RU2563793C1 - Control over welding of pipelines from high-strength pipes with controlled heat input - Google Patents
Control over welding of pipelines from high-strength pipes with controlled heat input Download PDFInfo
- Publication number
- RU2563793C1 RU2563793C1 RU2014110685/02A RU2014110685A RU2563793C1 RU 2563793 C1 RU2563793 C1 RU 2563793C1 RU 2014110685/02 A RU2014110685/02 A RU 2014110685/02A RU 2014110685 A RU2014110685 A RU 2014110685A RU 2563793 C1 RU2563793 C1 RU 2563793C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- welding
- weld
- welded
- elements
- pipelines
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к строительству, в частности к сварке трубопроводов подземной и надземной прокладки из труб с временным сопротивлением разрыву от 590 до 690 МПа.The invention relates to the construction, in particular, to welding of pipelines of underground and elevated laying from pipes with temporary tensile strength from 590 to 690 MPa.
Известны способы изготовления трубопроводов дуговыми методами сварки такими, как ручная дуговая штучными электродами, полуавтоматическая сварка порошковой проволокой, автоматическая под флюсом или в среде защитного газа проволокой сплошного сечения.Known methods for the manufacture of pipelines by arc welding methods such as manual arc piece electrodes, semi-automatic flux-cored wire welding, automatic submerged arc or in a protective gas medium with a solid cross-sectional wire.
Известен способ сварки стыковых соединений в несколько проходов с помощью валиков. При этом каждый слой выполняется за один проход. Начиная с 3-го прохода, каждый слой выполняется за два и большее число проходов путем наложения отдельных валиков. Количество слоев не ограничено и зависит от толщины свариваемых элементов.A known method of welding butt joints in several passes using rollers. In this case, each layer is performed in one pass. Starting from the 3rd pass, each layer is performed in two or more passes by applying individual rollers. The number of layers is not limited and depends on the thickness of the elements being welded.
Недостатком данного способа является то, что сварка каждого слоя на проход приводит к появлению значительных деформаций как сварочных, так и послесварочных, что приводит к образованию горячих (полиганизационных) и холодных трещин. Образование трещин вызывается тем, что предыдущий слой, перед наложением последующего, успевает остыть. Напряжения, возникающие при остывании неравномерно нагретого металла, концентрируются в металле шва, что приводит к потере пластичности и трещинообразованию.The disadvantage of this method is that the welding of each layer in the passage leads to the appearance of significant deformations of both welding and post-welding, which leads to the formation of hot (polyanization) and cold cracks. The formation of cracks is caused by the fact that the previous layer, before applying the next, manages to cool. Stresses that occur during cooling of an unevenly heated metal are concentrated in the weld metal, which leads to a loss of ductility and crack formation.
При сварке высокопрочных сталей механические свойства в значительной степени зависят от величины тепловложения в металл или энергии сварки. В частности высокое тепловложение снижает прочностные характеристики сварных соединений. Чтобы обеспечить достаточные механические свойства в зонах сварного соединения необходимо ограничивать величину максимального тепловложения. Это ограничение тем жестче, чем выше предъявляемые к конкретной стали требования. Поэтому при разработке сварочных технологий для высокопрочных сталей главным критерием получения качественного сварного соединения является оптимальный выбор параметров термического цикла сварки.When welding high-strength steels, the mechanical properties largely depend on the amount of heat input into the metal or the welding energy. In particular, high heat input reduces the strength characteristics of welded joints. To ensure sufficient mechanical properties in the areas of the welded joint, it is necessary to limit the maximum heat input. This restriction is stricter the higher the requirements for a particular steel. Therefore, when developing welding technologies for high-strength steels, the main criterion for obtaining a high-quality welded joint is the optimal choice of the parameters of the thermal cycle of welding.
Причинами, препятствующими получению технического результата, который обеспечивается изобретением, является отсутствие требований к выбору параметров термического цикла сварки.The reasons that impede the achievement of the technical result, which is provided by the invention, is the lack of requirements for the selection of parameters of the thermal cycle of welding.
Известен ряд изобретений, позволяющих осуществлять контроль за параметрами сварки.A number of inventions are known that make it possible to control welding parameters.
Известен способ сварки труб сварочным током с управляемой формой волны сварочных циклов с короткими замыканиями. В результате обеспечивается высокое качество шва (патент RU №2193478, опубликован 10.06.2002, МПК B23K 31/02).A known method of welding pipes by welding current with a controlled waveform of welding cycles with short circuits. The result is high quality weld (patent RU No. 2193478, published 10.06.2002, IPC B23K 31/02).
Недостатком данного способа является то, что качественный шов может быть получен только для корневого слоя, а для заполняющих слоев металлургическое качество металла остается на прежнем уровне. Данный способ дает возможность получить качественное проплавление корня шва или получить обратный валик в корневом слое, т.е. геометрические параметры шва на высоком уровне, а на механические свойства металла шва данный способ влияния не оказывает.The disadvantage of this method is that a high-quality seam can be obtained only for the root layer, and for filling layers the metallurgical quality of the metal remains at the same level. This method makes it possible to obtain high-quality penetration of the root of the seam or to obtain a reverse roller in the root layer, i.e. the geometric parameters of the weld are at a high level, and this method does not affect the mechanical properties of the weld metal.
