научная статья по теме СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА СВАРКИ ГАЗОПРОВОДОВ ЗА СЧЕТ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО УСТРАНЕНИЯ ОСТАТОЧНОЙ НАМАГНИЧЕННОСТИ Общие и комплексные проблемы технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства
Текст научной статьи на тему «СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА СВАРКИ ГАЗОПРОВОДОВ ЗА СЧЕТ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО УСТРАНЕНИЯ ОСТАТОЧНОЙ НАМАГНИЧЕННОСТИ»
СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА СВАРКИ ГАЗОПРОВОДОВ ЗА СЧЕТ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО УСТРАНЕНИЯ ОСТАТОЧНОЙ НАМАГНИЧЕННОСТИ
И.В. Третьяков, М.Б. Ригмант, В.Е. Щербинин
Рассматриваются современные методы улучшения качества сварки газопроводов, предложены новые методы снижения магнитного дутья.
Ключевые слова: сварка, магнитное дутье, размагничивание, трубопроводы.
Магнитная дефектоскопия нашла широкое применение в различных отраслях промышленности, в том числе нефтегазовой. Этот метод контроля очень эффективен при диагностике магистральных трубопроводов с помощью внутритрубных снарядов-дефектоскопов (кроулеров). Однако наведенная в результате дефектоскопии остаточная намагниченность, не влияя на технические характеристики трубопровода, начинает проявляться при его ремонте. Во время ремонтной сварки магнитные поля остаточной намагниченности вызывают сильное магнитное дутье (МД).
Магнитным дутьем называется эффект отклонения сварочной дуги под действием магнитного поля. При сварке в слабом магнитном поле магнитное дутье проявляется в виде статического или медленно изменяющегося отклонения (выгибания) сварочной дуги. В сильном магнитном поле это быстрые хаотичные движения дуги. Эти проявления магнитного дутья ухудшают стабильность горения сварочной дуги, вызывают сильное разбрызгивание металла или выброс металла из сварочной ванны, изменяют глубину проплавления металла, нарушают процесс переноса металла в дуге, что затрудняет сварку и приводит к снижению качества сварного шва (появлению непроваров, шлаковых включений, трещин, нарушению формы и структуры шва). В очень сильных магнитных полях магнитное дутье может быть столь велико, что "сносит" сварочную дугу уже в момент зажигания и сварка становится невозможной.
Задачу снижения остаточной намагниченности на торцах свариваемых труб можно решать, используя различные подходы.
В работе [1] предложен способ размагничивания крупногабаритных объектов целиком, используя медленно перемещающийся многовитко-вый индуктор, охватывающий трубу, с переменным, плавно убывающим током, который создает переменное затухающее магнитное поле в материале трубы. Очевидным недостатком такого метода является сложность практической реализации — невозможность длительной протяжки индуктора снаружи трубы, большие энергозатраты и многое другое.
В [2] предлагается снижать эффект магнитного дутья за счет состыковки намагниченных труб определенным образом при монтаже газопровода. Этот способ трудно реализовать из-за того, что магнитное поле на торце труб имеет сложный характер и, обеспечив хороший "провар" в одном месте, мы не гарантируем надежную сварку в другом.
В [3] рассматривается внутритрубный снаряд-размагничиватель. Снаряд обеспечивает качество сварки за счет особой ориентации векторов намагниченности. Замыкание магнитного потока после предварительного намагничивания для обеспечения проведения дефектоскопии реализу-
Игорь Валентинович Третьяков, инженер I-й категории ООО "Геострой".
Михаил Борисович Ригмант, канд. физ.-мат. наук, Институт физики металлов УрО РАН. Тел. (343) 378-36-10.
Виталий Евгеньевич Щербинин, чл.-кор. РАН, научный руководитель отдела нераз-рушающего контроля Института физики металлов УрО РАН. E-mail: scherbin@imp.uran.ru
ется внутри тела трубы. Недостатком данного метода мы считаем сложность оперативного размагничивания при ремонте отдельных узлов газопровода.
В данной работе предлагается несколько методов снижения магнитного дутья, которые являются продолжением и развитием практических разработок, рассмотренных в [4].
Исследования, проведенные при ремонте магистральных газопроводов ООО "Севергазпром", показывают, что индукция магнитного поля в сварном зазоре после магнитной дефектоскопии неоднородна, имеет по периметру стыка периодический характер и может достигать величин 80—110 мТл.
£ 30 м Ч 20 10 '"А / \ / \ \ / \ —___п--4/ \ / \ / \ \ / — \/ ^ V/
-20 № точки измерения по периметру трубы -♦- Стык < 1 - -а - Стык < 2 ---А--- Стык < 3
Рис. 1. Индукция МП в сварочном зазоре магистральных газопроводов.
