摘要：在天然气长输管道停气换管作业中，常常会遇到因管道带磁而无法正常施焊的情况，既影响焊口质量，又耽误施工时间。为此，分析归纳总结出了导致管道焊口带磁的原因：①管道检测工艺的影响；②制管工艺的影响；③环境的影响；④管道安装过程的影响；⑤管内介质的影响。进而分析了管道焊口带磁对管道焊接的影响：根焊时会出现焊接电弧，产生磁偏吹，干扰电弧稳定性，容易产生焊接缺陷。最后从管道消磁的基本理论入手，结合管道消磁工作的实际经验，提出了5种管道消磁方法：①绕线组法；②采用专业消磁设备法；③升温法；④搭桥法；⑤清洗法。研究成果对类似情况有较好的指导作用。
关键词：天然气管道；停气换管作业；管道焊接；根焊；管道焊口带磁；管道消磁；电弧；磁偏吹
1 长输天然气管道焊口带磁的产生原因
导致长输天然气管道碰口作业焊口带磁的原因较复杂[1]，根据对多个施工现场的调查分析，管道焊口带磁的主要原因如下：
1.1 管道检测工艺的影响
近年来，长输天然气管道加强了在役检测，广泛采用了数字化的智能清管器，与传统的“投球”清管后再进行无损检测作业相比，使用智能清管器具有开挖面积小、融清洁与诊断为一体的优势，但在实施智能清管作业过程中，受清管器发射的磁场波影响，管道带磁情况较为严重。智能清管器磁铁头(其示意图如图1所示)在清管作业过程中，由铁毛刷下端的磁铁块不断向管内壁发出磁场波，导致管道带磁。北方某公称直径1016mm的天然气输气管道受此影响，导致换管碰口施工中无法正常进行根焊作业。
1.2 制管工艺的影响
此种情况一般出现在大口径螺旋焊缝管道上，该类管道在出厂前对螺旋焊缝进行了无损探伤，采用磁粉渗透法对管道螺旋焊缝进行检测会使管道磁化，检测完毕后，虽然进行了退磁处理，但部分管材仍然会有微弱磁性存留下来。四川某公称直径813mm长输天然气管道的施工现场，37根新螺旋焊缝钢管出现此类情况。
1.3 环境的影响
长输管道建设时，通常会在施工现场选择1处或多处地点存放管材。管材在堆放时间内，不可避免地受到地球磁场、电磁铁磁场和电机永久磁铁磁场等诸多因素的影响，在某些地区管材还会受到铁道、机场等环境的影响。如某站公称直径108mm的旁通管道更换作业过程中，受附近机场环境的影响，更换管道三通进行根焊时，管道带磁，延长了施工周期。
1.4 管道安装过程的影响
管道安装时，要采用磨光机对管口进行打磨，强摩擦会引起坡口带磁；焊口采用中频加热处理时，其加热过程会导致管内充磁。在这些作业停止后，仍有残留磁性留在管口端面。如某管道改线碰口作业中，因长时间对管口进行打磨，导致顺气流11点钟方向根焊过程中出现焊口带磁情况。
1.5 管内介质的影响
长输天然气管道中通常会有铁锈粉，其中含有的四氧化三铁容易受地理磁场影响而磁化管道(如重庆气矿某输气干线)；管内介质以湍流状流动、速度较快时，易导致涡流产生，而涡流会导致磁性产生；管内介质高速流动时，与管内壁会发生摩擦，生产的大量静电会导致产生磁场。
2 管道焊口带磁对焊接的影响
在长输天然气管道的换管碰口作业过程中，经常遇到管道焊口带磁现象，具体表现为：在根焊时，出现焊接电弧，产生磁偏吹，干扰电弧稳定性，容易产生焊接缺陷[2]。特别是采用氩弧焊进行根焊时，坡口边缘的强烈磁性会吸引焊丝，产生颤震或粘连，致使无法正常运条施焊，给根焊作业带来以下影响。
1) 采用氩弧焊进行根焊时，呈现大量飞溅，声音异常(雷同于采用纤维素焊条根焊时的声音)。
2) 根焊过程中，电弧严重产生偏吹[3]，如采用氩弧焊丝，在坡口间隙中因磁场牵引会产生颤震和粘连现象，填充的熔池无法正常过度，使焊接过程异常困难甚至无法完成。
