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浅析焊接过程中的电弧偏吹

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马　丽

在正常焊接过程中,电弧的轴线总是沿着电极中心线的方向。即使焊条倾斜于工件时,仍有保持轴线方向的倾向。然而电弧是由气体电离构成的柔性导体。因此,受外力作用时,很容易发生偏摆。电弧偏吹使电弧燃烧不稳定,影响焊接质量。造成电弧偏吹的原因很多,主要有焊条偏心度过大、电弧周围气流的干扰、磁场的影响。这些电弧偏吹一般通过选用偏心度符合国家规定的焊条、调整焊接角度、遮挡气流等就可以消除或减少;另一种就是电弧磁偏吹,其产生原因有接地线位置不明确、焊条与焊接件位置不对称,还有就是周围有铁磁物质。在长距离的管线焊接施工过程中发生的电弧偏吹,严重时会将焊丝、焊条吸到一边,这将严重影响焊接过程和焊缝成形。

一、磁偏吹产生的原理

焊接电弧是气体放电的一种形式,它是由电子、正离子、负离子和中性的气体分子或原子组成,并伴随有激烈的电离反应且向一定方向,其宏观上是中性的,但微观上却是正、负电荷分离,且向一定方向运动形成电流,在电弧周围产生磁场。因此,如果因为某种原因使电弧自身所产生的磁场均匀性分布遭到破坏,电弧就会由于四周受力不均匀偏离焊条的轴线方向,即产生了磁偏吹现象,如图1所示。

这些破坏电弧自身磁场均匀性分布的因素有:电流在流过工件的方向上产生的磁场、焊件上的剩磁以及焊接部位周围存在其他磁场等。

管道焊接施工时,通过选择接地线的连接方式和连接位置,可以比较容易消除和减少电流流过工件引起的磁偏吹,所以一般不会对焊接过程造成大的影响。

长输管道现场焊接施工大多是在野外环境下进行的,施工场地沿着管道的延伸方向不断变化,因此施工场地周围磁场引起的磁偏吹不容忽视。一般情况下,这种由于施工场地周围磁场引起的磁偏吹不是很严重,但由于引起的原因难以判断,往往难以消除,常常是在较长的管道焊接施工过程中一直存在,给焊接过程造成较大困难。

管线钢为硬磁材料,其特点为充磁后容易保留部分磁性,因此施工作业环境周围的磁场及施工作业过程中遇到过磁性物质等将使焊件上留有剩磁,从而使后面的焊接过程产生磁偏吹。如果焊口剩磁强度超过一定值,磁偏吹现象将会很严重,甚至无法施工。

二、磁偏吹对焊接质量的影响

磁偏吹使焊接电弧飘移,严重时甚至无法施焊。由于长输管道现场焊接施工为对接环焊缝,采用对称施焊,因而通常情况下磁偏吹对根部焊缝的焊接过程影响较大,而对其它焊层的影响相对较小。

磁偏吹的存在使电弧燃烧不稳定,加在弧柱上的作用力也不稳定,熔滴过度不规则,导致了焊缝成形不规则,造成连续或断续咬边、根部未焊透、根部熔合不良等缺陷,如图2所示。

磁偏吹的存在还削弱了电弧周围的保护气氛,使熔池中易混入有害气体,从而引起气孔、夹渣等缺陷。

三、管道焊接施工中消除和减少磁偏吹的方法

采用交流电源或脉冲电源代替直流电源,用小电流、短弧焊接,对于长、大的工件可采用两端连接地线的方法等。但长输管道由于焊接施工大多在野外环境中进行,对施工环境、焊接材料、焊接设备等难以进行选择,且管口的剩磁很难消除,采用上述方法往往效果不明显。因此经常采用的方法有:

1.地线接地法

进行焊接施工时,将焊接电源的接地线接至焊接坡口内,再从焊接坡口内地线连接点处接出金属线连到泥土中。这种方法对于地线位置不正确、坡口切割的等原因造成的一般性磁偏吹有较好的效果。

2. 焊缝滑块法或点焊法

在管道焊接施工中,在坡口焊缝根部焊接时,往往产生强烈的磁偏吹,这是由于两个对接管段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点焊4至6个点,然后再进行根焊,磁偏吹现象可大大减小。

3. 焊接电缆缠绕法

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。

四、几点结论

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,采用焊缝滑块法或点焊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。

(作者单位:山西省太原选煤厂)

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