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发表于 2008-7-9 20:57:22
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来自： 中国江苏苏州
焊管·第25卷第5期·2002年9月
9 r, b( ~6 d7 d2 t/ b4 r7 F俄罗斯管道焊接前的现代消磁方法 ( L2 M7 }+ i# ^/ o3 Z
许贵芝 编译
1 x$ \ J$ p) X( S, V& `% l/ k(南京航空附件厂 210002)
: I2 T; x+ \1 H; n B& L' D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。
6 x3 d) `& A9 G& k* |! [0 k主题词 管道 钢管 焊接 剩磁 消磁 工艺
% V, Y" N/ @! H$ L5 B1 剩磁产生原因及对焊接质量影响
) h: I2 j' {# S8 N2 o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。
! j0 N4 F% J( g' [" K+ m3 d2 俄罗斯管道焊接的消磁方法 - d: d* u& t6 A: j. ^9 c' I" f
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。 ' A5 P5 z- V6 z; Z( p' r$ a9 D
2．1 消磁工艺过程 % U( q! X1 ?- `+ f
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。 ) y2 d. T7 ] \- \: Z. k! l
2．2 消磁方法
) |- m' O3 A; Q" K# i2 `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。
# Z) r3 o1 L# v5 H/ k7 h表1 剩磁等级与焊接条件
* W* e: e5 n, ?% c& M4 Z剩磁等级 剩磁感应强度(×10 T) 焊接条件 $ l4 }8 S/ S3 Y2 I- l, }
弱 <20 不消磁 ; l. ], q* o) C( I5 l; \
中等 2O～ 100 消磁 x1 I9 o+ ~! ?, ~3 \' ?
高 > 100 消磁 8 p" O0 u6 T, ], S
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 ! S; ~8 D( }. _$ t. d
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。
. \$ E( u; m8 u; c9 C' F焊 管 2002年9月
2 Q3 Q* m8 B# h' a; q+ J! p9 I图1 用电磁铁(a)、C形永磁铁(b)
N& g0 y5 I+ K5 K Q4 |和圆柱形永磁铁(c)对对接管端消磁系统图 ; P4 B5 D+ q" t0 S7 _/ l: F) ^
1一被消磁钢管 2 电磁铁3一焊接导线
) n: v6 b" Z0 l$ l! k- r2 |1 V) e4 直流焊接电源 5一C形永磁铁 6 圆柱形永磁铁
# s/ n. D; c2 \8 T, e0 i消磁时，磁场应该大于剩磁磁场： + D9 f6 j( M8 u7 |6 ~$ E
H 一(1．2～ 1．5)H !
2 l+ m6 g) g7 h- _% `% Z ?' b式中H 消磁磁场强度；
$ v# L( O k, G8 a: jH。剩磁磁场强度。 0 Y: Z! H$ L, ]8 f t
消磁磁场强度按公式确定： . j, @9 s, c7 M% q. D2 H/ g' N! ~
H — I ·N 7I ' U, b; S+ y' r: a( H H) V: Y
式中，一线圈通电电流。A；
4 y3 W- w9 T' [2 jN 消磁线圈匝数；
% H B1 G5 k" @/ n2 v x) YL一绕组长度，m。 ( {4 _, a" n) D' r/ m4 {8 _
为了测量磁性。推荐使用lIMI1 97 X 磁力
+ A4 g/ f) M; w4 Z/ \计。磁力计是一种轻便型仪表，用于评估磁系统空 ; l8 ]/ q5 M$ p/ _
气间隙中脉动磁场以及漏磁磁场的磁感应强度。 9 V8 R* p; t6 t! U( l! s2 V5 F/ d
仪表由测量变流器、电子装置和充电装置组成。仪 : E6 {, v; r* }# `
表的电源为9V 的电瓶内装式电池组，磁力计技
6 j. Q" \1 S& y" p0 e- O术特性见表2。
$ C; o4 w5 ? y' a0 U(1)用直流电消磁用直流电消磁的过程为：
6 f/ _# `# d+ a& _( B) Y) M① 借助于磁力计确定钢管剩磁磁场的大小和方
9 H) w; y* e; h* R/ ?表2 磁力计技术特性 5 J2 d' m5 r# L# O4 o
被测量磁感应强度范围(×10 T) 1～ 1 999
$ ^% u, c3 Z' b& {" F) V8 I灵敏度下限(×10 T) 1 , V) W6 g- ]: y/ K3 a$ R
调整工作规范时间(s) 30
* h; G. O) r. o电源充电后连续工作时间(h) 8
9 `5 n. ?, M# ^) N" [0 _( H外形尺寸 电子装置 1 70×60×35 5 S9 |/ Z1 J$ ], u+ V8 C6 `
(mm×mm×mm) 充电装置部分 70×70×30
* k. X5 i! \: ]- u质量 电子装置 0．35 ?( R6 d1 H/ p# i; E: ~& ?