Известен способ определения допустимых режимов электродуговой сварки аустенитных сталей и сплавов путем оценки склонности металла межкристаллитному коррозионному растрескиванию. Способ заключается в предварительной наплавке валиков при различной погонной энергии сварки на сплошные и составные пластины с толщиной 0,65-0,75 от толщины элементов сварного соединения, при скорости охлаждения пластин, связанной со скоростью охлаждения сварного соединения определенным соотношением. Наплавка валика может быть проведена электрической дугой, погонная энергия которой выше расчетной на 30-50%. Данное изобретение направлено на повышение качества сварного соединения оборудования и трубопроводов из аустенитных сталей и сплавов (патент RU №2187091, опубликован 10.02.2002, МПК G01N 17/00).A known method for determining the permissible modes of electric arc welding of austenitic steels and alloys by assessing the tendency of the metal to intergranular corrosion cracking. The method consists in the preliminary welding of the rollers at different linear energy of welding on solid and composite plates with a thickness of 0.65-0.75 of the thickness of the elements of the welded joint, with the cooling rate of the plates associated with the cooling speed of the welded joint in a certain ratio. Surfacing of the roller can be carried out by an electric arc, the linear energy of which is higher than the calculated one by 30-50%. This invention is aimed at improving the quality of the welded joint of equipment and pipelines made of austenitic steels and alloys (patent RU No. 2187091, published 02.10.2002, IPC G01N 17/00).
Недостатком данного способа сварки является то, что режимы сварки, приемлемые для аустенитных сталей, неприемлемы для сварки элементов из черных металлов.The disadvantage of this welding method is that the welding modes acceptable for austenitic steels are not acceptable for welding elements from ferrous metals.
Известен способ сварки изделий из чугуна. Изобретение относится, в частности, к дуговой сварке изделий из чугуна с шаровидным графитом и может найти применение при сварке изделий из трубных заготовок в нефтегазовой промышленности, энергетике, судостроении и коммунальном хозяйстве. Изделия свариваются электродуговой сваркой неплавящимся электродом с использованием присадочной проволоки, содержащей 55-95% никеля. После сварки последнего заполняющего слоя с обеих сторон сварного шва наплавляют технологические валики шириной, превышающей толщину свариваемых изделий, и глубиной проплавки не более 0,35 этой толщины, при этом технологические валики и последний заполняющий слой образуют облицовочный шов. Такой способ обеспечивает более высокую прочность сварного соединения, т.к. за счет наличия технологических валиков концентраторы напряжений выносятся из зоны температурного влияния сварного шва (патент RU №2098247, опубликован 10.12.1997, МПК B23K 9/23).A known method of welding cast iron products. The invention relates, in particular, to the arc welding of cast iron products with spherical graphite and can find application in welding products from pipe billets in the oil and gas industry, energy, shipbuilding and utilities. Products are welded by non-consumable electrode arc welding using filler wire containing 55-95% nickel. After welding the last filling layer, technological rolls are fused on both sides of the weld, with a width exceeding the thickness of the welded products and a penetration depth of not more than 0.35 of this thickness, while the technological rolls and the last filling layer form a facing seam. This method provides a higher strength of the welded joint, because due to the presence of technological rollers, stress concentrators are removed from the temperature influence zone of the weld (patent RU No. 2098247, published December 10, 1997, IPC B23K 9/23).
Однако данный способ приемлем только для сварки чугунов. Использование сварочных материалов с содержанием 55-95% никеля неприемлемо для сварки конструкционных низкоуглеродистых и низколегированных сталей из-за образования на линии сплавления высокотвердых структур мартенситного класса, склонных к трещинообразованию. В данном случае невозможно получить равнопрочное сварное соединение.However, this method is only suitable for welding cast irons. The use of welding materials with a content of 55-95% nickel is unacceptable for welding structural low-carbon and low-alloy steels due to the formation on the fusion line of highly hard martensitic structures that are prone to crack formation. In this case, it is impossible to obtain an equal strength welded joint.
Известен способ электродуговой сварки плавящимся электродом с импульсной модуляцией тока. Сварку производят модулированным током, причем регулирование длительности импульсов и пауз в протекании сварочного тока осуществляют раздельно и независимо. На интервале паузы на небольшой сварочный ток 5…30 А накладывают дополнительные импульсы с амплитудой, равной амплитуде основных импульсов, частотой не менее 50 Гц и длительностью в пределах 0,5…2 мс. Управление тепловой мощностью сварочной дуги осуществляют автоматически по желанию сварщика изменением параметров основных импульсов в функции отклонения среднего напряжения дуги от заданного, незначительным изменением длины дугового промежутка 2…2,5 В. Техническим результатом изобретения является уменьшение контрастности излучения дуги в импульсе и паузе, повышение качества сварного соединения, создание возможности управления тепловой мощностью дуги по желанию сварщика, улучшение топографии шва (патент RU №2268809, опубликован 27.01.2006, МПК B23K 9/095).A known method of electric arc welding with a consumable electrode with pulsed current modulation. Welding is carried out by modulated current, and the regulation of the duration of pulses and pauses in the flow of the welding current is carried out separately and independently. In the interval of a pause, additional pulses with an amplitude equal to the amplitude of the main pulses, a frequency of at least 50 Hz and a duration of 0.5 ... 2 ms are superimposed on a small welding current of 5 ... 30 A. The thermal power of the welding arc is controlled automatically at the request of the welder by changing the parameters of the main pulses as a function of the deviation of the average arc voltage from the specified one, by a slight change in the length of the arc gap 2 ... 2.5 V. The technical result of the invention is to reduce the contrast of arc radiation in the pulse and pause, improving quality welded joint, creating the ability to control the thermal power of the arc at the request of the welder, improving the topography of the weld (patent RU No. 2268809, published January 27, 2006, IPC B23K 9/095).
