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电弧磁偏吹、这次终于搞定了


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1、电弧磁偏吹的理论解释:

B=u0I/(2PAIr0),电弧磁偏吹横向推力的大小F=iBL=iLu0I/(2PAIr0),方向由磁力线密度较大的一方指向磁力线密度较小的一方。


第一个图可以看出,电弧左侧空间为两段电流导线产生的磁力线同方向叠加,提高了该处的磁力线密度,而电弧右侧空间只有电弧本身产生的磁力线,它相对于左侧磁力线密度较小,其分布失去对称性,


从而产生了磁力线密度较大的一方指向磁力线密度较小的一方的横向推力,其大小由上述公式求出。


由公式可得,电弧磁偏吹横向推力F的大小与电弧电流、电弧长度、电弧周围磁力线密度等参数有关。相应地,可以考虑以下几种减小或消除磁偏吹的办法:


1)采用小电流。因为磁偏吹横向推力F与电弧电流i成正比,所以较小i可以起到减小F的作用,当然减小i要和焊接工艺结合起来,在不影响焊接质量的前提下,可以考虑尽可能地采用小电流焊接。


2)采用短弧焊接。电弧弧长与磁偏吹力的大小成正比,因此,减小弧长,可以起到减小磁偏吹的作用。同时,对焊条电弧焊采用碱性焊条时,工艺上本身要求采用短弧焊接,这对提高焊接接头的质量是有利的。


3)改变工件上地线的接线位置。理论上讲,当焊接电缆地线始终在焊接电弧正下方时,电弧周围磁力线密度分布是均匀的,这样,无论焊接电流的增大或者电弧弧长的增大,


都不会产生磁偏吹,也就是说,在这种情况下,可以起到消除磁偏吹的影响,当然这种做法在工程实际中不适用。而然由于此方法是减小磁偏吹最有效的方法,所以实际焊接中,对焊缝长度不太长的情况下,


可以将地线接在焊缝长度的中部,或者在焊缝的两端都接上地线;对较长焊缝焊接时,可以在更换焊条的同时,更换地线的接线位置,使焊接电缆地线尽量靠近正在施焊的位置。


2、几种磁偏吹现象:

1)在圆柱形筒体纵缝焊接过程中,偏吹发生在纵缝两端,尤其在终端较为明显。起弧时,电弧偏吹方向与焊接方向相同。


在筒体中间部位。几乎看不到偏吹现象。越过中间部位以后,电弧逐渐出现后拖,即偏吹方向与焊接方向相反。接近终端时,电 弧偏吹剧烈,出现大颗粒飞溅。严重时电弧熄灭,焊缝内部形成大量气孔、夹渣。


2)对于开坡口的单面对接焊焊缝的焊接,坡口的形状、尺寸、定位焊焊缝间距及坡口对口间隙对电弧磁偏吹程度均有一定影响。减薄钝边或增加对口间隙都会使电弧偏吹程度加剧。电弧在逾越定位焊缝后,立即出现后拖情况,并在接近下一个定位焊缝时逐渐消失。提高定位焊缝密度,偏吹程度减弱。


3)电弧磁偏吹程度与所选择的电源类型及焊接方法有关:交流弧焊过程中几乎不存在电弧磁偏吹情况直流弧焊过程中,手工电弧焊中的电弧磁偏吹程度比相应短路过渡CO2焊稍严重,而氩弧焊最为明显。在喷射过渡的熔化极氩弧焊焊接过程中,强烈的电弧偏吹常常伴随着间歇性断弧,焊缝中心突起,两侧严重咬边。


4)电弧磁偏吹行为在磁性金属构件的焊接中较为常见,对于奥氏体不锈钢,铝及铝合金等非磁性焊件则不明显。


3、焊缝结构对磁偏吹的影响效应:

1)结构效应 在简体纵缝焊接或平板堆焊中,当焊枪行至焊缝终端时,由于电弧前方焊件对电弧空间磁场的分磁作用减弱,造成电弧前方的磁力线密度高于后方,从而使电弧向后(即与焊接相反方向)偏吹。


同时,可解释电弧在焊缝起始端向前 (与焊接方向一致)偏吹的现象。一般情况下,当近电弧部位的焊件关于电弧不对称分布时,导致电弧向结构“密度”大的一侧偏吹。


2)坡口效应 在开坡口的平板对接焊中.由于熔池前方存在坡口对口间隙,因而对电弧前方磁场的分磁作用减弱,使电弧前方的磁力线密度高于后方.从而使电弧受到一个与焊接方向相反的磁场力作用。


当坡口对口间隙增大或坡口钝边减小时.该作用力增大,电弧向后偏吹严重;而采用定位焊或提高定位焊焊缝密度,使熔池前、后方对电弧空间的分磁能力差距缩小.均有助于克服磁偏吹现象。


3)除了上述因素外,分析电弧偏吹方向时,还应考虑电弧热惯性、电弧最小作用原理、焊接速度及焊件导磁性能等因素的影响。


4、某炼油厂催化装置回炼油加热炉出口线碳钢弯头焊接时磁偏吹的解决措施:

1)改用交流电焊机焊接;

2)将焊接件加热到370-670℃(温度高消磁快)以消除磁性;

3)用碳钢焊条将焊接两工件“短路”磁性,使焊口不带磁性;

4)将焊把线在管线上绕数圈亦可。


管道的焊接过程中出现磁偏吹现象,使手工氩弧焊封底焊接难以进行,发现这种磁偏吹主要出现在管道的对接接头,而且是在管道即将封闭的几个焊口处检测结果显示出未熔合现象更为严重。


