由我单位承包施工的西气东输站场改扩建工程——子长分输站工程, 工艺安装施工中, 在焊接管线F355.6×14时, 发生电弧偏吹现象, 焊缝成型质量不好, 且由于焊接电弧偏斜, 使部分焊口焊接施工无法进行。针对存在问题, 进行了电弧偏吹原因分析并制定了相应解决方案。
焊接电弧:电弧是一种气体导电现象, 电弧中的带电粒子主要依靠气体空间的电离和电极的电子发射两个物理过程所产生的, 焊接电弧是电极和熔池间的柔性气体导体。电弧偏吹:当电弧周围存在一些干扰因素, 电弧中心轴线偏离焊条、钨极、焊丝的中心轴线, 即产生电弧偏吹现象。
气流偏吹是由于焊接时电弧周围气流场的存在而造成的。电弧周围气流场的产生主要是由空气对流造成的, 风速过快也是造成电弧偏出的一种原因。
磁偏吹:焊接过程中, 在电极和电弧周围及被焊金属中产生磁场。如果这些磁场不对称分布在电弧周围, 就会产生磁偏吹现象。产生磁偏吹的原因主要有三个方面。
(1) 随着电流进入工件并向工件接地点传出时电流流动方向大小的变化, 产生感应磁场。焊接电缆接在焊件一侧, 焊接电流只从焊件的一边流过, 使电弧两侧的磁场分布不均匀, 靠近接线一侧磁场增强, 电弧偏向磁场弱的一边。
(2) 电弧周围的磁性材料分布不对称。在有铁磁性物质一侧, 因为铁磁性物质导磁率大, 使该侧空间的磁力线变稀, 电弧必然偏向铁磁物质一侧。
(3) 在进行大的钢结构件焊接时, 磁偏吹主要来自焊件的剩磁场。
除以上因素外, 焊条药皮薄厚不均匀和焊工施焊手法不正确也有可能造成电弧偏吹。
电弧偏吹不但会影响焊缝成型质量, 严重时还可能导致焊接施工无法进行。产生电弧偏吹后, 焊缝产生的缺陷都会严重影响焊缝的质量及力学性能。
未焊透、未熔合的危害。未熔合和未焊透等缺陷的端部和缺口是应力集中的地方, 在交变载荷作用下很可能生成裂纹。气孔、夹渣的危害。气孔、夹渣等体积性缺陷的危害性主要表现为降低焊接接头的承载能力。咬边的危害。咬边是一种危险性较大的外观缺陷, 很容易形成应力腐蚀裂纹和应力集中裂纹。
西气东输管线输送介质为天然气, 其平均输送压力为8MPa, 属高压危险管线, 子长分输站位于子长县城西5km郭家坪村, 十分接近人口密集区域, 所焊接施工的管线焊缝必须保证没有以上致命缺陷, 保证人民的生命安全。
子长分输站F355.6×14管线焊接为沟上焊接, 焊接完成后整体下沟, 因此焊接作业时, 需严格监控环境风速。子长分输站管线焊接属于野外施工作业, 野外环境风速较大, 因此需配备密闭挡风棚, 还应将管线两端临时封堵, 以保证根焊时不产生气流偏吹。
子长分输站F355.6×14管线焊接施工时, 磁偏吹出现的原因可能有以下几种。
焊接时, 采用焊机为直流逆变焊机。使用直流正接或直流反接接法焊接时, 就会形成上述第一种磁偏吹;焊接时, 焊口两端管段的磁场分布不均匀, 导致电弧周围磁场分布不均匀, 引起第二种磁偏吹;由于子长分输站F355.6×14管线进场时为光管 (未防腐管) , 进场后根据图纸要求进行了机械除锈施工, 而且焊接前用角磨机进行了坡口打磨。以上两种操作会使管线内部存在部分剩磁, 而一旦焊口两端剩磁不一致时, 就会出现磁偏吹现象;F355.6×14管线为无缝钢管, 其输送介质为高压易燃易爆气体, 若探伤采用磁性探伤法, 易出现第三种磁偏吹;管线施工时, 管线上方有架空380V输电线路, 电线路感生磁场作用于管线上, 使管线带磁;从而可能产生磁偏吹。
(1) 可以适当改变焊件上接地线位置, 尽可能使电弧周围的磁力线均匀分布;管子接地线不能远距离接在管子上, 应直接引至坡口附近 (或直接放在坡口上) , 使电流在管子上形成的电流回路尽量短。通过调整接地线与管子坡口接触部位, 可减小磁偏吹现象 (接地线是放在管子坡口左侧还是右侧或直接在坡口上, 可反复试验) 靠近坡口附近的接地线走向不能跟管子平行, 应与管子呈垂直状态, 防止地线上电流所形成的磁场距管子剩磁场迭加。
(2) 沿圆周方向在坡口上方 (不是坡口根部) 采用电焊方法临时点焊几处定位焊缝, 将坡口两侧管子磁场短路。定位焊缝待打底焊至该部位时用砂轮机磨掉。
(3) 采用交流焊接代替直流焊接。当采用交流电焊接时, 因变化的磁场在导体中产生感应电流, 而感应电流所产生的磁场削弱了焊接电流所引起的磁场, 从而控制了磁偏吹。
(4) 改变焊接手法, 在操作上适当调节运条倾角, 将焊条朝偏吹方向倾斜。
(5) 采用分段退焊法以及短弧焊法, 也能有效地克服磁偏吹。
(6) 安放产生对称磁场的铁磁材料, 尽量使电弧周围的铁磁物质分布均匀。
(7) 用反消磁法。即让焊件产生相反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。利用焊接电缆线绕在接头两侧, 通过焊接引弧时, 焊接电流通过电缆绕组产生感应磁场, 来抵消剩磁克服磁偏吹。消磁施焊的效果可通过下列两种方法进行调整:在焊接电流不变时可通过调节焊接电缆绕组圈数来对焊件产生感应磁场强度的大小进行调整, 使之与剩磁场强度大小相等方向相反;在电缆绕组圈数不变时, 在焊接电流允许的范围内改变焊接电流大小, 对焊件产生的感应磁场强度的大小进行调整使之与剩磁场强度大小相等方向相反, 从而消除焊接接头处的剩磁, 克服磁偏吹对焊接电弧的影响。
(8) 管线焊接时, 临时改变管线方向, 消除输电线路感生磁场的影响。
由焊条药皮薄厚不均匀造成, 可通过更换合格焊条或改变焊接手法等措施;由焊工本身焊接手法造成, 可通过更换有经验的焊工或通过现场焊接教学培训, 避免焊接时电弧偏吹的产生。
根据电弧偏吹产生原因的不同, 我们对症下药, 通过以上方法和措施, 有效的抑制了焊接作业时电弧偏吹的产生, 从而顺利的完成了子长分输站施工中F355.6×14管线焊口的焊接, 使管线探伤一次合格率由开始的95%, 提高到了99.2%。在保证了焊口质量的同时, 也确保管线运行安全及人民生命的安全。
摘要：分析了管线焊接时电弧偏吹的产生原因, 电弧偏吹的危害, 现场分析确定施工中产生的电弧偏吹种类, 并根据电弧偏吹产生原理, 制定了克服措施, 保证了焊接施工顺利进行, 并提高了焊接合格率。
关键词：电弧偏吹,危害,磁偏吹,克服措施,焊接合格率
[1] 王勇, 王引真, 张德勤.材料冶金学与成型工艺[M].石油大学出版社, 2005, 7.
[2] 邢文龙.克服和消除磁偏吹对焊接电弧影响的方法[EB/OL].百度文库.
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