Недостатком данного способа является отсутствие требований к сварке конкретных сталей. Изобретение дает только методические подходы к управлению мощностью сварочной дуги.The disadvantage of this method is the lack of requirements for welding specific steels. The invention provides only methodological approaches to controlling the power of the welding arc.
Известен способ электродуговой сварки плавящимся электродом, который может быть использован при сварке трубопроводов. Закрепляют неподвижно в стыке между свариваемыми трубами плоский изолированный электрод с выводом. Электрод выполнен в виде части кольца со средним радиусом, равным среднему радиусу свариваемых труб. Ширина его равна толщине стенок труб. Шунтируют электрод хорошо проводящей шиной через легкоплавкие перемычки. Между электродом и свариваемыми трубами возбуждают электрическую дугу. На источнике тока устанавливают значение тока и напряжения в соответствии с требуемой мощностью, которую определяют по формуле. Плавят сердечник и торцевые поверхности труб. Величину мощности определяют по формуле в зависимости от необходимого значения избыточного давления паров металла. Электрическая дуга автоматически самопроизвольно перемещается вдоль торца сердечника. Охлаждают расплавленный металл сварного шва. Оставшиеся не сваренными участки стыка сваривают плавящимся прутковым электродом. Устройство для электросварки содержит плоский плавящийся изолированный электрод с выводом. Легкоплавкие перемычки соединяют электрод и шунтирующую шину с выводом. Изобретение позволяет упростить процесс сварки труб и повысить качество (патент RU №2119416, опубликован 27.09.1998, МПК B23K 9/14).A known method of electric arc welding with a consumable electrode, which can be used in welding pipelines. They fix motionless in the joint between the welded pipes a flat insulated electrode with a conclusion. The electrode is made in the form of a part of a ring with an average radius equal to the average radius of the pipes being welded. Its width is equal to the thickness of the walls of the pipes. The electrode is shunted by a well-conducting bus through fusible jumpers. An electric arc is excited between the electrode and the pipes to be welded. At the current source, the current and voltage values are set in accordance with the required power, which is determined by the formula. The core and end surfaces of the pipes are melted. The power value is determined by the formula depending on the required value of the excess vapor pressure of the metal. The electric arc automatically spontaneously moves along the end of the core. Cool the molten metal of the weld. The remaining non-welded joints are welded with a consumable rod electrode. The device for electric welding contains a flat melting insulated electrode with a conclusion. Fusible jumpers connect the electrode and the shunt bus to the output. The invention allows to simplify the process of welding pipes and improve quality (patent RU No. 2119416, published 09/27/1998, IPC B23K 9/14).
Однако данный способ сварки является трудоемким, а качество сварного шва является нестабильным, как в части механических свойств, так и в части дефектности металла шва по его сечению.However, this welding method is time-consuming, and the quality of the weld is unstable, both in terms of mechanical properties and in part of the defectiveness of the weld metal in its cross section.
Известен способ автоматической аргонно-дуговой импульсной сварки стальных труб неплавящимся электродом. Предварительно выполняют разделку стыков труб с образованием на внутренних поверхностях стыков кольцевых фасок и состыковывают трубы. Осуществляют перемещения свариваемых кромок относительно электрода путем шагового осевого вращения состыкованных труб со скоростью 1-1,5 об/мин. За 2-5 с до начала вращения труб зажигают дугу для прогрева зоны сварного шва. Сварку ведут горелкой, наклонно установленной под углом 60-85 градусов относительно вертикали к оси трубы. Силу тока дуги поддерживают в интервале 110-155 А с длительностью импульса 0,7-0,9 с. Ток в паузе поддерживают в пределах 10-30 А при длительности 0,5-0,7 с. Перекрытие шва поддерживают в интервале 10-25 мм. Это позволит исключить трещинообразование в сварном шве труб при изгибе образцов на угол более 160 градусов (патент RU №2262424, опубликован 20.10.2005, МПК B23K 9/167).A known method of automatic argon-arc pulsed welding of steel pipes with a non-consumable electrode. Pre-perform the cutting of the pipe joints with the formation on the inner surfaces of the joints of the annular chamfers and dock the pipes. Carry out the movement of the welded edges relative to the electrode by stepwise axial rotation of the joined pipes at a speed of 1-1.5 rpm 2-5 seconds before the start of the rotation of the pipes, an arc is ignited to warm the weld zone. Welding is carried out by a torch obliquely mounted at an angle of 60-85 degrees relative to the vertical to the axis of the pipe. The arc current strength is maintained in the range of 110-155 A with a pulse duration of 0.7-0.9 s. The current in the pause is maintained within 10-30 A with a duration of 0.5-0.7 s. Overlap of the seam is supported in the range of 10-25 mm. This will prevent crack formation in the weld of the pipes when bending the samples at an angle of more than 160 degrees (patent RU No. 2262424, published October 20, 2005, IPC B23K 9/167).
