付 兵

（廣東省水利水電第三工程局有限公司，廣東 東莞 523710）

1 概 述

某工程的主要建設(shè)任務(wù)是新開涌、泵站和節(jié)制閘，完善排澇體系和水系連通改善片區(qū)水環(huán)境。新開涌全長1.134 km。河涌規(guī)劃寬度為10 m，涌底高程為-1.5 m（珠基，下同），新建泵站1 座，設(shè)計流量為5 m3/s，總裝機容量為630 kW；新建節(jié)制閘3 座，新建箱涵與調(diào)蓄湖連接節(jié)制閘，設(shè)計孔口凈寬分別為5 m、10 m 和5 m，閘底高程為-1.5 m。

泵房輸水鋼管段在水平空間上與220 kV 高壓線近乎垂直，磁感應(yīng)強度隨著與載流導(dǎo)體（高壓線）距離的增大而迅速衰退。泵房輸水管的連接施工必須采用焊接方式，確保密閉，無泄漏，所以必須保證焊接施工質(zhì)量以及開挖。因輸水鋼管受高壓線產(chǎn)生的磁場強度影響大，在實際施工過程中，輸水鋼管發(fā)生磁化，正常焊接時，磁化的鋼管會使焊液發(fā)生偏移，焊接時發(fā)生“磁偏吹”現(xiàn)象，正常焊接工藝無法進(jìn)行。消除磁偏吹是保證焊縫質(zhì)量的關(guān)鍵。

2 工藝分析對比

2.1 預(yù)制法

采用返廠改裝成預(yù)制法蘭連接的方式。將磁化鋼管返廠，改裝成預(yù)制法蘭，再將改裝后的鋼管運送到施工部位進(jìn)行法蘭連接。來回運輸時間過長，且改裝工藝需要完成的程序較為復(fù)雜，需與業(yè)主、監(jiān)理溝通才可完成，總體施工效率不高，影響泵站輸水管道施工工期。

2.2 電磁屏蔽罩法

采用電磁屏蔽罩方式。電磁屏蔽罩購回后，需改裝成輸水鋼管兩端的大小，改裝需要一定的時間，且對磁性較高鋼管的效果不一定能夠達(dá)到預(yù)期。

2.3 鋼管纏繞焊把線通電法

采用鋼管纏繞焊把線通電法，無需購置多余材料，只需購置長度略長的焊把線。經(jīng)市場價格考察，用焊把線纏繞通電法的投資比采用改裝法蘭或電磁屏蔽罩法要低。采用焊把線纏繞通電法相對改裝法蘭或電磁屏蔽罩施工過程中對剩磁的處理更高，從而提高了焊接質(zhì)量。

通過對比分析，在滿足施工的前提下，最終選定鋼管纏繞焊把線通電法施工工藝。通過采用鋼管纏繞焊把線通電法提高施工質(zhì)量和施工效率，確保施工安全，在節(jié)約施工成本的前提下，有效保證了泵房輸水管道焊接的質(zhì)量和施工過程的安全。

3 鋼管纏繞焊把線通電法原理及操作要點

3.1 原 理

鋼管纏繞焊把線通電法原理：把磁化油管的對接接口放置于線圈的幾何中心，在通電線圈所產(chǎn)生的電磁場的作用下，磁化油管的磁場產(chǎn)生磁滯回線，當(dāng)交變磁場的副值逐漸遞減時，磁滯回線的軌跡也越來越小，當(dāng)磁場強度為零時，鋼管中殘留的剩磁Br 也接近于零。消磁的原理用一句話可概括為“換向衰減同時進(jìn)行”。

根據(jù)這個原理可采用交流焊接設(shè)備，把焊機的搭鐵焊接電纜纏繞在磁化管上來代替通電線圈，利用焊接時焊接電流通過焊接電纜時，會形成一個交變電磁場，幾何中心的磁化管在交變磁場的作用下,磁化管端接口的磁性會在瞬間減弱或消失，不會再對焊接產(chǎn)生任何影響;焊接時熔滴在電弧吹力、熔滴自身重力及表面張力等的作用下順利過渡到熔池，因此能夠順利地進(jìn)行焊接（圖1）。若采用直流焊接設(shè)備也能達(dá)到一定的效果。

圖1 鋼管纏繞焊把線通電法工藝流程圖

3.2 操作要點

1）施工準(zhǔn)備。泵房輸水管安裝，先對泵房輸水管段進(jìn)行土方開挖，清理出工作面，再進(jìn)行墊層的測量放線，兩側(cè)做好鋼板樁支護(hù)，防止邊坡坍塌。墊層澆筑完畢后，進(jìn)行泵房輸水鋼管位置的測量放線。

2）材料控制。在墊層上完成鎮(zhèn)墩施工后鋼管進(jìn)場，加強鋼管原材料及半成品質(zhì)量控制，進(jìn)場材料經(jīng)過工地試驗室檢測合格后方可投入施工，如工地試驗室無法檢測則須經(jīng)相關(guān)檢測部門檢測合格方可使用。

3）點焊組對。焊前要預(yù)熱，點固焊時要注意觀察焊接電弧產(chǎn)生磁偏吹的偏吹方向，根據(jù)電弧磁偏吹的方向來決定第一段的焊接位置，注意鋼管的9 點～12點或3 點～12 點的部位，因為在這兩個部位容易控制電弧磁偏吹，詳見圖2；鋼管上半部施焊完后管子的磁性已減弱，再進(jìn)行下部的焊接就容易了。完成下半部的焊接后，可根據(jù)情況用氣焊割開上半部焊口進(jìn)行補焊，以確保焊縫質(zhì)量。按圖3 所示標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行組對，可以在鋼管10 點～2 點處點固焊1～2 處，組對完后清理焊口處熔渣、飛濺等雜物。

圖2 鋼管切面圖

圖3 點焊組對

4）鋼管焊接。鋼管焊接遇到磁化鋼管，利用鋼管纏繞焊把線通電法做消磁后，再進(jìn)行焊接處理。用磁力計測出鋼管磁場的強度大小和方向，將磁化的鋼管用截面（35～50）mm2焊把線纏繞在鋼管坡口的兩側(cè)組成電磁線圈，根據(jù)管道剩磁的大小和方向確定線圈的匝數(shù)。一般不少于7 圈半，打開電焊機，調(diào)節(jié)電流的大小，利用電焊機焊把線纏繞鋼管通電后對磁化鋼管加一個反向的磁場。反向磁場與鋼管磁化磁場相互作用，使磁化對焊接的影響減少。

5）無損檢測。焊接完畢后，進(jìn)行鋼管無損檢測。

4 應(yīng)用情況

泵房輸水工程試驗段采用本文所述的施工工藝對磁化鋼管進(jìn)行消磁處理，焊接過程中對管道對接焊縫內(nèi)部缺陷進(jìn)行超聲波檢測，檢測結(jié)果見表1。

表1 管道對接焊縫內(nèi)部缺陷超聲波檢測結(jié)果 mm

對超聲波檢測結(jié)果進(jìn)行分析可知，在采用本文所述的施工工藝進(jìn)行作業(yè)后，本次超聲波共檢測的3 條對接焊縫，均未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷，檢驗焊縫總長11.49 m。同時焊縫質(zhì)量依據(jù)《焊縫無損檢測超聲檢測驗收等級》（GB/T 29712-2013）橫孔技術(shù)（技術(shù)1）的等級和驗收等級2 進(jìn)行評定，評定合格。相比其他工藝，鋼管纏繞焊把線通電法大大提高了磁化鋼管焊接中焊縫的質(zhì)量及施工效率。

5 結(jié) 語

在泵房輸水工程中開展技術(shù)攻關(guān)，取得了“高磁場下鋼管焊接技術(shù)研究”的新成果，整理出一整套針對沿高壓線（高磁場）區(qū)域等條件的鋼管焊接施工技術(shù)，在縮短施工工期、保證施工質(zhì)量尤其是焊縫質(zhì)量的同時，極大地降低了施工成本和施工風(fēng)險。按計劃完成了本工程泵房輸水管道的生產(chǎn)任務(wù)。該技術(shù)與傳統(tǒng)施工技術(shù)相比優(yōu)越性明顯，針對性強，更注重將工程特點與現(xiàn)場實情況相結(jié)合，使施工變得簡單、質(zhì)量易于控制，還能極大地節(jié)約施工成本，具有明顯的經(jīng)濟效益與顯著的社會效益，主要創(chuàng)新點有：

1）實用性地提出一套適用于高磁場下應(yīng)對磁偏吹現(xiàn)象的消磁焊接技術(shù)，此種高磁場下應(yīng)對磁化鋼管焊接的施工技術(shù)具有高效、安全等特點。

2）纏繞焊把線消磁法可以很大程度地減少磁偏吹對焊接工藝技術(shù)的影響，提高了焊縫質(zhì)量安全系數(shù)和施工效率并降低了施工成本。

3）纏繞焊把線消磁法可節(jié)省工期，能應(yīng)對野外施工各種條件的優(yōu)勢，保證了鋼管焊接安全性與施工質(zhì)量的可控性。

焊把線纏繞線圈法的充分利用，實現(xiàn)了在高磁場下發(fā)生磁化的鋼管區(qū)域的鋼管焊接，此技術(shù)具有高效、安全施工等特點，實現(xiàn)了鋼管焊接的質(zhì)量目標(biāo)，同時，有效節(jié)省了施工成本，提高了施工效率，縮短了輸水鋼管的施工工期，降低了施工作業(yè)風(fēng)險，對類似工程項目具有較好的示范作用，提供了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)，對其他類似工程提供了經(jīng)驗借鑒，社會效益顯著。