Анализ и выбор сварочных технологий при строительстве магистральных трубопроводов большого диаметра
Рассмотрены достоинства и недостатки различных технологий соединения труб, применяемых при строительстве магистральных трубопроводов. Отмечено, что способ контактной сварки оплавлением имеет преимущества по сравнению с дуговым, лучевым и гибридным способами сварки....
Saved in:
| Published in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Date: | 2013 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2013
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103239 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Анализ и выбор сварочных технологий при строительстве магистральных трубопроводов большого диаметра / М. Белоев , В.И. Хоменко , С.И. Кучук-Яценко // Автоматическая сварка. — 2013. — № 10-11 (726). — С. 125-128. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859762200030216192 |
|---|---|
| author | Белоев, М. Хоменко, В.И. Кучук-Яценко, С.И. |
| author_facet | Белоев, М. Хоменко, В.И. Кучук-Яценко, С.И. |
| citation_txt | Анализ и выбор сварочных технологий при строительстве магистральных трубопроводов большого диаметра / М. Белоев , В.И. Хоменко , С.И. Кучук-Яценко // Автоматическая сварка. — 2013. — № 10-11 (726). — С. 125-128. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Рассмотрены достоинства и недостатки различных технологий соединения труб, применяемых при строительстве магистральных трубопроводов. Отмечено, что способ контактной сварки оплавлением имеет преимущества по сравнению
с дуговым, лучевым и гибридным способами сварки.
|
| first_indexed | 2025-12-02T04:12:23Z |
| format | Article |
| fulltext |
12510-11/2013
УДК 621.791:662.276.05
АНАЛИЗ И ВЫБОР СВАРОЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ
БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА
М. БЕЛОЕВ 1, В. И. ХОМЕНКО 2, С. И. КУЧУК-ЯЦЕНКО 3
1 KzU Holding Group. Болгария, 1700, г. София. E-mail: marin.beloev@kzu-group.com
2 ЗАО «Псковэлектросвар». РФ. 18022, г. Псков, ул. Новаторов, 3. E-mail: inpo@pskovelectrosvar.ru
3 ИЭС им. Е. О. Патона НАНУ. Украина. 03680, г. Киев-150, ул. Боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
Рассмотрены достоинства и недостатки различных технологий соединения труб, применяемых при строительстве ма-
гистральных трубопроводов. Отмечено, что способ контактной сварки оплавлением имеет преимущества по сравнению
с дуговым, лучевым и гибридным способами сварки. Табл. 1, рис. 8.
К л ю ч е в ы е с л о в а : сварные трубопроводы, электродуговые процессы, лучевые методы сварки, контактная сты-
ковая сварка, экономическая эффективность
Развитые страны, испытывающие потребности
в большом количестве природного газа, активно
планируют и строят магистральные трубопроводы
от газодобывающих центров к местам потребле-
ния. Особенно это касается таких стран, как Бра-
зилия, Алжир, Австралия, Россия, страны Каспий-
ского региона и Ближнего Востока.
Сварка является наиболее ответственной тех-
нологической операцией при строительстве тру-
бопроводов, и темп строительства зависит от про-
изводительности выполнения сварочных работ,
поэтому развитие сварочных технологий является
решающим фактором, определяющим качество и
эффективность выполнения строительно-монтаж-
ных работ.
Сварочные процессы и технологии можно раз-
делить на следующие группы: электродуговые,
лучевые и прессовые, включая контактную сварку
оплавлением и сварку трением. Применение этих
технологий должно обеспечивать высококаче-
ственные сварные соединения нового поколения
трубопроводов из стали повышенной категории
прочности, таких как Х65, Х70, Х80 при диаме-
трах до 56 дюймов.
Электродуговые процессы. С 1960-х годов
самой распространенной технологией была руч-
ная электродуговая сварка (РДС) электродами цел-
люлозного вида корня шва и заполняющих слоев
электродами с основным видом покрытия. Эта
технология и в настоящее время используется для
сталей обычного класса прочности. Она требу-
ет высокой квалификации сварщиков-операторов
при соблюдении температурного режима сварки с
целью удаления водорода из сварного соединения.
Технология РДС будет и далее использоваться на
небольших участках трубопроводов при стеснен-
ных условиях и ремонтно-сварочных работах.
