电焊接管道时，如：长时间接触与直流电源相连的电导线，导线裸露段或者电焊钳与管子的短路等。焊接带磁性钢管时，经常会看到电弧引燃的困难、电弧燃烧稳定性的破坏、在磁场中电弧的偏离、液体金属和渣熔融体从焊接熔池中的溅出。为了稳定焊接过程，改善焊接接头质量，被磁化了的钢管在焊接前要进行消磁。应该指出，被焊接的钢管要达到完全消磁是困难的。所以，当剩磁不足于影响焊接质量时，便允许进行焊接。
2 俄罗斯管道焊接的消磁方法在野外条件或半成品基地里进行管道焊接和修理时，特别需要进行消磁。俄罗斯有关部门制定了相应的管道消磁工艺文件。文件中包含了当代进行类似作业的国内外的先进经验。
2．1 消磁工艺过程
针对焊接前的消磁，制定了单根钢管和钢管对接处的消磁工艺，包括以下内容：① 确定钢管剩
磁场的大小和方向；② 选择消磁的方法、系统图和技术手段；⑧ 用选定的消磁方法对钢管或者焊接的对接处消磁；④ 检查经过消磁后的剩磁量，看其是否满足要求。
2．2 消磁方法
在已制定的工艺文件中，规定了以下的消磁方法：用直流电或者交流电，以及借助于电磁铁或者永磁铁所建立的磁场方法。分析剩磁参数(见表1)，结合施工现场具体条件(例如给定的装备等)，选择消磁方法和系统。
表1 剩磁等级与焊接条件
剩磁等级 剩磁感应强度(×10 T) 焊接条件弱 <20 不消磁中等 2O～ 100 消磁高 > 100 消磁用截面35～50 mm 的焊接导线组成的电磁线圈来完成直流电和交流电的消磁。导线绕在钢管或者两根对接的钢管上，根据钢管剩磁大小成匝数不同的线圈。用直流电消磁时，必须采用电流为5o0～ 1 000 A 的焊接整流器或变流器，其中包括多工位的。用交流电消磁时，采用电流为500～ 1 000 A 的焊接变压器。所有被采用的电源应有遥控和电流调节装置，允许采用镇定变阻器。当采用焊接变压器消磁时，推荐使用轻便的电流测量卡表LI一4505、LI一4501等来测量消磁电流。借助专用的电磁铁消磁，要采用焊接整流器或者变压器作为电源来进行，见图1(a)。
用永磁铁消磁时，则不需要电源，见图1(b)和(c)。钢管的消磁分三个等级，见表1。

图1 用电磁铁(a)、C形永磁铁(b)
和圆柱形永磁铁(c)对对接管端消磁系统图
1一被消磁钢管 2 电磁铁3一焊接导线
4 直流焊接电源 5一C形永磁铁 6 圆柱形永磁铁
消磁时，磁场应该大于剩磁磁场：H 一(1．2～ 1．5)H !
式中H 消磁磁场强度；H。剩磁磁场强度。
消磁磁场强度按公式确定：
H — I •N 7I
式中，一线圈通电电流。A；
N 消磁线圈匝数；
L一绕组长度，m。
为了测量磁性。推荐使用lIMI1 97 X 磁力计。磁力计是一种轻便型仪表，用于评估磁系统空
气间隙中脉动磁场以及漏磁磁场的磁感应强度。仪表由测量变流器、电子装置和充电装置组成。仪
表的电源为9V 的电瓶内装式电池组，磁力计技术特性见表2。
(1)用直流电消磁用直流电消磁的过程为：
① 借助于磁力计确定钢管剩磁磁场的大小和方
表2 磁力计技术特性
被测量磁感应强度范围(×10 T) 1～ 1 999灵敏度下限(×10 T) 1调整工作规范时间(s) 30 电源充电后连续工作时间(h) 8
外形尺寸 电子装置 1 70×60×35(mm×mm×mm) 充电装置部分 70×70×30 量 电子装置 0．35(kg) 测量变流器 0．35向；
② 在钢管上配置截面35～50 mm 的柔性焊接导线组成的线圈，将其接到一个或者两个顺序连接的焊接变流器，使其形成的磁场作用方向与钢管剩磁场作用方向相反，见图2；
③ 在消磁开图2 单根钢管(中间部分)用直流电的消磁系统图
1 被消磁钢管 2 焊接导线 3 直流电焊接电源始时，电流为8O～1OO A。
④ 在消磁的过程中，必须周期性地用磁力计在钢管上检查消磁磁场作用的结果(在电源接通时进行测量)。必要时，控制电流或者改变它的方向(用在焊接变流器上换接导线的方法)。
⑤ 消磁结束以后，为了平滑地降低磁通时，应该在lmin内逐渐减小电流，直到零值，
