焊接中的磁偏吹分析及应对措施

焊接中的磁偏吹分析及应对措施

王郅治 ,董进

中国电建集团四川工程有限公司

【摘 要】焊接过程中，当焊件两侧磁场强度不同时，焊接电弧由于受力不均匀，易产生磁偏吹现象，影响焊缝成型，进而影响焊接质量。因此，了解磁偏吹产生的原因并消除磁偏吹是提高焊接质量的关键步骤。本文分析了磁偏吹产生的原因，并提出相应解决方案。通过现场实例分析焊接中如何消除磁偏吹，以期给以后生产、制造过程中出现类似情况提供经验。

【关键词】磁偏吹；焊缝成型；焊接质量

1引言

在锅炉系统中，汽水连接管在锅炉系统中起着重要作用，将锅炉产生的蒸汽或热水传输到需要的地方的重要角色,其焊接质量至关重要。然而，在焊接过程中发现部分管道焊接电弧燃烧不稳定，出现磁偏吹现象，导致焊缝成型不良、咬边、未焊透、气孔等焊接缺陷。本文针对这一问题，分析了磁偏吹产生的原因，并以产生机理为切入点，提出解决磁偏吹问题的方法，以确保焊接过程的顺利进行并提高焊接质量。

2 磁偏吹产生原因

焊接电弧是具有电离度的柔性气体，宏观上呈中性，由由阳离子及带电粒子和中性粒子构成。其中阳离子及电子沿一定方向运动形成电流，在电弧周围产生磁场。当电弧周围的磁场均匀性受到破坏时，电弧会偏离焊条（丝）的轴线方向，产生磁偏吹现象。

磁偏吹产生的主要原因有三方面：（1）焊接电源与工件连接位置引起的磁偏吹、剩磁场导致的磁偏吹以及电弧周围铁磁性材料分布不对称引起的磁偏吹。焊接过程中，通过焊条（丝）和电弧的电流产生的磁场与通过工件的电流产生的磁场在电弧一侧叠加，导致磁力线密度分布不均匀。（2）金属熔炼、钢管构件的工艺制作工程以及钢管的装卸搬运、无损探伤和清理过程会产生剩磁，剩磁场与电弧产生的磁场叠加，改变电弧自身磁场的分布均匀性，使电弧向磁场较弱的一侧偏离。（3）当电弧周围存在铁磁性材料，磁力线会倾向于走磁阻小的通路，导致电弧偏向铁磁性材料的一侧，产生磁偏吹现象。

3 磁偏吹的影响

磁偏吹是由于焊件两侧磁力线密度不均匀所导致的现象。对焊接过程造成一定影响，进而影响焊接质量。

磁偏吹会导致焊接电弧不稳定，发生偏移，严重情况下甚至不能很好地进行焊接作业。对于大管径钢管或者厚度较大的构件，需要采用多层多道焊接，因此焊接过程中的电弧偏移会影响焊接效率，增加生产成本。

产生磁偏吹时，电弧燃烧不稳定，弧柱上的作用力也不稳定，焊条熔化后，熔滴不能很好地过渡到熔池，即熔滴过渡不规则，焊缝成型不规则。如连续或断续咬边、根部熔合不良等缺陷。它还削弱了电弧周围的保护气体，使熔池中易混入空气等有害气体，导致气孔和夹渣等缺陷的形成。

4 磁偏吹的应对措施

根据磁偏吹产生的原因，生产、安装过程中，常采用以下几种方法来消除磁偏吹现象。

4.1 改变焊件上接地线位置

当焊件上的接地线处于某一侧时，会使磁力线的分布不均匀，电弧周围磁力线分布发生变化，电弧产生磁偏吹。因此，通过适当改变焊件与接地线的连接位置，如较长较大的工件，可采用在工件两侧进行接地，保证电弧周围磁力线分布对称，进而避免磁偏吹的产生。

4.2 调整焊条角度

焊接过程中，工件的磁力线会导致焊接电弧偏离，影响焊接质量。为此，需在焊接前了解工件上的铁磁性材料，以避免破坏电弧周围磁力线的均匀分布。采用短弧焊接可减小电弧受外部磁场影响的时间和偏移距离。同时，根据磁力线分布和电弧偏移方向，适当调整焊条角度，倾斜焊条朝电弧偏移方向，利用倾斜焊条产生的电弧力抵消电弧的偏移，减少磁偏吹对焊接的影响。

