朱文龍

國家管網(wǎng)甘肅公司酒泉維搶修中心

摘要：隨著(zhù)我國油氣管道建設和運營(yíng)管理水平不斷提升，漏磁檢測技術(shù)作為無(wú)損檢測手段的重要組成，在管道完整性評估中發(fā)揮著(zhù)至關(guān)重要的作用。實(shí)際作業(yè)中發(fā)現，管道在漏磁檢測之后往往存在殘余磁場(chǎng)，會(huì )對后續的氬弧焊接產(chǎn)生電弧偏吹、焊縫質(zhì)量下降等不良影響。本文從漏磁檢測原理出發(fā)，結合工作實(shí)踐，分析磁場(chǎng)對焊接的具體影響機制，并探討交流消磁、直流消磁、纏繞焊把線(xiàn)法三種典型的消磁方法，提出針對性的解決對策，以提升焊接一次合格率，保障長(cháng)輸管道運行安全。

關(guān)鍵詞：漏磁檢測；氬弧焊接；剩磁；電弧偏吹；交流消磁；直流消磁；纏繞焊把線(xiàn)法

漏磁檢測（Magnetic Flux Leakage，MFL）在長(cháng)輸油氣管道完整性評估方面有著(zhù)廣泛應用，但在檢測進(jìn)程中，強磁場(chǎng)會(huì )致使焊口、斷口等部位形成穩定的殘余磁疇，這一過(guò)程的物理機理及易在管道檢測中典型表現，已有較為系統的技術(shù)研究[1]。該剩磁強度受到管徑、材質(zhì)、壁厚以及磁化方式等多種因素的影響，一般集中分布在壁厚較大的區域以及焊縫兩側，高剩磁區域會(huì )給后續管道焊接過(guò)程帶來(lái)不良影響，造成電弧偏吹、熔池偏移以及焊縫成型不佳等情況，需要在焊前采取消磁措施給予處理。本文基于國家管網(wǎng)甘肅公司酒泉維搶修中心的工作實(shí)踐，對長(cháng)輸管道在開(kāi)展漏磁檢測后出現的殘余磁場(chǎng)問(wèn)題進(jìn)行了系統性分析，并聚焦于氬弧焊接階段的實(shí)際影響，提出了針對性的解決對策和標準化操作路徑。為管道焊接相關(guān)工作提供可借鑒的經(jīng)驗。

1  磁場(chǎng)對氬弧焊接的影響

1.1  剩磁對電弧穩定性的干擾

在氬弧焊接過(guò)程中，焊接電弧本質(zhì)上是高溫等離子體流，由電極與工件之間的高電壓擊穿空氣形成。當管道存在較強的剩磁時(shí)，磁場(chǎng)會(huì )作用于電弧，產(chǎn)生洛倫茲力，迫使電弧偏離焊縫中心，即所謂“電弧偏吹”現象（圖 1）。這種干擾會(huì )使焊縫金屬熔深不均，根部成型困難，導致“未焊透”“燒穿”“咬邊”等缺陷，嚴重時(shí)甚至無(wú)法穩定引弧，直接影響焊接作業(yè)開(kāi)展。已有研究指出，電弧偏吹現象的嚴重性與剩磁分布及磁通方向密切相關(guān)，合理消磁處理是提升焊縫質(zhì)量的關(guān)鍵[2]。

圖 1 氬弧焊接電弧偏吹現象對比

1.2  對焊接質(zhì)量的系統性影響

除了電弧穩定性，剩磁還會(huì )對熔池形態(tài)、焊縫金屬的結晶方向及裂紋敏感性造成影響。具體表現為：熔池偏斜，即熔融金屬受磁力偏移，焊縫呈現傾斜或偏心堆積；成型困難，即焊縫成型不飽滿(mǎn)，波紋不均勻；微裂紋風(fēng)險增加，部分案例顯示，磁場(chǎng)可能影響熔池金屬的凝固過(guò)程，使熱應力釋放受限，從而存在熱裂紋產(chǎn)生的可能性；返修率上升，據2020年統計數據顯示，漏磁影響焊口質(zhì)量的返修率達15%以上，高于正常管段2～3倍（圖 2）。

圖 2 磁偏吹對焊縫成型質(zhì)量的影響對比

1.3  管徑與材質(zhì)對磁偏吹的敏感性

不同口徑、不同強度等級的管道，在剩磁影響下的焊接敏感性不同。小口徑（如Φ219 mm、Φ273 mm）因壁厚較薄，磁通密度集中，焊接偏吹現象更明顯；而高強鋼（如X70、X80）因晶體結構對磁的響應性強，也更易在漏磁后形成高殘磁區（表 1）。

表 1 不同管徑焊口磁偏吹現象對比表

2  消磁方法及適用條件

針對漏磁檢測后產(chǎn)生的剩磁問(wèn)題，現場(chǎng)常用的消磁方法主要包括交流消磁法、直流消磁法、纏繞焊把線(xiàn)法、搭橋引磁、屏蔽罩輔助法、預退磁法，以及組合消磁法，如“直流消磁法+交流補退磁”，可先用直流快速降低剩磁，再用交流進(jìn)行均勻化處理，確保焊接穩定性。以下重點(diǎn)介紹常用的幾種方法和組合使用策略。