(kg) 测量变流器 0．35 8 g, V- n3 r% \$ Q3 O
向；② 在钢管上配置截面35～50 mm 的柔性焊 % G: r2 ~1 ^/ s3 r2 d2 Z
接导线组成的线圈，将其接到一个或者两个顺序
; }- U+ i+ B6 g连接的焊接变流器，使其形成的磁场作用方向与
; K+ X3 S; u" d# d钢管剩磁场作用方向相反，见图2；③ 在消磁开
2 Y2 C0 z, W2 f ~图2 单根钢管(中间部分)用直流电的消磁系统图 , F$ Q1 y7 l! K/ i5 X" c
1 被消磁钢管 2 焊接导线 3 直流电焊接电源
; V" M" b6 P0 u' T4 [始时，电流为8O～1OO A。④ 在消磁的过程中，必
& L2 ~& j! I" `% P9 ~须周期性地用磁力计在钢管上检查消磁磁场作用
& ?9 T+ A3 e) |9 W% Q- b! E的结果(在电源接通时进行测量)。必要时，控制电 & V0 m7 W9 T) c$ F$ `
流或者改变它的方向(用在焊接变流器上换接导 3 }) X7 Z. J2 M! H2 ?0 e
线的方法)。⑤ 消磁结束以后，为了平滑地降低磁 6 m2 s3 B6 v) `: y
通时，应该在lmin内逐渐减小电流，直到零值， 6 l! l& |- v3 A7 r. y* e8 C5 a
然后切断电源。 ) @, I7 h7 x5 }5 c
用直流电消磁，可以按几种方案完成。
1 W+ L K7 W5 s# x7 n单根钢管消磁，先在钢管一端沿外圆绕8～
( }1 }6 I: e: [- X, o# ?12匝的线圈，以最大的磁场值来消磁；然后以同
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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
: @3 D; y. f5 Y2 `; | O样方法为钢管另一端消磁。 ! F+ ]8 \" y, i8 C
当单根钢管消磁到钢管对接处时，将两根钢
& I% n) _5 x, T0 d' Z管拉开距离不小于300 mm，在距每一根管子端 5 o( r; G* T y% k+ k" b
面80～100 mm 处绕上18～20匝的线圈，并按图
9 n# a k# E" R+ w! u$ B2 _3(a)方法完成消磁。 $ Y d7 R- g( `
图3 钢管对接装配前用直流电消磁的系统图
4 V% N3 Q) i' b& X( ?l一被消磁钢管2一焊接导线3 直流焊接电源
5 x, K+ q; ^1 R4 带焊条的电焊钳5一金属板片
0 b" F- f# c5 b! J' W1 m3 W在个别场合下，推荐使用将电焊钳和金属板 - ]8 w$ B9 T) W$ m: h1 B
片接入电气系统中消磁的方案，见图3(b)。将装
+ U* O: J7 y* N7 f入电焊钳中的焊条，在300 A 电流下与金属板短
6 t+ [& o/ b- g9 V, \* c路10 s。然后断开。在每一次短路一一断开循环之
% c w, A; d+ M# h$ |) C- s后，用磁力计检查磁性，并在必要时重复消磁过
2 u5 D0 e# M# D程。 # G4 T8 k: j) Z* `
当对装配好的对接处消磁时，在被对接钢管 5 {; f' X: `# D) J
端绕上截面35～50 mm 的焊接导线，形成两根 2 Q0 R6 Z- h, ^) \ k1 C4 j! F8 j
钢管的共用线圈，见图4(a)。线圈可以重叠绕(沿
