磁偏吹对油气管道焊接质量影响的探讨

吉西峰

【摘要】本文首先介绍了磁偏吹现象，包括其产生的机理和原因，然后分析研究了磁偏吹对焊接质量的影响和减小消除磁偏吹的方法，最后总结了在长输管道焊接施工中常常采用地线接地法来消除和减少磁偏吹，还采用点焊法或焊缝滑块法。

【关键词】磁偏吹；焊接；磁场；电弧

第一章 引言

在石油天然气的管道焊接施工过程中，常常会产生磁偏吹现象。这些电弧磁偏吹大致可以分为两类：一类是由于焊条或药芯偏心，电弧周围的气流受到干扰，接地线位置不正确等原因造成的，一般通过遮挡气流、更换焊条、调整焊接角度、调整接地线位置或者重新摆放焊接设备的位置进行消除或减少；另一类电弧磁偏吹，其产生的原因和机理不是很明确，在几公里甚至几十公里长的管线焊接施工过程中一直存在，严重时会将焊条或焊丝吸到一边，这将严重影响焊接过程和焊接成型的质量，耽误了工程进度，通过分析研究以及相应的现场处理及改进，利用反消磁法等相关方法可以在一定程度上克服磁偏吹现象。

第二章 磁偏吹的产生

2.1磁偏吹产生的机理

在油气管道焊接过程中，焊接电弧的弧柱是具有一定电离度的气体，其从宏观上来看是中性的，但是微观上确实正、负电荷分离的，可以朝一定方向运动从而形成电流，在焊接电弧的周围产生磁场，此时电弧自身产生的磁场均匀性就会被破坏，电弧受力就会不均匀，从而使得電弧偏离焊丝（焊条）的轴线方向，这就被称为磁偏吹现象[1]。

2.2磁偏吹产生的原因

磁偏吹主要由三个原因造成，感应磁场的产生、电弧周围磁性材料分布不对称以及焊件的剩磁场以及周围场地磁场所引起的磁偏吹。

2.2.1感应磁场的产生 电流流过工件方向时会产生一定强度的磁场，此时会引起磁偏吹。焊接时，不仅通过焊条与电弧的电流在空间上产生磁场，而且通过工件的电流，当焊条垂直于工件时，由于电流通路在电弧处相互垂直，且电弧左侧空间的两段导体周围产生的磁力线叠加，从而提高了此处磁力线的密度，而电弧右侧的空间只有电弧本身产生的磁力线，因此磁力线密度比左侧的小，电弧周围左侧和右侧的磁力线密度分布不均匀，使磁力线密度大的地方产生对电弧的推力，并指向磁力线密度小的地方，使电弧偏离焊条的轴向，形成电弧的磁偏吹。对于管道焊接施工时因电流流过工件所产生的磁偏吹，往往可以通过选择接地线的连接方式和连接位置，可较容易消除和减少电流流过工件引起的磁偏吹，不会对焊接过程造成较大的影响。

2.2.2电弧周围的磁性材料分布不对称 电弧周围的磁性材料分布不均匀产生的磁偏吹。在靠近焊接电弧的一侧有一良性导磁体（钢板）存在时，磁力线将走磁阻小的通路，使较多的磁力线集中到良导磁体中，电密度显著降低，破坏了空间磁力线分布的均匀性，电弧偏向良导磁体的一侧，看上去好像是钢板吸走了电弧，实际上电弧是被另一侧较强的磁场推了过去。电弧一侧的钢板越大或者距离越近，引起磁力线的密度分布不对称就会加剧，电弧的磁偏吹就越厉害。

2.2.3焊件的剩磁场 焊件的剩磁场以及周围场地磁场所引起的磁偏吹，在进行体积大的钢结构件焊接时，磁偏吹主要来自焊件的剩磁场。当焊件有较大的剩磁场时，它与电弧磁场叠加，从而改变了电弧周围磁场的均匀性，使得电弧偏离焊丝（焊条）的轴线方向，产生了了磁偏吹现象。如果焊接焊口的剩磁强度超过一定值，磁偏吹现象就会很严重，甚至无法进行焊接。

第三章 磁偏吹对焊接质量的影响

3.1使焊接电弧飘移

焊接过程中，因焊条药皮偏心的影响、气流的干扰和磁场的磁力作用，使焊接电弧的中心相对于焊条轴线产生偏移。

3.2使电弧燃烧不稳定

磁偏吹现象不仅使电弧燃烧变得不稳定，飞溅加大，在熔滴下落时失去保护，还会严重影响焊缝的成形。

第四章 减小和消除磁偏吹的方法

4.1反消磁法

反消磁法，即让焊件产生相反的磁场来抵消焊件上的剩磁，从而克服和消除磁偏吹对焊接电弧的影响[2]。

4.1.1概述 消磁法，即为利用物理的原理逆电弧方向缠绕直流电缆，利用消磁机的原理，利用现场有限、直接的材料进行简易消磁机的制作。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，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。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（根据情况试验匝数的多少），使之产生反向磁场，以消除电弧偏移。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。而且，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[3]。

4.2地线接地法

在进行焊接施工时，将焊接电源的地线接至焊接坡口内，再从焊接坡口内地线连接点处引出一根金属线连至泥土中，这种方法对于地线位置不正确、坡口切割等原因造成的静电电荷引起的假磁偏吹有较好的效果。

4.3电缆缠绕法

根据磁偏吹方向判断磁场的方向，将焊枪电缆的中部在管口的任一端缠绕数圈，在线圈通电的同时进行焊接。

4.4点焊法或焊缝滑块法

在管道焊接的施工过程中，在坡口焊缝根部焊接时，往往会产生强烈的磁偏吹，这是由于两个对接管管口处的磁场强度不一样。因此，在焊缝坡口内放置滑块，或用氩弧焊的方法均匀电焊4至6个点，然后再进行跟焊，磁偏吹现象可大大减小。

4.5其它方法

在制定工艺方案时应该考虑有关措施，以控制磁偏吹现象。通常可采用以下方法： （1）在直流熔化极电弧焊电流超过250A时，改用交流电源；（2）使用短弧焊接；（3）减小焊接电流，但此法可能会减小焊速；（4）焊条向磁偏吹相反的方向倾斜。

第五章 总结

由于感应磁场的产生、电弧周围磁性材料分布不对称或者焊件的剩磁场，造成电弧偏离焊丝（焊条）的轴线方向，被称为磁偏吹现象。磁偏吹现象使得焊接电弧飘移和电弧燃烧不稳定，对管道焊接施工工程具有重要的影响。

人们在生产实际过程中，会使用一定的方法来消除或者克服磁偏吹现象。在长输管道焊接施工中常常采用地线接地法来消除和减少磁偏吹，一般可以获得满意的效果。对于旧管道进行焊接施工，因旧管道具有较大的剩磁强度，从而造成严重的磁偏吹现象，采用点焊法或焊缝滑块法可大大减小磁偏吹现象。焊接电缆缠绕法由于在操作上有一定的难度，在管道焊接施工中较少采用。

参考文献

[1]徐铁恒，范永明.管道焊接过程中克服磁偏吹的方法.施工技术，2010，18（3）：43

[2]王贵生.克服和消除磁偏吹对焊接电弧影响的方法.焊管，2000，3（2）：78～79

[3]刘坤.焊接过程中磁偏吹的影响及消.内蒙古石油化工，2010，14（18）：7～9