Однако способ сварки неплавящимся электродом эффективен при сварке корневого слоя шва, тонкостенных элементов (с толщиной стенки до 4 мм) и, особенно, из цветных металлов. Получение качественного сварного соединения из элементов с большей толщиной стенки практически невозможно по критерию равнопрочности. Кроме того использование данного способа увеличивает трудоемкость процесса.However, the method of welding with a non-consumable electrode is effective in welding the root layer of the seam, thin-walled elements (with a wall thickness of up to 4 mm) and, especially, of non-ferrous metals. Obtaining a high-quality welded joint from elements with a larger wall thickness is almost impossible by the criterion of equal strength. In addition, the use of this method increases the complexity of the process.
Известен способ сварки стыков труб при изготовлении трубопроводов как большого, так и малого диаметров. На свариваемых деталях выполняют разделку кромок с притуплением. Величину притупления выбирают в зависимости от марки стали, толщины свариваемых труб, величины тепловложения при электродуговой сварке и темпа строительства трубопровода в соответствии с соотношением d/s<0,5, d - толщина притупления, s - толщина стенки свариваемых труб. Корневой шов выполняют электроконтактной сваркой оплавлением. Заполнение оставшейся части разделки выполняют электродуговой сваркой. В результате обеспечивается высокий темп строительства трубопроводов и повышается производительность труда при сварочно-монтажных работах, сокращается количество обслуживающего персонала и расход сварочных материалов при высоком качестве сварного соединения (патент RU №2229968, опубликован 10.06.2004, МПК B23K 31/02).A known method of welding pipe joints in the manufacture of pipelines of both large and small diameters. On the parts to be welded, edges are cut with blunting. The magnitude of blunting is selected depending on the grade of steel, the thickness of the welded pipes, the heat input during electric arc welding and the rate of construction of the pipeline in accordance with the ratio d / s <0.5, d is the blunting thickness, s is the wall thickness of the welded pipes. The root seam is performed by electrical contact flash welding. The filling of the remaining part of the cutting is performed by electric arc welding. As a result, a high rate of pipeline construction is ensured and labor productivity during welding and installation works is increased, the number of maintenance personnel and the consumption of welding materials are reduced with a high quality of the welded joint (patent RU No. 2229968, published June 10, 2004, IPC B23K 31/02).
Однако данный способ сварки не позволяет получать качественные сварные соединения по критерию ударной вязкости. Значения ударной вязкости на порядок ниже значений, установленных нормативной документацией. Кроме того сварные швы, выполненные контактной сваркой невозможно проконтролировать традиционными методами неразрушающего контроля - ультразвуковым и радиографическим методами.However, this welding method does not allow to obtain high-quality welded joints by the criterion of impact strength. Values of impact strength are an order of magnitude lower than values established by regulatory documentation. In addition, welds made by resistance welding cannot be checked by traditional methods of non-destructive testing - ultrasonic and radiographic methods.
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в получении сварного шва равнопрочного с основным металлом.The problem to which the invention is directed, is to obtain a weld of equal strength with the base metal.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении настоящего изобретения, заключается в повышение вязкопластических свойств металла сварного соединения, что повышает его сопротивляемость трещинообразованию за счет снижения уровня остаточных сварочных напряжений в сварном стыке. В свою очередь это обеспечивает повышение несущей способности трубопровода, изготовленного с применением сваренных встык труб и трубных секций.The technical result that can be obtained by implementing the present invention is to increase the visco-plastic properties of the weld metal, which increases its resistance to cracking by reducing the level of residual welding stresses in the welded joint. In turn, this provides an increase in the carrying capacity of a pipeline manufactured using butt-welded pipes and pipe sections.
Поставленная задача решается тем, что в способе сварки трубопроводов из высокопрочных труб с контролируемым тепловложением, включающем разделку соединяющих торцов труб под сварку, сборку элементов сварки, подготовку кромки свариваемых элементов сварных соединений, сварку элементов кольцевым стыком с применением дуговой сварки по всему периметру трубы с контролем параметров термического цикла сварки, при этом контроль тепловложения в металл выполняют в диапазоне от 0,8 до 1,2 кДж/мм, разделку кромок под сварку осуществляют с соотношением суммарной ширины разделки кромок к толщине свариваемых элементов в диапазоне от 1,3 до 2,0, предварительный подогрев ведут при температуре от 170 до 200°C, наложение сварных валиков, формирующих стыковое сварное соединение, реализуют с соотношением толщин предыдущего и последующего валика от 1,0 до 2,0, каждый проход, формирующий сварной шов, выполняют параллельным наложением двух валиков, при этом каждый второй валик является отжигающим и полностью перекрывает первый валик; процесс ведут с выдержкой межслойной температуры между накладываемыми валиками сварного шва от 170 до 220°C, а охлаждение сварного соединения со скоростью 150-200°C в час обеспечивают за счет укрытия теплоизолирующими поясами, снятие которых производят после достижения температуры стыка 50°C.The problem is solved in that in the method of welding pipelines from high-strength pipes with controlled heat input, including cutting the connecting ends of the pipes for welding, assembling the welding elements, preparing the edges of the welded elements of the welded joints, welding the elements with a ring butt using arc welding around the entire perimeter of the pipe with control parameters of the thermal cycle of welding, while controlling the heat input into the metal is performed in the range from 0.8 to 1.2 kJ / mm, cutting edges for welding is carried out with the ratio the total width of the cutting edges to the thickness of the welded elements in the range from 1.3 to 2.0, preheating is carried out at a temperature of from 170 to 200 ° C, the application of welded rollers forming a butt welded joint is realized with a ratio of the thicknesses of the previous and subsequent rollers from 1 , 0 to 2.0, each pass forming the weld is performed by parallel application of two rollers, and each second roller is annealing and completely covers the first roller; the process is carried out with an interlayer temperature maintained between the applied weld beads from 170 to 220 ° C, and the welded joint is cooled at a speed of 150-200 ° C per hour by covering with heat-insulating belts, which are removed after reaching the joint temperature of 50 ° C.