然后切断电源。用直流电消磁，可以按几种方案完成。单根钢管消磁，先在钢管一端沿外圆绕8～12匝的线圈，以最大的磁场值来消磁；然后以同样方法为钢管另一端消磁。
当单根钢管消磁到钢管对接处时，将两根钢管拉开距离不小于300 mm，在距每一根管子端
面80～100 mm 处绕上18～20匝的线圈，并按图 (a)方法完成消磁。
图3 钢管对接装配前用直流电消磁的系统图
l一被消磁钢管2一焊接导线3 直流焊接电源
4 带焊条的电焊钳5一金属板片在个别场合下，推荐使用将电焊钳和金属板
片接入电气系统中消磁的方案，见图3(b)。将装入电焊钳中的焊条，在300 A 电流下与金属板短
路10 s。然后断开。在每一次短路一一断开循环之后，用磁力计检查磁性，并在必要时重复消磁过 。当对装配好的对接处消磁时，在被对接钢管端绕上截面35～50 mm 的焊接导线，形成两根
钢管的共用线圈，见图4(a)。线圈可以重叠绕(沿顺时针或者逆时针)，总匝数为16～22匝。此时，
匝数多的应该在剩磁大一些的钢管上。这种消磁工艺往往是最佳的。
当测量剩磁等级小于2O×10 T 以后，完成焊缝根部的焊接。此时，推荐在小电流10～ 20 A
下进行补充消磁。
(2)用交流电消磁 用交流电消磁可以应用于单根钢管装配前单根钢管的末端，以及壁厚达
25 mm 的已装配钢管对接端。此时，除按上述方图4 用公用焊接导线对对接管端消磁系统图
(a)用直流电消磁 (b)用交流电消磁
l一被消磁钢管 2一公用焊接导线 3一直流焊接电源 4一平滑降低电流的装置(钢丝) 5一绝缘材料垫板 6-焊接变压器法消磁以外，还有如下的补充：按图4(b)的消磁系统图装配，采用1根焊接导线组成的线圈，在回路中接入长0．5～ 1．0 m、直径1．5～3．0 mm 的钢丝。这根钢丝安置在绝缘且不可燃材料的垫板(如石棉砖)上。钢丝可以平滑地改变通电电流的大小，从而改变消磁磁场的大小。当电源接通后，钢丝被加热并在一定时间内烧断。烧断时间取决于钢丝直径、长度和电流值。在钢丝烧断后，用磁力计检查剩磁大小。当消磁效果不足时，必须重复消磁(有时需要4～5次)。
消磁系统的拆除，可在焊完根部焊缝后进行，推荐消磁后立即拆除。对于交流电的消磁，同样可
以采用电气调节器，以便平滑地改变电流的大小。
(3)用电磁铁和永久磁铁消磁 主要用在已对接好的钢管上长1O0～200 mm 的个别区段，特别是在正负号改变的磁场附近。此时，个别区段消磁后，应该完成根部焊缝的焊接，然后进行下一段
的消磁。为了消磁，选用了具有专门结构的电磁铁。电磁铁安装在钢管对接处，见图1(a)，使电磁
铁的N极安置在有磁性S极的钢管边缘，而磁铁S极与管磁性N 极相接。在消磁过程中，必须借
助于磁力计定期地测量钢管剩磁的方向与大小(接通电源时)。消磁磁场的大小通过改变电流大小来调节，磁场方向通过改变电流方向来调节，亦即转换电源正负极来调节。
用永久磁铁消磁，选用了IoH丑KT5合金制造的C形或者圆柱形永磁铁，见图1(a)和(b)。当磁铁正确安装时，磁极应该和被磁化的对接钢管的磁极相反。磁铁安装正确与否可用磁力计来检
查。为了增强消磁的效果，磁铁可以彼此连接(二三个以上，其作用相同)。在对接区段消磁以后，必须完成此处根部焊缝的焊接。此后，磁铁应该移至下一个消磁区段。为了增加消磁磁场，磁铁要接近消磁处，反之可以去除磁铁。沿钢管表面移动磁铁时，可以减小焊接对接处剩磁直到最小值。为了改变消磁磁通量的方向，必须在水平面上将C形磁铁回转180。，而装在对接处边缘的圆柱形磁铁要交换位置或者在垂直平面中回转180。在每一道消磁工序后，必须用磁力计检查剩磁的大小。
3 结 论
俄罗斯消磁经验表明，采用现有工艺文件中的消磁方法是十分有效的。这种方法可以用在工业部门各种管道的安装、焊接和修理作业时。
参考文献
1 B I1 FPIIHEIIKO等．Op6HTa~I％HO!；I CBapKe c ABTOOFIpecco—
BKOH ABTOMaTaMH 0丑A一35~IET． CBapoq np—BO，2000(1)：38
～ 41