Процесс сварки MIG/MAG с выполнением кор-
ня шва с управляемым переносом электродного
металла по методу STT и последующим заполне-
нием разделки при обычном процессе представ-
лен на рис. 1. В настоящий момент этот метод ши-
роко используется, причем заполнение после вы-
полнения корневого слоя, помимо использования
процесса MIG/MAG, можно выполнять и электро-
дами с основным видом покрытия. Особенностью
этого процесса является достижение очень вы-
сокого качества многослойного шва, если сварка
полностью выполнена с внешней стороны трубы.
Для выполнения сварного шва полностью про-
цессом MIG/MAG (рис. 2) ряд фирм провели ис-
следовательские работы и создали аппаратуру для
автоматической орбитальной сварки (установки
«Протеус»).
© М. Белоев, В. И. Хоменко, С. И. Кучук-Яценко, 2013 Рис. 1. Схема процесса MIG/MAG (метод STT)
126 10-11/2013
Существуют модификации, когда орбитальный
аппарат работает с двумя горелками (рис. 3), что
сокращает время заполнения шва. Особенно ин-
тересна модификация тандемного процесса MIG/
MAG, предоставляющего новые возможности ро-
ста производительности. В этом случае одна сва-
рочная горелка с двумя контактными дюзами обе-
спечивает подачу двух проволок в одну свароч-
ную ванну. В настоящее время его использование
в строительно-монтажных условиях ограниче-
но, во-первых, из-за нестабильности процесса и,
во-вторых, потребности в сварщиках-операторах
высокой квалификации.
Для процесса MIG/MAG наиболее усовершен-
ствованной является технология с использовани-
ем сварочной колонны (рис. 4) фирмы CRC Evans
(США, Хьюстон). Согласно этой технологии свар-
ное соединение выполняется сварочными голов-
ками, расположенными изнутри и снаружи свар-
ного соединения соответствующих труб.
К сварным соединениям кольцевых сварных
швов при выполнении процессом MIG/MAG
предъявляются требования по очень точной гео-
метрии стыкующихся торцов труб и точного кон-
троля параметров сварки. Поскольку наплавлен-
ный слой на одном сварочном посту имеет тол-
щину 3 мм, то для толстостенных труб, например
24 мм, необходимо организовать восемь свароч-
ных постов, чтобы сохранить расчетный цикл во
время выполнения одного сварного стыка. В на-
стоящий момент эта технология широко исполь-
зуется. Однако она требует персонала численно-
стью свыше 60 человек, обслуживающего свароч-
ную колонну для сварки трубопровода диаметром
1420 мм при толщине стенки до 24 мм.
Лучевые способы сварки. Среди лучевых
сварочных технологий наиболее развитой явля-
ется технология гибридной лазерной сварки. Раз-
работанные в SLV Halle (Германия) установки в
лабораторных условиях показывают обнадежива-
ющие результаты (рис. 5). Однако для внедрения
этой технологии необходимо приложить еще мно-
го усилий по модификации оборудования (рис. 6)
и разработке монтажно-сварочных приспособле-
ний.
Прессовые способы. На региональном кон-
грессе Международного института сварки, состо-
явшемся в Софии 20–24 октября 2010 г., обсужда-
лись все используемые сварочные технологии при
сооружении магистральных трубопроводов.
Рис. 2. Внешний вид сварного соединения, выполненного процессом MIG/MAG
Рис. 3. Аппаратура «Протеус» с двумя головками Рис. 4. CRC колонна на трассе
12710-11/2013
Наиболее удачной с точки зрения производи-
тельности, небольшого количества обслуживаю-
щего персонала, наименьшего влияния субъектив-
ного человеческого фактора была признана техно-
логия стыковой контактной сварки оплавлением
(КССО). Резолюция конгресса рекомендовала ее
приоритетное внедрение.
На практике технология КССО представляет
собой процесс, при котором обеспечивается по-
дача напряжения между двумя торцами труб, ко-
торые сближаются по определенной программе,
в результате чего получается искрение (flashing).
Энергия проходящего тока большого значения
(сотни тысяч ампер) нагревает торцы труб, после
быстрого сжатия которых обеспечивается неразъ-
емное соединение.