Сущность изобретения заключается в выборе параметров сварки, которые приемлемы для сварки сталей класса прочности до 550 МПа. При сварке высокопрочных сталей механические свойства в значительной степени зависят от величины тепловложения в металл или энергии сварки. В частности, высокое тепловложение снижает прочностные характеристики сварных соединений. Чтобы обеспечить достаточные механические свойства в зонах сварного соединения, необходимо ограничивать величину максимального тепловложения. Это ограничение тем жестче, чем выше предъявляемые к конкретной стали требования. Поэтому при разработке сварочных технологий для высокопрочных сталей главным критерием получения качественного сварного соединения является оптимальный выбор параметров термического цикла сварки.The essence of the invention lies in the selection of welding parameters that are acceptable for welding steels of strength class up to 550 MPa. When welding high-strength steels, the mechanical properties largely depend on the amount of heat input into the metal or the welding energy. In particular, high heat input reduces the strength characteristics of welded joints. To ensure sufficient mechanical properties in the areas of the welded joint, it is necessary to limit the maximum heat input. This restriction is stricter the higher the requirements for a particular steel. Therefore, when developing welding technologies for high-strength steels, the main criterion for obtaining a high-quality welded joint is the optimal choice of the parameters of the thermal cycle of welding.
Способ поясняется чертежами (см. фиг. 1, 2, 3).The method is illustrated by drawings (see. Fig. 1, 2, 3).
На фиг. 1 показана схема наложения валиков. Валики накладываются параллельно один на другой, причем каждый последующий валик перекрывает предыдущий на 100%.In FIG. 1 shows a roller overlay pattern. The rollers overlap in parallel one on the other, and each subsequent roller overlaps the previous one by 100%.
На фиг. 2 показано, что наиболее значимые микроструктурные изменения наплавленного металла и зоны термического влияния (ЗТВ), с точки зрения его механических свойств, протекают во время процесса охлаждения в интервале температур от 800°C до 500°C. Скорость охлаждения характеризуется временем процесса охлаждения именно в этой температурной зоне (t8/5).In FIG. 2 shows that the most significant microstructural changes in the deposited metal and the heat affected zone (HAZ), from the point of view of its mechanical properties, occur during the cooling process in the temperature range from 800 ° C to 500 ° C. The cooling rate is characterized by the time of the cooling process in this temperature zone (t 8/5 ).
На фиг. 3 показано, что высокое тепловложение, а следовательно, и более продолжительное время охлаждения (t8/5) снижают как характеристики твердости (следовательно и прочностные показатели), так и ударную вязкость. Причем ударная вязкость в большей степени чувствительна к повышенной величине тепловложения. Оптимальные значения твердости и ударной вязкости соответствуют оптимальному тепловложению в диапазоне от 0,8 до 1,2 кДж/мм.In FIG. Figure 3 shows that high heat input and, consequently, a longer cooling time (t 8/5 ) reduce both the hardness characteristics (hence the strength characteristics) and impact strength. Moreover, the toughness is more sensitive to increased heat input. Optimum hardness and toughness values correspond to optimal heat input in the range from 0.8 to 1.2 kJ / mm.
Данное изобретение применяется для сварки труб при строительстве надземных и подземных трубопроводов при отрицательных температурах окружающей среды.This invention is used for welding pipes in the construction of aboveground and underground pipelines at low ambient temperatures.
Основными параметрами, определяющими величину тепловложения при сварке, являются: сварочный ток, напряжение дуги и скорость сварки. Формула расчета тепловложения при сваркеThe main parameters that determine the amount of heat input during welding are: welding current, arc voltage and welding speed. The formula for calculating heat input in welding
где I - сварочный ток, A; U - напряжение дуги, В; v - скорость сварки, мм/мин; Е - энергия дуги, кДж/мм.where I is the welding current, A; U is the arc voltage, V; v is the welding speed, mm / min; E is the arc energy, kJ / mm.
Величина тепловложения в металл определяется формулой (2):The amount of heat input into the metal is determined by the formula (2):
где Q - тепловложение, кДж/мм.where Q is the heat input, kJ / mm.
