天然气管道在强磁环境焊接施工监理控制措施

陈冬

摘要：在电解铝生产车间进行天然气管道焊接安装作业，现场布置的20#无缝钢管会产生磁化现象，焊接作业时受到强磁场的影响，又会产生磁吹偏。为了保证管道焊接质量，解决强磁环境下焊缝内外部质量问题，监理单位对施工中人、机、料、法、环等各项因素的控制，通过改变焊接工艺及采取消磁措施，以此来达到天然气管道在强磁环境中安全运行的目标。

关键词：管道磁化、强磁场、管道焊接工艺、消磁措施

一、管道焊接磁化影响分析

     以嘉峪关市某电解铝企业的天然气管道工程项目为例，电解铝生产车间部位的管线设计管径为D323×8、D159×6、D57×3.5、D32×3.5，设计压力0.4MPa，管道材质为20#无缝钢管，管线为架空管线，管道全长7公里，为四个电解铝生产厂房、每个厂房30套用气焙烧装置输送天然气，本工程在完成初步设计后业主进行了大宗材料如管线、设备、自控系统的订货安排，在施工图设计出版后组织施工投标方进行了现场初步勘察然后组织施工招标，在确定施工监理后进行了现场设计交底，施工单位开工后进行了测量放线。

现场的架空管线安装高度为4.5M（厂房入口下有-3.5M的通道，所以实际安装高度为8M），车间大门入口上翻高度9M。由于直管段安装高度太高，厂房结构形式无法搭设脚手架进行管线焊接作业，架空管施工采用登高车及吊车配合进行焊接作业。为了减少固定端焊接口数，提高焊接质量加快施工进度，-3.5M的通道上先预制部分直管段，再吊装在厂房外支架上进行安装组对焊接。

在管线布管完成后，准备进行支架安装及组对焊接时，发现电解铝厂房附近有较强的磁场，无缝钢管放置几天后，发现管道磁化。磁场强度与电解槽的电流大小成正比关系，电流越大磁场越大。电解铝在生产过程是连续不间断的，假如生产线停开一次，将增加成本数十万元以上，因此这次的天然气管道工程施工，电解铝生产工作是不停产进行的。强磁场环境下，管线焊接部位因为电焊弧受磁偏吹导致不能施焊；焊接带磁性无缝钢管时，会使电弧引燃困难、电弧燃烧稳定性被破坏、在磁场中发生电弧偏离、液体金属和焊渣的熔融体从焊接熔池中溅出。

二、常见的消磁措施、焊接工艺分析

常见的消磁措施：一是在施工现场使用载流线圈消磁法进行焊接。线圈在接通电流（直流）后，在线圈周围会产生一个稳定的电磁场。把线圈放置在焊接组队间隙中或线圈缠绕至焊接管道上，给焊接部位增加了一个外加稳定磁场，使线圈电磁场产生的作用力削弱或者抵消焊口部位（局部）的磁场，从而达到可以焊接的目的。但是在现场磁场过大，管壁较薄，采用绕线圈法只能抵消很小一部分磁场；消磁过程中需要进行反复调整和检测，因此不容易取得满意的消磁效果；现场实际操作还发现，对三通、弯头等管件消磁后，与管子焊接效果较好，但是管子与管子对焊，仍有较强的磁场影响。

二是坡口接触或者U型短接接触消磁法。坡口接触是在钢管对焊时可不留坡口对缝间隙，将两边坡口稍有接触，焊区磁场影响随即大大减弱，焊接得以顺利进行，此法具备简便易行，不增加任何附件，能满足对钢管的焊接要求。U型短接接触消磁法是按照焊接组对间隙的质量要求，固定好对接坡口相对位置，用普通圆钢热煨成U形短接，跨焊于坡口的两侧，跨距不宜过大，尽可能靠近坡口，圆钢腿与管道焊接后，可接通两边磁场，U形短接宽要与坡口宽度相适应，沿钢管的坡口圆周每隔 120°处各焊 1 个U形短接，就能够有效减弱磁场对焊区影响。现场实际操作中发现无缝钢管坡口接触消磁完成后，因为附近有较强的磁场，仍然会对焊接造成磁吹偏影响，这时可以在焊接区域加设屏蔽金属圈，隔离外界磁场干扰，对焊接作业也可起到一定的辅助作用。应该指出的是被焊接的钢管要达到完全消磁是困难的，所以，当剩磁不足以影响焊接质量时，是允许进行焊接作业的。

