消磁技术在管道焊接中的应用

孙海鹏 曾佳军 师红杰

摘 要：在焊接的过程中，有时会遇到管道带磁的现象，这种现象往往导致电弧偏吹，使焊接无法进行，要克服电弧偏吹，就要消除管道中的磁性，本文通过分析管道带磁的原因，介绍几种工程中常用的管道消磁方法。

关键词：焊接；电弧偏吹；消磁技術

1 概述

在站内工艺安装施工过程中，部分环氧粉末无缝钢管中带有剩磁，焊接时电弧偏吹严重，特别是氩弧焊打底焊无法进行，强行焊接极易产生气孔和根部未熔合等焊接缺陷。为解决此问题，我们结合现场实际条件，利用电焊机加反向磁场成功的消除了磁性，使焊接工作顺利完成。

2 原因分析

2.1 管道剩磁产生的原因

管道中带有磁性，一般情况下是因为管道从制造到出厂过程中的某些工序因工艺要求将管道磁化，而磁化后消磁不完全产生剩磁。如管道探伤工序中的磁粉探伤需要将管道磁化，环氧粉末管防腐时的中频感应加热也有可能使管线磁化。

2.2 磁偏吹产生的原因

焊接电弧是电极和熔池之间的电离气体导体。焊接过程中，在电极和电弧周围及被焊金属中会因通过电流而产生磁场，磁场会对电弧有力的作用，如果磁场对称地分布在电弧周围，电弧便可稳定燃烧，如果因外加磁场使电弧两侧受力不均匀，就会使电弧偏斜，因而使焊接受阻，这种现象称之为磁偏吹，它是焊接电弧周围磁干扰的结果。

3 克服和消除焊接电弧偏吹的常用方法

为保证焊接工作的顺利进行，必须消除电弧周围不均衡磁场的干扰。

3.1 因焊接方法和接线引起的电弧偏吹

当接地线加持于管段一侧时，管段上从焊缝到接地线之间部分通过的电流引起的磁场较未通过电流的一侧会有所增加，会引起电弧周围磁场的微弱不平衡（如图1），此时若焊条角度偏向通过电流一侧，会使电弧偏吹加剧，故在连接焊接地线时可以采用双头地线连接，若焊接过程中出现偏吹，可以将焊条向偏吹方向倾斜以调整磁场平衡。

在转动焊时，如果接地线加持方法不当，缠绕在管线一端时，通过地线产生的电磁场也可引起电弧偏吹。

3.2 因管线自身带磁产生的电弧偏吹

1）加热法消除管道磁性。金属带有磁性，是因为金属内的磁畴按一定的方向有序排列，对外表现出磁性。当对焊接部位进行加热时，高温使金属内磁畴的有序排列被打乱，从而削弱其对外表现的磁性。但加热相当于对管线进行热处理，加热温度过高以及冷却时各种因素的影响往往会改变金属的内部金相结构，有可能会对管道造成一些不良的影响，所以施工时应谨慎使用。

2）加反向磁场消除管道磁性。磁体产生磁力的大小与通过磁体内的磁通量有密切关系，B=Φ/S，其中B为磁感应强度，Φ为磁通量。磁通量越大，单位面积上的磁感应强度就越大。我们以磁体内部任意一个垂直于磁力线方向的平面为例，当通过此平面正方向的磁感线的条数和反方向的磁感线的条数相等，那么磁通量为零，磁感应强度为零。

依据此原理，如果在管道上加上一个与剩磁磁场方向相反的外部磁场，便可抵消其自身剩磁，达到消磁的目的。

4 工程应用

在施工现场，往往考虑采用电焊机焊接线缠绕线圈通电流形成电磁场给管道加反向磁场消磁（如图2）。

4.1 短路电流间歇磁场消磁法

当管道中的剩磁磁性较弱但影响焊接时，可采用此种方法，即将电焊把线沿同一方向缠绕在带磁管道的端部，合理控制线圈间隙，依据通电线圈产生磁场强度计算公式：

B=nIμ/L

其中：n为线圈匝数，I为通电电流，μ为磁导率，L为线圈长度。

以管道所带磁性大小为依据，剩磁磁性越大，线圈间隙应越小，线圈缠绕匝数应越多，通电电流也应越大。管线剩磁强度不大时，线圈初次可缠绕8～10圈，线圈间距控制在50～60mm，根据消磁的效果，调整线圈间隙、线圈匝数和通电电流大小。

布置好线圈后，将电焊把线按正常焊接接线与电焊机相连接，在接地线上加持一块钢板，将电焊条与钢板短路，时间为5～8秒钟后断开，用较轻的铁磁性物质探测管口磁性大小，如果磁性明显增大，则调换焊把线和接地线的极性重新试验，若磁性减弱，但依然影响焊接，则需重复上述步骤继续消磁，直到达到消磁目的为止。

4.2 焊接电流持续磁场消磁法

当管道中剩磁磁场强度较大时，利用短路电流间歇消磁往往达不到预期效果，此时，可尝试使用焊接电流作为线圈供电电流在焊接过程中持续加反向磁场实现消磁目的。

首先将焊接把线沿一定方向缠绕于管端，开始焊接后，焊接电流通过线圈产生磁场，抵消剩磁产生的磁场，从而达到消磁的目的。因为焊接时电焊机输出电流极性是固定的，此时如果出现磁场相互加强的现场，则需改变线圈缠绕方向，重新缠绕线圈。通过线圈的电流大小范围调整幅度有限，线圈磁场强度可依靠改变线圈间隙和线圈缠绕的匝数来控制。

5 结束语

管道带磁不仅影响焊接，对集气站或处理厂内的工艺管线来说，还会在一定程度上影响到压力表的正常显示和电子计量设备的精确计量，所以带磁管道在焊接及使用前应当消磁。消磁手段的应用不能从源头上解决管道剩磁问题，而应当控制好从管材制造到存放再到出厂一系列环节中可导致管道带磁的因素。面对管道带磁问题，应当根据工程施工的实际条件，选择合理的消磁方法消除剩磁，提高焊缝的合格率。

参考文献

[1]陈文涛，张国友，张安明.消磁电流过渡过程对消磁效果的影响[J].舰船科学技术，2011（04）.

[2]聂光庭.压力管道焊接过程的质量控制研究[J].冶金丛刊，2016（04）.