Как сварить намагниченный металл

Обновлено: 10.05.2024

Изобретение относится к способу дуговой сварки намагниченных объектов при ремонтно-восстановительных работах и может быть использовано для сварных намагниченных стыков магистральных трубопроводов. Способ включает удаление дефектной зоны, установку сварных стыков, концентрацию магнитного поля в локальной зоне, противодействующему остаточному магнитному полю, сварку стыков. На область сварки объектов воздействуют магнитным полем по нормали к шву и оси дуги одновременно со сваркой. При этом переменное магнитное поле создают за счет накладываемой катушки, которую покрывают асбестовой лентой и запитывают с частотой 50 Гц. Кроме этого амплитуда переменного магнитного поля у поверхности сварки объекта составляет 80-100% от остаточной намагниченности в зазоре. Изобретение позволяет обеспечить упрощение технологического процесса и стабильное качество сварных соединений для намагниченных объектов без их размагничивания. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула изобретения

1. Способ дуговой сварки намагниченных объектов при ремонтно-восстановительных работах, включающий удаление дефектной зоны, установку с зазором сварного стыка, создание переменного магнитного поля в локальной зоне стыка сварки, противодействующего остаточному магнитному полю намагниченных объектов, и сварку стыка, отличающийся тем, что дуговую сварку осуществляют без размагничивания для чего создают магнитное поле по нормали к шву и оси дуги одновременно со сваркой, при этом устанавливают амплитуда переменного магнитного поля у поверхности сварки объекта 80-100% от остаточной намагниченности в зазоре стыка.

2. Способ дуговой сварки по п.1, отличающийся тем, что для создания переменного магнитного поля на область сварки накладывают катушку, покрытую асбестовой лентой, и подают на нее напряжение с частотой 50 Гц.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электрической стыковой сварки и может быть использовано для сварных намагниченных стыков магистральных трубопроводов.

Для оценки технического состояния линейной части магистральных трубопроводов и выявления дефектных участков широко применяются внутритрубные магнитные дефектоскопы, в состав которых входят редкоземельные постоянные магниты с высокой удельной энергией магнитного поля, что приводит к образованию в теле трубы сильной остаточной намагниченности.

При проведении ремонтно-восстановительных сварочных работ, на выявленные в процессе контроля аварийно опасные участки, остаточное магнитное поле трубопровода, воздействуя на сварочную дугу, нарушает стабильность ее горения и формирование сварного шва. Указанный комплекс явлений получил название - эффект "магнитного дутья".

В течение 1999-2000 гг. введены в эксплуатацию девять образцов РУ: на ГАО «Приднепровские магистральные нефтепроводы», ГАО МН «Дружба» (Украина) и ГПТН «Дружба» (Беларусь).

По результатам хронометража 10-ти разных случаев размагничивания длительность процесса составила в среднем около 20 мин: до 10 мин - монтаж обмотки, до 2 мин - размагничивание и контроль уровня магнитного поля, до 8 мин - демонтаж обмотки. Монтаж и демонтаж обмотки ведут два сварщика, присоединение кабелей питания к сварочному агрегату и передвижной электростанции - обслуживающий их персонал, размагничивание и контроль - один из сварщиков.

В МГТУ им. Н.Э.Баумана на протяжении ряда лет проводились работы по использованию магнитных полей для управление процессом сварки. Для удержания сварочной ванны используют поперечное магнитное поле, перпендикулярное оси шва и дуги (Рыбальчук A.M. Формирование сварочного шва магнитным полем. // «Сварщик-профессионал», 2005. №5, - с.9-10). Схема наложения двух поперечных полей сохраняет устойчивость дуги, но конструктивно является достаточно сложной.

При дуговой сварке переменным током повышенной частоты в условиях действия производственных магнитных полей смену полярности тока (RU 2245231, В23К 9/09) осуществляют в зависимости от величины возмущающего воздействия внешнего магнитного поля в момент достижения критического отклонения дуги от соосного с электродом положения, который определяют путем сравнения напряжения на дуге с опорным напряжением в интервале периода протекания тока соответствующей полярности. Недостатком данного способа сварки является сложность технологического процесса.