Проведенные научно-исследовательские работы в ООО «НИИ ТНН» и дочерними предприятиями компании ОАО «АК «Транснефть», а также трассовые испытания при прокладке трассы в районе Крайнего Севера с температурой воздуха до минус 50°C показали, что получение равнопрочного сварного соединения для труб из сталей с временным сопротивлением разрыву от 590 до 690 МПа с толщиной стенки от 4 до 32 мм, снятие остаточных сварочных напряжений и предотвращение образования закалочных структур с низким сопротивлением к образованию трещин обеспечиваются за счет предлагаемого способа сварки.Conducted research work at LLC NII TNN and subsidiaries of Transneft, as well as route tests when laying a route in the Far North with air temperatures up to minus 50 ° C showed that obtaining an equal-strength welded joint for pipes from steels with a temporary tensile strength of 590 to 690 MPa with a wall thickness of 4 to 32 mm, relieving residual welding stresses and preventing the formation of quenching structures with low resistance to cracking are ensured by proposed a method of welding.
Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.
Разделку кромок под сварку осуществляют с соотношением суммарной ширины разделки кромок к толщине свариваемых элементов в диапазоне от 1,3 до 2,0. Далее осуществляют предварительный подогрев от 170 до 200°C, многослойного кольцевого стыкового сварного соединения трубных заготовок.Cutting edges for welding is carried out with a ratio of the total width of the cutting edges to the thickness of the welded elements in the range from 1.3 to 2.0. Next, preheating is carried out from 170 to 200 ° C, a multilayer ring butt welded joint of pipe billets.
Соотношение толщин предыдущего и последующего валика выбирают в диапазоне от 1,0 до 2.0. Выдержку межслойного контроля температуры между накладываемыми валиками сварного шва от 170 до 220°C, наложение теплоизолирующего пояса, обеспечивающего охлаждение сварного соединения со скоростью 150-200°C в час до температуры 50°C, наложение сварных валиков, формирующих сварной шов, с перекрытием на 100%.The ratio of the thicknesses of the previous and subsequent rollers is selected in the range from 1.0 to 2.0. Exposure to the interlayer temperature control between the applied weld beads from 170 to 220 ° C, the application of a heat insulating belt that provides cooling of the weld at a speed of 150-200 ° C per hour to a temperature of 50 ° C, the application of weld beads forming a weld with overlapping one hundred%.
Экспериментально установлено, что:It was experimentally established that:
- в случае превышения соотношения суммарной ширины разделки кромок к толщине свариваемых элементов свыше 2,0 в верхних слоях сварного шва появляются полиганизационные трещины, которые снижают прочностные свойства сварного соединения и соответственно параметры его надежности и работоспособности;- if the ratio of the total width of the cutting edges to the thickness of the welded elements exceeds 2.0, polyganization cracks appear in the upper layers of the weld, which reduce the strength properties of the welded joint and, accordingly, the parameters of its reliability and performance;
- в случае уменьшения соотношения суммарной ширины разделки кромок к толщине свариваемых элементов ниже значения 1,3 сварные швы приобретают неблагоприятное столбчатое строение, а в сварном соединении повышается уровень остаточных сварочных напряжений, что снижает прочностные свойства и, соответственно, параметры его надежности и работоспособности;- if the ratio of the total width of the cutting edges to the thickness of the welded elements is reduced below 1.3, the welds acquire an unfavorable columnar structure, and the level of residual welding stresses increases in the welded joint, which reduces the strength properties and, accordingly, the parameters of its reliability and performance;
- соблюдение указанных параметров предварительного подогрева, межслойного контроля температуры, соотношения толщин предыдущего и последующего валика позволяет контролировать параметры тепловложения в металл в требуемом диапазоне, наложение теплоизолирующего пояса позволяет контролировать процесс охлаждения стыка и предотвращать: образование закалочных структур с низкой трещиностойкостью при температурах ниже 300°C; снижение механических свойств металла в зоне термического влияния сварного соединения;- compliance with the specified parameters of preheating, interlayer temperature control, the ratio of the thicknesses of the previous and subsequent rolls allows you to control the parameters of heat input into the metal in the required range, the application of a heat insulating belt allows you to control the joint cooling process and prevent: the formation of quenching structures with low crack resistance at temperatures below 300 ° C ; reduction of the mechanical properties of the metal in the heat affected zone of the welded joint;
- наложение сварных валиков с перекрытием на 100% позволяет проводить термическую обработку предыдущего валика и стабилизировать механические свойства сварного шва по толщине стенки трубы.- the imposition of welded beads with a overlap of 100% allows heat treatment of the previous bead and stabilize the mechanical properties of the weld along the thickness of the pipe wall.
Сварка выполняется электродами с прочностными характеристиками, равными свариваемому металлу либо превышающими их на величину не более 30%.Welding is performed by electrodes with strength characteristics equal to the metal being welded or exceeding them by no more than 30%.
Сварка стыковых сварных швов выполняется наложением не менее 5-ти основных и 5-ти отжигающих валиков, при этом каждый последующий валик перекрывает предыдущий на 100%.Welding of butt welds is performed by applying at least 5 main and 5 annealing rollers, with each subsequent roller overlapping the previous one by 100%.