这就说明具有铁磁性的厚壁管材20#,在制造、加工过程中产生了剩磁,管线越长,剩磁积累越多,在管道焊接接头处表现出来,造成磁偏吹。


针对上述情况,结合现场条件,决定采用反消磁 法来克服磁偏吹的影响,即在焊接接头处产生与剩磁场相反的磁场,来抵消焊接接头处的剩磁。利用焊接电缆线绕在接头两侧,通过焊接引弧时,焊接电流通过

电缆绕组产生的感应磁场,来抵消剩磁 ,从而克服磁偏吹。


剩磁一般分为感应磁性和工艺磁性两种,感应磁性常产生在工厂制造的过程中,如:金属冶炼、采用电磁起重设备进行装卸 、钢管焊道用磁粉无损检测、钢管在强供电线路附近放置等等;工艺磁性常产生在进行装配焊接作业过程中,


如:采用磁性夹具装配焊接结构 ,焊接结构长时间与直流焊接电源的输出端裸露的焊接电缆接触短路等等。


在安装过程中常见的磁偏吹现象,主要是以下原因产生:

1)随着电流进入工件并向工件接地点传 出时电流流动方向大小的变化,产生感应磁场。

2)在进行大的钢结构件焊接时,磁偏吹主要来自焊件的剩磁场。当焊件有较大的剩磁场时,它与电弧磁场叠加,从而改变了电弧周围磁场的均匀性,使电弧向磁场较强一方偏移,形成磁偏吹。


克服磁偏吹的方法:

1)在操作上适当调节焊条倾角,采用短弧焊并将焊条朝偏吹方向倾斜。


2)在角焊缝焊接时容易发生磁偏吹现象,采用分段退焊法以及适当减小焊接电流,也能有效地克服磁偏吹。


3)采用交流焊接代替直流焊接。当采用交流电焊接时,因变化的磁场在导体中产生感应电流,而感应电流所产生的磁场削弱了焊接电流所引起的磁场,从而控制了磁偏吹。


4)在板材的对接焊缝焊接中通过加引弧板和熄弧板,避免焊接引弧和熄弧区磁偏吹造成电弧不稳在焊道接头处产生缺陷。


5)较少焊件上的剩磁,局部加热法。


几种不同类型磁偏吹的消除办法:

1)接地造成的磁偏吹:减弱接地原因引起的磁偏吹可采用小电流、短弧焊接或者使用交流焊等方法,但是消除磁偏吹最好的办法还是从改变接地的位置着手。接地点越是靠近焊缝正下方或者焊缝两边接地对称,磁偏吹越小。


2)外加磁场造成的磁偏吹:最好的办法是再次外加一个反向的磁场来彻底消除影响。

3)剩磁造成的磁偏吹:采用小焊接电流;采用短弧焊;采用交流电;加热到居里点以上温度;交流退磁;直流退磁跨接或者点焊法。


正确设计夹具可减少磁偏吹:

1)用低碳钢做夹具以防止夹具产生永久磁化;

2)向喇叭形夹具的小端方向焊接以减小后偏吹;

3)夹具应足够长以便能使用引弧板;

4)不要把铜条镶入钢板中作为垫板,此类支承板中的钢会增大电弧偏吹;

5)应对焊件进行连续即封闭的夹紧,间断范围宽的夹具方式会使2个夹持点之间的焊缝产生空隙,从而在此空隙周围产生电弧偏吹现象;

6)装夹时不要造成在焊缝一侧钢的质量很大,在另一侧要有相等的质量进行平衡。


几种减少磁偏吹的方法:

(1)当焊条电弧焊的直流超过250安培时,要改用交流电焊接;

(2)尽量使电弧短,以减小电弧偏吹现象 ;

(3)要减小焊接电流,虽然会导致焊接速度降低;

(4)倾斜焊条,使之与吹偏方向成一角度;

(5)在焊缝两 端进行定位焊,而沿着焊缝进行稠密的间断焊,尤其是当装夹不太牢固时;

(6)朝着定位焊的部分或已焊接部位方向进行焊接;

(7)用后退焊技术;

(8)离开引线端方向焊接以减小后偏吹,朝着引线端方向焊接以减小前偏吹;

(9)如果产生的熔渣比较多,则保持少量后偏吹是有益的,这可通过沿工件引线端方向进行


(10)在工件上正确布置导线,以便使返回电源的电流产生的磁场抵消引起偏吹的磁场。


埋弧焊产生磁偏吹的条件

(1)坡口加工过程中由于热变形和其他一些原因使坡口尺寸偏差较大,坡口组对后出现钝边错边较大或间隙不均 ;


(2)焊接小车轨道与焊道方向不平行,轨道局部弯曲与焊道不平行或者焊丝弯曲较大时,手工横向调节焊丝对位跟踪难以做到同步、准确,使焊丝偏向一边坡口面;


(3)在厚度不大的板对接中采用单面单边坡口焊接时,焊丝垂直向下,电弧两边工件形状相差很大;


(4)熔透T形缝45°船形焊接中,腹板坡口角度≤45°,焊丝与坡口面成负角;

(5)在无坡口薄壁管道埋弧焊接中,对口错边量太大;

(6))圆筒形构件环缝埋弧焊中,滚轮架放置不当导致构件在转动焊接过程中纵向移动;

(7)焊道坡口底端或坡口面上有影响工件磁化或导电性能的杂质或电弧周围存在较强磁场;

(8)碳弧气刨清根焊道深宽比太大或清根焊道平直不均匀 ;

(9)前一道焊完后,出现焊肉偏向一边坡口面而与另一边坡口面呈尖角,后一道施焊前未补平尖角,焊丝便对准焊道中心施焊 ;

(10)引弧板和引出板形状尺寸不规范,导致焊缝起止段磁场分布不均。

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