Ручная дуговая сварка покрытыми электродами в настоящее время остается основным способом выполнения неповоротных стыков магистральных и промысловых газо- нефтепроводов при соединении секций или отдельных труб в непрерывную нитку, а также при проведении ремонтных работ. К тому же выполнение данных работ в северных районах России возможно преимущественно зимой при низких температурах воздуха (до -500С), что является одним из препятствий для применения механизированных способов сварки.
При этом опыт сварщиков высокой квалификации, имеющих практически неограниченный набор элементарных профессиональных навыков, будет проявляться в правильном подборе сварочного тока в рекомендуемых диапазонах, манипулировании электродом, наблюдением за оплавлением притупления, заполнением зазора и разделки электродным металлом. Независимо от направления выполнения сварки (углом вперед или назад), характера переноса электродного металла, вида тока и его полярности, пространственного расположения свариваемых стыков будет происходить свободное формирование швов.
Но при проведении сварочно-монтажных работ можно столкнуться с определенными технологическими трудностями, например, с обеспечением пространственной устойчивости дуги при сварке на постоянном токе. Потеря которой проявляется в виде отклонения сварочной дуги от своего нормального осесимметричного положения, спонтанного, самопроизвольного выброса металла из зоны нагрева. При этом дуга горит не по кратчайшему расстоянию и меняет свою форму (деформируется). Данное явление получило название «эффект магнитного дутья».
Факторы, приводящие к возникновению эффекта магнитного дутья
Электрическая сварочная дуга, как гибкий проводник сварочного тока, может отклоняться от своего нормального положения при действии внешних магнитных полей различной плотности, неравномерно и несимметрично расположенных относительно ее столба в свариваемом изделии. Неоднородность поля действует на движущиеся заряженные частицы и тем самым оказывает воздействие на дугу, которое прямо пропорционально квадрату силы тока.
Произвольное магнитное поле свариваемой конструкции будет вызывать отклонение дуги в сторону меньшей его плотности; при этом, чем длиннее дуга, тем будет сильнее отклонение. Поэтому короткая дуга менее подвержена воздействию магнитного дутья.
Собственное магнитное поле сварочной дуги, перемещается вместе с электродом и может изменяться, поскольку в свариваемом стыке оно распространяется не концентрически, по кратчайшему расстоянию, а по пути наименьшего сопротивления. Так асимметрия поля вызывает магнитное дутье, которое отклоняет дугу вперед в начале сварного шва и назад - в конце сварного шва, обусловленного магнитной проницаемостью металла и воздушного зазора.
Следует также учитывать, что в начале выполняемого сварного шва магнитное поле проходит по наплавленному металлу и по воздушному зазору в стыке, который имеет меньшую проницаемость. Поэтому магнитное дутье наиболее сильно проявляется в начале шва. В некоторых случаях отклонение дуги может происходить под некоторым углом как вправо, так и влево, т.е. отклонения иногда проявляются вопреки противодействию собственного поля.
При сварке на переменном токе магнитное дутье существенно снижается, но, тем не менее, не устраняется полностью. Его уменьшение происходит в связи с тем, что переменный ток создает переменное магнитное поле в основном металле, что, в свою очередь, приводит к появлению вихревых токов. Вихревые токи создают собственную переменную магнитодвижущую силу, сдвинутую по фазе почти на 180° к сварочному току. Результирующий магнитный поток сварочной цепи становится меньше, чем при постоянном токе. Магнитное поле вихревых токов, которое всегда направленно в противоположную сторону, стремится нейтрализовать магнитное поле дуги и магнитное поле, создаваемое проходящим в основном металле током, тем самым, уменьшая отклонение дуги.
При сварке на постоянном токе изменение полярности или направления сварки не оказывают заметного влияния на магнитное дутье. Место подключения обратного провода имеет второстепенное значение, но может оказать воздействие на характер эффекта магнитного дутья. При направлении движения дуги к месту подсоединения обратного провода направление магнитных полей противоположно, что уменьшает магнитное дутье.
При сварке от места присоединения обратного провода направление магнитных полей совпадает, что приводит к усилению магнитного дутья. Хорошие результаты дает подсоединение обратного провода к началу сварного шва, оптимальным вариантом является его подсоединение к обоим концам шва.
Основной причиной возникновения данного эффекта является результирующая наведенная намагниченность конструкции.
