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• Gründe für Restmagnetismus und seine Auswirkungen auf schweißenQualitätsverbesserung

Bei der Erdölförderung kann es während des Schweißens von Thermal- und Gasinjektionsleitungen zu magnetischer Abweichungsbildung kommen, die den gesamten Schweißprozess beeinträchtigt. Diese magnetische Abweichungsbildung entsteht durch Restmagnetismus im Rohrmaterial. Man unterscheidet üblicherweise zwischen induziertem und prozessbedingtem Restmagnetismus. Induzierter Magnetismus entsteht häufig bei der Rohrherstellung in Fabriken, beispielsweise beim Einsatz von elektromagnetischen Kränen zum Be- und Entladen, beim Halten von Stahlrohren in starken Magnetfeldern, bei zerstörungsfreien Prüfungen mittels Magnetisierungsverfahren oder bei der Lagerung von Stahlrohren in der Nähe von Hochspannungsleitungen. Prozessbedingter Magnetismus tritt häufig bei Montage- und Schweißarbeiten auf, etwa beim Einsatz von Magnetklemmen und -vorrichtungen, beim Schweißen von Rohrleitungen mit Gleichstrom oder bei längerem Kontakt mit Gleichstromleitungen.

Beim Schweißen von magnetischen Stahlrohren treten häufig Schwierigkeiten auf Bogen Zündprobleme, instabile Lichtbogenverbrennung, Abweichung des Lichtbogens von der Elektrodenachse und Spritzer von flüssigem Metall und Schlacke aus dem Schmelzbad können auftreten. In schweren Fällen lässt sich kein Schmelzbad bilden, wodurch das Schweißen unmöglich wird. Um den Schweißprozess zu stabilisieren und die Qualität der Schweißverbindungen zu verbessern, müssen magnetisierte Stahlrohre vor dem Schweißen entmagnetisiert werden. Es ist zu beachten, dass eine vollständige Entmagnetisierung des zu schweißenden Stahlrohrs schwierig zu erreichen ist. Ist der Restmagnetismus nicht ausreichend, um die Schweißqualität zu beeinträchtigen, kann geschweißt werden.

2. Entmagnetisierungsmethode

 

Der Großteil der Ölfeldkonstruktionen wird vor Ort durchgeführt, und es wurden entsprechende Verfahren zur Entmagnetisierung von Rohrleitungen für das Schweißen und die Vorfertigung entwickelt.

 

(1) Entmagnetisierungsverfahren

 

1. Gleichstrom-Entmagnetisierungselektroden-Lichtbogenschweißverfahren anwenden;

 

2. Verwenden Sie das Wechselstrom-Entmagnetisierungselektroden-Lichtbogenschweißverfahren;

 

3. Verwenden Sie das Lichtbogenschweißverfahren mit elektromagnetischer oder permanentmagnetischer Entmagnetisierung.

(2) Analysieren Sie die Restmagnetisierungsparameter und wählen Sie die Entmagnetisierungsmethode auf der Grundlage der spezifischen Gegebenheiten der Baustelle aus:

 

Bei schwacher Restmagnetisierung und einer Restmagnetisierungsinduktionsstärke von 100 × 10¹ tritt Entmagnetisierung ein.

 

Zur Entmagnetisierung von Gleich- und Wechselstrom wird eine elektromagnetische Spule aus Schweißdrähten mit einem Querschnitt von 35–50 mm² verwendet. Der Draht wird um ein Stahlrohr oder zwei verbundene Stahlrohre gewickelt, wobei die Windungszahl je nach Restmagnetismus der Stahlrohre variiert. Bei der Entmagnetisierung mit Gleichstrom ist ein Lichtbogen-Schweißgleichrichter mit einer Stromstärke von 300–700 A erforderlich; bei der Entmagnetisierung mit Wechselstrom ein Lichtbogen-Schweißtransformator mit einer Stromstärke von 300–700 A. Zur Entmagnetisierung werden spezielle Elektromagnete benötigt, wobei Lichtbogen-Schweißgleichrichter oder Lichtbogen-Schweißtransformatoren als Stromquellen dienen.

Während der Entmagnetisierung. Das Magnetfeld sollte größer sein als das remanente Magnetfeld.

 

HI=(1,2～1,5)H2

 

In der Formel: H1 - Entmagnetisierungsfeldstärke, H2 - Remanenzfeldstärke;

 

Die Stärke des Entmagnetisierungsmagnetfeldes wird nach folgender Formel bestimmt:

 

H=I•N／L

 

In der Formel gilt: I - Spulenstrom A; N - Windungszahl der Entmagnetisierungsspule; L - Wicklungslänge m.

