如何消除焊接电弧产生的磁偏吹问题

如何消除焊接电弧产生的磁偏吹问题

柏长玉

中国石油辽阳石油化纤有限公司建修公司  辽宁辽阳  111003

摘要：在石油化工装置检修施工中，管道焊接尤其是大直径管道焊接时经常会遇到电弧磁偏吹问题。具体分析了焊接过程中磁偏吹的产生原因及对焊接的影响，通过调整电弧周围磁场分布，并采用反向消磁法，进而消除了磁偏吹对焊接的影响。

关键词：焊接电弧 磁偏吹

Eliminating Method of Magnetic Blow in Arc Welding

Bai Changyu

CNPC Liaoyang Petrochemical Fiber Co. Ltd. Construction and Repair Branch Company，Liaoning Liaoyang 111003

Abstract: During overhaul of a petrochemical equipment, the problem of arc magnetic blow is often encountered when welding the pipeline, especially when welding the large-diameter pipeline. The causes of magnetic blow in welding and the influence on welding are analyzed in detail. The influence of magnetic blow on welding is eliminated by adjusting the magnetic field distribution around the arc and adopting the method of reverse degaussing.

Key words: welding arc; magnetic blow

在石油、天然气长输管道焊接施工过程中，常常会遇到电弧偏吹现象。这些电弧偏吹大致可分为4类。一类是由于焊条或药芯偏心，电弧周围气流受到干扰，接地线位置不正确等原因造成的，一般通过更换焊条、调整焊接角度、遮挡气流、调整接地线位置、重新摆放焊接设备等就可以消除或减少。另一类电弧磁偏吹，是由于管道周围磁场或施工作业过程中由其它磁性材料在管道上留有剩磁而造成的，在几公里、几十公里长的管线焊接施工过程中一直存在，严重时会将焊丝、焊条吸到一边，这将严重影响焊接过程和焊缝成形，

我单位在2019年设备停产大检修工作中焊接从辽化动力厂到尼龙厂的DN800的输水管道，钢材为20#钢时出现磁偏吹现象，严重影响了焊接质量及工程进度，通过分析研究以及相应的现场操作，利用反消磁法克服了磁偏吹。

1 磁偏吹的产生机理

焊接电弧弧柱是具有一定电离度的气体，其宏观上是中性的，但微观上却是正、负电荷分离，且向一定方向运动形成电流，在电弧周围产生磁场。因此，如果某种原因使电弧自身所产生的磁场均匀性分布遭到破坏，则电弧由于四周受力不均匀偏离焊条(丝)的轴线方向，就会产生磁偏吹现象，如图1所示。

 (a)电弧周围的磁场                       (b)电弧的磁偏吹现象

图1 磁偏吹产生机理示意图

磁偏吹产生原因有以下三方面原因：

1.1 电流流过工件方向产生的磁场引起的磁偏吹。焊接时，不仅通过焊条与电弧的电流在空间产生磁场，而且通过工件的电流，当焊条垂直于工件时，由于电流通路在电弧处相互垂直，则在电弧左侧的空间为两段导体周围产生的磁力线叠加(如图1所示)提高了该处磁力线的密度，而电弧右侧的空间只有电弧本身产生的磁力线，因此磁力线密度比左侧的小，在电弧周围磁力线密度分布不均匀，使磁力线密度大的地方产生对电弧的推力，并指向磁力线密度小的地方，使电弧偏离焊条的轴向，形成电弧的磁偏吹。对于管道焊接施工时因电流流过工件，在电弧后方磁力线密度大形成的磁偏吹，可以通过将接地线的连接位置移至收弧的一端，如图2所示，可较容易消除和减少电流流过工件引起的磁偏吹，不会对焊接过程造成大的影响。

图2 管道焊接施工过程中的接地线连接

1.2 电弧周围的磁性材料分布不对称引起磁偏吹。在靠近焊接电弧的一侧有一良导磁体(钢板)存在时，磁力线将力求走磁阻小的通路，使较多的磁力线集中到良导磁体中，电密度显著降低，破坏了空间磁力线分布的均匀性，电弧偏向良导磁体的一侧，看上去好像是钢板吸走了电弧，实际上电弧是被另一侧较强的磁场推了过去。电弧一侧的钢板越大或距离越近，引起磁力线密度分布不对称加剧，电弧的磁偏吹就越厉害。

1.3 焊件的剩磁场以及周围场地磁场所引起的磁偏吹。在进行大的钢结构件焊接时，磁偏吹主要来自焊件的剩磁场。当焊件有较大的剩磁场时，它与电弧磁场迭加，从而改变了电弧周围磁场的均匀性，使电弧向磁场较弱一方偏移，形成磁偏吹。

长输管道现场焊接施工大多是在野外环境下进行的，施工场地沿着管道的延伸方向不断变化，因此施工场地周围磁场引起的磁偏吹不容忽视。一般情况下，这种由于施工场地周围磁场引起的磁偏吹不是很严重，但由于引起的原因难以判断，往往难以消除，常常是在较长的管道焊接施工过程中一直存在，给焊接过程造成较大的困扰。