通过改变焊接工艺对管线焊接时的磁吹偏也有一定的作用，管线焊接工艺评定一般都是按照直管段管材制作试件进行焊接工艺评定，如本例工程20#管线焊接根据GB 50236-2011《现场设备、工业管道焊接工程施工规范》要求确定焊接工艺为SMAW+GTAW，ER50-6氩弧焊打底，E4303焊条填充盖面；其中管材、弯管及焊缝的力学性能试验如下表：焊接工艺评定中焊缝的试验抗拉强度为430MPa，在GB/T 3639-2021《冷拔或冷轧精密无缝钢管》中20#钢的管体抗拉强度为420MPa。但在现场焊接作业中，发现采用E4303焊条填充盖面时，由于磁吹偏，焊缝外观质量无法达到规范要求，但是采取氩弧焊打底焊接时，电 磁力对气体保护焊的影响较小，因此在与设计单位沟通后，改变焊接工艺采取GTAW进行焊接，可有效提高焊接作业时的质量。

在焊接作业时，一是管线组对对口时，采用的对口器用螺栓固定管口，可消除部分磁场；二是可采取搭桥焊接法，先将焊缝打底时环绕焊件点焊连接6处，管子与管子连接后，焊区磁场影响随即大大减弱，此时即可打底焊接；三是焊接时焊嘴的倾斜角度应根据施焊的实际情况实时调整，焊接刚开始时，采用焊嘴的倾斜角度为80°-90°，以便迅速形成熔池，当焊接结束时，将焊嘴适当提高，逐渐减小焊嘴倾斜角度，并使焊嘴对准焊丝或熔池交替加热，以更好地填满弧坑，避免焊穿或使焊缝收尾处过热。

三、监理单位的质量控制措施

1、从工序安排上要考虑到施工顺序自起始点到末端的完整性的最大化，首

先是对施工单位要将焊接设备、电焊工、管工、对口组对方式、焊丝牌号等方面的管理做到区域位置的一致性设置，尽最大化的做到人、机、料、法、环的区域统一以确保管道施工统一完整性，不要随意调整和改变；其次是尽量要求施工单位尽快对布设的管子进行组对焊接，避免管子、管件磁化，避免焊丝磁化，进而提高管线焊接质量。

    2、根据施工现场的强磁场的实际情况，及时改变焊接工艺，要求施工单位及时进行新的焊接工艺评定，新的焊接工艺评定中焊缝的试验抗拉强度为510MPa，远远大于20#钢的管体抗拉强度；对于20#天然气管线钢管尽量采用氩弧焊打底以减小线能量，填充盖面为减弱磁吹偏的影响也使用氩弧焊填充盖面，可有效提高焊缝的外观质量；焊接作业时要灵活运用焊接工艺方法，比如搭桥焊接法，进行现场的焊接作业，降低磁场影响，确保焊缝质量合格。

3、现场的巡视监理过程中，检查施工单位对管线的消磁措施是否到位，避免施工单位为了赶进度，未经过消磁处理，强行组对焊接。使用U型短接接触消磁法作业时，消磁方法比较复杂，耗时时间长，特别是架空管焊接安装时，不便于操作，所以施工现场主要采取坡口接触法以及对口器固定连接法消磁。

4、在现场管线焊接过程中严格要求填充盖面每层的焊接电流的控制，在风速大于2m/s时，尽量不进行现场的焊接作业，确实需要进行作业的，必须严格落实现场氩弧焊防风措施，只有切实加强焊接作业的全过程管理，方可确保管线焊缝的使用寿命。

5、在焊接完成后，还应及时对焊缝进行外观100%检查，外观质量不应低于GB 50236-2011《现场设备、工业管道焊接工程施工规范》要求的二级焊缝质量标准；对中压管道焊缝内部质量抽样进行无损检测，安装设计要求的比例进行现场抽样检测，抽查时应侧重抽查固定焊口。

四、总结

通过文章可以看出，天然气管线在强磁环境中的焊接施工过程中，监理单位如何进行管道焊接安装质量控制措施，可以看出这是一个复杂的过程，施工任何一个环节的出错都有可能产生焊接缺陷，只有通过现场管理以及技术方面加强质量控制，从管线及管件材质、焊接工艺确定、管线消磁措施落实、现场施工组织的人、机、料、法、环等方面要进行系统完整性的质量控制安排，能有效地减少和避免焊接质量缺陷。

参考文献

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