Сварка труб при проведении ремонтно-восстановительных работ на магистральных трубопроводах, как правило, выполняется методом ручной дуговой сварки при использовании электродов с основным или целлюлозным видом покрытия. При этом сварка коренного шва на постоянном токе часто сопровождается эффектом магнитного дутья, проявляющемся в срыве и отклонении электродуги в сварном стыке вследствие высокой остаточной намагниченности труб.
Намагниченность металла труб возникает из-за применения внутритрубных магнитных диагностических снарядов для оценки состояния толщины стенки и выявления дефектов металла газопроводов высокого давления, после чего магнитное поле в стыке труб может достигать величин 100-150 мТл (1000 — 1500 Гс) и более. Высокое магнитное поле в стыке приводит к ухудшению стабильности сварочного процесса, разбрызгиванию металла в сварном шве, образованию дефектов типа пор, несплавлений, непроваров и шлаковых включений. Дефекты сварных швов, вызванные высокой намагниченностью, приводят к потере времени на зачистку, повторную сварку и дополнительный контроль при ремонтных работах на магистральных газопроводах и нефтепроводах.
Поскольку намагниченность труб не позволяет получить хорошее качество шва, размагничивание труб перед сваркой является необходимой технологической операцией. Полностью устранить магнитное поле не возможно, поэтому допускается проводить сварку при малых значениях намагниченности, не оказывающих негативного влияния на качество сварки.
Стандартом СТО Газпром 2-2.2-136-2007 «Инструкция по технологиям сварки при строительстве и ремонте промысловых и магистральных газопроводов. Часть 1» установлен уровень остаточной намагниченности торцов труб — не более 2 мТл (20 Гс). При намагниченности более 2 мТл должно выполняться размагничивание. Однако практика выполнения сварки стыков на магистральных трубопроводах показала, что величина намагниченности в стыке более 5 Гс (0,5 мТл) уже вызывает отклонение сварочной дуги и нарушению процесса сварки. Ниже приведены допустимые значения намагниченности труб для выполнения сварки.
Значения намагниченности для сварки TIG:
- менее 0,5 мТл — намагниченность не оказывает влияние на качество сварки;
- от 0,5 до 1,0 мТл — незначительное влияние на сварку;
- от 1,0 до 2,0 мТл — сварочная дуга не стабильна, сварочный процесс затруднен;
- более 2,0 мТл — процесс сварки невозможен.
Значения намагниченности для сварки MIG/MAG:
- менее 2,0 мТл — намагниченность не оказывает влияние на качество сварки;
- от 2,0 до 4,0 мТл — незначительное влияние на сварку;
- от 4,0 до 6,0 мТл — сварочная дуга не стабильна, сварочный процесс затруднен;
- более 6,0 мТл — процесс сварки невозможен.
Основным методом предотвращения магнитного дутья и получения хорошего качества сварного шва является размагничивание труб до проведения и в период проведения сварочных работ. Для обеспечения качественных сварных швов магистральных трубопроводов в полевых условиях используют следующие методы размагничивания:
- импульсный
- компенсационный
- циклическое перемагничивание
Импульсный метод размагничивания
Применяется перед проведением сварочных работ. Метод заключается в приложении одного или нескольких импульсов магнитного поля, в десятки раз превышающих остаточную намагниченности торца трубы и направленных в противоположную сторону магнитному полю торца. В результате такого воздействия некоторая часть доменов ориентируется навстречу остаточному полю и общая намагниченность трубы уменьшается до требуемых значений.
Преимущества импульсного метода:
- Малое время самого цикла размагничивания, как правило, не более 1,5-2 минут.
Недостатки импульсного метода:
- Размагниченное состояние является нестабильным, эффект сохраняется не продолжительное время, как правило, не более 2-4 часов. Происходит это потому, что при импульсном размагничивании, участок трубы, на которое оказывается воздействие, не размагничивается, а перемагничивается — т. е. часть доменов намагничивается в противоположную сторону остаточному полю. Поэтому перемагниченный участок под действием основного поля трубы стремиться вернуться в изначальное положение.