Рис. 1 иллюстрирует примеры распределения первоначальной индукции магнитного поля по периметру сварочных зазоров ремонтируемых газовых труб диаметром 1220—1420 мм после проведения дефектоскопии. Как видно из рисунка, первоначальная намагниченность трубы характеризуется большими значениями (более 60 мТл) и высокой неоднородностью. Для выполнения сварки без магнитного дутья необходимо снизить магнитную индукцию в сварочном зазоре до величины менее 2 мТл.
"Рекомендации по размагничиванию стыков труб", разработанные ВНИИСТ в 1984 году, рекомендуют применять для размагничивания метод "прерывания тока". Суть метода состоит в том, что на трубу наматывается 6—8 витков сварочного кабеля, который подключают через балластный реостат к источнику сварочного тока. Затем на 5—10 сек включают источник тока. После выключения источника тока зажиганием дуги контролируют магнитное дутье. Если магнитное дутье не исчезло, изменяют величину тока, полярность подключения кабеля, количество витков обмотки, экспериментально подбирая необходимые параметры. Этот метод очень трудоемок и требует высокой квалификации оператора. Так, специалистами ООО "Севергазпром" на размагничивание этим методом и сварку двух стыков линейной части газопровода "Грязовец— Ленинград-2" в 1994 году было потрачено около 20 ч. Поэтому была поставлена задача разработать метод размагничивания, дающий за короткое время гарантированные результаты.
Для успешной реализации этой задачи была создана специальная установка размагничивания, пригодная для работы в полевых условиях. Основные технические характеристики установки размагничивания приведены ниже.
Установка размагничивания имеет два режима размагничивания: электромагнитная обработка знакопеременным, затухающим магнитным полем и компенсация постоянным, регулируемым полем.
Технические характеристики установки размагничивания "Пурга"
Максимальный ток импульса размагничивания, А. 500
Количество импульсов размагничивания. 63
Форма импульса. трапеция
Длительность импульса, с. 4
Длительность паузы между импульсами, с. 2,5
Коэффициент затухания импульсов. 1,1
Магнитное поле создается обмоткой размагничивания, наматываемой сварочным кабелем сечением 35 мм2 и состоящей из двух секций по 7 витков. Секции обмотки наматываются на трубу виток к витку на расстоянии 150 мм симметрично по обе стороны от сварочного стыка (рис. 2).
Первоначально отработка технологии размагничивания газопроводов производилась на макете трубопровода, состоящем из двух отрезков намагниченных труб диаметром 1220 мм, длиной по 3,5 м, вырезанных из реального трубопровода и собранных под сварку. Как показано на рис. 3, размагничивание знакопеременным затухающим магнитным полем дало положительные результаты (рис. 3, 2). Индукция в сварочном зазоре снизилась до необходимых норм, стабильность такого метода размагничивания также высока (см. рис. 3, 3).
После успешного апробирования этот способ размагничивания был проверен на реальном ремонтируемом газопроводе "Грязовец—Ленин-град-2" диаметром 1220 мм. Результаты размагничивания в этом случае отличаются от полученных ранее (рис. 4). Из кривой 2 на рис. 4 (индукция после электромагнитной обработки знакопеременным, затухающим магнитным полем) видно, что величина магнитной индукции в сварочном зазоре уменьшилась, стала однороднее по периметру стыка, но далека от
необходимых для сварки норм. Повторная электромагнитная обработка ненамного улучшила ситуацию (см. рис. 4, 3), и это состояние оказалось нестабильным (рис. 4, 4).
№ точки измерения по периметру трубы
Рис. 3. Результаты размагничивания отрезков труб:
1 — первоначальная индукция в сварочном зазоре; 2 — индукция в зазоре после размагничивания; 3 — индукция в зазоре через 4 ч после размагничивания.
Это объясняется тем, что не была учтена магнитная помеха, создаваемая остальной частью намагниченного газопровода. В результате ее влияние привело к безгистерезисному намагничиванию размагничиваемого участка во время электромагнитной обработки. Подобный пример
Рис. 4. Результаты размагничивания стыка газопровода диаметром
1 — первоначальная индукция в сварочном зазоре; 2 — индукция в сварочном зазоре после электромагнитной обработки; 3 — индукция в сварочном зазоре после повторной электромагнитной обработки; 4 — индукция в сварочном зазоре через 4 ч после электромагнитной обработки; 5 — индукция в сварочном зазоре после компенсации постоянным
уже был описан в [1], однако он касался размагничивания тонких стальных стержней, размагничиваемых коротким соленоидом по всей длине. В нашем случае размагничивать можно было только короткий участок трубы длиной 1—2 м, остальная часть газопровода (около 50 км) продолжала оставаться намагниченной.
Положительным последствием электромагнитной обработки можно считать улучшение однородности намагниченности по периметру свар-
ного стыка. Для устранения отрицательного влияния магнитной помехи требуется ее компенсация во время проведения электромагнитной обработки, однако учитывая неоднородный характер намагниченности по периметру трубы, сделать это в полевых условиях сложно. Поэтому был использован второй рабочий режим установки размагничивания — компенсация постоянным регулируемым магнитным полем. После выполнения цик
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.