, v0 @1 P9 O/ |! N顺时针或者逆时针)，总匝数为16～22匝。此时， : S% T- x& u$ {# I0 X
匝数多的应该在剩磁大一些的钢管上。这种消磁 ! H3 p. C% Y7 {4 Z$ a9 F) u
工艺往往是最佳的。
) t( D% Z) T% e当测量剩磁等级小于2O×10 T 以后，完成 , X' O+ C) h0 e5 e
焊缝根部的焊接。此时，推荐在小电流10～ 20 A + M; B k% L2 j. P$ x. `* Y0 I
下进行补充消磁。 : a/ M) z$ z2 s+ F: M1 {! i2 {8 x
(2)用交流电消磁 用交流电消磁可以应用
) U0 K7 ^2 w/ j* x8 j于单根钢管装配前单根钢管的末端，以及壁厚达
- J5 i; a- E5 L0 o0 F9 E25 mm 的已装配钢管对接端。此时，除按上述方 & p- u7 e5 @* I: c( b8 s$ }
图4 用公用焊接导线对对接管端消磁系统图
5 P$ B0 R1 N# I7 r(a)用直流电消磁 (b)用交流电消磁
: O) h5 T4 I4 }+ El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 % X; D9 h- c. I: x6 P N
滑降低电流的装置(钢丝) 5一绝缘材料垫板 6-焊接变压器 8 k( V( K2 ^ u$ B2 \- A; p
法消磁以外，还有如下的补充：按图4(b)的消磁 # Q, E( h- e+ o3 H% N
系统图装配，采用1根焊接导线组成的线圈，在回
* r& }% Y/ R& G# U4 ^* a路中接入长0．5～ 1．0 m、直径1．5～3．0 mm 的 / w% W) {% a8 v- W/ E6 i' j
钢丝。这根钢丝安置在绝缘且不可燃材料的垫板 ! e. P6 Q, E2 l* u: A# l! X
(如石棉砖)上。钢丝可以平滑地改变通电电流的
5 H2 w' T5 _8 D: w大小，从而改变消磁磁场的大小。当电源接通后， % u' F5 ?2 G5 s. q9 w( y
钢丝被加热并在一定时间内烧断。烧断时间取决
, Z. V" v" [3 V" c: d于钢丝直径、长度和电流值。在钢丝烧断后，用磁
& t' [% d7 t2 b9 M0 w G3 q力计检查剩磁大小。当消磁效果不足时，必须重复
" M2 j5 x' P% o3 _' w消磁(有时需要4～5次)。
8 b" ~9 w7 y c, l) \# D消磁系统的拆除，可在焊完根部焊缝后进行， 3 e% `+ W, O- s
推荐消磁后立即拆除。对于交流电的消磁，同样可
' v4 }/ r- g' }0 r# h/ L! h" {- X以采用电气调节器，以便平滑地改变电流的大小。
3 d+ P& \8 Q' p(3)用电磁铁和永久磁铁消磁 主要用在已 7 Z! c/ C: p/ Z+ W
对接好的钢管上长1O0～200 mm 的个别区段，特 1 o0 S: Y3 ]6 Q6 z5 |. V
别是在正负号改变的磁场附近。此时，个别区段消
2 _1 x6 R5 o ^0 G! s# m! T6 K" A$ s磁后，应该完成根部焊缝的焊接，然后进行下一段
/ C) Q8 o& U* W2 ~的消磁。为了消磁，选用了具有专门结构的电磁 5 O, o, z: P" W& I. Q& ^
铁。电磁铁安装在钢管对接处，见图1(a)，使电磁 ( L% Y: {7 Q' ?+ f