2.1  交流消磁法

（1）原理與適用范圍。交流消磁法（圖 3）是利用交流電產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，使管道內部磁疇反復翻轉，在能量逐漸耗散的過(guò)程中實(shí)現磁通密度逐步減弱，最終趨于零。其主要適用于磁場(chǎng)分布較均勻、剩磁強度在50 Gs以下的普通鋼管段。

圖 3 交流消磁法示意圖

（2）操作方式。操作時(shí)，將消磁線(xiàn)纜纏繞于焊口兩側1.5 m范圍形成單層線(xiàn)圈，連接交流消磁機，開(kāi)啟后通過(guò)逐漸減弱的交變電流實(shí)現軟退磁。

（3）優(yōu)缺點(diǎn)。其優(yōu)點(diǎn)是設備成熟，安全性高，操作簡(jiǎn)便；缺點(diǎn)是消磁能力有限，對高強度磁區作用效果不明顯。

2.2  直流消磁法

（1）原理與適用范圍。直流消磁法（圖 4）是通過(guò)在管道周?chē)�繞設電纜，引入定向直流電流，構建一個(gè)與剩磁方向相反的外部磁場(chǎng)，以抵消原有磁疇排列，實(shí)現強制退磁。適用于50 Gs～200 Gs范圍內的高殘磁焊口，特別是在Φ813 mm以上管徑中效果良好。

圖 4 直流消磁法示意圖

（2）優(yōu)缺點(diǎn)。其優(yōu)點(diǎn)是消磁能力強，對不均勻磁場(chǎng)有較好覆蓋效果；缺點(diǎn)是操作要求高，需注意電源極性及設備接地安全。

3.3  纏繞焊把線(xiàn)法

（1）原理與使用條件。該方法（圖 5）是現場(chǎng)應急措施，將焊機地線(xiàn)纏繞在管口兩側若干圈，通過(guò)焊接電流對管道形成一個(gè)短時(shí)反向磁通，具有一定退磁作用，適用于急修工況及磁場(chǎng)不大于70 Gs的情況。

圖 5 纏繞焊把線(xiàn)法示意圖

（2）操作要點(diǎn)。要確保纏繞均勻、方向一致并控制電流強度與通電時(shí)間，以免產(chǎn)生反向磁化。

（3）優(yōu)缺點(diǎn)。其優(yōu)點(diǎn)是便捷快速、無(wú)需額外設備；缺點(diǎn)是效果有限，適用范圍窄，依賴(lài)操作經(jīng)驗。

2.4  剩磁強度對應消磁方法推薦

表 2為不同剩磁強度與推薦的消磁方法。

表 2 不同剩磁強度與推薦的消磁方法

2.5  典型應用案例

（1）Φ610 mm的 X65管段焊接采用交流消磁法，對剩磁43 Gs區域處理，耗時(shí)約10分鐘后剩磁降至12 Gs以?xún)�，焊接順利完成，電弧偏吹現象消失。

（2）2021年7月的一次搶修作業(yè)中，針對Φ813 mm管道右側焊口剩磁達96 Gs，采用直流消磁法處理后降至15 Gs。消磁時(shí)間約為25分鐘，配合搭橋引磁板進(jìn)一步增強磁力引導，最終焊接一次合格，無(wú)需返工。

（3）2022年春季Φ406 mm管段作業(yè)中，剩磁58 Gs，通過(guò)纏繞焊把線(xiàn)并空載通電10秒處理后，剩磁降至20 Gs，基本滿(mǎn)足焊接需求。

（4）2023年10月某次Φ1219 mm管段搶修中，檢測焊口剩磁為107 Gs，采用傳統交流退磁法需反復操作兩次，仍無(wú)法滿(mǎn)足焊接需求。技術(shù)小組探討優(yōu)化改進(jìn)方案，采用“直流+搭橋引磁+繞線(xiàn)緩釋”三步消磁法，一次完成剩磁降至25 Gs以?xún)�，焊接全過(guò)程穩定，焊縫經(jīng)X光檢測100%合格，作業(yè)時(shí)間較傳統方式縮短45%，有效驗證了優(yōu)化措施的實(shí)效性與推廣價(jià)值。

3  影響磁偏吹的控制與優(yōu)化策略

3.1  優(yōu)化焊接前的作業(yè)準備流程

（1）完善剩磁檢測流程。為實(shí)現精準消磁，應將“磁場(chǎng)強度檢測”納入焊接前的強制工序。作業(yè)人員應在焊口組對完成后，使用便攜式高斯計沿焊縫兩側300 mm范圍內開(kāi)展全方位磁場(chǎng)強度測定，記錄最大值與偏吹方向，并標記殘磁區域。檢測結果需由專(zhuān)業(yè)人員簽字確認，并作為后續消磁方式選型依據（圖 6）。

