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  • 焊接不銹鋼管坡口剩磁問題的分析與處理

    焊接不銹鋼管坡口“帶磁”是焊接施工中遇到的一種障礙,它直接影響著焊接工藝的實施,如何簡單、省時地克服這一問題是我們長期探討的課題。本文通過對甘電投張掖發電有限公司300MW機組1~2爐高溫再聯箱更換中焊接不銹鋼管坡口剩磁問題的產生及其危害進行了詳盡的分析,并提出了現場解決剩磁問題的一些具體技術措施。

    發電企業高溫、高壓管道在現場安裝、檢修焊接中,對于大厚壁管道在焊接施工中常遇到焊接不銹鋼管坡口“帶磁”難題,如磁粉檢測時對不銹鋼管進行磁化,不銹鋼管被磨削、電弧焊接、低頻加熱、與強磁體(如機床的磁鐵吸盤)接觸或滯留在強磁場附近,以及當不銹鋼管長軸與地磁場方向一致并受到沖擊或振動被地磁場磁化等。鐵磁性材料和不銹鋼管一旦磁化,即使除去外加磁場后,某些磁疇仍保持新的取向而不回復到原來的隨機取向,于是該材料就保留了剩磁,剩磁的大小與材料的磁特性和最近磁化史、施加的磁場強度、磁化方向和不銹鋼管的幾何形狀等因素有關。

    剩磁常常使焊接工作難以進行,嚴重影響焊接質量,特別是在根部氬弧打底焊接施工時表現尤為突出,不銹鋼管坡口邊緣的磁性強烈地吸引焊絲,使操作者難于運行。同時,不易引弧,電弧漂浮十分嚴重,破壞了電弧的挺度和氣體保護作用,成為實施焊接工藝的巨大障礙。特別是在焊接含Cr、Mo較高的鋼材時,這種現象更為嚴重。因此,為了確保焊接質量,尋求簡單省時、適用有效的退磁方法是焊接過程必須解決的技術問題。

    因為描述磁場是用向量進行的,所以為了準確、迅速地消除不銹鋼管坡口區的磁場對焊接過程的影響,必須弄清磁場效應的極性和磁感應強度的大小。確定磁場方向的方法有兩種:一是用普通指南針;二是根據電弧的偏吹方向判別。當用普通指南針判別時,指南針的N極指向的不銹鋼管坡口為S極,指南針的S極指向則為N極。如用電弧偏吹方向判別時,電弧朝向側不銹鋼管坡口為弱場,反之為強場。為了便于了解磁場的極性及其分布,判定的極性可用N、S符號標定在附近的焊件表面上。這種方法在現場比較適用、方便,應大力普及。

    磁場的強弱可用高斯計,或用交流安培鉗測試。而在現場檢修中由于無上述儀表,因此我們用更簡單的方法估計不銹鋼管坡口內磁場的強度。

    磁場的測試

    磁場方向的確定

    磁場強度大小的測試磁鐵粉法。

    越多,則剩磁越多,反之越弱。利用Φ2.5mm的焊絲,或串起來的回形針,放入焊接不銹鋼管坡口內,根據磁場對它們的吸引力來估計磁場強弱程度,這兩種方法在檢驗退磁程度時,比較方便、簡單、實用,值得加以推廣。

    磁場的分布

    焊接不銹鋼管坡口的剩余磁場分布是比較復雜的。不銹鋼管坡口內各點的磁感應強度各不相同,N、S極的長度也不相等,但是磁力線的分布總是從不銹鋼管坡口表面的法線方向出入。

    沿焊件厚度方向各點磁感應強度

    不等。磁場特性不但與焊件材料(化學成分)有關,還與磁場內的介質形狀有關。因此,不銹鋼管坡口的型式與對口尺寸對磁場介質的導磁能力是有影響的。當不銹鋼管坡口區構成閉合回路時,V型不銹鋼管坡口在對口規范條件下,根部氣隙小,磁阻就小,磁力線的密度就大。不銹鋼管坡口的上部氣隙大,磁阻也要變大,磁力線就變得稀疏了。焊件厚度越大或a角越大,這種差異就越大。高溫再聯箱一般為雙V形或U形不銹鋼管坡口,其最大寬度不超過40mm。

    接頭一側不銹鋼管坡口顯示N極,另一側顯示S極,且對口間隙近似均勻等強磁場,不銹鋼管坡口內的磁力線密度基本相同。

    局部磁化,或受外界磁場及其它加工工藝的影響。

    不銹鋼管坡口剩磁問題的處理方法

    根據普通物理知識,退磁的方法及形式較多。在接頭處加高導磁材料,在居里點以上焊接等。但是在現場施工條件下比較適用的有效方法還是纏繞直流電纜匝數消磁法等。

    纏繞直流電纜匝數消磁法

    這個方法就是利用消磁機的原理,在現場利用有限、直接的材料進行簡易消磁機的制作。我們經過施工實際觀測可知:在對母材帶磁性焊件氬弧焊打底時,母材的磁場造成了電弧有規律的偏移。這個有規律的偏移,就是我們要利用的繞匝方向判斷依據。