В качестве прототипа принят способ сварки намагниченных трубопроводов при ремонтно-восстановительных работах (RU 2237562, В23К 31/02), включающий удаление дефектной зоны, установки на его место, равного ему по величине бездефектного участка, демагнитизацию сварных стыков путем перемагничивания торцевой зоны стыка и обварку стыков, перемагничивание материала торцевой зоны стыка осуществляют перед установкой бездефектного участка и сваркой до исключения в материале эффекта "магнитного дутья", путем концентрации магнитного поля в локальной зоне торцевого среза трубопровода до величины, равной действительной величине остаточного магнитного поля трубопровода, и по его значению создают в материале торцевой зоны остаточное магнитное поле, противодействующее упомянутому магнитному полю трубопровода, после чего в стык вводят бездефектный участок. Недостатком данного способа сварки является сложность технологического процесса и повышенный расход электроэнергии на демагнитизацию сварных стыков.

Задачей изобретения является разработка способа сварки, обеспечивающего упрощение технологического процесса и стабильное качество сварных соединений для намагниченных объектов без их размагничивания.

Поставленная задача решается тем, что в способе сварки намагниченных объектов без размагничивания, включающем удаление дефектной зоны, установку сварных стыков, концентрацию магнитного поля в локальной зоне, противодействующему остаточному магнитному полю, обварку стыков, на область сварки объектов воздействуют магнитным полем по нормали к шву и оси дуги одновременно со сваркой. При этом переменное магнитное поле создают за счет накладываемой катушки, которую покрывают асбестовой лентой и запитывают с частотой 50 Гц. Кроме этого амплитуда переменного магнитного поля у поверхности сварки объекта составляет 80-100% от остаточной намагниченности в зазоре.

Сущность заявляемого способа поясняется чертежами: на фиг.1 - схема сварки трубопроводов; на фиг.2 - схема сварки пластин и фиг.3 - образец сварочного шва при индукции магнитного поля в зазоре между пластинами 50 мТл (вид с двух сторон).

Способ сварки намагниченного трубопровода заключается в том, что на торцах ферромагнитных труб 1 (фиг.1) удаляют дефектные зоны, устанавливают их соосно и с зазором 2. 3 мм. На область сварки накладывают и прихватывают катушку 2, которая покрыта асбестовой лентой и запитана от трансформатора 3. Устанавливают амплитуду переменного магнитного поля 80. 100% от остаточной намагниченности зазора, измеренной с помощью тесламетра. Вводят в стык электрод 4 и производят сварку от аппарата 5

Для реализации процесса сварки намагниченных изделий была собрана магнитная система по фиг.2, в которой на ярмо 1 установлены постоянные магниты 2 с полюсными наконечниками 3, на которые были положены пластины 4 из стали Ст20 размерами 170×140×10 мм с обработанными под сварку торцами. Зазор между пластинами установился равным диаметру сварочного электрода 5. Магнитное поле в зазоре между пластинами составляло 45-50 мТл.

Для проведения сварки на стык пластин 4 накладывалась катушка медного гибкого провода 6, состоящая из 210 витков, на которые подавалось через трансформатор 7 напряжение от сети 220 В, 50 Гц. Для защиты провода от температурного воздействия катушка обмотана асбестовой лентой. Сварка производилась от аппарата постоянного тока 8 типа УДТУ - 251 сварочным электродом 5 типа LB52U диаметром 4. 5 мм при токе сварки 160 А. Сварка проводилась при напряжении 60 В на катушке 6, при этом амплитуда магнитного поля по оси катушки 6 у поверхности свариваемых пластин 4 составляла 35 мТл.

Создаваемое катушкой 6 переменное магнитное поле производит перенамагничивание металла в направлении оси катушки 6 (если магнитное поле и ток параллельны, то они не взаимодействуют), а с другой стороны под действием силы Лоренца (действие магнитного поля на движущийся под углом к полю заряд) стягивает плазму дуги в шнур. Оба фактора вместе взятые обеспечивают возможность сварки при наличии магнитного поля в зазоре между свариваемыми деталями.

Сечение провода катушки 6, количество витков и ток должны быть такими, чтобы амплитуда индукции магнитного поля у поверхности свариваемых деталей была соизмерима с магнитным полем в зазоре свариваемых деталей (80. 100%).

Катушка 6 накладывается на зону сварки и, при необходимости, удерживается рукой или закрепляется любым способом (например, с помощью проволочных растяжек, постоянных магнитов), затем в пределах окна катушки 6 производится сварка. В зависимости от размеров катушки 6 можно провести сварку по длине до 0,5 м без его перестановки.

Время переустановки катушки 6 не более 20 сек.

