鋼管退磁技術在施工中的應用

侯強+龔海潮+萬文濤+張宏+蔣喆

摘 要：鋼管剩磁影響后續深加工質量，本文詳細介紹了常用的直流退磁、交流退磁、加熱退磁和復合退磁等三種方法的原理和應用的優缺點，總結了退磁實踐經驗，為施工現場提供了原理和方法。

關鍵詞：管線管；退磁；剩磁

0 前言

為確保質量，鋼管生產廠對管體采用漏磁、渦流方法檢驗，管端采用磁粉方法檢驗。而漏磁、渦流和磁粉檢驗過程均為充磁、檢驗和退磁，如果參數調整不當，會導致管端剩磁超出API標準均值不大于3mT要求，剩磁超標將會加速加工刀具磨損、影響指針類以表精度、影響管料內外表質量、影響螺紋表面質量、影響管線管焊接質量等。隨著管線管使用環境逐步惡化，鋼級、性能等要求逐步提高，管料的退磁日趨重要。因此，本文將對鋼管退磁原理和方法進行詳細分析，對現場施工指導具有重要意義。

1 退磁原理

鐵磁材料不同其它材料在于含有磁疇，局部區域中的原子或分子磁矩呈平行排列。當一種材料未磁化時，磁疇的取向是隨機的，它們各自的磁感應之和等于零。當材料處于磁化場強H中，磁疇則隨著施加的磁場排列，并增加了施加的磁場。當移去磁化源H時，某些磁疇保持新的去向而不回復到原來的隨機去向，對外表現即為剩磁[1]。減小剩磁的方法即退磁。

退磁的方法是給工件施加一個磁化磁場，然后連續不斷的改變磁場方向，并逐漸減小外加磁化強度H到零。退磁原理即施加一個足以克服初始矯頑力高磁化強度，將工件至于方向隨時間交變的磁場中，產生磁滯回線（如圖1），在磁場強度逐步遞減至零的過程中，回線包圍面積越來越小，工件中剩磁也越來越小，最后趨于零。

2 退磁方法

目前，常用的退磁方法主要有：直流退磁、交流退磁、加熱退磁和復合退磁等三種方法。

2.1 直流退磁

直流退磁常用的有換向直流接觸線圈法和換向電纜繞結法等兩種。

換向直流接觸線圈法，采用高安培直流電流，并具備反轉電流記性的和逐步降低幅度至零的裝置。退磁周期一般是自動控制的，約30秒可完成。當使用線圈時，工件應在線圈內保持靜止直至退磁周期結束。當使用接觸法時，應保持接觸直至退磁周期結束。直流法穿透很深，也成功地用于難以退磁的工件。鑒于經濟性考慮，通常把換向直流退磁用于相對大的固定式磁化裝置的設計之中。

換向電纜繞結法，采用在需要退磁的工件外表纏繞多匝大電流柔性電纜，而電纜則與固定式的直流磁化電源連接（如圖2）。交替轉換電流方向并通過多級調節降低幅度直至零，這通常由磁化電路內裝的自動電路來完成，但針對施工現場，沒有自動退磁周期的電源裝置時，可用手動變換電纜接頭并用手動操作電流控制器來進行退磁。此方法適用于管線管環向焊接施工現場，采用直流焊接電源，電流最大值達200A，直徑為Φ10～20mm焊接電纜纏繞管端10～15圈，逐步減小電流值、更換電極和瞬間通電，達到退磁目的，但用此方法退磁周期相對較長（如圖3）。

2.2交流退磁

交流退磁常用的有交流電流穿過式線圈法和交流電流固定式線圈法等兩種。

交流電流穿過式線圈法退磁使用較多，該方法使用一個交變的電源供電的線圈，線圈以固定的振幅工作。由于電流是周期性交變的，故產生連續換向磁場，工件被傳送穿過線圈，使它在線圈范圍內時受到最強磁場。工件從線圈出來，到達線圈磁場影響區之外，磁場強度逐漸降低至零。工件達到距線圈等于或大于線圈直徑的3或4倍，或1m遠之間，線圈電源不能切斷。

交流電流固定式線圈法（如圖4），也是使用交變的電源供電的線圈，但線圈以變化的振幅工作。工件置于退磁線圈內，隨著電流減小，磁場強度逐漸降低至零，取出工件即可。

由于交流電流趨膚效應，磁場滲入工件深度不足，對消除直流磁化的剩磁效果不佳。

2.3 加熱退磁

加熱退磁法，是將鐵磁性材料加熱至居里點時，物質內部熱擾動破壞了原子磁矩的平行排列，從而達到降低剩磁的目的。在加熱退磁過程中，可同時敲擊需退磁的工件，取得加速退磁的效果。而工業純鐵的居里點為770℃[2]。此方法即不經濟，也不實用。

2.4 復合退磁

復合退磁法，是采用直流退磁和交流退磁組合在一起的退磁系統。一般其流程順序為直流整磁、直流退磁和交流退磁，其中退磁系統固定，待退磁工件從退磁線圈中勻速通過，達到目的。

3 退磁檢測

退磁過程剩磁情況及退磁最終效果，需要進行檢測，尤其在鋼管焊接施工現場使用換向電纜繞結法退磁時，需要根據剩磁的極性決定電源電極正負接點。而剩磁檢測方法，一般有磁場指示器和霍爾效應高斯計。

磁場指示器是一種手持器械，用于測量磁場的相對強度。使用時把它接近工件，并讀取指針的偏轉值可測得外磁場相對強度，測量時，磁場指示器指針支點端的邊緣應緊靠在被檢工件上。因磁場指示器操作容易、方便和價廉，在工業上監控退磁工藝有效性使用最普遍。

霍爾效應高斯計是普遍使用的定量測量磁場強度的儀器。傳感元件在遙控手持探頭內，通過柔性多觸點電纜與高斯計本體相連接。如此可測出緊靠工件表面處的磁場。此儀器通過自動校零，可準確顯示數值和磁場極性，在工廠也得到普遍使用。

在鋼管施工現場，沒有磁場指示器和霍爾效應高斯計的情況下，可以使用一串回形針或焊接焊條，靠近管端，根據磁場對它的吸引力來判斷磁場強度。但此方法只能初略估計剩磁大小，不能正確評估剩磁值和極性。

4 結論

鋼管檢測、加工、涂覆和運輸等過程，都會對鋼管剩磁大小產生影響，因此有必要了解常用的退磁方法。根據現場實踐經驗得出以下結論：

（1）退磁前，了解產生剩磁的來源，便于選擇退磁方法。針對交流電流產生的剩磁，建議采用交流退磁；直流電流產生的剩磁，建議采用直流電流退磁。

（2）在現場條件具備前提下，退磁前使用磁場指示器和霍爾效應高斯計判斷管端磁場極性，提高退磁效果。

（3）在調整退磁參數時，使用剩磁檢測設備或其他簡易方法監控退磁效果。

參考文獻

[1] 美國無損檢測學會. 美國無損檢測手冊[M]. 北京：世界圖書出版公司，1996年. 419頁。

[2] 張慶春，葉成廣，馬婉仙. 鐵磁性礦物居里點測定的新方法[J]. 長春地質學院學報. 1988，18（2）：235頁。endprint