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浙江不锈钢焊管剩磁的研究与运用

来源:至德钢业 日期:2022-02-15 23:34:14 人气:142

结合剩磁理论对浙江不锈钢焊管生产及施工中出现的剩磁现象做出一定的研究,并探讨、拟定了切实、可靠的消磁方法。在实际工作中,采用现场分析解决问题进行消磁工作,取得了令人满意的效果。

20092月份,在我们施工的某工地上发生中1420钢管对接施工中出现,剩磁,无法焊接现象,使施工中断1个月,给工程各方造成严重影响。作者作为技术代表参加了这次大规模的消磁活动,翻阅了大量资料,尝试了多种方法,验证了一些不确定的数据,总结出一种简便易行的消磁方法,节约了时间、资金和人力。

1钢管剩磁的研究

1.1剩磁的产生

母材的铁磁性管线钢是一种铁磁性物质,这种物质在外磁场的作用下,其磁畴、磁矩会从各个不同的方向转到磁场方向或接近磁场方向,从而在磁场方向形成合量,对外显示出磁性,这是螺旋埋弧浙江不锈钢焊管产生剩磁的内在原因。另外在管线钢化学成分中,含有CMpSiNbVTi等微量元素,这些微量元素的加入一方面提高了钢材的强度、韧性、可焊性等,极大地改善了,钢材的性能。但另一方面,有些元素的加入会使母材的磁化强度提高,磁导率增大,磁性提高。

铁磁物质是一种性能特异,用途广泛的材料。铁、钻、锦及其众多合金以及含铁的氧化物(铁氧体)均属铁磁物质。其特征是在外磁场作用下能被强烈磁化,故磁导率u很高。另一特征是磁滞,即磁化场作用停止后,铁磁质仍保留磁化状态,图1为铁磁物质的磁感应强度B与磁化场强度H之间的关系曲线。

1中的原点0表示磁化之前铁磁物质处于磁中性状态,即B=H=0,当磁场H从零开始增加时,磁感应强度B随之缓慢上升,如线段oa所示,继之BH迅速增长,如ab所示,其后B的增长又趋缓慢,并当H增至H,时,B到达饱和值Boabs称为起始磁化曲线。图1表明,当磁场从H,逐渐减小至零,磁感应,强度B并不沿起始磁化曲线恢复到“0”点,而是沿另一条新的曲线SR下降,这现象称为磁滞,磁滞的明显特征是当H=0时,B不为零,而保留剩磁Br

当磁场反向从0逐渐变至-H,时,磁感应强度B消失,说明要消除剩磁,必须施加反向磁场,HD称为矫顽力,它的大小反映铁磁材料保持剩磁状态的能力,线段RD称为退磁曲线。

1还表明,当磁场按H0H-H0H,→H,次序变化,相应的磁感应强度B则沿闭合曲线SRDS'RD's变化,这闭合曲线称为磁滞回线。所以,当铁磁材料处于交变磁场中时(如变压器中的铁心),将沿磁滞回线反复被磁化→去磁→反向磁化→反向去磁。在此过程中要消耗额外的能量,并以热的形式从铁磁材料中释放,这种损耗称为磁滞损耗,可以证明,磁滞损耗与磁滞回线所围面积成正比。

应该说明,当初始态为H=B=0的铁磁材料,在交变磁场强度由弱到强依次进行磁化,可以得到面积由小到大向外扩张的一簇磁滞回线,如图2所示,这些磁滞回线顶点的连线称为铁磁材料的基本磁化曲线。相反HB由某数值逐渐减弱到零的过程称为消磁曲线,如图3焊接过程的影响在螺旋埋弧浙江不锈钢焊管成型焊接过程中,由于板卷成型后由板材形成了闭合磁路,当对管子进行焊接时,同时对钢管也进行了充磁。磁化过程如图1所示。当管子通上焊接电流I时,磁场强度H增大,钢管被充磁,磁感应强度B从零增大,达到饱和磁感应强度Bs,此时,如果再增加焊接电流,磁感应强度基本保持不变。当焊接完毕后,电流I=0,则H=0。此时,磁感应强度从饱和状态沿磁滞回线下降到Br,此时的Br即为剩余磁感应强度。钢管的磁化是在很短时间内完成的,充磁图1螺旋埋弧浙江不锈钢焊管磁化过程示意后,剩磁主要集中在管子两端,形成NS极。焊接电流是产生剩磁的主要因素。