Эта технология создана в ИЭС им. Е. О. Патона
под руководством Б. Е. Патона, С. И. Кучук-Яценко,
В. К. Лебедева совместно с организациями Мин-
нефтегазстроя СССР в 1970-е годы. В дальнейшем
на ее базе была разработана сварочная установка
«Север 1», с помощью которой было сварено свы-
ше 1 млн сварных соединений труб диаметром
1420 мм и после 30 лет их эксплуатации нет ни
одного случая возникновения аварийной ситуа-
ции.
После 2009 г. завод ЗАО «Псковэлектросвар»
совместно с ИЭС им. Е. О. Патона провел моди-
фикацию этого оборудования для использова-
ния данной технологии при сварке трубопрово-
дов большого диаметра. Был разработан комплекс
КСС-04 (рис. 7), который в настоящее время пла-
нируется широко использовать на многих участ-
ках инвестиционной трубопроводной системы как
в РФ, так и в других странах.
В соответствии с упомянутой выше резолю-
цией МИС было получено несколько экспери-
ментальных сварных соединений труб большого
диаметра, которые затем были испытаны в лабо-
раториях ЗАО «Псковэлектросвар», а также в ла-
бораториях Института материаловедения Болгар-
ской академии наук. С помощью компьютерной
системы управления были точно заданы параме-
тры режима сварки и режимы последующей тер-
мообработки, а также параметры снятия наружно-
го и внутреннего грата для последующего автома-
тического ультразвукового контроля.
В экспериментах использовали сталь категории
прочности Х65 фирмы «Europipe» (Германия) сле-
дующего химического состава, мас. %: 0,071 угле-
рода, 0,237 кремния, 1,51 марганца, 0,005 серы,
0,009 фосфора, 0,04 хрома, 0,15 никеля, 0,07 мо-
Рис. 5. Макрошлиф соединений трубных сталей, выполненных с использованием различных источников энергии: а – MIG/MAG; б –
MIG/MAG +лазер; в – лазер
Рис. 6. Сварочный комплекс для гибридной лазерной сварки:
1 — головка для гибридной сварки; 2 — перемещающийся
трактор с датчиком управления; 3 — горелка в положении за-
полнения разделки; 4 — кольцо; 5 — шланг
Рис. 7. Комплекс КСС-04: а — внешний вид; б — в процессе
работы
128 10-11/2013
либдена, 0,04 ванадия, 0,037 алюминия, 0,012 ти-
тана, 0,02 ниобия, 0,002 бора, 0,03 меди. Ее ме-
ханические свойства в состоянии поставки следу-
ющие: σ0,2 = 490 МПа; σв = 553 МПа; δ = 26,5 %;
KCV+20 = 335,8 Дж/см2; KCV–40 = 334,9 Дж/см2.
После испытаний образцов были получены сле-
дующие прочностные характеристики, МПа: 538,
545, 541 и 540.
Внешний вид образцов сварных соединений
труб Ду 1220×27 мм после испытаний на растяже-
ние и изгиб представлен на рис. 8.
Отметим преимущества КССО:
процесс выполняется на одном посту;
обеспечивается высокий темп строительства
трубопроводов за счет малого времени сварки од-
ного стыка на одном посту, которое составляет
60…200 с в зависимости от типоразмера свари-
ваемых труб диаметром от 114 до 1420 мм с тол-
щиной стенки до 30 мм. Накоплен большой про-
мышленный опыт применения КССО при строи-
тельстве трубопроводов различного назначения в
наземных условиях;
весь процесс от начала до конца выполняется
в автоматическом режиме по заданной программе,
что исключает субъективное влияние сварщика на
качество соединений;
в сварных соединениях достигается низкий
уровень остаточных напряжений, что существен-
но повышает коррозионную стойкость такого со-
единения; механические свойства отвечают тре-
бованиям стандартов развитых стран (например,
стандарту АР1-1104, США);
качество сварных соединений эффективно
оценивается посредством компьютеризированной
обработки фактических значений параметров ре-
жима сварки, созданного на базе реально суще-
ствующей зависимости «режим сварки – качество
соединения», которая обусловлена физическими
особенностями процесса КССО; достоверность
выявления возможных дефектов практически рав-
на 100 %, в том числе при использовании автома-
тизированного ультразвукового контроля;
трубы всех классов прочности сваривают при
любой температуре окружающей среды без пред-
варительного подогрева;
погодные факторы не оказывают влияния на
качество сварных соединений;
повышается скорость строительства тру-
бопроводов;
снижаются материальные затраты на строи-
тельство трубопроводов.
Данные, приведенные в таблице, красноречи-
во свидетельствуют о преимуществах использова-
ния комплекса КСС-04 по сравнению со свароч-
ной колонной CRC. Особенно показательно со-
поставление таких факторов, как численность об-
служивающего персонала, себестоимость одного
сварного соединения, которые в пользу комплекса
КСС-04.
Исходя из этого фирмы, например болгарские,
занимающиеся реализацией проектов по стро-
ительству трубопроводов большого диаметра, в
дальнейшем будут ориентироваться на примене-
ние комплексов КСС-04.
Поступила в редакцию 01.04.2013
Рис. 8. Внешний вид образцов сварных соединений труб Дy
1220×27 мм после испытаний на растяжение (а) и изгиб (б)
Сравнение экономической эффективности внедрения комплекса электроконтактной сварки типа КСС-04 и сварочной
колонны CRC Evаns
Показатель CRC Evans КСС-04
Протяженность трубопровода, км 100
1 420
≤ 25
Диаметр трубопровода, мм
Толщина стенки трубопровода, мм
Стоимость одного комплекса, дол. США 5 750 000 3 930 000
Общее количество стыков на всем трубопроводе с учетом возможного брака, шт. 9 180 9 116
Численность персонала проекта, чел. 68 16
Себестоимость сварки одного стыка, дол. США 874 579
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-103239 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-02T04:12:23Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Белоев, М. Хоменко, В.И. Кучук-Яценко, С.И. 2016-06-15T06:21:22Z 2016-06-15T06:21:22Z 2013 Анализ и выбор сварочных технологий при строительстве магистральных трубопроводов большого диаметра / М. Белоев , В.И. Хоменко , С.И. Кучук-Яценко // Автоматическая сварка. — 2013. — № 10-11 (726). — С. 125-128. — рос. https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103239 621.791:662.276.05 Рассмотрены достоинства и недостатки различных технологий соединения труб, применяемых при строительстве магистральных трубопроводов. Отмечено, что способ контактной сварки оплавлением имеет преимущества по сравнению с дуговым, лучевым и гибридным способами сварки. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Пленарные доклады Международной конференции Анализ и выбор сварочных технологий при строительстве магистральных трубопроводов большого диаметра Analysis and selection of welding technologies in construction of large-diameter main pipelines Article published earlier |
| spellingShingle | Анализ и выбор сварочных технологий при строительстве магистральных трубопроводов большого диаметра Белоев, М. Хоменко, В.И. Кучук-Яценко, С.И. Пленарные доклады Международной конференции |
| title | Анализ и выбор сварочных технологий при строительстве магистральных трубопроводов большого диаметра |
| title_alt | Analysis and selection of welding technologies in construction of large-diameter main pipelines |
| title_full | Анализ и выбор сварочных технологий при строительстве магистральных трубопроводов большого диаметра |
| title_fullStr | Анализ и выбор сварочных технологий при строительстве магистральных трубопроводов большого диаметра |
| title_full_unstemmed | Анализ и выбор сварочных технологий при строительстве магистральных трубопроводов большого диаметра |
| title_short | Анализ и выбор сварочных технологий при строительстве магистральных трубопроводов большого диаметра |
| title_sort | анализ и выбор сварочных технологий при строительстве магистральных трубопроводов большого диаметра |
| topic | Пленарные доклады Международной конференции |
| topic_facet | Пленарные доклады Международной конференции |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103239 |
| work_keys_str_mv | AT beloevm analizivyborsvaročnyhtehnologiipristroitelʹstvemagistralʹnyhtruboprovodovbolʹšogodiametra AT homenkovi analizivyborsvaročnyhtehnologiipristroitelʹstvemagistralʹnyhtruboprovodovbolʹšogodiametra AT kučukâcenkosi analizivyborsvaročnyhtehnologiipristroitelʹstvemagistralʹnyhtruboprovodovbolʹšogodiametra AT beloevm analysisandselectionofweldingtechnologiesinconstructionoflargediametermainpipelines AT homenkovi analysisandselectionofweldingtechnologiesinconstructionoflargediametermainpipelines AT kučukâcenkosi analysisandselectionofweldingtechnologiesinconstructionoflargediametermainpipelines |