焊接不锈钢管坡口剩磁问题的分析与处理

焊接不锈钢管坡口“带磁”是焊接施工中遇到的一种障碍,它直接影响着焊接工艺的实施,如何简单、省时地克服这一问题是我们长期探讨的课题。本文通过对甘电投张掖发电有限公司300MW机组1~2炉高温再联箱更换中焊接不锈钢管坡口剩磁问题的产生及其危害进行了详尽的分析,并提出了现场解决剩磁问题的一些具体技术措施。

发电企业高温、高压管道在现场安装、检修焊接中,对于大厚壁管道在焊接施工中常遇到焊接不锈钢管坡口“带磁”难题,如磁粉检测时对不锈钢管进行磁化,不锈钢管被磨削、电弧焊接、低频加热、与强磁体(如机床的磁铁吸盘)接触或滞留在强磁场附近,以及当不锈钢管长轴与地磁场方向一致并受到冲击或振动被地磁场磁化等。铁磁性材料和不锈钢管一旦磁化,即使除去外加磁场后,某些磁畴仍保持新的取向而不回复到原来的随机取向,于是该材料就保留了剩磁,剩磁的大小与材料的磁特性和最近磁化史、施加的磁场强度、磁化方向和不锈钢管的几何形状等因素有关。

剩磁常常使焊接工作难以进行,严重影响焊接质量,特别是在根部氩弧打底焊接施工时表现尤为突出,不锈钢管坡口边缘的磁性强烈地吸引焊丝,使操作者难于运行。同时,不易引弧,电弧漂浮十分严重,破坏了电弧的挺度和气体保护作用,成为实施焊接工艺的巨大障碍。特别是在焊接含CrMo较高的钢材时,这种现象更为严重。因此,为了确保焊接质量,寻求简单省时、适用有效的退磁方法是焊接过程必须解决的技术问题。

因为描述磁场是用向量进行的,所以为了准确、迅速地消除不锈钢管坡口区的磁场对焊接过程的影响,必须弄清磁场效应的极性和磁感应强度的大小。确定磁场方向的方法有两种:一是用普通指南针;二是根据电弧的偏吹方向判别。当用普通指南针判别时,指南针的N极指向的不锈钢管坡口为S极,指南针的S极指向则为N极。如用电弧偏吹方向判别时,电弧朝向侧不锈钢管坡口为弱场,反之为强场。为了便于了解磁场的极性及其分布,判定的极性可用NS符号标定在附近的焊件表面上。这种方法在现场比较适用、方便,应大力普及。

磁场的强弱可用高斯计,或用交流安培钳测试。而在现场检修中由于无上述仪表,因此我们用更简单的方法估计不锈钢管坡口内磁场的强度。

磁场的测试

磁场方向的确定

磁场强度大小的测试磁铁粉法。

越多,则剩磁越多,反之越弱。利用Φ2.5mm的焊丝,或串起来的回形针,放入焊接不锈钢管坡口内,根据磁场对它们的吸引力来估计磁场强弱程度,这两种方法在检验退磁程度时,比较方便、简单、实用,值得加以推广。

磁场的分布

焊接不锈钢管坡口的剩余磁场分布是比较复杂的。不锈钢管坡口内各点的磁感应强度各不相同,NS极的长度也不相等,但是磁力线的分布总是从不锈钢管坡口表面的法线方向出入。

沿焊件厚度方向各点磁感应强度

不等。磁场特性不但与焊件材料(化学成分)有关,还与磁场内的介质形状有关。因此,不锈钢管坡口的型式与对口尺寸对磁场介质的导磁能力是有影响的。当不锈钢管坡口区构成闭合回路时,V型不锈钢管坡口在对口规范条件下,根部气隙小,磁阻就小,磁力线的密度就大。不锈钢管坡口的上部气隙大,磁阻也要变大,磁力线就变得稀疏了。焊件厚度越大或a角越大,这种差异就越大。高温再联箱一般为双V形或U形不锈钢管坡口,其最大宽度不超过40mm

接头一侧不锈钢管坡口显示N极,另一侧显示S极,且对口间隙近似均匀等强磁场,不锈钢管坡口内的磁力线密度基本相同。

局部磁化,或受外界磁场及其它加工工艺的影响。

不锈钢管坡口剩磁问题的处理方法

根据普通物理知识,退磁的方法及形式较多。在接头处加高导磁材料,在居里点以上焊接等。但是在现场施工条件下比较适用的有效方法还是缠绕直流电缆匝数消磁法等。

缠绕直流电缆匝数消磁法

这个方法就是利用消磁机的原理,在现场利用有限、直接的材料进行简易消磁机的制作。我们经过施工实际观测可知:在对母材带磁性焊件氩弧焊打底时,母材的磁场造成了电弧有规律的偏移。这个有规律的偏移,就是我们要利用的绕匝方向判断依据。