Известно, что отклонение дуги вызвано наложением внешнего поперечного магнитного поля на собственное круговое поле дуги в контуре. В той части контура, где силовые линии совпадают, создается избыточное давление и дуга отклоняется в сторону ослабления поля, где силовые линии направлены навстречу друг другу. Поскольку для питания дуги используют переменный ток, то результирующая электромагнитная сила, действующая на дугу, знакопеременная и дуга совершает колебания в обе стороны от положения равновесия с частотой переменного тока.

Проведенные испытания (см. фиг.3) показали, что разработанная технология обеспечивает быструю, точную сварку, экономична, проста и может быть рекомендована для промышленного применения, при проведении ремонта трубопроводов, обладающих остаточной намагниченностью. Результаты оценки состояния металла сварного и соединения по критериям фрактографии (характер излома) и микроанализ участков шва по длине и по сечению (корень, граница спекания, зона слабины, пора и другие показатели сварочных свойств по требованию таблицы 12 РД 03-614-03) свидетельствуют о хорошем состоянии соединения по предложенному способу.

Как сварить намагниченный металл

Main Menu

Дуговая сварка намагниченных конструкций

Большие, средние, а в особенности малые предприятия и индивидуальные предприниматели подчас сталкиваются со сварочными проблемами, которые возникают из-за отсутствия специализированного оборудования, сварочных и вспомогательных материалов. При этом часто бывает так, что их приобретение ввиду ограниченных финансовых возможностей, а то и малого объема применения экономически не оправдано.

А ведь некоторые из проблем можно решить с помощью имеющихся материалов, минимального набора сварочного оборудования и маленьких технологических «хитростей».

К сожалению, память человека, если не поддерживать ее постоянно в активном состоянии, тускнеет, а иногда полностью стирается с течением времени. И когда возникает проблема, решенная производственниками-практиками 30-40 лет назад и не беспокоившая целое поколение специалистов-сварщиков, то ее преодоление становится довольно-таки мучительным процессом.

Такой проблемой для нас стал ремонт ковша ковшевого погрузчика «Serex-ATLAS» (рис. 1).

Ковш представлял собой корытообразную сварную конструкцию из листовой стали, близкой по составу к стали марки 09Г2С, длиной 3,0 м, высотой задней стенки 1,8 м и зевом 1,6 м. Режущую кромку обрамлял нож из высокопрочной стали толщиной 30 мм (рис.2). Нижняя часть ковша усилена четырьмя «лыжами» - лонжеронами в виде пластин толщиной 12-14 мм, приваренных с внешней стороны к обшивке ковша, но не связанными с ножом.

Разрушение днища корпуса представляло собой подковообразные трещины, расположенные в обхват концов лонжеронов со стороны ножа и развитые в направлении задней стенки ковша (рис.3).

Попытка заварки разделанных трещин успехом не увенчалась из-за сильного «магнитного дутья», при котором дуга обрывалась, не успев возбудиться и перейти в квазистационарное состояние. Образо-вывающийся расплав выбрасывался за пределы сварочной ванны.

Обследование, проведенное в полевых условиях с помощью подручных средств, показало, что магнитное поле локализовано в центральной зоне ковша по сквозным трещинам.

Произведенными в 60-х - 70-х годах прошлого века исследованиями установлено, что остаточная намагниченность с магнитной индукцией 40…50m Тл и более полностью исключает возможность выполнения сварочных работ, а допустимые нормы составляют 0 - 2 m Тл.

Следует отметить, что современная литература отражает лишь общие принципы борьбы с явлением магнитного дутья дуги при сварке, а крайне редкие публикации на эту тему носят в основном рекламный характер.

Между тем, законы физики никто не отменял, в том числе взаимодействие проводника, через который протекает постоянный ток, коим является сварочная дуга, с магнитным полем. Последствия этого взаимодействия определяются, как известно, правилом «левой руки».

Анализируя имеющуюся информацию, в т.ч. и в интернете, можно сделать вывод о том, что наиболее часто с остаточным намагничиванием при сварке сегодня сталкиваются при ремонте бурового инструмента и сварке магистральных трубопроводов. Для борьбы с этим явлением предлагаются и успешно используются дорогостоящие стенды, представляющие собой кольцевую катушку переменного тока с направляющими, по которым сквозь последнюю протягивается размаг-ничиваемое изделие. Основным размагничивающим параметром являются в этом случае ампервитки, которые в зависимости от массивности и диаметра изделия составляют 4…10 тысяч ампервитков.