铁的N极安置在有磁性S极的钢管边缘，而磁铁
. x0 @! c% t0 G4 `/ US极与管磁性N 极相接。在消磁过程中，必须借 ( n% ~3 A# F6 U& r
助于磁力计定期地测量钢管剩磁的方向与大小 " j: f: q4 G7 |, o* ~
(接通电源时)。消磁磁场的大小通过改变电流大 ' V5 ~# F( ^/ h& V" C# L8 ?7 P
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· 60· 焊 管 2002年9月
; O9 q7 ?. P' _1 p: C6 Y9 Y7 I- e$ ]小来调节，磁场方向通过改变电流方向来调节，亦 4 }& J t; j1 R0 F/ m8 R! l+ Z
即转换电源正负极来调节。 ! w& L' I6 k3 Q9 R
用永久磁铁消磁，选用了IoH丑KT5合金制 # {0 ~( H! l6 \+ q1 ~; l6 m! f2 }
造的C形或者圆柱形永磁铁，见图1(a)和(b)。当 % f/ w0 P& h, s, [% {8 {
磁铁正确安装时，磁极应该和被磁化的对接钢管
, r( M* Q( @; K4 F) H) w$ Y+ J* `的磁极相反。磁铁安装正确与否可用磁力计来检 8 V# t- @4 |0 ?+ Z3 O1 U
查。为了增强消磁的效果，磁铁可以彼此连接(二 8 l8 L5 J/ B: U
三个以上，其作用相同)。在对接区段消磁以后，必 . [% l( v0 p! r
须完成此处根部焊缝的焊接。此后，磁铁应该移至
5 h+ ?; m% E% D6 k! k下一个消磁区段。为了增加消磁磁场，磁铁要接近 / }3 w5 L, |1 a5 `6 L
消磁处，反之可以去除磁铁。沿钢管表面移动磁铁 G% R, u: ^ @ f/ h
时，可以减小焊接对接处剩磁直到最小值。
, X3 }( O! w* a# t6 d1 f" p为了改变消磁磁通量的方向，必须在水平面 5 @- a3 |( p* t7 [
上将C形磁铁回转180。，而装在对接处边缘的圆
/ j7 U* i0 r# {$ b& b Q) L. x$ i$ `柱形磁铁要交换位置或者在垂直平面中回转
5 j) y9 z* R! z& ^7 B0 o& O1 y180。。在每一道消磁工序后，必须用磁力计检查剩 8 A3 t; x' N! y4 ~2 r2 o% m! K
磁的大小。
8 ]2 @0 C1 A' B$ D3 结 论
9 E" C9 Q( G" k% X0 q0 V, v4 Z% x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。
; n8 u& I9 M) W& F3 P) Q* D0 [5 m+ }参考文献
5 m: E5 c) ^$ X& }& G; z0 E1 B I1 FPIIHEIIKO等．Op6HTa~I％HO!；I CBapKe c ABTOOFIpecco— " f, J0 ?" S! f- Z$ k4 P* K N
BKOH ABTOMaTaMH 0丑A一35~IET． CBapoq np—BO，2000(1)：38
- c6 l2 \8 [8 ^9 \4 F8 j% j～ 41
# _1 {6 I, H5 a0 W8 \
5 d3 ?) j8 z& V4 l$ A( M# W* [[ 本帖最后由 奇奇 于 2008-7-9 21:03 编辑 ] |
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