Особую трудность представляет сварка деталей (узлов) из металла с остаточным намагничиванием, которое возникает, например, при подъеме заготовок электромагнитом. В некоторых случаях их намагниченность может достигать такой величины, что делает сварку практически невозможной. При выполнении работ необходимо учитывать, что эффект магнитного дутья может увеличиваться также в следующих случаях:
- при сварке в вертикальном и потолочном положениях (по сравнению со сваркой в нижнем положении);
- при сварке на форсированных режимах;
- при сварке электродами с основным покрытием (по сравнению с электродами с рутиловым покрытием);
- при ручной дуговой сварке покрытыми электродами и аргонодуговой сварке;
- в условиях повышенного атмосферного давления;
- при сварке металла большой толщины с узкой разделкой кромок;
- при сварке легированных сталей, обладающих свойством сохранять намагниченность.
Таким образом, спонтанный срыв дуги при сварке может происходить не только вследствие ее выполнения по загрязненным кромкам и на большой скорости, но и из-за влияния внешних магнитных полей.
СПОСОБЫ КОМПЕНСАЦИИ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ
Уменьшение существенным образом величины индукции остаточных магнитных полей в зоне сварки задача для производства затратное. В тех случаях, когда её устранение или по крайней мере значительное снижение диктуется необходимостью, наиболее радикальным мероприятием является использование постоянных магнитов или обмоток (соленоидов) из сварочного кабеля, создающих компенсационное магнитное поле.
Основные методы по компенсации наведенной намагниченности прошли определенную эволюцию своего развития.
При уровне намагниченности свариваемой конструкции превышающем допустимый необходимо проводить размагничивание. Для этой цели существуют специальные способы, которые можно разделить на две группы.
Первая группа. Снижение магнитного дутья за счет корректировки технологических приемов (применяется при незначительных уровнях остаточной намагниченности):
- наклоном электрода (изменяется величина и направление отклоняющей силы) (рис.12);
- уменьшением величины тока сварки;
- изменением точки подключения обратного провода или применением многоточечных или переносных токоподводов.
Вторая группа. Компенсация магнитного поля в зоне сварки (применяется при значительных уровнях намагниченности). Основной способ размагничивания заключается в создании компенсирующего поля, направленного против поля остаточного магнетизма труб, и его регулировке. При этом величина компенсирующего поля должна быть на 20-50% больше величины поля остаточного магнетизма.
Компенсацию остаточной магнитной индукции можно выполнять с использыванием:
- постоянных магнитов;
- электромагнитов;
- обмоток из сварочного кабеля (соленоидов), по которым пропускают ток (постоянный или переменный).
Методику и схему размагничивания выбирают после анализа зарегистрированной величины и неоднородности магнитной индукции в сварочном зазоре и с учетом конкретных условий (например, исходя из наличия определенной оснастки и оборудования). При величине индукции не превышающей 100-120 мТл (1000-1200 Гс)применяют технологию локальной компенсации остаточных полей постоянными магнитами. Если магнитная индукция в сварочном зазоре превышает данные величины, то обычно применяют метод размагничивания с помощью обмотки с током.
Иногда для эффективного устранения магнитного дутья используют одновременно или последовательно несколько методов. Например, магнитные поля небольших величин можно компенсировать одновременным изменением технологических параметров сварки и применением постоянных магнитов. Если энергии постоянных магнитов не хватает, то необходимо предварительно снизить намагниченность электромагнитным способом (с помощью обмотки с током), а затем довести ее до необходимых норм постоянными магнитами.
Для уменьшения эффекта магнитного дутья также можно:
- выполнять сварку переменным током в тех случаях, когда это возможно;
- уменьшить силу сварочного тока;
- место крепления обратного провода должно быть как можно ближе к месту проведения сварки (рекомендуется иметь обратный провод со скользящим контактом);
- иметь два обратных провода и подсоединять их с двух сторон от места проведения сварки;
- заземлять трубы, помещенные в траншеях;
- вести сварку в сторону крепления обратного провода;
- ограждать место проведения сварки металлическими экранами для защиты от влияния магнитных полей;
- размещать сварочные провода параллельно свариваемым кромкам;
- выполнять сварку обратно-ступенчатым способом;
- не замыкать электрододержатель и оголенный сварочный провод на свариваемое изделие и изменять наклон электрода в сторону, противоположную отклонению дуги;
- изменять полярность постоянного тока (например, с прямой на обратную);
- стыковать трубы, соединяемые концы которых имеют одинаковое направление магнитного поля (при этом суммарное магнитное поле может иметь небольшую величину, что позволит проводить сварку беспрепятственно).
Компания ООО "МАГНИТ плюс" предлагает различные виды и комплекты компенсационных магнитов собственного производства.
Подробнее - на https://magnitsp.ru/catalog/kompensatsionnye-magnity/