    手工鎢極氬弧焊時,電源采用直流正接法,即焊槍接電源的負極,焊件接電源的正極,也就是說,焊接電流的流動方向是焊件到焊槍。如果將焊接電弧看成是一根導線,根據右手螺旋法則,將右手4指指向電弧偏移方向,那么母指所指的方向即為母材本身所帶磁場的“N”極。同理將焊接電纜線逆電弧偏移方向,在帶磁性管子上的焊接接頭附近纏繞數匝,使之產生反向磁場,以消除電弧偏移(如附圖所示)。隨著纏繞匝數的增加,電弧偏移的現象會逐漸減弱,直至電弧燃燒恢復正常,表明磁感應強度完全消失。在焊接把線纏繞的情況下,施行打底焊接,退磁和焊接同步進行,既簡便又快捷。經實踐證明,采用把線纏繞焊接過程中,焊接電流不會發生變化,不需調節焊接電流,電弧燃燒穩定。

    用焊絲做試驗,看不銹鋼管坡口最小間隙處對焊絲的吸引力有多大,當焊絲從不銹鋼管坡口處掉下時就可以焊接了。不過在線圈反復輸入電流時,有可能剩磁比原來還大,可適當減少一些線圈匝數再輸入反向電流,就會使剩磁調節到所要求的水平,這時應立即施焊,不能以為剩磁不再變化,F場施工,周圍磁場情況復雜有可能影響焊口處的剩磁,所以應全面考慮。打底焊縫一經完成,再產生剩磁就無關緊要了,因為此時焊縫和母材結合成一體了,磁力線從焊縫中經過,再也不會影響第2道的電焊作業了。

    這種處理方法不受不銹鋼管溫度的限制,可以廣泛用于現場管件的剩磁處理工藝中。

    填加高導磁材料,搭橋引流法

    焊接前,在待焊部位前方的對口間隙中加一段高導磁材料,由于它們自身所擁有的導磁能力遠遠大于空氣,磁力線幾乎不經過氣隙,而經高導磁材料通過,填充高導磁材料部位的磁性就會因磁力線被引走而減弱,這樣邊打底邊前移高導磁材料,便可以進行焊接。

    但由于填充材料不可能和連接件一樣,使磁力線完全從高導磁材料通過,因此剩余氣隙間的磁力線仍對焊接有一定的影響,故填加高導磁材料引磁法僅適用于焊條電弧焊,且高導磁材料不是經常備用的材料,很難做到隨用隨有。

    在磁性轉變點以上,繞過焊件磁性溫度區域進行焊接

    利用焊條電弧焊焊接導磁件引開磁場法

    加熱被焊接部位使焊口兩側焊件處于失磁狀態,之后再進行焊接。而這種方法對于室外、大件焊接有局限性,純鐵的磁性轉變點就高達768℃,室外或大件焊接時溫度加高并維持這樣的溫度都有很大的難度,且對合金鋼而言一般焊件磁性轉變點接近或超過鋼材的相變溫度點,極易使母材性能變壞,焊工的勞動條件急劇惡化,焊接操作極不易掌握,焊件返工率加大。因此,繞過焊件磁性溫度區域焊接的方法,一般只適用于有較好焊接環境和保溫環境的情況下,對電站大徑厚壁管件,尤其是CrMo合金鋼的焊接很不適用。

    現場施工發現:就克服電弧磁偏吹的能力而言,焊條電弧焊要優于鎢極氬弧焊,且管件不銹鋼管坡口處的磁性最大,對焊接的影響也最大,磁性會隨距不銹鋼管坡口的距離遠近而變化。因此采用焊條電弧焊焊接導磁件,在2焊件不銹鋼管坡口以外30mm處引磁就有可行性。

    結束語

    施工人員可視具體情況選擇不同的消磁方法,通過以上措施的實施,效果十分明顯,不但大大縮短了焊接施工時間和勞動強度,而且更重要的是減少了施工難度,對于以后的大厚壁高壓匯通管及密集管排剩磁時可按此法迅速消除,從而確保焊接質量和工期。

    文章作者:不銹鋼管|304不銹鋼無縫管|316L不銹鋼厚壁管|不銹鋼小管|大口徑不銹鋼管|小口徑厚壁鋼管

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