钢管20# 无缝钢管带磁性的原因,怎样消磁?如果带磁性焊接偏弧怎么办? 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，根据钢管剩磁大小绕 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。 维普资讯 http://www.cqvip.com 焊 管 2002年9月 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 质量 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 维普资讯 http://www.cqvip.com 第25卷第5期 许贵芝编译：俄罗斯管道焊接前的现代消磁方法 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 3(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 程。 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 维普资讯 http://www.cqvip.com · 60· 焊 管 2002年9月 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