С целью определения работоспособности конструкции и ее оптимальных характеристик были проведены натурные опытные работы в производственных условиях при температурах до минус 50°C включительно. Плеть длиной 36 м из труб диаметром 1020 мм с толщиной стенки 10 мм из трубы класса прочности K65 была сварена в надземном исполнении на инвентарных опорах. Неразрушающий контроль показал отсутствие дефектов сварочного происхождения, а также механических повреждений и трещин.In order to determine the operability of the structure and its optimal characteristics, full-scale experimental work was carried out in production conditions at temperatures up to minus 50 ° C inclusive. A whip 36 m long from pipes with a diameter of 1020 mm and a wall thickness of 10 mm from a pipe of strength class K65 was welded in aerial design on inventory supports. Non-destructive testing showed the absence of defects of welding origin, as well as mechanical damage and cracks.
В результате были установлены параметры технологии сварки, указанные в таблице 1.As a result, the welding technology parameters specified in table 1 were set.
Проведенные экспериментальные исследования показали, что получение равнопрочного сварного соединения для труб из сталей с временным сопротивлением разрыву от 590 до 690 МПа с толщиной стенки от 4 до 32 мм, снятие остаточных сварочных напряжений и предотвращение образования закалочных структур с низким сопротивлением к образованию трещин обеспечиваются за счет контролируемого тепловложения в металл в диапазоне от 0,8 до 1,2 кДж/мм, применением разделки кромок под сварку с соотношением суммарной ширины разделки кромок к толщине свариваемых элементов в диапазоне от 1,3 до 2,0; предварительного подогрева от 170 до 200°C, многослойного кольцевого стыкового сварного соединения трубных заготовок с соотношением толщин предыдущего и последующего валика от 1,0 до 2,0; выдержкой межслойного контроля температуры между накладываемыми валиками сварного шва от 170 до 220°C, наложения теплоизолирующего пояса, обеспечивающего охлаждение сварного соединения со скоростью 150-200°C в час до температуры 50°C, наложением сварных валиков, формирующих сварной шов, с перекрытием на 100%.Experimental studies have shown that obtaining an equal-strength welded joint for pipes made of steels with a temporary tensile strength of 590 to 690 MPa and a wall thickness of 4 to 32 mm, relieving residual welding stresses and preventing the formation of quenching structures with low resistance to cracking are ensured by controlled heat input into the metal in the range from 0.8 to 1.2 kJ / mm, using cutting edges for welding with the ratio of the total width of the cutting edges to the thickness of the welded items in the range from 1.3 to 2.0; preheating from 170 to 200 ° C, a multilayer ring butt welded joint of pipe billets with a ratio of the thicknesses of the previous and subsequent rollers from 1.0 to 2.0; holding the interlayer temperature control between the applied weld beads from 170 to 220 ° C, applying an insulating belt that provides cooling of the weld at a speed of 150-200 ° C per hour to a temperature of 50 ° C, applying weld beads forming the weld, overlapping one hundred%.
Предложенные режимы обеспечивают возможность снятия остаточных сварочных напряжений и предотвращения образования закалочных структур с низким сопротивлением образованию трещин, возникающим при охлаждении стыка.The proposed modes provide the ability to relieve residual welding stresses and prevent the formation of quenching structures with low resistance to cracking that occurs when the joint is cooled.
Применение предложенного способа обеспечивает: получение равнопрочного сварного шва с высоким металлургическим качеством и высокими вязкопластическими свойствами, что повышает его сопротивляемость трещинообразованию; повышает несущую способность трубопровода.Application of the proposed method provides: obtaining an equal-strength weld with high metallurgical quality and high viscoplastic properties, which increases its resistance to cracking; increases the bearing capacity of the pipeline.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014110685/02A RU2563793C1 (en) | 2014-03-20 | 2014-03-20 | Control over welding of pipelines from high-strength pipes with controlled heat input |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014110685/02A RU2563793C1 (en) | 2014-03-20 | 2014-03-20 | Control over welding of pipelines from high-strength pipes with controlled heat input |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2563793C1 true RU2563793C1 (en) | 2015-09-20 |
Family
ID=54147966
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014110685/02A RU2563793C1 (en) | 2014-03-20 | 2014-03-20 | Control over welding of pipelines from high-strength pipes with controlled heat input |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2563793C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2643118C2 (en) * | 2015-12-15 | 2018-01-30 | Публичное акционерное общество "Транснефть" (ПАО "Транснефть") | Method of arc welding of triple connections (weldolets) of the main pipelines |
| RU2643120C2 (en) * | 2015-12-15 | 2018-01-30 | Публичное акционерное общество "Транснефть" (ПАО "Транснефть") | Method of arc welding of pipelines |