1.2剩磁的影响

剩磁对产品质量的影响是将产生缺陷产品,在进行X射线检查时,图像发生扭曲,严重影响X射线检验判级。对用户施工造成影响是焊接质量下降,达不到工程要求。

1.3剩磁的测量

管端剩磁可采用特斯拉计测量(数字式或模拟式,1T=104 Gs)。管端的钝边或坡口处各点测量值是不同的,边棱处最高,但均不是Br2消磁方法。

2.1消磁原理

要使Br为零,必须通入反向电流使管子内产生反向磁场,当其强度达到Hc时,可使剩磁Br降到零,以达到消磁的目的。因此,对管子消磁时,必须将其置于幅值足以克服矫顽力Hc且方向随时交变的外磁场中,然后逐渐使外磁场中幅值降为零。另外,消磁磁场的初始幅值应等于或大于管子原磁化场的幅值。在浙江不锈钢焊管实际生产中,通常在钢管传输辊道上安装一消磁线圈,只要钢管在传输过程中通过该线圈,即可达到消磁的目的。对于长度为L,直径为D,匝,数为n的线圈,当通以电流I时,在线圈轴线上任意一点产生的磁场为H=nI

cos a 1-cos a 2/2式中a 1a 2分别为线圈轴线上任意一点与线圈两端面边沿的连线与轴线的夹角。一般采用的消磁方法有交流消磁和直流消磁两种。

2.2交流消磁

在消磁线圈中通入交流电流,形成足够大的交变磁场,它的消磁深度有限,一般只能将1 mm深范围内的剩磁消掉。为了提高交流消磁能力,消磁电流般选得比较大,约250A,电压50~70V,线圈匝数约10匝。

2.3直流消磁

对于剩磁较大的钢管,必须采用直流消磁,即在线圈中通入直流电流,但该电流必须不断更换方向,一般换向频率为1~10Hz。直流消磁线圈一般选用15~25 mm2铜线,匝数选20~40匝,电流5~10A,电压30~40V

2.4高温消磁

加热被焊接部位使焊口两侧焊件处于失磁状态。纯铁的磁性转变点就高达768℃,对大径管件很不适用。

3施工现场焊接方法消磁

3.1利用物理原理逆电弧方向缠绕直流电缆匝数消磁法(磁场平衡法)

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。经过施工实际观测我们可以知道:在对母材带磁性焊件氢弧焊打底时,母材的磁场造成了电弧有规律的偏移。而这个有规律的偏移,就是我们要利用的绕匝方向判断依据。手工钩极氢弧焊时,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枪到焊件。如果将焊接电弧看成是一根导线,根据右手螺旋法则,将右手四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,如图4所示。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(如图5),使之产生反向磁场,以消除电弧偏移。当发现被浙江不锈钢焊管子带有磁性时,首先在坡口内将电弧引燃,仔细观察电弧的偏移方向和角度,并认真判断电弧的声音变化,以便确定管子所带磁场的方向和估计磁感应强度的大小。然后熄弧,并按图4示将焊接把线在带磁性的管子一侧距焊接接头30mm处,,逆电弧偏移方向缠绕相应的匝数(匝间排列应紧密有序,不可重叠),再次将电弧引燃,观察电弧燃烧状况。在整个操作过程中,要注意如下三点

1)电弧偏移的方向和把线缠绕的逆向性不能搞错,否则会适得其反;

2)焊接把线的缠绕匝数要合适,确保退磁有效地进行:

3)把线缠绕的位置距离坡口边缘不能过远,否则会影响退磁效果。这种退磁方法不需要附加其他设备和材料,只需焊工工作的自备工具,可谓简单:在焊接过程中同时进行退磁,从测试到正式施焊只需3~5min.

3.2填加高导磁材料,搭桥引流法(引磁法)

焊接前,在待焊部位前方的对口间隙中加一段高导磁材料(如:硅钢片、破莫合金等),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,该方法有较大困难。

3.3利用焊条电弧焊焊接导磁件引开磁场法

生产施工中各种管件的焊件使我们认识到:就克服电弧磁偏吹的能力而言,焊条电弧焊要优于钨极氢弧焊,且管件破口处的磁性最大,对焊接的影响也最大,磁性会随距破口的距离远近而变化。因此采用焊条电弧焊焊接导磁件,在两焊件破口以外30mm处引磁的可能性就有可行性。故我们施工技术人员通过对磁偏吹现场的深入分析,提出了这个大胆设想:利用焊条电弧焊焊导磁件将磁场引开,从而使磁场对电弧的作用力趋于平衡。由经验丰富的焊工经过多次试验,我们成功地找到了将磁场引开的方法:在焊口的上部和下部各均布点点焊焊两个钢板条,确保这四条引磁钢条的对称性。之后再一一采用分段引磁、分段退焊和短弧焊法,彻底解决磁偏吹对焊接的影响。

结语

剩磁现象在冶金制造及钢铁生产行业较为普遍,在施工的工程中总能遇到,有些工程由于诸多原因不能把不锈钢焊管退厂处理,因此在现场及时有效的做好消磁工作,对整个工程的完成起着积极作用。

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