手工钨极氩弧焊时,电源采用直流正接法,即焊枪接电源的负极,焊件接电源的正极,也就是说,焊接电流的流动方向是焊件到焊枪。如果将焊接电弧看成是一根导线,根据右手螺旋法则,将右手4指指向电弧偏移方向,那么母指所指的方向即为母材本身所带磁场的“N”极。同理将焊接电缆线逆电弧偏移方向,在带磁性管子上的焊接接头附近缠绕数匝,使之产生反向磁场,以消除电弧偏移(如附图所示)。随着缠绕匝数的增加,电弧偏移的现象会逐渐减弱,直至电弧燃烧恢复正常,表明磁感应强度完全消失。在焊接把线缠绕的情况下,施行打底焊接,退磁和焊接同步进行,既简便又快捷。经实践证明,采用把线缠绕焊接过程中,焊接电流不会发生变化,不需调节焊接电流,电弧燃烧稳定。

用焊丝做试验,看不锈钢管坡口最小间隙处对焊丝的吸引力有多大,当焊丝从不锈钢管坡口处掉下时就可以焊接了。不过在线圈反复输入电流时,有可能剩磁比原来还大,可适当减少一些线圈匝数再输入反向电流,就会使剩磁调节到所要求的水平,这时应立即施焊,不能以为剩磁不再变化。现场施工,周围磁场情况复杂有可能影响焊口处的剩磁,所以应全面考虑。打底焊缝一经完成,再产生剩磁就无关紧要了,因为此时焊缝和母材结合成一体了,磁力线从焊缝中经过,再也不会影响第2道的电焊作业了。

这种处理方法不受不锈钢管温度的限制,可以广泛用于现场管件的剩磁处理工艺中。

填加高导磁材料,搭桥引流法

焊接前,在待焊部位前方的对口间隙中加一段高导磁材料,由于它们自身所拥有的导磁能力远远大于空气,磁力线几乎不经过气隙,而经高导磁材料通过,填充高导磁材料部位的磁性就会因磁力线被引走而减弱,这样边打底边前移高导磁材料,便可以进行焊接。

但由于填充材料不可能和连接件一样,使磁力线完全从高导磁材料通过,因此剩余气隙间的磁力线仍对焊接有一定的影响,故填加高导磁材料引磁法仅适用于焊条电弧焊,且高导磁材料不是经常备用的材料,很难做到随用随有。

在磁性转变点以上,绕过焊件磁性温度区域进行焊接

利用焊条电弧焊焊接导磁件引开磁场法

加热被焊接部位使焊口两侧焊件处于失磁状态,之后再进行焊接。而这种方法对于室外、大件焊接有局限性,纯铁的磁性转变点就高达768℃,室外或大件焊接时温度加高并维持这样的温度都有很大的难度,且对合金钢而言一般焊件磁性转变点接近或超过钢材的相变温度点,极易使母材性能变坏,焊工的劳动条件急剧恶化,焊接操作极不易掌握,焊件返工率加大。因此,绕过焊件磁性温度区域焊接的方法,一般只适用于有较好焊接环境和保温环境的情况下,对电站大径厚壁管件,尤其是CrMo合金钢的焊接很不适用。

现场施工发现:就克服电弧磁偏吹的能力而言,焊条电弧焊要优于钨极氩弧焊,且管件不锈钢管坡口处的磁性最大,对焊接的影响也最大,磁性会随距不锈钢管坡口的距离远近而变化。因此采用焊条电弧焊焊接导磁件,在2焊件不锈钢管坡口以外30mm处引磁就有可行性。

结束语

施工人员可视具体情况选择不同的消磁方法,通过以上措施的实施,效果十分明显,不但大大缩短了焊接施工时间和劳动强度,而且更重要的是减少了施工难度,对于以后的大厚壁高压汇通管及密集管排剩磁时可按此法迅速消除,从而确保焊接质量和工期。

文章作者:不锈钢管|304不锈钢无缝管|316L不锈钢厚壁管|不锈钢小管|大口径不锈钢管|小口径厚壁钢管-浙江至德钢业有限公司

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