范蘭，王加?xùn)|，張彥兵，豐來國

（江蘇蘭豐環(huán)?？萍加邢薰荆K 鹽城 224003）

1 前言

鋁廠電解車間生產(chǎn)會產(chǎn)生強(qiáng)磁場，磁場強(qiáng)度與電解槽的電流大小成正比關(guān)系，電流越大磁場越大。電解鋁生產(chǎn)過程是連續(xù)不間斷的，如生產(chǎn)線停開一次，將增加成本數(shù)十萬元以上，因此一般情況下電解鋁廠生產(chǎn)維修和技改工作都是不停產(chǎn)進(jìn)行的。電解鋁廠的維護(hù)和技改過程一定伴隨大量的焊接工作，強(qiáng)磁場環(huán)境中焊接時(shí)產(chǎn)生的磁偏吹對焊接工作質(zhì)量影響巨大，無經(jīng)驗(yàn)的焊工甚至無法完成焊接工作，焊接時(shí)遇到磁偏吹成了鋁廠技改工作時(shí)的老大難問題。

近年來隨著中國環(huán)保治理力度的加大，對工業(yè)企業(yè)有害廢氣排放提出了更高的要求，碳素、電解鋁、發(fā)電廠比較集中的地方政府要求超凈排放，廢氣中SO2排放要求≤35mg/Nm3，粉塵≤10mg/Nm3，為此，各相關(guān)企業(yè)紛紛上馬環(huán)保技改工程。脫硫塔是環(huán)保技改工程中的重要柱狀裝備，其直徑最大達(dá)到20多米，高度最高達(dá)50多米，氣體排放煙囪高點(diǎn)達(dá)100米。巨大的脫硫塔無法在沒有磁場的環(huán)境中制造好后運(yùn)往環(huán)保技改工地，只能在有強(qiáng)磁場場地上進(jìn)行制作。

筆者有幸參與了“XX”集團(tuán)鋁廠240kA和600kA電解鋁廠項(xiàng)目的環(huán)保技改工程，見證了強(qiáng)磁場環(huán)境中脫硫塔的焊接困境和解決焊接磁偏吹問題的探究全過程，在本公司、業(yè)主、施工單位全體工程技術(shù)人員的共同努力下，研究探索出了一種克服焊接時(shí)磁偏吹方法，在場地小、強(qiáng)磁場、施工工期短等不利條件下，取得了強(qiáng)磁場環(huán)境中大型脫硫塔焊焊作業(yè)順利完成的成功案例，為鋁廠環(huán)境治理做出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)，同時(shí)也為強(qiáng)磁場環(huán)境中克服焊接困難找到了一種解決辦法。

下面以600kA電解鋁廠環(huán)保技改項(xiàng)目脫硫塔制作工程中磁場對橫向環(huán)縫焊接的影響及解決方案介紹如下。

2 強(qiáng)磁場環(huán)境中大型設(shè)備焊接的困境

本公司接到本次環(huán)保技改時(shí)，全體技術(shù)人員就預(yù)感到強(qiáng)磁場對現(xiàn)場焊接工作會帶來困難，也做了一些技術(shù)準(zhǔn)備，8 m直徑以內(nèi)的構(gòu)件全部在建設(shè)場地外制作，通過500噸的老式履帶吊車進(jìn)行吊裝作業(yè)，超大構(gòu)件（脫硫塔）制作前對拼裝焊接場地磁場強(qiáng)度進(jìn)行了測量，脫硫塔拼裝范圍內(nèi)磁場強(qiáng)度500～800GS（高斯）不等，不同方位和地點(diǎn)有一定的差別。在安裝脫硫塔底座時(shí)雖然焊接有一些困難，通過改變焊機(jī)地線接線方式，選用有豐富焊接經(jīng)驗(yàn)的焊工，采用小電流、變換焊槍角度等措施解決磁場干擾，完成了焊接工作，但當(dāng)脫硫塔塔板圍成直徑14.5 m圓柱時(shí)，直拼縫不受磁場干擾，焊接工作能正常進(jìn)行，而橫向環(huán)狀拼縫焊接遇到了磁偏吹的嚴(yán)重困擾，45度坡口處磁場強(qiáng)度增大到6000——15000Gs（隨塔板厚度增大而增強(qiáng)），幾十斤重的錘頭一靠近塔板立即被吸附，焊條靠近焊縫坡口要么鐵水四濺，要么被吸附，一時(shí)間，焊工們變得束手無策，脫硫塔焊接工作陷入停頓狀態(tài)。環(huán)保技改升級工程如不能在2018年投入運(yùn)營，當(dāng)?shù)卣畬⒁箐X廠停產(chǎn)改造，停產(chǎn)改造不僅嚴(yán)重影響鋁廠的經(jīng)濟(jì)效益，也將影響技改成本。“XX”集團(tuán)立即召集環(huán)保技改總包單位和施工單位開會，集思廣益研究解決困擾強(qiáng)磁場環(huán)境下磁干擾的難題的方法。