 

Zur Messung des Magnetismus wird die Verwendung des Magnetometers HM II-97X empfohlen. Das Magnetometer ist ein leichtes Gerät zur Bestimmung der magnetischen Induktionsstärke pulsierender Magnetfelder und Streufelder im Luftspalt des Magnetsystems (das Gerät besteht aus einem Messwandler, einer Elektronik und einem Ladegerät; die Stromversorgung erfolgt über einen eingebauten Akku mit einer 9-V-Batterie).

 

1. Verwenden Sie Gleichstrom-Entmagnetisierung.

 

1. Bestimmung der Stärke und Richtung des Restmagnetfelds in Stahlrohren mithilfe eines Magnetometers;

 

1. Installieren Sie eine Spule aus flexiblen Schweißdrähten mit einem Querschnitt von 35-50mm2 auf dem Stahlrohr und schließen Sie diese an den Lichtbogen-Schweißgleichrichter an, sodass das von ihr erzeugte Magnetfeld in die entgegengesetzte Richtung des Restmagnetfelds des Stahlrohrs wirkt.

 

1. Zu Beginn der Entmagnetisierung beträgt der Strom 80-100 A.

 

1. Während des Entmagnetisierungsprozesses ist es erforderlich, regelmäßig mit einem Magnetometer die Wirkung des Entmagnetisierungsfeldes auf das Stahlrohr zu überprüfen (gemessen bei eingeschalteter Stromversorgung) und gegebenenfalls den Strom zu steuern oder seine Richtung zu ändern (durch Austausch des Drahtes am Lichtbogen-Schweißgleichrichter).

 

1. Nach der Entmagnetisierung sollte der Strom innerhalb einer Minute schrittweise reduziert werden, bis er Null erreicht, um den magnetischen Fluss schonend zu verringern. Anschließend sollte die Stromzufuhr unterbrochen werden.

 

(1) Entmagnetisieren Sie ein einzelnes Stahlrohr, indem Sie eine Spule mit 8,12 Windungen entlang des äußeren Umfangs an einem Ende des Rohrs mit dem maximalen Magnetfeld wickeln; Entmagnetisieren Sie dann das andere Ende des Stahlrohrs mit der gleichen Methode.

 

Beim Entmagnetisieren eines einzelnen Stahlrohrs bis zur Verbindungsstelle der Stahlrohre sollte der Abstand zwischen den beiden Stahlrohren nicht weniger als 300 mm betragen, und um die Stirnfläche jedes Rohrs sollte eine Spule mit 18-20 Windungen in einem Abstand von 80-100 mm gewickelt werden, um die Entmagnetisierung abzuschließen.

 

(2) Beim Entmagnetisieren der Verbindungsstelle von Stahlrohren wird ein Schweißdraht mit einem Querschnitt von 35–50 mm² um das Ende des Stahlrohrs gewickelt, um eine gemeinsame Spule für beide Stahlrohre zu bilden. Die Spulen können sich überlappen (im oder gegen den Uhrzeigersinn), mit insgesamt 16–22 Windungen. Das Stahlrohr mit mehr Windungen sollte dabei eine höhere Restmagnetisierung aufweisen. Sobald die gemessene Restmagnetisierung unter 20 × 10⁻⁴ T liegt, sollte die Schweißung an der Wurzel der Schweißnaht unter Schutzgas abgeschlossen werden (dieses Entmagnetisierungsverfahren ist optimal).

 

• Unter besonderen Umständen werden die Schweißzangen mit den Schweißelektroden für 10 Sekunden mit einem Strom von 300 A kurzgeschlossen und anschließend wieder getrennt. Nach jedem Kurzschlusszyklus wird der Magnetismus mit einem Magnetometer geprüft und der Entmagnetisierungsprozess gegebenenfalls wiederholt.

 

 

2. Zum Entmagnetisieren Wechselstrom verwenden.

Hauptsächlich verwendet für die Enden von einteiligen Stahlrohren und Stumpfstoßverbindungen mit einer Wandstärke von bis zu 25 mm. Zusätzlich zur Entmagnetisierung nach dem oben beschriebenen Verfahren wird folgende Ergänzung angewendet: Eine Spule aus einem verschweißten Draht verbindet einen Stahldraht mit einer Länge von 0,5–1,0 m und einem Durchmesser von 1,5–3,0 m mit dem Stromkreis. Dieser Stahldraht liegt auf einer isolierenden und nicht brennbaren Unterlage (z. B. Asbestziegeln). Durch die Variation der Stromstärke im Draht ändert sich die Stärke des entmagnetisierenden Magnetfelds. Nach dem Einschalten erhitzt sich der Stahldraht und brennt innerhalb einer bestimmten Zeit ab. Die Brenndauer hängt von Durchmesser, Länge und Stromstärke des Stahldrahts ab. Nach dem Abbrennen des Stahldrahts wird der Restmagnetismus mit einem Magnetometer überprüft. Bei unzureichender Entmagnetisierungswirkung muss der Vorgang wiederholt werden. Die Entfernung des Entmagnetisierungssystems kann nach dem Schweißen der Wurzelnaht erfolgen; es wird jedoch empfohlen, es unmittelbar nach der Entmagnetisierung zu entfernen.