| RU2787204C1 (en) * | 2022-05-30 | 2022-12-29 | Публичное акционерное общество "Трубная металлургическая компания" (ПАО "ТМК") | Method for manufacturing electric-welded pipes with a diameter of 508 to 1422 mm and a wall thickness of 6 to 20 mm from austenitic steel grades |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2063855C1 (en) * | 1994-04-18 | 1996-07-20 | Акционерное общество открытого типа "Всероссийский институт легких сплавов" | Process of manufacture of articles and semi-finished items from metals and alloys |
| RU2089363C1 (en) * | 1996-10-22 | 1997-09-10 | Шуляковский Олег Борисович | Method of welding of base structures manufactured of steel |
| RU2155655C2 (en) * | 1998-09-09 | 2000-09-10 | Предприятие "Белозерное" | Method for welding steel tubes with corrosion-resistant coating |
| US6375895B1 (en) * | 2000-06-14 | 2002-04-23 | Att Technology, Ltd. | Hardfacing alloy, methods, and products |
| RU2308339C1 (en) * | 2006-04-14 | 2007-10-20 | ОАО "Волжский трубный завод" | Line for manufacturing helical-seam tubes from separate sheets |
| RU2425737C2 (en) * | 2009-11-05 | 2011-08-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли РФ (МИНПРОМТОРГ РОССИИ) | Welding procedure for cold resistant low alloyed steel |
-
2014
- 2014-03-20 RU RU2014110685/02A patent/RU2563793C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2063855C1 (en) * | 1994-04-18 | 1996-07-20 | Акционерное общество открытого типа "Всероссийский институт легких сплавов" | Process of manufacture of articles and semi-finished items from metals and alloys |
| RU2089363C1 (en) * | 1996-10-22 | 1997-09-10 | Шуляковский Олег Борисович | Method of welding of base structures manufactured of steel |
| RU2155655C2 (en) * | 1998-09-09 | 2000-09-10 | Предприятие "Белозерное" | Method for welding steel tubes with corrosion-resistant coating |
| US6375895B1 (en) * | 2000-06-14 | 2002-04-23 | Att Technology, Ltd. | Hardfacing alloy, methods, and products |
| RU2308339C1 (en) * | 2006-04-14 | 2007-10-20 | ОАО "Волжский трубный завод" | Line for manufacturing helical-seam tubes from separate sheets |
| RU2425737C2 (en) * | 2009-11-05 | 2011-08-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли РФ (МИНПРОМТОРГ РОССИИ) | Welding procedure for cold resistant low alloyed steel |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2643118C2 (en) * | 2015-12-15 | 2018-01-30 | Публичное акционерное общество "Транснефть" (ПАО "Транснефть") | Method of arc welding of triple connections (weldolets) of the main pipelines |
| RU2643120C2 (en) * | 2015-12-15 | 2018-01-30 | Публичное акционерное общество "Транснефть" (ПАО "Транснефть") | Method of arc welding of pipelines |
| RU2787204C1 (en) * | 2022-05-30 | 2022-12-29 | Публичное акционерное общество "Трубная металлургическая компания" (ПАО "ТМК") | Method for manufacturing electric-welded pipes with a diameter of 508 to 1422 mm and a wall thickness of 6 to 20 mm from austenitic steel grades |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2015147684A1 (en) | Method for welding pipelines from high-strength pipes with controllable heat input | |
| JP5619023B2 (en) | Manufacturing method using butt weld and fusion welding and friction stir welding | |
| CN105728908A (en) | Field welding method of domestic A335 P91 high-pressure thick-wall pipe | |
| CN104014909B (en) | Method for welding pipeline | |
| CN109865955B (en) | Welding method combining manual tungsten electrode argon arc welding and shielded metal arc welding for G115 large-diameter pipe | |
| CN104002023A (en) | Welding process special for thick dissimilar material plate | |
| CN103934552A (en) | Submerged-arc butt welding method for engineering structure steel with Rm larger than or equal to 650 MPa | |
| RU2563793C1 (en) | Control over welding of pipelines from high-strength pipes with controlled heat input | |
| Prasanna et al. | Investigation of welding of dissimilar high thickness SA106 Gr. C carbon steel and SA335P12 alloy steel to eradicate the failure in boiler components fabricated through SAW and SMAW processes | |
| US20220063019A1 (en) | Improvements in the welding of pipes | |
| RU2686407C1 (en) | Reservoir wall repair method | |
| RU2643120C2 (en) | Method of arc welding of pipelines | |
| CN102941399B (en) | Gas-shielded welding method for pearlite heat-resistant steel structural members | |
| RU2630080C2 (en) | Castings repaire method, using the arc welding | |
| Koleda | Improvement of the technology for submerged-arc welding of copper to steel | |
| RU2678357C1 (en) | Method for repair of hull structures | |
| RU2643098C2 (en) | Method of arc welding of weldolet from austenite steels to pipeline from low-carbon and low-alloy steels | |
| RU2643118C2 (en) | Method of arc welding of triple connections (weldolets) of the main pipelines | |
| CN113732468B (en) | Welding method for thick plates with different specifications of 60mm and above | |
| RU2757447C1 (en) | Method for welding large diameter straight-seam pipes | |
| JP2014155949A (en) | Welded steel pipe for line pipe with excellent low-temperature toughness, and method of manufacturing the same | |
| RU2532577C2 (en) | Elimination of metal structure damages | |
| Aderinola et al. | Efficient welding technologies applicable to HSS arctic offshore structures | |
| RU2632496C1 (en) | Method of electric arc multi-electrode welding under flux of longitudinal joints of thick-walled large-diameter pipes | |
| Zharinova et al. | Semi-automatic welding in the environment of protective gases of welded structures from hardening steels with regulation of thermal cycles |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PD4A | Correction of name of patent owner |