Нами была предпринята попытка размагничивания ковша по упомянутому принципу путем помещения последнего в обмотку, состоящую из 12 витков сварочного кабеля с подключением ее к сварочному трансформатору на 300 А с возможностью плавного снижения размагничивающего тока.

В результате размагничивающие параметры оказались на уровне 1000 ампер-витков. Этого оказалось явно недостаточно. Кроме того, разомкнутый, ассиметрич-ный контур ковша-сердечника, различные расстояния между обмоткой и изделием многократно ослабляли размагничивающее действие переменного тока.

Менее известен метод борьбы с магнитным дутьем дуги, при котором в сварочном зазоре (разделке) создается локальное (местное) магнитное поле противоположного направления за счет подковообразных магнитов, оказывающих уравновешивающее действие на дугу. [1]

В связи с различной степенью остаточного намагничивания изделия изменяющимся по направлению магнитным потоком в разделке и с особенностями ее пространственного положения желательно иметь мобильное устройство с возможностью регулирования противополя.

Примером такого устройства может послужить разработанный специалистами Санкт-Петербурга магнит компенсационный регулируемый (МКР), изготовленный с применением редкоземельных металлов.

Однако сегодня вкладывать средства, пусть даже в хорошее устройство, тем, кто использует его редко, а подчас и разово, не рентабельно. Как оказалось, гораздо проще изготовить своими силами регулируемый электромагнит.

Здесь уместно выразить благодарность коллегам старшего поколения, имеющим практический опыт борьбы с магнитным дутьем дуги - начальнику бюро оборудования ОГС ОАО «Адмиралтейские верфи» Г.И. Дееву и главному сварщику ОАО «Северная верфь» Я.И. Вейнбрину, оказавшим консультативную помощь в создании подобного устройства.

Изготовленное устройство (рис. 4) представляет собой подковообразный сердечник из магнитомягкого листового железа толщиной 6 мм, на который намотан сварочный провод сечением 25 мм². Обмотка включается в цепь сварочного выпрямителя ВД-306 на первой или второй ступени регулирования.

Устройство устанавливали над свариваемым стыком и опирали на кромки (рис. 5) таким образом, чтобы силовые магнитные линии остаточного намагничивания, направление которых определяли по расположению металлических опилок в свариваемом зазоре, были бы перпендикулярны к внутренним плоскостям «подковы». Ток в обмотке и расположение полюсов N и S определяли и корректировали по характеру поведения дуги.

Этот метод и изготовленное устройство показали отличные результаты и позволили выполнить качественные сварные швы не только при заварке трещин, но и при выполнении сварки листа-«дублера», лишний раз подтвердив истину, что «все новое - хорошо забытое старое».

Как убрать намагниченность со свариваемых труб?

Ситуация с намагниченностью труб

Звонит мне как-то мастер с работы в выходной день. Его бригада выполняла срочную работу по заварке паропровода высокого давления.

Что делать? Подготовили два стыка диаметром 300 мм под сварку и не можем заварить. Варим ручной дуговой сваркой, дуга пляшет то влево, то вправо, электрод магнитится к трубе. Пробовали нагревать стыки газовым резаком-не помогает. Опытный сварщик сказал, что необходимо намотать вокруг трубы виток сварочного кабеля от мощного сварочного выпрямителя(2000А). Намотали: чуть не вспыхнули провода от перегрузки, а толку нет.

Я по телефону попытался объяснить, что необходимо попробовать сделать.

Решение магнитной проблемы

-Олег Иваныч ! Возьми простой сварочный инвертор 220вольт 200А. Возьми кусок сварочного провода метров 20 сечением 16-20 квадрат. Намотай провод от середины стыка к краям витки мотай в одном направлении как можно плотней Должно получится не менее 15 витков. Затем подключи концы кабеля к сварочному аппарату и выстави ток не менее 200А.

Выдерживай минуту, при этом прикасайся к разным концам труб кусочком электрода, тем самым определяя меняется ли намагниченность по разные стороны сварного стыка. Первоначально, после подключения катушки стороны трубы магнитят электрод с разной силой (определяется только по ощущениям) затем притяжение выравнивается. После отключения катушки от сварочного аппарата, электрод перестает магнититься к трубам, то есть магнетизм исчезает. Если номер не прошел или стык недостаточно размагнитился, попробуй поменять полярность и “поиграть” сварочным током

-Короче, Иваныч ! Сварщики говорят ничего не выйдет мы так просто спалим сварочный аппарат.