 

3. Verwenden Sie Elektromagnete und Permanentmagnete zum Entmagnetisieren.

 

(1) Die elektromagnetische Entmagnetisierung wird hauptsächlich bei vorkonfektionierten Stahlrohren in einzelnen Abschnitten von 100–200 mm Länge angewendet, insbesondere in der Nähe von Magnetfeldern mit wechselndem Vorzeichen. Nach der Entmagnetisierung bestimmter Abschnitte muss die Wurzelschweißnaht verschweißt werden, bevor mit der Entmagnetisierung des nächsten Abschnitts fortgefahren wird. Zur Entmagnetisierung wird ein Elektromagnet mit spezieller Konstruktion verwendet. Dieser wird an der Verbindungsstelle des Stahlrohrs installiert, wobei der Nordpol des Elektromagneten an der Kante des Stahlrohrs mit dem magnetischen Südpol liegt und der Südpol des Magneten mit dem magnetischen Nordpol des Rohrs verbunden ist. Während des Entmagnetisierungsprozesses muss die Richtung und Stärke des Restmagnetismus im Stahlrohr regelmäßig mit einem Magnetometer gemessen werden (bei eingeschalteter Stromversorgung). Die Stärke des Entmagnetisierungsfeldes wird durch Ändern der Stromstärke und die Richtung des Magnetfeldes durch Ändern der Stromrichtung, d. h. durch Umkehren der positiven und negativen Pole der Stromversorgung, eingestellt.

 

(2) Zur Entmagnetisierung wurden Permanentmagnete verwendet. Es wurden C-förmige oder zylindrische Permanentmagnete aus der Legierung 10H KT5 ausgewählt. Bei korrekter Installation des Magneten muss der Magnetpol dem Magnetpol des magnetisierten Verbindungsrohrs gegenüberliegen. Die korrekte Installation der Magnete kann mit einem Magnetometer überprüft werden. Um die Entmagnetisierungswirkung zu verstärken, können mehrere Magnete gleicher Funktion miteinander verbunden werden (zwei, drei oder mehr). Nach der Entmagnetisierung im Verbindungsabschnitt muss die Wurzelschweißung an dieser Stelle abgeschlossen sein. Um das Entmagnetisierungsfeld zu erhöhen, sollte der Magnet nahe am Entmagnetisierungspunkt platziert werden; andernfalls kann er entfernt werden. Durch Bewegen des Magneten entlang der Oberfläche des Stahlrohrs kann die Restmagnetisierung an der Rohrverbindung minimiert werden.

 

Um die Richtung des Entmagnetisierungsflusses zu ändern, muss der C-förmige Magnet um 180° in der horizontalen Ebene gedreht, die Position des am Gelenkrand angebrachten zylindrischen Magneten getauscht oder dieser um 180° in der vertikalen Ebene gedreht werden. Nach jedem Entmagnetisierungsvorgang muss die Stärke des Restmagnetismus mit einem Magnetometer überprüft werden.

 

 

3. Schlussfolgerung

 

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass in der Produktion hochwertige Schweißnähte unter guten Arbeitsbedingungen sicher, effizient und kostengünstig ausgeführt werden sollten. Dabei sind die Konstruktionsbedingungen, die Schweißprozesse und die Produktionseffizienz zu berücksichtigen. Die Grundprinzipien für die Auswahl von Schweißverfahren für magnetisierte Rohre sind:

 

1. Das traditionelle lokale Flammenheiz-Entmagnetisierungs-Elektroden-Lichtbogenschweißverfahren führt aufgrund der niedrigen Flammentemperatur, des geringen Wärmeeintrags und der breiten Wärmeeinflusszone zum Ausbrennen von Legierungselementen, was eine Verringerung der mechanischen Eigenschaften des Grundwerkstoffs zur Folge hat.

 

2. Die Durchführung des gesamten Erhitzungs-Entmagnetisierungs-Schweißverfahrens ist aufgrund verschiedener Faktoren, die die tatsächlichen Baubedingungen beeinflussen, nicht einfach.

 

3. Es wird empfohlen, in Bereichen mit geringen magnetischen Eigenschaften und schlechten Baubedingungen an den Verbindungsstellen von Stahlrohren Permanentmagnete zur Entmagnetisierung einzusetzen.

 

4. Die magnetische Feldstärke ist an der Verbindungsstelle des Stahlrohrs besonders hoch, und die Methode des Gleichstrom-Schweißens mit Entmagnetisierungselektrode erzielt die besten Ergebnisse.