3) 管道坡口两侧的母材不能很好或无法与填充熔池融合，焊缝很难或无法成型。
4) 即使形成焊点或焊缝，焊点部分为蜂窝状，焊缝不成形，无法确保焊缝质量，直接影响到承压管道的安全使用[4]。
3 焊口带磁管道的消磁方法
目前，根据对现场带磁管道的测定结果，管道一般带磁量为89Gs左右，极个别特殊地形条件和输送高含硫气质管道带磁量甚至达到500Gs。为了保证焊接施工质量，缩短施工周期，提高管道安全运行系数，亟须解决长输天然气管道换管碰口过程中焊口带磁管道的根焊问题。
管道消磁的含义为：运用外部附加反磁场对管道本身磁场进行抑制，或将磁力线接通，当剩余磁场不足以影响到根焊时，便可进行焊接。通过对多个施工现场消磁方法的探索和总结，焊口带磁管道的消磁方法主要有以下5种：
3.1 绕线组法
用直流电焊机的手焊钳线在带磁管道上顺时针或反时针缠绕若干圈，缠绕匝数根据管道的磁场强弱决定，一般选用8～10圈为宜，其作业示意图如图2所示。绕线时如发现管口磁性变大，则需全部拆除，重新反向缠绕。
3.2 采用专业消磁设备
目前市场上有成型的消磁设备，虽然其工作原理与绕线法相近，但操作简单，输出电流可调节，可在设备上实现磁场极性转换，近年来也在施工作业中广泛使用。其工作原理是采用专业设备对带磁管端附加1个外部反向磁场，抑制原有磁场，使带磁管端剩余磁场低于10Gs，从而满足焊接需求[5]。中国石油西南油气田公司输气管理处采用消磁仪，已成功消磁作业数百例。
3.3 升温法
焊口组对好以后，在带磁管道端面用氧-乙炔火焰进行加热升温至居里点(管道母材表面呈浅红色，温度约为800℃)，以此降低管道磁性。但对强磁管道而言，需升温至改变其金相结构才能降低管道磁性，而改变管材的金相结构又与现行国家标准不符，因此，建议对弱磁管道使用该方法。成都市某小区管网碰口作业时，采用此种办法成功解决了碰口时焊口根焊带磁的问题。
3.4 搭桥法
由于管道坡口存在磁场，要求磁桥有足够的分磁面积，搭桥法要求在焊口处对称均匀点焊8～10点(2点之间距离为100mm左右)，每1焊点长度约为25mm，熔池深度不宜超过管道壁厚的1/3(从外壁向内壁算，如果熔池过深，则有可能被磁性吸附至管口内壁上)，从而有效地使大部分磁力线通过桥面流通，降低焊口处的磁性强度。
3.5 清洗法
对于弱磁管道而言，可采用丙酮清洗，将渗透于金格间的四氧化三铁清洗干净。点焊时，用手锤敲击管口外壁，扰乱磁力线，也可与搭桥法配合使用，引通磁力线。
4 结束语
近年来，由于数字化智能清管系统的广泛使用，管道智能检测作业较频繁，长输天然气管道碰口作业时焊口带磁强度有上升趋势，采用单一消磁办法已不能满足换管、碰口作业实施根焊的需求，因此，建议崩接工艺上寻求解决办法。
参考文献
[1] 侯贤忠.9XNi钢焊接中的磁偏吹及其防止[J].焊接学1985，6(4)：137-141.
[2] 徐初雄.焊接工艺500问[M].北京：机械工业出版1997.
[3] 许贵芝.俄罗斯管道焊接前的现代消磁方法[J].焊2002，25(5)：57-62.
[4] 王建勋.焊接电弧磁偏吹问题的理论解释及解决办法[J].电焊机，2003，33(6)：46-47.
[5]曹萱龄.物理学[M].北京：高等教育出版社，1984.
(本文作者：崔嘉1 黄文俊1 杨安益1 张振1 马晓红2 1.中国石油西南油气田公司输气管理处；2.中国石油塔里木油田公司)
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