- Требуется большая мощность источника (дизель генератора) для питания размагничивающей установки, как правило, не менее 100 кВт. При меньшей мощности генератора будут происходить резкие толчки, броски напряжения и перегрузки. Для создания единичных перемагничивающих импульсов магнитного поля необходима большая мощность, т. к. установка размагничивания работает в режиме «короткого замыкания».
- Высокая мощность установки размагничивания обуславливает ее большой вес, для возможности размагничивания труб диаметром 1020 мм и более, не менее 40 кг.
Компенсационный метод размагничивания
Метод используется только во время сварки стыков труб. Метод основан на приложении постоянного магнитного поля к стыку, равному по значению и направленного навстречу вектору остаточной намагниченности трубы. В результате приложенного поля, остаточная намагниченность в стыке сводится до приемлемой величины (не более 5-7 Гс), что позволяет провести качественную сварку шва. После проварки коренного шва приложенное магнитное поле отключают и продолжают сварку в обычном режиме, т. к. далее магнитное поле трубы уже не выходит в зазор и не оказывает негативного влияния на процесс сварки.
Преимущества компенсационного метода размагничивания:
- Малая мощность размагничивающей установки, т. к. для компенсации требуется гораздо меньшее поле, чем для размагничивания/перемагничивания трубы.
- Малый вес размагничивающей установки.
- Меньший вес и длина размагничивающих катушек по сравнению с импульсным и циклическим методами размагничивания.
Недостатки метода компенсации:
- Размагничивание невозможно до проведения сварочных работ, когда торец намагниченной трубы свободен, что накладывает ряд ограничений и сложностей при намотке размагничивающих катушек.
- Необходимость наличия в установке двух контуров размагничивания, т. к. сварка катушки осуществляется одновременно с двух сторон, что бы не было тяжения и изменения зазора в стыке труб.
- При использовании компенсационных магнитов размагничивание обеспечивается только в ограниченном диапазоне полей на небольшом участке вдоль шва 50-100 мм. Так же требуется постоянная перестановка магнитов и изменение величины магнитного поля, что существенно затягивает процесс сварки. При этом не обеспечивается точная регулировка поля.
Циклическое размагничивание
Данный метод применяется до проведения сварки стыка трубопровода. Трубы размагничивают приложенным знакопеременным полем с амплитудой, равномерно уменьшающейся от некоторого максимального значения до нуля. При этом частота изменения поля составляет от долей до единиц Герц, как правило, от 0,1 до 2 Гц. Таким образом, под воздействием переменного поля, уменьшающегося по амплитуде, происходит вращение доменов и их постепенное разупорядочивание на обрабатываемом участке трубы, и, соответственно, размагничивание участка.
Преимущества циклического метода размагничивания:
- Переменное поле обеспечивает равномерное размагничивание всего периметра торца трубы.
- Гораздо большее время сохранения размагниченного состояния участка трубы — от 8 часов до 3-4 дней и более.
- Возможность размагничивания, как торца трубы (1-3 метра), так и целой катушки (12-4 метров).
- Малая мощность размагничивающей установки, как правило, не более 7-9 кВт для размагничивания труб диаметром 1420мм.
- Относительно малый вес установки, не более 20-25 кг, что позволяет одному человеку справляться с размагничиванием.
Недостатки циклического метода размагничивания:
- Время цикла размагничивания больше чем у импульсного метода и составляет от 3 до 5 минут на один стык.
- Во всех трех методах размагничивания следует проводить проверку намагниченности трубы в четырех точках поперечного сечения торца (электронными или стрелочными магнитометрами, с возможностью контроля поля в пределах 0- 20 Гс).
Во всех трех методах необходимо осуществлять контроль остаточной намагниченности трубы в четырех точках поперечного сечения торца до и после проведения размагничивания. Для контроля могут применяться как электронные, так и аналоговые (стрелочные) магнитометры, с диапазоном магнитного поля не менее 0-10 мТл (0-100 Гс).