4.3 使用交流电源

条件允许的情况下，采用交流电源代替直流电源焊接。交流电源本身产生的磁场不断地改变方向和强度，这个变化有抵消构件外磁场的作用，使两者的合成磁场变弱，能有效的降低磁偏吹。

4.4 反消磁法

采用反消磁法解决磁偏吹问题，可以通过两种方法进行调整。首先，可以调节焊线缠绕匝数，通过改变感应磁场的强度，使其与剩磁的方向和强度相反。另外，也可以保持焊线缠绕匝数不变，而改变焊接电流的大小，在允许范围内调整感应磁场的强度，使其与剩磁的方向和强度相反。这样可以抵消焊接接头处的剩磁，有效克服磁偏吹现象。

4.5 高温加热法

通过局部高温加热或热处理消磁法可以减弱或消除焊件上存在的剩磁。无磁性金属分子在规则排列时表现出磁性，通过加热使其热运动加剧，破坏规则排列，减弱磁性。另一方法是热处理消磁，将铁磁质材料加热至高于居里温度（是指磁性材料中自发磁化强度降低到零时的温度，是铁磁性或亚铁磁性物质转变成顺磁性物质的界点），使其由铁磁性转变为顺磁性，最终失去磁性，达到消磁的目的。

5 解决磁偏吹问题的具体事例

在河北津西钢铁集团股份有限公司新建的1×135MW超超临界煤气发电项目中，安装锅炉汽水连接管件（规格为Φ114.3×18，材质为12Cr1MoVG）时，发现部分管件产生了磁性，导致焊接时出现磁偏吹现象，影响了焊接质量。经分析发现，磁偏吹的主要原因是工件中的剩磁场。部分管件在预制过程中经历了电磁起重机装卸、搬运等操作，以及磁化、无损探伤、车床切削和钢丝刷清理坡口等工艺，导致管件产生剩磁。剩磁场与焊接电弧产生的磁场叠加，改变了电弧自身磁场磁力线的均匀性，使电弧偏离向磁场较弱的一侧，产生了磁偏吹现象。

针对磁偏吹的产生原因，解决办法如下：（1）更换为交流焊机。因现场购买均为直流电焊机，将其更换为交流电焊机耗费成本，且使用频率不高，故此方法舍弃。（2）高温加热法。工作现场采用火焰加热耗时长，火焰温度较低，成本较高，且高温下对热影响区合金元素易造成的烧损，导致母材机械性能下降。此方法亦舍弃。（3）改变焊线接地位置。因焊线接地位置符合要求，不满足磁偏吹产生的条件，故此方法舍弃。（4）调整焊条角度。采用短电弧，将焊条向电弧偏移方向倾斜，经现场实践，效果不甚理想，仍然会存在磁偏吹现象，并不能很好抵消磁偏吹产生的电弧偏移等现象，故此方法亦舍弃。（5）反消磁法。焊接电流不变，将焊线缠绕在管道焊件上（如图1所示），焊接时发现仍有磁偏吹现象，但磁偏吹有所减弱。通过增加焊线缠绕匝数后，在缠绕10～15匝时，发现磁偏吹现象消失，焊接过程能够正常进行，且未出现夹渣、气孔、未熔合等焊接缺陷，故此方法符合要求。

图1 反消磁法焊线缠绕方式

6 结束语

焊接的质量影响着工件、设备的使用寿命，同时也承载着保证安全的作用。从各方面保证焊接过程的有序进行，控制焊接质量，是一个至关重要的步骤。针对现场生产、制造过程中容易出现的磁偏吹现象，首先应分析磁偏吹产生的原因，根据原因采取措施，同时应考虑方法的可行性以及成本，最终得到合适的处理方式。

参考文献

[1]吴鉴.焊接中带磁管道的磁偏吹及焊接操作技巧[J].机械制造.2003

[2]曹红霞.王振.等.采用反消磁法解决焊接磁偏吹[J].焊接技术，2007（36）：71-72

[3] 刘坤.焊接过程中磁偏吹的影响及消除.内蒙古石油化工，2010（18）：64-65

作者简介

王郅治 大学本科，中国电建集团四川工程有限公司焊接专业技术员，从事焊接技术管理。

董 进 大学专科，助理工程师 中国电建集团四川工程有限公司焊接专业公司 从事焊接技术管理工作。