管线钢为硬磁材料，其特点为充磁后容易保留部分磁性，因此施工作业环境磁场，及施工作业过程中遇到过磁性物质等都将使焊件上留有剩磁，从而使后面的焊接过程产生磁偏吹。如果焊口剩磁强度超过一定值，磁偏吹现象将会很严重，甚至无法施焊。

2 磁偏吹对焊接质量的影响

2.1 磁偏吹使焊接电弧飘移，严重时甚至无法施焊。由于长输管道现场焊接施工为对接环焊缝，采用对称旋焊，因而通常情况下磁偏吹对根部焊缝的焊接过程影响较大，而对其它焊层的影响相对较小。

2.2 磁偏吹的存在使电弧燃烧不稳定，加在弧柱上的作用力也不稳定，熔滴过渡不规则，导致了焊缝成形不规则，造成连续或断续内咬边、根部未焊透、根部熔合不良等缺欠，如图3所示。磁偏吹的存在还削弱了电弧周围的保护气氛，使熔池中易混入空气等有害气体，从而引起气孔、夹渣等缺欠。

(a)内咬边             (b)根部未焊透          (c)根部熔合不良

图3 磁偏吹造成的根部缺欠示意图

3 克服和消除磁偏吹的方法

根据磁偏吹产生的原因，在生产、安装过程中采用下列几种方法克服和消除磁偏吹对焊接电弧的影响：

3.1适当改变焊件上接地线位置，尽可能使电弧周围的磁力线均匀分布；

3.2在操作上适当调节焊条倾角，将焊条朝偏吹方向倾斜；

3.3采用分段退焊法以及短弧焊法，也能有效地克服磁偏吹；

3.4采用交流焊接代替直流焊接。当采用交流电焊接时，因变化的磁场在导体中产生感应电流，而感应电流所产生的磁场削弱了焊接电流所引起的磁场，从而控制了磁偏吹；

3.5安放产生对称磁场的铁磁材料，尽量使电弧周围的铁磁物质分布均匀；

3.6减少焊件上的剩磁。焊件上的剩磁主要是原子磁畴排列整齐有序而造成的。为紊乱焊件的磁畴排列达到减少或防止磁偏吹的目的，可对焊件上存在剩磁的部位，进行局部加热，加热温度为250"--300℃。经生产使用去磁效果良好。此外在焊件的剩磁部位，外加磁铁平衡磁场。

3.7用反消磁法。即让焊件产生相反磁场来抵消焊件上的剩磁，从而克服和消除磁偏吹对焊接电弧的影响。

4 反消磁法在现场中的应用

在管道的焊接过程中出现磁偏吹现象，使手工钨极氩弧焊封底焊接难以进行。根据发生磁偏吹的情况，我们进行分析，发现这种磁偏吹主要出现在管道的对接接头，而且是在管道即将封闭的几个焊口处检测结果显示出未熔合现象更为严重。这就说明具有铁磁性的厚壁管材L415，在制造、加工过程中产生了剩磁，管线越长，剩磁积累越多，在管道焊接接头处表现出来，造成磁偏吹现象。

针对上述情况，结合现场条件，决定采用反消磁法来克服磁偏吹的影响，即在焊接接头处产生与剩磁场相反的磁场，来抵消焊接接头处的剩磁。利用焊接电缆线绕在接头两侧(如图4所示)，通过焊接引弧时，焊接电流通过电缆绕组产生的感应磁场，来抵消剩磁，从而克服磁偏吹。消磁施焊的效果可通过下列两种方法进行调整：

4.1 在焊接电流不变时，可通过调节焊接电缆绕组圈数来对焊件产生感应磁场强度的大小进行调整，使之与剩磁场强度大小相等方向相反。

图4 利用反消磁法消除剩磁产生的磁偏吹

4.2 在电缆绕组圈数不变时，在焊接电流允许的范围内，改变焊接电流大小，对焊件产生的感应磁场强度的大小进行调整使之与剩磁场强度大小相等方向相反，从而消除焊接接头处的剩磁，克服磁偏吹对焊接电弧的影响。

5 结束语

鉴于我国目前长输和集输管线施工项目部比较多，新近生产的各类钢管并未进行长时间的时效处理的原因，在现场施工时常常会出现磁偏吹现象。为了加快生产节奏，创造更好的效益，提出以上几点解决办法以图更好的解决磁偏吹现象。

参考文献

1焊接手册第3卷(第2版)．机械工业出版社．

2焊接冶金学．基本原理．机械工业出版社．

3吴鉴．焊接中带磁管道的磁偏吹及焊接操作技巧．机械制造，2003

作者简介：柏长玉，辽阳石油化纤有限公司建修公司，工程师，从事压力容器和管道检维修技术工作。