3 強(qiáng)磁場環(huán)境下克服磁偏吹的方法

3.1 阻隔部分磁場的回路

在脫硫塔二帶鋼板外部橫向環(huán)狀切口焊接前，先在塔板焊接部位的內(nèi)側(cè)用帶狀鋼板封閉部分環(huán)縫，盡可能嚴(yán)密，使得相對位置的橫向焊縫切口處磁場強(qiáng)度減弱，降低外部環(huán)縫焊接時(shí)磁偏吹，使用此法有一定的效果。但是，由于封閉墊板是很難做到和塔板弧度做到完全一致，實(shí)踐中阻隔效果不理想，而且工作量巨大，焊接速度受到嚴(yán)重影響。

3.2 外加一個(gè)同樣強(qiáng)度的磁場消除原有磁場的影響（消磁）

圖1 纏繞線圈的“U”鐵芯結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 塔體外加消磁設(shè)備構(gòu)成示意圖

這種做法理論上完全可行，實(shí)施過程中由于現(xiàn)場影響因素較多，如磁場強(qiáng)度隨脫硫塔塔板厚度變化，塔體周邊鋼結(jié)構(gòu)的變化等因素而變化，在建立外加磁場前，對脫硫塔橫向環(huán)縫45度坡口處的磁場強(qiáng)度分布進(jìn)行實(shí)測（最大磁場強(qiáng)度達(dá)到15000高斯），對有關(guān)數(shù)據(jù)分析后，確定消磁設(shè)備焊機(jī)的型號、銅芯電纜的規(guī)格、“U”鐵芯鋼板的厚度、寬度、高度，原則是既達(dá)到消磁的效果，又方便焊工工作。通過無數(shù)次的摸索，我們選擇直流電焊機(jī)作為電源，根據(jù)不同塔板橫向環(huán)狀45度坡口處的磁場強(qiáng)度制作了幾種規(guī)格的“U”鐵芯，鋼板厚度從50～160不等，“U”鐵芯的凈高度320mm以上，“U”口寬度300～400mm，長度300～320mm，“U”支腿上的電纜圈數(shù)根據(jù)橫向環(huán)狀45度坡口處的磁場強(qiáng)度確定，原有磁場強(qiáng)度越大，則線圈匝數(shù)越多，成正相關(guān)，“U”鐵芯的鋼板厚度和原有磁場的強(qiáng)度也是正相關(guān)，直流電焊機(jī)的電流盡量保持不變，減少可變因子。直流焊機(jī)作為外加磁場的電源其最大電流可達(dá)630 A，經(jīng)過大量實(shí)踐，最終做法為電源電流確定后保持不變，“U”鐵芯的板厚確定后不變，根據(jù)焊接坡口處的磁場強(qiáng)度增減“U”支腿上的電纜圈數(shù)即可滿足消磁的目的，保證焊接時(shí)不發(fā)生磁偏吹，保證焊接質(zhì)量和進(jìn)度。

脫硫塔橫向環(huán)縫采取交流電焊，消磁設(shè)備由直流焊機(jī)、若干長度銅芯電纜、“U”鐵芯、開關(guān)構(gòu)成，通過這樣的方法雖然對焊接進(jìn)度有一定的影響，但強(qiáng)磁場環(huán)境下焊接磁偏吹的老大難問題得到了有效解決。

2018年通過業(yè)主、總包單位（筆者公司）、施工單位的共同努力，按時(shí)完成了技改任務(wù)，各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)于設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)論

4.1 強(qiáng)磁場環(huán)境下通過外加一個(gè)消磁設(shè)備可以保證大型脫硫塔或相似設(shè)備焊接工作的正常進(jìn)行，也能確保焊接質(zhì)量。

4.2 電解鋁廠電解車間磁場無處不在，在強(qiáng)磁場存在的情況下，為保證消磁設(shè)備有效，需要對磁場和待焊設(shè)備焊口處的磁感應(yīng)強(qiáng)度進(jìn)行仔細(xì)測量，根據(jù)磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布制作消磁設(shè)備，以最大和最小數(shù)值為依據(jù)確定“U”鐵芯的鋼板厚度、選擇直流焊機(jī)作為電源、通電和散熱效果好的銅芯電纜制作感應(yīng)線圈，。由于現(xiàn)場影響磁場感應(yīng)強(qiáng)度的因素較多，銅芯線圈的匝數(shù)確定要經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)最終確定，“U”鐵芯鋼板厚度宜厚一點(diǎn)。

4.3 即使通過附加一個(gè)外部消磁設(shè)備能有效的解決焊接磁偏吹的難題，但在強(qiáng)磁場存在的地方焊接效率也會降低，焊條消耗量也會增加，對焊工的技術(shù)要求有所提高，大型構(gòu)建的制造成本有所增加。

4.4 由于消磁面積較小，“U”鐵芯很重（數(shù)十到數(shù)百公斤），每次移動靠焊工無法完成，需要制作自動移動吊裝設(shè)備（由電動葫蘆和環(huán)狀軌道組成），可以減少每次移動的時(shí)間，提高作業(yè)效率。