淺談長輸天然氣管道繞線組法消磁方法

楊磊 劉新海 錢洪

1. 概述

洪雅縣工業園區供氣工程，天然氣管道設計壓力為2.5MPa，管道規格為φ273.1mm×5.6mm，材質為L245MB，直縫高頻電阻焊鋼管，采用氬電聯焊方法焊接。管道焊后需進行超聲波檢測、X射線檢測。焊工在施焊過程中發現58根管材均帶有磁性，共計667m，在氬弧焊打底過程中，發生磁偏吹現象，使焊接電弧偏斜，熔滴無法過渡到坡口根部形成熔池，電弧不在鎢極尖端向焊絲燃燒，而是向氬氣噴嘴燃燒等現象，無法正常焊接，甚至能將500mm長的CHG—56焊絲（φ2.0mm）吸附于管端。

針對存在的問題，從成本、可操作性及時效性方面綜合考慮，我們嘗試了多種方法消磁，最終選定利用短路電流，采用繞線組法省時高效地消除了磁偏吹的影響，順利完成了焊接任務。

2. 磁偏吹對焊接質量的影響

（1）影響焊接施工 磁偏吹使焊接電弧飄移，嚴重時甚至無法施焊，由于長輸管道現場焊接施工為對接環焊縫，所以采用對焊施工，因而通常情況下，磁偏吹對根部焊縫的焊接過程影響較大。

（2）造成焊接缺陷 磁偏吹的存在使電弧燃燒不穩定，加在弧柱上的作用力也不穩定，使熔滴過渡不規則，導致了焊縫成形不規則，造成連續或斷續內咬邊、根部未焊透、根部熔合不良等缺陷，磁偏吹的存在還削弱了電弧周圍的保護氣氛，使熔池中易混入空氣等有害氣體，從而引起氣孔、夾渣等缺陷。

3. 繞線組法消磁工藝制定

（1）采用升溫法 最先嘗試用升溫法，此法使管道磁性略有減弱，現場實踐證明，升溫法對弱磁管道（單位面積平均磁感應強度≤5mT）能起到很好的消磁作用。但對強磁管道無法將磁性削減到正常施焊的程度。且考慮到不能升溫太高，若溫度太高會改變管材的金相結構，與現行國家標準不符，只能是短時間加熱至300~400℃。但該方法費時較長，效率太低，耗費大量人力物力，且加熱過程中極易損傷管道外防腐層，給防腐、補傷帶來很大的工作量。隨后嘗試采用繞線組法。

（2）采用焊接電流繞線組法 將一臺焊機的把線均勻纏繞在焊口的兩側，一側以6~7圈就行，然后用此臺焊機在一塊廢鋼板上進行引弧焊接，再用一臺焊機進行正常的管道焊接。此法利用在廢鋼板上引弧焊接時，焊接電流通過電纜繞組產生感應磁場，來抵消剩磁克服磁偏吹。考慮到該方法操作較繁瑣，效率較低，而且需兩名焊工同時施焊，所投入人員、設備較多，在長輸管道施工流動性較強的環境下，尤其是山路崎嶇的作業現場，移動設備、機具等相當困難，并且該批帶磁管道批量較大，為節約成本和縮短工期，我們必須尋找更省時高效，更易于操作的消磁方法。

（3）選定短路電流繞線組法 綜合各方面考慮，最終制定了針對單根鋼管的消磁方法：①借助特斯拉計監測磁場大小及方向。②選擇短路電流繞線組法。③采用此法對帶磁管道進行消磁。④檢測經消磁后的管道是否滿足正常施焊的要求。

4. 短路電流繞線組消磁

（1）消磁設備 準備運達H200T—1內燃弧焊機1臺、焊機快速接頭2個、50mm2銅芯電纜30m、特斯拉計HT20（用于測量和顯示單位面積平均磁通密度或磁感應強度的精密儀器）1臺（見圖1）。

（2）操作方法 先用特斯拉計檢測帶磁管道一端的磁性大小、方向（測量時有正、負顯示，正數代表N極，負數代表S極），記下數值（單位為毫特斯拉），再用銅芯電纜纏繞在管口的一端（6~7圈），根據通電螺線管中的安培定則（安培定則二）：用右手握住通電螺線管，使四指彎曲與電流方向一致，那么大拇指所指的那一端是通電螺線管的N極，確定出能產生反磁場的電流方向，發動焊機，電流調至100~120A。根據確定出的電流方向，利用快速接頭接入焊機的“+”、“－”極造成短路，短路5~8s后，直接關閉焊機，用特斯拉計檢測管道剩磁大小，會發現剩磁強度有所減小，往復進行，直至剩磁強度削減到不影響焊接的數值（根據上海寶鋼鋼管廠出廠標準，管道剩磁強度≤3mT，即不影響正常施焊）為止，以此利用短路電流產生的磁場去抵消管道剩磁。待管道一端消磁完成后，采用此法在帶磁管道另一端運用此法消磁，即完成整根管道的消磁工作（見圖2）。

（3）注意事項 ①消磁過程中若發現磁性削減太慢，可采用增加線圈匝數和適當增大焊機電流的方法進行調整。但電流不宜太大，短路時間不宜太長，不然會造成銅芯電纜過熱變形，燒損快速接頭，甚至損壞電焊機設備。②經消磁后的管道不宜集中堆放及倒運，現場發現：消磁后的管道堆放在一起有返磁現象，故應分開處理。

5. 結語

洪雅縣工業園區供氣工程消磁經驗表明：對于小批量弱磁管道，采用升溫法是能夠有效削減磁性至不影響焊接的范圍；對于大批量強磁管道，采用短路電流繞線組法消磁是十分有效的，這種方法可用在地形復雜，流動性大，機具、設備倒運困難的長輸管道作業現場。

圖1 消磁設備

圖2 短路電流繞線組法示意