圖 6 焊前剩磁檢測與消磁標準化作業(yè)流程圖

（2）分類(lèi)制定消磁操作規范。根據工作實(shí)踐，總結出一套可復制的消磁方法分類(lèi)標準，結合管徑、材質(zhì)與磁場(chǎng)強度建立“剩磁等級判定與操作指南”。如：輕度剩磁（＜50 Gs）：直接采用交流消磁；中度剩磁（50 Gs～100 Gs）：選擇直流或組合方式；重度剩磁（＞100 Gs）：配合屏蔽罩、搭橋導磁等手段分步驟退磁；并同步制定“應急消磁SOP卡片”，張貼于作業(yè)車(chē)或集控車(chē)間，指導現場(chǎng)快速決策。

3.2  建立標準化工藝文件和制度

（1）制訂《焊前剩磁處理作業(yè)指導書(shū)》。由技術(shù)部門(mén)牽頭編制，結合不同管徑、焊接工藝、施工環(huán)境和歷史案例，形成覆蓋全口徑、全場(chǎng)景的作業(yè)規范，確保操作人員“照單施策”�！队蜌廨斔凸艿肋\行管理規范》對作業(yè)標準化與磁場(chǎng)干擾管理提出了明確要求，可作為制度制定的重要依據[3]。內容包括剩磁強度測量點(diǎn)位圖示、焊把線(xiàn)纏繞方式圖解、不同磁場(chǎng)強度下推薦的消磁方法、作業(yè)過(guò)程注意事項和異常處理流程等。

（2）建立專(zhuān)項技術(shù)培訓與認證機制。將剩磁處理納入焊工培訓核心內容，通過(guò)集中理論授課+實(shí)訓操作相結合的模式，使一線(xiàn)人員全面掌握剩磁檢測與退磁操作技能。并設立“焊接磁偏吹管控專(zhuān)項考核”，成績(jì)合格者方可參與相關(guān)施工任務(wù)，形成“能上能下”的動(dòng)態(tài)管理模式，杜絕非標作業(yè)風(fēng)險。

3.3  加強設備選型與技術(shù)儲備

（1）推廣模塊化組合消磁裝備。當前現場(chǎng)作業(yè)主要依賴(lài)單一消磁設備，難以應對多管徑、多場(chǎng)景施工。建議采購適配Φ219 mm～Φ1219 mm多口徑的模塊化組合式消磁機，具備自動(dòng)調節輸出電壓、電流功能，并配備多圈繞線(xiàn)組件、便攜式搭橋引磁板、導磁罩等附件，實(shí)現“設備一體化、作業(yè)標準化”。

（2）構建數字化消磁數據平臺。推動(dòng)磁通測量數據電子化采集，建設“剩磁強度數據庫”，自動(dòng)關(guān)聯(lián)管段編號、消磁方式、焊接結果等字段，便于分析剩磁影響與焊接缺陷的對應關(guān)系，為制定精準控制策略提供支撐。同時(shí)，平臺還可作為培訓教材和技術(shù)歸檔依據，實(shí)現知識積累共享。

4  結語(yǔ)

漏磁檢測雖提升了風(fēng)險識別能力，但剩磁影響不可忽視，對電弧引燃穩定性、熔池成型與焊接質(zhì)量存在顯著(zhù)干擾。不同剩磁強度需匹配不同消磁方法，交流消磁、直流消磁與纏繞焊把線(xiàn)法各有側重，應因地制宜使用。制度化、標準化是解決磁偏吹問(wèn)題的關(guān)鍵路徑，需從剩磁檢測、作業(yè)規范、技術(shù)培訓、設備選型等多維度協(xié)同推進(jìn)。數字化管理平臺有助于經(jīng)驗積累與快速響應，可作為技術(shù)傳承與智能分析的重要工具。

后續建議從以下幾個(gè)方向進(jìn)一步提升：建立剩磁強度與焊接缺陷模型間的量化關(guān)系，以支持現場(chǎng)智能決策；探索低磁響應鋼材的可行性，從材料源頭降低磁干擾；推動(dòng)無(wú)人化作業(yè)消磁模塊研發(fā)，適配長(cháng)輸管道遠程運維趨勢，提升作業(yè)效率和安全水平；條件成熟時(shí)，建議加強跨區域技術(shù)經(jīng)驗共享機制，構建統一的剩磁治理作業(yè)體系，實(shí)現經(jīng)驗標準化、數據共享化。

參考文獻：

[1]陳衛國.漏磁檢測原理與應用[M]. 北京：石油工業(yè)出版社， 2018.

[2]陳凱，孫宏偉. 輸氣管道電弧偏吹與消磁控制方法研究[J]. 油氣儲運， 2023， 42(2)： 56–61.

[3]中國石油天然氣集團公司.油氣輸送管道運行管理規范[M]. 北京：中國計劃出版社， 2020.

作者簡(jiǎn)介：朱文龍，就職于酒泉維搶修中心工藝設備作業(yè)崗，長(cháng)期從事長(cháng)輸管道搶修、焊接工藝優(yōu)化與故障診斷工作，擅長(cháng)管道現場(chǎng)應急作業(yè)技術(shù)攻關(guān)，參與多項管道搶修、管道消磁標準制定。聯(lián)系方式：18293591713，zhuwl@pipechina.com.cn。