-Олег! ты со своими сварщиками, не понимаешь физики! Катушка, намотанная на металлический стержень это не короткое замыкание это электромагнит постоянного тока. Ладно сейчас сам подъеду .

Подъехал на работу, настроил катушку на трубу, подключил к сварочному инвертору, выставил ток 200А. Включил аппарат-электрод магнитит к трубе, отключил-магнитит. Поменял полярность и через минуту примагниченный к трубе электрод “отклеился” от трубы.

Работники, промучившиеся со стыками пол дня, посмотрели на меня как на волшебника.

Почему некоторые т рубопроводы намагничиваются? Есть различные объяснения вплоть до электромагнитного поля земли.Я считаю Что это последствия технологических процессов трения внутри туб и применение различных систем контроля с использованием магнитов.

Есть вопросы,или ваши решения проблемы намагничивания,пишите в комментариях.

Размагничивание труб и листовой стали перед сваркой

Магнитное дутьё является нежелательным явлением при сварке стали. Остаточная намагниченность в стальных деталях может привести к нестабильности и отклонениям сварочной дуги. Этот эффект в некоторых случаях даже заставляет отказываться от применения сварки.

Заготовка намагничивается - сильное отклонение дуги

Благодаря применению устройства Degauss 600 можно размагнитить материалы и детали. Вскоре после простой установки компонентов на заготовку автоматически выполняется непрерывный процесс размагничивания.

Размагничивание сразу же сказывается на выполняемом сварочном процессе.

Заготовка была размагничена при помощи аппарата Degauss 600 - отсутствие отклонения дуги

Вы сразу увидите результат: сварочная дуга станет стабильной и не будет отклонятся, не будет ненужных мест зажигания, вы сможете достичь чистого пограничного схватывания без непроваров и идеальных результатов без брака и доработки.

Ваши преимущества

Размагничивание компонентов, таких как трубы и листовая сталь
Однокнопочное управление — автоматическое выполнение процесса размагничивания
Стабильный сварочный процесс без отклонения дуги — идеальный результат без доработки

Размагничивание перед сваркой

Размагничивание во время сварки

Ваши преимущества - устройство для размагничивания Degauss 600

Очень простое управление
Все необходимые компоненты для размагничивания входят в комплект
Быстрое подсоединение к трубе благодаря трем силовым кабелям
Однокнопочное управление
Автоматический процесс размагничивания
Применение при температуре от -25 до +40 °C при допусках сетевого напряжения +/- 20 %
Переносной и надежный
Очень простое управление

Degauss 600 - Компактный и пригодный для применения на стройплощадке источник тока с функцией размагничивания

Примеры размагничивания

Обзор машин термической резки ProArc и их преимущества
Машины термической резки c ЧПУ производства ProArc (Тайвань) – это высокотехнологичное автоматизированное оборудование для обработки листов разных размеров. Станки позволяют решать как простые, так и сложные производственные задачи. .

Разбираемся в новинках от компании EWM AG
Что позволяет идентифицировать любую производственную компанию как успешную? Конечно, её результаты и продукция на мировом рынке! EWM AG по праву можно считать одним из лидеров в области производства сварочного оборудования. .

Выставка «МЕТАЛЛООБРАБОТКА. СВАРКА-УРАЛ»
Приглашаем посетить стенд компании «ДельтаСвар» с 15 по 18 марта 2022 года в МВЦ Екатеринбург-ЭКСПО, г. Екатеринбург! .

Mobile Welder OC Plus — портативный источник питания для орбитальной сварки
Mobile Welder OC Plus — это первый портативный источник питания для орбитальной сварки, специально разработанный для использования на строительных площадках. Mobile Welder OC Plus обеспечивает неизменно высокое качество орбитальной сварки в самых отдаленных местах. .

Новая линейка оборудования EWM XQ – квинтэссенция инноваций
Тысячи сварочных аппаратов от компании EWM AG успешно выполняют свою задачу на предприятиях России самых разных отраслей, начиная с энергетики и пищевой промышленности, заканчивая – военной и авиационной. Время – объективный критерий. Именно время позволяет оценить качество оборудования, которое выполняет свои задачи каждый трудовой день. Согласно статистике наших клиентов, 10 лет – не возраст для сварочных аппаратов, на корпусе которых гордо расположены три буквы – EWM. .

Читайте также: