張先鋒

(安徽省天然氣開發(fā)股份有限公司，安徽 合肥 230002)

1 磁力固定地線焊接技術的應用背景

在某支線管道站場建設過程中，因前期協(xié)調(diào)工作及用地手續(xù)的延誤，導致整改線路非關鍵線路工序變?yōu)殛P鍵工序，導致工期延誤，從而導致整個線路投產(chǎn)延誤，影響相關產(chǎn)業(yè)的投入運營。經(jīng)工程技術中心焊接班組的研發(fā)，在技術上攻克磁力固定地線焊接技術，可節(jié)省人力、材料，并可節(jié)約工期，不影響整個線路的計劃目標工期，從而解決站場目前焊接技術難題，在有限的時間里高效率高質(zhì)量完成站場施工的焊接任務。

站場工藝管道材質(zhì)主要為碳鋼防腐管材，管道管徑管道管徑從DN40～DN50，雖管徑大小不一致但均可采用磁力固定地線焊接，在現(xiàn)有的防腐管材上焊接可以有效地保護防腐層，避免點焊給防腐層造成的傷害。該工藝使焊接程序簡化，從而節(jié)約材料和人力，而最后的焊接質(zhì)量完全符合目標要求。

2 磁力固定地線焊接原理及操作流程

磁力固定地線焊接工藝原理：焊接用磁力接地裝置是利用釹鐵硼永磁鐵的超強磁性作為導電接線板的核心，以此充當待焊接母材的接地連接手段；通過釹鐵硼永磁鐵導電接線板與待焊接母材之間的超強磁力，將電焊機接地線通過釹鐵硼永磁鐵導電接線板與待焊接母材牢靠連通，導通電焊機地線到待焊母材的回路電流。

工藝流程圖如圖1 所示。

圖1 工藝流程圖

研發(fā)團隊齊心協(xié)力攻克該工藝。在施工準備階段，首先調(diào)研施工現(xiàn)場鋼構(gòu)件焊接的情況，解決防腐層被破壞的問題；施工前，技術人員對施工人員進行安全及技術交底并記錄。模型設計階段為核心工序，直接決定工藝的成敗。按照要求，做好后續(xù)工作，完成焊接流程。

3 磁力固定地線焊接模型設計及組裝性能測試

利用釹鐵硼永磁鐵的超強磁性作為導電接線板的技術核心，以此擔當待焊接母材的接地連接手段；通過釹鐵硼永磁鐵導電接線板與待焊接母材之間的超強磁力，將電焊機接地線通過釹鐵硼永磁鐵導電接線板與待焊接母材牢固連通[1]。電焊機接地線接地端壓接銅接端子(銅線鼻子)，壓接了銅接端子的電焊機地線與釹鐵硼永磁鐵導電接線板通過緊固螺栓固定，以便于釹鐵硼永磁鐵導電接線板的更換與拆卸。

電焊機接地線接地端壓接了銅接端子的部位用絕緣膠布0.5 倍寬度搭接纏繞兩道，防止電焊機接地線線芯及壓接的銅接端子裸露面積過大，造成觸電危險。釹鐵硼永磁鐵導電接線板一端設有兩個長25 mm的銅制焊接觸點，觸點尖端橫截面為直徑1 mm 的圓面，增加了焊接接觸點面積，保證電流通過電焊機接地線到達待焊母材的大小及電流穩(wěn)定性。焊接觸點尖端高出釹鐵硼永磁鐵導電接線板底面10 mm，既保證了永磁鐵導電接線板與待焊母材之間的磁力足夠強，確保能夠使磁力接地裝置牢靠固定在待焊母材上，又確保觸點尖端足夠刺穿待焊母材的防腐層，導通電焊機地線到待焊母材的回路電流。

磁力接地裝置模型圖如圖2 所示，材料清單如表1所示。

表1 材料清單表

圖2 磁力接地裝置模型圖

磁力接地裝置需嚴格按設計要求進行模型制作及組裝。制作零部件時工人必須穿戴整齊勞動保護用品，按照零部件詳細圖解進行制作。組裝時需仔細認真閱讀設計模型，確保組裝無誤，保證磁力接地裝置可以正常工作，達到預期的使用性能。

焊接檢測：采用實地焊接操作進行測試，以焊接過程中，電焊機不偏弧、不斷弧，焊機性能穩(wěn)定，接地裝置安裝點不打火為合格[2]。在焊接性能檢測中，重點觀察磁力接地裝置的導電性能是否穩(wěn)定良好，電焊機施焊過程中不應出現(xiàn)偏弧、斷弧現(xiàn)象，磁力接地裝置安裝位置沒有發(fā)生打火現(xiàn)象，表明裝置工作正常，且可以保證焊接作業(yè)正常進行；焊接過程防腐層基本未被破壞，滿足管道施工后的使用要求。

4 磁力接地裝置及質(zhì)量控制

磁力接地裝置制作組裝過程中應嚴格按設計模型進行制作、組裝。制作零部件時工人必須穿戴整齊勞動保護用品，按照零部件詳細圖解進行制作。組裝時需仔細認真閱讀設計模型，確保組裝無誤，保證磁力接地裝置可以正常工作，達到預期的使用性能。磁力模型剖面圖如圖3 所示。

圖3 磁力模型剖面圖

銅觸點制作，將兩根長20 mm，直徑8 mm 的銅棒，一端(A端) 按45°角打磨至尖端為直徑1 mm 的圓面，并編號1#觸點、2#觸點；

分別將1#、2#觸點未打磨的一端(B端)，沿軸向打磨出一個7 mm×15 mm 的矩形平面，備用。窺口銅端子(銅線鼻子) 可直接使用，檢查其尺寸，確認DT70 窺口銅接端子規(guī)格型號，備用。

接地線制作，新購買的接地線進場檢查確認接地線規(guī)格型號，備用。若采用舊的70 mm2電焊機地線，拆除接地卡鉗，截掉100 mm 長，備用。窺口銅端子壓接完成后，進行絕緣處理。

搭接纏繞兩道防水膠帶，纏繞長度以覆蓋接地線原有絕緣層5 cm 為宜，搭接纏繞兩道絕緣膠帶，纏繞長度以覆蓋首層防水膠帶長度2 cm 為宜，搭接纏繞兩道防水膠帶，纏繞長度以覆蓋二層絕緣膠帶長度2 cm 為宜，搭接纏繞一道警示用黃綠雙色膠帶，纏繞長度以覆蓋三層防水膠帶長度1 cm 為宜。

釹鐵硼永磁鐵可直接使用，檢查其尺寸，確認永磁鐵規(guī)格型號與材料計劃選擇的75 mm×55 mm×15 mm 方形永磁鐵相符。

磁力固定焊接的質(zhì)量控制，以銅觸點與永磁鐵鋼板保護殼異種金屬焊接為例說明。由于觸點未紫銅材質(zhì)，永磁鐵保護殼為3 mm 厚Q235 碳鋼鋼板，二者焊接屬于異種金屬焊接，因此焊接方式選擇氬弧焊接或者氧乙炔焊，焊材選用φ2.5 mm ERCu 紫銅焊絲。由于同種材質(zhì)的導體截面積大小與電阻值成反比關系。截面積越大，阻值越小，發(fā)熱量越?。唤孛娣e越小，阻值越大，發(fā)熱量越大。紫銅電阻率ρ=0.018 Ω·mm2/m，紫銅比熱容c=394 J/(kg·Δt)，紫銅密度8.9 g/cm3，觸點尖端截面φ1 mm，面積S=0.5×0.5×3.14=0.79 mm2，常溫 t1=20 ℃，單個觸點質(zhì)量m =0.01 kg。

單個觸點電阻值R=ρ·L/S=0.018×0.02/ 0.79=0.000 45 Ω，根據(jù)焦耳定律可計算截面處發(fā)熱量Q=I2·R·t=200×200×0.000 45×60=1 080 J，根據(jù)能量守恒定律可計算接觸面溫度升高值Δt=Q/(c·m)=1 080/(394×0.01)=274 ℃。通過分析可得出：最不利情況下，觸點與母材接觸溫度會升高274 ℃，此溫度對于耐高溫油漆，不會有影響。正常情況下，焊接熔池消耗絕大部分的熱量后，實際上觸點位置的升溫不會超過45 ℃。因此選擇觸點頂端截面為φ1 mm 的圓。由于高溫釹鐵硼永磁鐵的居里溫度在390 ℃左右，而在銅觸點焊接時，焊接區(qū)域(熔池) 溫度最高將達到2 900 ℃，平均溫度也在1 700 ℃左右。遠遠超過了永磁鐵的居里溫度，所以需要在焊接觸點前，將永磁鐵與鋼板保護殼分離，待觸點與鋼板保護殼焊接完成，冷卻到常溫(20 ℃)以下后，再將永磁鐵裝入鋼板保護殼。

5 結(jié)語

通過焊接工藝的改變，磁力固定地線焊接技術大大縮短焊接的時間，也從根本上解決人財力的消耗，不僅為該工程縮短工期，也節(jié)約了成本近13 萬元。電焊用磁力固定地線技術具有成本低、對防腐層無破壞、使用領域廣泛等特點。該技術在經(jīng)濟效益、觀感、綠色施工等方面得到了充分的印證，在以后的工程中可大力推廣應用，從而提高焊接質(zhì)量、效率，降低生產(chǎn)成本。