Разработка технологии механизированной дуговой сварки при ремонте магистрального газопровода под давлением
Выполнен комплекс исследований по разработке технологии механизированной дуговой сварки в защитных газах применительно к ремонту магистральных газопроводов усиливающими конструкциями. Определены условия предотвращения образования пор в сварных соединениях вследствие нарушения газовой защиты под влия...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Datum: | 2016 |
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2016
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/146497 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Разработка технологии механизированной дуговой сварки при ремонте магистрального газопровода под давлением / О.И. Олейник, С.Ю. Максимов, А.П. Пальцевич, Е.И. Гончаренко // Автоматическая сварка. — 2016. — № 3 (751). — С. 49-56. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860197598670880768 |
|---|---|
| author | Олейник, О.И. Максимов, С.Ю. Пальцевич, А.П. Гончаренко, Е.И. |
| author_facet | Олейник, О.И. Максимов, С.Ю. Пальцевич, А.П. Гончаренко, Е.И. |
| citation_txt | Разработка технологии механизированной дуговой сварки при ремонте магистрального газопровода под давлением / О.И. Олейник, С.Ю. Максимов, А.П. Пальцевич, Е.И. Гончаренко // Автоматическая сварка. — 2016. — № 3 (751). — С. 49-56. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Выполнен комплекс исследований по разработке технологии механизированной дуговой сварки в защитных газах применительно к ремонту магистральных газопроводов усиливающими конструкциями. Определены условия предотвращения образования пор в сварных соединениях вследствие нарушения газовой защиты под влиянием порывов ветра. Проведены испытания металла шва стыковых и нахлесточно-стыковых соединений, сваренных с применением современных порошковых проволок и проволокой сплошного сечения Св-08Г2С. Показано влияние техники выполнения сварки стыковых соединений на механические свойства и ударную вязкость металла шва. Изучено влияние факторов, которые определяют риск образования холодных трещин в сварных соединениях низколегированной стали класса прочности Х70. Установлено, что сварочные проволоки Св-08Г2С, Е71Т-1, DW-A55 соответствуют требованиям по обеспечению необходимого уровня механических характеристик, ударной вязкости металла шва, содержания диффузионного водорода в наплавленном металле и могут быть рекомендованы при дальнейшей апробации технологии в полевых условиях ремонта на действующих трубопроводах. Изложены основные рекомендации по технике сварки стыковых и нахлестчно-стыковых соединений и ориентировочные режимы сварки в различных пространственных положениях.
Complex of investigations was carried out on development of a technology of mechanized gas-shielded arc welding applicable to repair of main gas pipelines by reinforcing structures. Determined are the conditions for prevention of pore formation in welded joints due to break of gas shield under effect of wild blast. The tests were made with weld metal of the butt and lap-butt joints, welded using modern flux-cored wires and solid wire Sv-08G2S. Effect of butt joint welding practice on mechanical properties and impact toughness of the weld metal is shown. Influence of factors, determining a risk of cold crack formation in welded joints from X70 strength class low-alloy steel, is investigated. It is determined that Sv-08G2S, E71T-1 and DW-A55 welding wires correspond to the requirements on providing a necessary level of mechanical characteristics and impact toughness of weld metal, content of diffusion hydrogen in deposited metal and can be recommended for further technology approval under conditions of field repair of in-service pipelines. Main recommendations on the welding practice of butt and lap-butt welded joints and approximate modes of welding in different spatial positions are stated.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:09:43Z |
| format | Article |
| fulltext |
ПРОИЗВОДСТВЕНН РАЗДЕЛ
4 9 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА
УДК 621.791:621.643.1/2
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ МЕХАНИЗИРОВАННОй
ДУГОВОй СВАРКИ ПРИ РЕМОНТЕ МАГИСТРАЛьНОГО
ГАЗОПРОВОДА ПОД ДАВЛЕНИЕМ*
О.И. ОЛЕЙНИК, С.Ю. МАКСИМОВ, А.П. ПАЛЬЦЕВИЧ, Е.И. ГОНЧАРЕНКО
ИЭС им. Е.О. Патона НАНУ. 03680, г. Киев-150, ул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
Выполнен комплекс исследований по разработке технологии механизированной дуговой сварки в защитных газах приме-
нительно к ремонту магистральных газопроводов усиливающими конструкциями. Определены условия предотвращения
образования пор в сварных соединениях вследствие нарушения газовой защиты под влиянием порывов ветра. Прове-
дены испытания металла шва стыковых и нахлесточно-стыковых соединений, сваренных с применением современных
порошковых проволок и проволокой сплошного сечения Св-08Г2С. Показано влияние техники выполнения сварки
стыковых соединений на механические свойства и ударную вязкость металла шва. Изучено влияние факторов, которые
определяют риск образования холодных трещин в сварных соединениях низколегированной стали класса прочности
Х70. Установлено, что сварочные проволоки Св-08Г2С, Е71Т-1, DW-A55 соответствуют требованиям по обеспече-
нию необходимого уровня механических характеристик, ударной вязкости металла шва, содержания диффузионного
водорода в наплавленном металле и могут быть рекомендованы при дальнейшей апробации технологии в полевых
условиях ремонта на действующих трубопроводах. Изложены основные рекомендации по технике сварки стыковых
и нахлестчно-стыковых соединений и ориентировочные режимы сварки в различных пространственных положениях.
Библиогр. 19, табл. 6, рис. 7.
К л ю ч е в ы е с л о в а : магистральный газопровод, дуговая сварка, сварные соединения, порошковая проволока, хо-
лодные трещины, предварительный подогрев, диффузионный водород
Известно, что механизированная дуговая сварка в
защитных газах приводит к росту производитель-
ности сварочных работ по сравнению с ручной ду-
говой. Системы механизированной дуговой свар-
ки на трубопроводах, разработанные ведущими
мировыми компаниями (ESAB, Lincoln Electric,
CRC) используются уже не менее 40 лет. Однако
все эти разработки касаются условий сварки при
строительстве магистральных газопроводов (МГ).
Опыт механизации ремонтных сварочных работ в
полевых условиях на магистралях, находящихся
под внутренним давлением, крайне ограничен.
В Украине в настоящее время при ремонте МГ
под давлением применяются технологии, которые
предусматривают использование ручной дуговой
сварки. С одной стороны, это связано с простотой
сварочного процесса, его доступностью для поле-
вых условий ремонта, широким спектром имею-
щихся сварочных материалов и оборудования. В
то же время ручной метод сварки регламентиро-
ван различными нормативно-техническими доку-
ментами, которыми руководствуются при выпол-
нении работ на МГ, в том числе и под давлением.
Главным недостатком является сравнительно низ-
кая скорость сварки, что отражается на продолжи-
тельности процесса ремонта. Для примера можно
сказать, что сварка только одного кольцевого сты-
ка на трубопроводе диаметром 1420 мм бригадой
из двух сварщиков длится более 5 ч. Учитывая,
что подобные ремонты требуют снижения давле-
ния в магистрали, такая возможность по разным
причинам в условиях транзита газа по Украине
появляется только в ночные часы, когда снижает-
ся объем потребления газа. В связи с этим увели-
чивается риск получить дефекты в сварных швах
при недостаточной видимости.
Таким образом, существует необходимость в
интенсификации ремонтно-сварочных работ с од-
новременным повышением их качества и безо-
пасности. Одним из вариантов выхода из такого
положения является применение технологий ме-
ханизированной дуговой сварки в защитных газах
новейшими сварочными материалами.
Выбор сварочных материалов для механи-
зированной дуговой сварки. В настоящее время
при строительстве и ремонте МГ для механизи-
рованной дуговой сварки в защитных газах регла-
ментированы к применению проволоки сплош-
ного сечения и порошковые проволоки, которые
должны соответствовать требованиям [1–5].
Для отработки технологии механизированной
дуговой сварки в защитных газах во всех про-
странственных положениях (потолочное, верти-
кальное, горизонтальное на вертикальной поверх-
© О.И. Олейник, С.Ю. Максимов, А.П. Пальцевич, Е.И. Гончаренко, 2016
*По материалам работы, выполненной в рамках целевой комплексной программы НАН Украины «Проблеми ресурсу і безпе-
ки експлуатації конструкцій, споруд та машин» (2013–2015 рр.).
ПРОИЗВОДСТВЕНН РАЗДЕЛ
5 0 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА
ности, нижнее), выбраны следующие сварочные
материалы: проволока сплошного сечения Св-08Г2С
(Украина); порошковые проволоки DW-50,
DW-A55 (Kobelco, Япония), E71T-1 (Baoding
lanyu welding material, КНР) и ППс-ТМВ7 («ТМ.
ВЕЛТЕК», Украина). Такой выбор обосновыва-
ется необходимостью сравнить сварочно-техно-
логические характеристики новых, современных
высококачественных порошковых проволок с хо-
рошо известной по опыту широкого применения
в промышленности более дешевой проволокой
Св-08Г2С с целью определения возможности их
дальнейшего применения в условиях ремонта МГ
под давлением. Все проволоки имели одинаковый
диаметр 1,2 мм.
Влияние скорости ветра на качество фор-
мирования стыковых сварных швов. При вы-
полнении сварки одним из факторов, влияющим
на качество сварного соединения, считают надеж-
ность защиты расплавленного дугой металла шва
от воздуха. Для механизированной дуговой свар-
ки в полевых условиях этот фактор становится
критическим, поскольку следует ожидать вредно-
го воздействия порывов ветра на газовую защиту
дуги. Поэтому существует потребность в экспери-
ментальном определении влияния скорости ветра
vв на эффективность защиты зоны сварки и, соот-
ветственно, на качество формирования стыковых
сварных соединений в зависимости от расхода за-
щитного газа Qг. Для исследований использовали
сварочные проволоки Св-08Г2С и Е71Т-1, защит-
ный газ СО2.
На первом этапе экспериментально получе-
ны предельные значения расхода защитного газа
Qг, которые позволяют избежать возникновения
пор для заданных скоростей движения воздуха vв.
Установлено, что в полевых условиях сварки про-
волокой сплошного сечения Св-08Г2С в СО2 ис-
ключается возникновение пор при скорости ветра
до 2 м/с, а также показано, что применение по-
рошковой проволоки повышает допустимую ско-
рость ветра до 2,6 м/с из-за наличия газошлаковой
защиты из компонентов сердечника. Такой резуль-
тат достигается при увеличении расхода газа Qг с
10…15 л/мин. (vв = 0...0,25 м/с) до 30 л/мин.
Поскольку известно, что в низколегированных
сталях азот и кислород являются вредными при-
месями [6, 7], на втором этапе работ были про-
ведены эксперименты по определению влияния
скорости ветра vв на содержание этих элементов
в металле шва. Для проведения газового анализа
были изготовлены образцы Ми99 из металла, ко-
торый был наплавлен при разных величинах vв.
Исследования выполняли с использованием газо-
вого анализатора LECO TC 436. Результаты приве-
дены в табл. 1.
Видно, что при расходах защитного газа в ко-
личестве, необходимом для максимально допусти-
мых скоростей vв, содержание азота и кислорода в
металле шва увеличивается незначительно. По аб-
солютной величине полученные значения содер-
жания азота в 3,0...3,5 раза меньше максимально
рекомендованного (0,02 %) для механизирован-
ной сварки в СО2. Общее содержание кислорода
в шве, выполненном проволокой сплошного сече-
ния, меньше такого, которое было получено для
Св-08Г2С ранее (0,0573 %) в работе [8]. Относи-
тельно порошковой проволоки следует отметить,
что некоторое увеличение [О] в металле шва свя-
зано с его наличием в сердечнике, но в абсолют-
ном измерении содержание кислорода находится
на уровне нормативных значений для проволок с
рутиловым типом сердечника (0,06…0,085 %) [9].
Механические свойства металла стыковых
и нахлесточно-стыковых швов. При ремонте
поврежденных участков МГ используют бандажи
и муфты различных конструкций. Они обеспечи-
вают усиление стенки трубы, а также сохранение
работоспособности магистрали при нарушении
целостности стенки в месте дефекта под муфтой.
Для соединения отдельных цилиндрических эле-
ментов между собой, а также с трубопроводом,
применяют продольные стыковые и кольцевые
нахлесточно-стыковые сварные швы.
Нормативно-техническая документация [10]
требует, чтобы сварочные материалы, которые
применяются для МГ с наружным диаметром до
1420 мм, построенных из сталей с классом проч-
ности до К60 включительно, и которые работают
с рабочим давлением до 8,3 МПа, отвечали следу-
ющим условиям:
временное сопротивление разрушению при
испытаниях на статическое растяжение должно
быть не ниже нормативного значения временно-
го сопротивления разрушения (разрыв) основного
металла трубы;
твердость металла шва должна быть не бо-
лее HV10 – 280, зоны термического влияния —
не более HV10 – 300 для труб с классом прочно-
сти до К55 включительно и не более HV10 – 325
для труб с классом прочности выше К55 до К60
включительно;
ударная вязкость металла шва должна быть
не менее 34 Дж/см2 (по Шарпи) при температуре
Т а б л и ц а 1 . Содержание азота [N] и кислорода [О] в
наплавленном металле, %
Сва-
рочный
материал
Расход за-
щитного газа
Qг, л/мин
[N], % [О], % Скорость
ветра vв, м/с
Св-08Г2С
10 0,0065 0,045 0,0
27 0,0068 0,045 2,0
Е71Т-1
10 0,0054 0,056 0,0
30 0,0058 0,062 2,5
ПРОИЗВОДСТВЕНН РАЗДЕЛ
5 1 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА
на 20 °С ниже минимальной температуры стенки
трубы газопровода при эксплуатации (при подзем-
ной прокладке газопровода в Украине такой тем-
пературой следует считать 0 °С).
Для определения механических свойств свар-
ных соединений были сварены стыки толщиной
16,0 мм с разделкой кромок под общим углом 60°.
Каждый слой выполнялся за один проход (рис. 1,
а). Материалом служила трубная сталь Х70 с ме-
ханическими характеристиками σт > 480 МПа,
σв > 560 МПа, δ5 > 18 %, которая использовалась
в Украине в 1980-х годах при строительстве газо-
провода «Уренгой–Помары–Ужгород».
Сварку выполняли по комбинированной тех-
нологии [10] — корневой шов стыкового соеди-
нения выполняли вручную штучным электродом
диаметром 3 мм (УОНИ 13/45), разделку запол-
няли проволоками. Защитными газами служи-
ли углекислый газ СО2 и смесь Ar (82 %) + СО2
(18 %). Режимы сварки следующие: Св-08Г2С
— Iсв = 140...150 А, U = 20 ... 21 В; порошковые
проволоки — Iсв = 200...220 А, U = 25...27 В. Ско-
рость сварки vсв = 0,2...0,25 м/мин, Qг = 15 л/мин.
Образцы для определения механических характе-
ристик металла шва Ми12 тип II и ударной вязко-
сти Ми50 тип 11 вырезали согласно требованиям
[3, 5]. Результаты испытаний приведены в табл. 2.
Анализ полученных результатов и их сравне-
ние между собой показали, что с точки зрения
выполнения первого условия проволоки Е71Т-1,
DW-50, ППс-ТМВ7 и Св-08Г2С могут применять-
ся при сварке сталей с классом прочности К55,
а порошковая проволока DW-A55 — для труб с
классом прочности К60 (Х70). Измерение твердо-
сти металла в центре шва и ЗТВ показало, что все
марки проволок соответствуют второму требова-
нию (табл. 3).
Относительно показателей ударной вязкости
(KCV) было установлено, что порошковая прово-
лока DW-50 не соответствует третьему требова-
нию при температурах испытания –20 и –40 °С
(см. табл. 2). Было выдвинуто предположение, что
одна из причин низких показателей ударной вяз-
кости связана с техникой сварки, а именно – про-
цесс заполнения разделки выполнялся с попереч-
ными колебаниями на всю ее ширину с высокими
значениями удельного тепловложения [11].
Поэтому было принято решение изменить
схему заполнения разделки на такую, в которой
сварка стыка выполнялась ниточными валика-
ми без поперечных колебаний (рис. 1, б) с уме-
ренным тепловложением. Результаты испытаний
образцов металла шва, сваренного по новой схе-
ме, показали существенное повышение механи-
ческих характеристик и ударной вязкости (σт =
= 540 МПа; σв = 612 МПа; δ5 = 27 %; ψ = 71,5 %;
KCV0 = (217...172)/197, KCV–20 = (160...101)/125,
KCV–40 = (87...51)/70 Дж/см2). В качестве защит-
ного газа использовали CO2.
Сравнение этих результатов с предваритель-
но полученными показывает, что для повышения
механических характеристик и ударной вязкости
металла сварных соединений необходимо изме-
нить предварительно выбранную технику сварки
стыка на такую, которая предусматривает запол-
Рис. 1. Макрошлиф стыкового сварного соединения: а —
сварка методом «один слой за один проход»; б — сварка ни-
точными валиками
Т а б л и ц а 2 . Механические характеристики металла швов
Сварочный материал,
защитный газ σт, МПа σв,
МПа δ5, % ψ, %
Ударная вязкость (KCV, Дж/см2) при температуре, °С
0 –20 –40
Св-08Г2С, СО2 423 552 27,4 72,1 (168...138)/153 (91...88)/89 (71...62)/67
Св-08Г2С, Ar+СО2 430 561 30,9 75,1 (177...154)/165 (98...93)/95 (75...71)/72
Е71Т-1, Ar+СО2 444 557 29,0 71,6 (151...107)/128 (55...53)/53 (63...32)/46
DW-A55, Ar+СО2 484 589 27,3 71,0 (176...152)/164 (147...128)/136 (49...45)/46
DW-50, СО2 468 567 29,1 72,8 (44...40)/41 (23...22)/22 (14...13)/13
ППс-ТМВ7, СО2 476 570 29,0 71,6 (172...170)/170 (125...110)/117 (86...80)/83
Т а б л и ц а 3 . Средняя твердость металла шва и ЗТВ (HV10)
Исследуемый
участок
Сварочный материал, защитный газ
Св-08Г2С, СО2 Св-08Г2С, Ar+СО2 Е71Т-1, Ar+СО2 DW-A55, Ar+СО2 DW-50, СО2 ППс-ТМВ7, СО2
Металл шва 149 148 148 153 149 148
ЗТВ 162 160 154 158 165 155
ПРОИЗВОДСТВЕНН РАЗДЕЛ
5 2 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА
нение разделки ниточными валиками без колеба-
ний. Данный вывод был подтвержден при оценке
ударной вязкости нахлесточно-стыковых соедине-
ний, в которых каждый слой выполнялся отдель-
ными валиками 1, 2 в угол на каждую кромку, по-
сле чего внутри накладывался валик 3 (рис. 2).
При проведении сварки использовались проволо-
ки ППс-ТМВ7 и Св-08Г2С.
Результаты испытаний образцов Ми50 приведе-
ны в табл. 4. Анализ данных показывает, что во всем
диапазоне температур испытаний сохраняется высо-
кий уровень ударной вязкости, который значительно
превышает минимально необходимый уровень этого
показателя — не менее 34 Дж /см2.
Для металлографических исследований были
выбраны участки: N1 — металл шва последнего
слоя; N2 — ЗТВ в металле шва; N3 — зона круп-
ного зерна последнего слоя; N4 — зона крупно-
го зерна со структурными изменениями после вы-
полнения следующего слоя; N5 — зона крупного
зерна в корне шва.
Изучение образцов соединений показало, что
на участках N1 и N2 структура ферритно-перлит-
ная с преобладанием ферритной фазы. Твердость
составляет HV1 — 1650...1750 МПа. На участке
N2 структура металла в результате теплового воз-
действия мелкодисперсная ферритно-перлитная
с баллом зерна 10. В металле ЗТВ (участки N3 и
N4) структура ферритно-перлитная с твердостью
1970...2130 МПа. На участке N5 вследствие уско-
ренного охлаждения наблюдается увеличение
твердости до 2360...2640 МПа. Установлено, что
сварка отдельными валиками позволяет получить
мелкозернистую, практически однородную по вы-
соте соединения ферритно-перлитную структуру
и это способствует решению задачи получения
повышенных значений ударной вязкости в свар-
ных швах по сравнению с минимально
необходимыми.
Оценка стойкости сварных соеди-
нений против образования холодных
трещин. Одним из факторов риска воз-
никновения холодных трещин является
напряженно-деформированное состояние
сварного соединения [12, 13]. При ремон-
те труб с локальными коррозионными дефектами
применяются конструкции «заплата-муфта» или «за-
плата-муфта с герметиком» [14]. Особенностью этих
конструкций является наличие кольцевого нахлес-
точно-стыкового шва, которым заплата диаметром
100...120 мм по контуру сваривается с муфтой и тру-
бой. При таком техническом решении в многослой-
ном шве наблюдается высокий уровень напряжений
в результате усадки металла шва и жесткого закре-
пления. В сочетании с другими факторами (диффу-
зионный водород, микроструктура) существует риск
возникновения холодных трещин.
С целью определения условий, влияющих
на устойчивость против образования холод-
ных трещин в нахлесточно-стыковом соедине-
Рис. 2. Нахлесточно-стыковое сварное соединение: а, б — макрошлиф соединения с использованием соответственно проволо-
ки Св-08Г2С и ППс-ТМВ7; в — схема разделки кромок и сварки (1, 2 — стенка усиливающего элемента: муфты (1) и техно-
логического кольца (2); 3 — стенка газопровода; l — зазор между элементами муфты)
Рис. 3. Схема технологической пробы «Marine» с порядком
сварки нахлесточно-стыкового шва
Т а б л и ц а 4 . Ударная вязкость (KCV) металла нахлесточно-стыко-
вых швов
Сварочный
материал,
защитный газ
Ударная вязкость (KCV, Дж/см2),
при температуре, °С
0 –20 –40
Св-08Г2С, СО2 (164...148)/155 (171...125)/142 (100...65)/81
ППс-ТМВ7, СО2 (160...153)/165 (160...127)/140 (127...105)/118
ПРОИЗВОДСТВЕНН РАЗДЕЛ
5 3 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА
нии «заплата-муфта», проведены испытания с
использованием пробы «Marine» [15, 16]. Такая
технологическая проба (рис. 3) в полной мере
имитирует реальный сварной шов, а при соответ-
ствующем соотношении диаметра диска к шири-
не пластины в сварном соединении можно создать
уровень напряжений, близкий к пределу текуче-
сти стали.
Детали двух проб были изготовлены из сегмен-
тов трубы диаметром 1420 мм. Сварку порошко-
вой проволокой ППс-ТМВ7 в углекислом газе вы-
полняли согласно указанной схеме. Режим сварки:
Iсв = 190...200 А, Uд = 26...27 В, vпр. = 9,1 м/мин.
Для визуального обнаружения трещины вырезали
по два шлифа с каждого квадранта. Ожидалось,
что наибольший уровень напряжений будет соз-
дан в квадранте IV, где, соответственно, и должна
возникнуть трещина [17].
Исследование шлифов пробы, в которой не вы-
полняли предварительный подогрев, показали,
что наложение следующего валика после охлаж-
дения предыдущего до 20 °С привело к образова-
нию холодной трещины в квадранте IV (рис. 4, а).
Проведение предварительного и сопутствующего
подогрева до температуры 160...180 °С позволило
предотвратить их появление (рис. 4, б).
Установлено, что в первом случае трещина
возникла в корневой части на границе сплавле-
ния с внешней стороны кругового шва. Зарожде-
ние трещины начинается у концентратора напря-
жений – зоны перехода поверхностей накладных
элементов пробы в металл шва. Причиной воз-
никновения этого дефекта следует считать ради-
альные напряжения от усадки металла, которые
с внешней стороны шва выше напряжений, дей-
ствующих с внутренней стороны [18]. В связи с
этим, для предупреждения образования холодных
трещин в многослойных швах целесообразно при-
менить подогрев перед сваркой до 160...180 °С с
соблюдением такой температуры перед началом
выполнения каждого следующего прохода, а так-
же использовать качественные сварочные матери-
алы с уровнем пластичности δ5 > 20 % при тем-
пературе –20° С и обеспечивающих содержание
диффузионного водорода в наплавленном металле
не более 10 см3/100 г. Для уменьшения уровня на-
пряжений дополнительно следует увеличить диа-
метр заплат до 200 мм.
Другим фактором, существенно влияющим на
риск возникновения холодных трещин при выпол-
нении механизированной дуговой сварки на МГ в
условиях эксплуатации, является микроструктура
металла ЗТВ сварного соединения. Расчетно-экс-
периментальным путем получена информация от-
носительно времени пребывания металла шва и
ЗТВ в интервале температур 800...500 °С при ин-
тенсивном теплоотводе. Она показывает, что при
сварке без предварительного подогрева скорость
охлаждения составляет 45...60 и 30...40 °С/с при
применении подогрева 150 °С. В связи с тем, что
большинство трубных марок сталей имеют склон-
ность к образованию закалочных структур в ука-
занных условиях, были проведены исследования
по изучению влияния скорости охлаждения ме-
талла на структуру металла ЗТВ стали Х70.
Исследования выполнялись с помощью иссле-
довательского комплекса Gleebel 3800. На специ-
альных образцах имитировался термический цикл
сварки на участке перегрева металла ЗТВ, в ко-
Рис. 4. Шлифы пробы «Marine» при механизированной свар-
ке: а — без предварительного подогрева; б — с предвари-
тельным и сопутствующим подогревом до 160...180 °С
Рис. 5. Диаграмма превращения переохлажденного аустенита в
металле ЗТВ стали Х70 при различных скоростях охлаждения
в диапазоне 800...500 °С: 1 — 40 (8,6 % М); 2 — 50 (20,4 % М);
3 — 60 (23 % М); 4 — 90 (67 % М) °С/с
ПРОИЗВОДСТВЕНН РАЗДЕЛ
5 4 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА
тором скорость охлаждения в интервале темпе-
ратур 800...500°С составляла 40, 50, 60 и 90°С/с.
Полученная диаграмма превращения переохлаж-
денного аустенита (рис. 5) и ее анализ показал
следующее.
В интервале скоростей охлаждения 40...60 °С/с
в стали Х70 количество мартенситной фазы уве-
личивается с 8,6 до 23 % и это значительно мень-
ше значения 50 %, при котором считается, что
сталь подвержена образованию холодных трещин.
Повышение скорости охлаждения до значения
90 °С/с, характерного для условий мокрой сварки
под водой, увеличивает количество мартенсита в
металле ЗТВ до 65...68 %, что опасно для работо-
способности сварного соединения.
Металлографические исследования образ-
цов показали, что для скоростей охлаждения
40...60 °С/с интегральная твердость в металле ЗТВ
находится в диапазоне HV10 – 270...300 и это не
превышает порог в HV10 – 325 для сталей с клас-
сом прочности Х70, а применение предваритель-
ного подогрева до 150 °С положительно отражает-
ся на морфологии микроструктуры металла ЗТВ.
В связи с высокой достоверностью получаемых с
помощью комплекса Gleebel результатов, сделан
вывод о целесообразности продолжения исследо-
ваний длительно эксплуатирующихся трубных ма-
рок сталей классов прочности Х52, Х56, Х60, Х65
применительно к условиям ремонта МГ.
Как известно, на риск возникновения в свар-
ных соединениях холодных трещин существенно
влияет диффуззионный водород, одним из источ-
ником которого является электродный металл.
Нормативно-техническая документация регламен-
тирует применение сварочных материалов, обе-
спечивающих содержание диффузионного водо-
рода в наплавленном металле не более 10 см3/100
г. В связи с этим для всех сварочных проволок
были проведены исследования по определению
содержания диффузионного водорода в наплав-
ленном металле [Н]диф.н.м. хроматографическим
методом [19]. Перед выполнением эксперимен-
тальных работ, для удаления влаги порошковые
проволоки просушивались в печи при температуре
200...250 °С в течение не менее 3 ч. Наплавки ме-
талла на специальные образцы (по три шт. на ка-
ждую марку проволоки) выполняли в смеси Ar +
CO2 с применением сварочного трактора ТС-17 на ре-
жимах, обеспечивающих погонную энергию на уров-
не 5,8...6,2 кДж/см. Среднее содержание [Н]диф.н.м. в
наплавленном металле для каждой марки проволо-
ки следующее: для Св-08Г2С — 3,4...3,6; DW-50 —
12,0...13,2; DW-A55 —7,6…8,5; E71Т-1 — 9,7...10,0;
ППс-ТМВ7 — 10,1...11,8 см3/100 г.
Видно, что наименьшее содержание диффузион-
ного водорода в наплавленном металле наблюдает-
ся при применении обычной проволоки сплошного
сечения Св-08Г2С и это соответствует сварочным
материалам, которые обеспечивают его очень низ-
кий уровень — до 5 см3/100 г. Порошковые прово-
локи DW-A55 и E71Т-1 соответствуют сварочным
материалам, которые обеспечивают низкий уровень
диффузионного водорода — до 10 см3/100 г. Еще две
проволоки (DW-50, ППс-ТМВ7) превышают допу-
стимый порог в 10 см3/100 г и не могут быть в на-
стоящее время рекомендованы к применению в ус-
ловиях ремонта МГ.
Разработка технологии сварки усиливаю-
щих конструктивных элементов. При разработ-
ке технологии механизированной дуговой сварки
в защитных газах усиливающих конструктивных
элементов основное внимание было уделено от-
работке техники сварки стыковых и нахлесточ-
но-стыковых соединений в различных простран-
ственных положениях. При этом пытались
определить такие режимы сварки, которые, с од-
ной стороны, обеспечивали качественное форми-
рование многослойных сварных швов, а с другой
— не требовали существенной корректировки при
изменении пространственного положения.
Рис. 6. Продольные стыковые соединения усиливающих конструктивных элементов: а — разделка кромок для сварки с под-
кладной пластиной; б — разделка кромок для сварки «на весу»; в – макрошлиф соединения с подкладной пластиной (прово-
лока DW-A55); г — макрошлиф соединения, выполненного проволокой Св-08Г2С «на весу» (1, 2 — стенка соответственно
верхнего и нижнего усиливающего элемента; 3 — стенка газопровода; 4 — подкладная пластина)
ПРОИЗВОДСТВЕНН РАЗДЕЛ
5 5 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА
Сварку протяженных стыковых соединений
в горизонтальном положении на вертикальной
плоскости (рис. 6, а, б) выполняли проволоками
DW-A55 и Св-08Г2С в смеси Ar + CO2. Материал
— сегменты трубы Х70 диаметром 1420 мм с тол-
щиной стенки 16 мм.
Порошковую проволоку использовали для ва-
рианта сварки с подкладной пластиной (рис. 6,
в), проволоку Св-08Г2С также и для сварки «на
весу» (рис. 6, г). Техника сварки предусматривала
наложение отдельных проходов ниточными вали-
ками с небольшими поперечными коле-
баниями. Корневой проход выполняли с
наклоном горелки углом назад. Второй
и все последующие заполняющие про-
ходы выполняли без поперечных ко-
лебаний узкими валиками с наклоном
горелки углом вперед, корректируя ко-
личество проходов в каждом слое в за-
висимости от ширины разделки кромок.
Облицовочный слой выполняли отдель-
ными проходами с небольшими попе-
речными колебаниями для обеспечения
плавного перехода к основному металлу.
Режимы сварки приведены в табл. 5.
Технология выполнения многослойных коль-
цевых нахлесточно-стыковых соединений предус-
матривает ведение процесса сварки в направлении
снизу-вверх по секторам. При ширине разделки
кромок l ≥ 15 мм (см. рис. 2, в) все слои надо вы-
полнять методом «один слой за два прохода». Это
позволяет измельчить структуру металла и допол-
нительно повысить значение ударной вязкости
шва. При ширине разделки кромок l < 15 мм пер-
вый слой выполняют методом «один слой за один
проход», а начиная со второго слоя — методом
«один слой за два прохода» (рис. 7 а, б). Облицо-
вочный слой нахлесточно-стыкового соединения
следует выполнять методом «слой за проход» или
«слой за два прохода» в зависимости от величины
l. Общее количество слоев в нахлесточно-стыко-
вых соединениях определяется толщиной стенки
усиливающих конструктивных элементов.
Для гарантированного сплавления кромок с
трубопроводом сварку в потолочном положении
следует выполнять в положении электрода «углом
назад». Режимы сварки приведены в табл. 6.
Оборудование для механизированной дуго-
вой сварки в защитных газах должно включать
профессиональные источники питания, которые
предназначены для работы в тяжелых условиях.
Аппараты должны иметь степень защиты не ме-
нее IP23. В комплектацию должны входить че-
тырехроликовые выносные механизмы подачи
проволоки с водяным охлаждением, которые по-
зволяют подавать проволоку в шланги длиной до
6 м. Все требования к оборудованию, материалам,
Т а б л и ц а 5 . Рекомендуемые режимы сварки стыкового соединения, сваренного с применением проволок DW-A55
и Св-08Г2С* (защитный газ 82 % Ar + 18 % CO2)
Параметр
Проход при заполнении разделки
Корневой Заполняющий Облицовочный
Скорость подачи проволоки, м/мин. (9,0…9,2)/(3,6…3,8) (9,0…9,2)/(4,0…4,1) (7,4…7,7)/(3,6…3,8)
Сварочный ток, А (200…210)/(125…130) (205…215)/(145…155) (180…190)/(125…130)
Напряжение на дуге, В (26,0…26,3)/(18,0…18,5) (26,5…27,0)/(19,0…20,0) (25,0…26,0)/(18,0…18,5)
Вылет проволоки, мм (20…23)/(18…23) (16…20)/(16…20) (10…14)/(10…14)
* Числитель — для проволоки DW-A55, знаменатель — Св-08Г2С.
Рис. 7. Нахлесточно-стыковые соединения усиливающих кон-
структивных элементов: а — макрошлиф соединения, выпол-
ненного проволокой DW-A55; б — Св-08Г2С
Т а б л и ц а 6 . Рекомендуемые режимы сварки нахлесточно-стыко-
вого соединения, сваренного с применением проволок DW-A55 и Св-
08Г2С* (защитный газ 82 % Ar + 18 % CO2)
Параметр
Проход при заполнении разделки
Заполняющий Облицовочный
Скорость подачи
проволоки, м/мин (8,0…9,1)/(4,0…4,1) (7,4…8,0)/(3,7…3,8)
Сварочный ток, А (190…220)/(135…140) (180…200)/(125…130)
Напряжение на ду-
ге, В (26,5…27,0)/(19,5…20,5) (26,0…26,5)/(18,0…18,5)
Вылет проволоки,
мм (12…23)/(12…23) (10…16)/(10…16)
*Числитель — для проволоки DW-A55, знаменатель — Св-08Г2С.
ПРОИЗВОДСТВЕНН РАЗДЕЛ
5 6 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА
защитным газам изложены в разработанной тех-
нологической документации.
В заключение можно отметить, что исполь-
зование механизированной дуговой сварки в
защитных газах с применением традиционных
(Св-08Г2С) и современных сварочных материалов
(DW-A55, E71T-1) позволяет достичь требований,
предъявляемых к эксплуатационным характери-
стикам отремонтированных участков МГ. Итогом
проведенной работы стала разработка норматив-
ной документации по технологии механизирован-
ной дуговой сварки в защитных газах при ремонте
МГ, согласованной с ПАТ «Укртрансгаз».
По результатам лабораторно-исследователь-
ских испытаний принято решение о промыш-
ленной апробации разработанной технологии на
предприятиях ПАТ «Укртрансгаз» с целью ее при-
менения в полевых условиях ремонта МГ.
1. ГОСТ 2246–70. Проволока стальная сварочная. Техниче-
ские условия. – Введ. 01.01.1973. – ФГУП «Стандартин-
форм», 2008. – 19 с.
2. AWS A5.18: Carbon Steel Electrodes and Rods for Gas
Shielded Arc Welding // American Welding Soc., Miami,
2005.
3. AWS A5.28: Specification for Low-Alloy Electrodes and
Rods for Gas Shielded Arc Welding // Ibid.
4. ГОСТ 26271–84. Проволока порошковая для дуговой
сварки углеродистых и низколегированных сталей. Об-
щие технические условия. – Введ. 01.01.1987. – М.: Гос-
стандарт СССР, 1987. – 19 с.
5. AWS A5.36. Specification for carbon and low-alloy steel flux
cored electrodes for flux cored arc welding and metal cored
electrodes for gas metal arc welding // American Welding
Soc., Miami, 2012.
6. Підгаєцький В.В. Пори, включення і тріщини в зварних
швах. – Київ:Техніка, 1970. – 236 с.
7. Металлургия дуговой сварки. Взаимодействие металла с
газами / И.К. Походня, И.Р. Явдощин, А.П. Пальцевич и
др. – Киев: Наук. думка, 2004. – 442 с.
8. Новожилов Н.М. Основы металлургии дуговой сварки в
газах. – М.: Машиностроение, 1979. – 230 с.
9. Походня И.К., Суптель А.М., Шлепаков В.Н. Сварка по-
рошковой проволокой. – Киев: Наукова думка, 1972. –
223 с.
10. СТО Газпром 2-2.2-136–2007. Инструкция по техноло-
гиям сварки при строительстве и ремонте промысловых
и магистральных газопроводов. Ч. I. Технология сварки
при ремонте промысловых и магистральных газопрово-
дов, находящихся в эксплуатации. – Введ. 22.09.2007 –
ОАО «Газпром», 2007.
11. Справочник по сварке. Всепозиционные порошковые
проволоки для нелегированных и низколегированных
сталей – ESAB. – 32 с.
12. Макаров Э.Л. Холодные трещины при сварке легирован-
ных сталей. – М.:Машиностроение, 1981. – 247 с.
13. Махненко В.И. Ресурс безопасной эксплуатации сварных
соединений и узлов современных конструкций. – Киев:
Наук. думка, 2006. – 618 с.
14. ГБН В.3.1-00013741-12:2011. Магістральні газопроводи.
Ремонт дуговим зварюванням в умовах експлуатації. –
Чинний з 06.09.2011. – Київ: Мін-во енергетики та ву-
гільної промисловості України, 2011. – 152 с.
15. Испытание металлов / Сб. ст. под ред. К. Нитцше. –
М.:Металлургия, 1967. – 452 с.
16. Бут В.С., Максимов С.Ю., Олейник О.И. Склонность к
трещинообразованию сварных соединений ремонтных
конструкций на магистральных газопроводах // Автомат.
сварка. – 2014. – № 11. – С. 17–26.
17. Ремонт магістральних трубопроводів під тиском / М.В.
Беккер, В.С. Бут, Р.М. Говдяк та ін. – Київ: Кий, 2008. –
239 с.
18. Николаев Г.А., Куркин С.А., Винокуров В.А. Сварные кон-
струкции. Прочность сварных соединений и деформации
конструкций. – М.: Высш. шк., 1982. – 272 с.
19. ГОСТ 23338–91. Сварка металлов. Методы определения
содержания диффузионного водорода в наплавленном
металле и металле шва. – Введ. 01.07.1992. – М.: Гос-
стандарт СССР, 1991. – 20 с.
Поступила в редакцию 02.02.2016
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-146497 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:09:43Z |
| publishDate | 2016 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Олейник, О.И. Максимов, С.Ю. Пальцевич, А.П. Гончаренко, Е.И. 2019-02-09T19:03:16Z 2019-02-09T19:03:16Z 2016 Разработка технологии механизированной дуговой сварки при ремонте магистрального газопровода под давлением / О.И. Олейник, С.Ю. Максимов, А.П. Пальцевич, Е.И. Гончаренко // Автоматическая сварка. — 2016. — № 3 (751). — С. 49-56. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. 0005-111X DOI: https://doi.org/10.15407/as2016.03.07 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/146497 621.791:621.643.1/2 Выполнен комплекс исследований по разработке технологии механизированной дуговой сварки в защитных газах применительно к ремонту магистральных газопроводов усиливающими конструкциями. Определены условия предотвращения образования пор в сварных соединениях вследствие нарушения газовой защиты под влиянием порывов ветра. Проведены испытания металла шва стыковых и нахлесточно-стыковых соединений, сваренных с применением современных порошковых проволок и проволокой сплошного сечения Св-08Г2С. Показано влияние техники выполнения сварки стыковых соединений на механические свойства и ударную вязкость металла шва. Изучено влияние факторов, которые определяют риск образования холодных трещин в сварных соединениях низколегированной стали класса прочности Х70. Установлено, что сварочные проволоки Св-08Г2С, Е71Т-1, DW-A55 соответствуют требованиям по обеспечению необходимого уровня механических характеристик, ударной вязкости металла шва, содержания диффузионного водорода в наплавленном металле и могут быть рекомендованы при дальнейшей апробации технологии в полевых условиях ремонта на действующих трубопроводах. Изложены основные рекомендации по технике сварки стыковых и нахлестчно-стыковых соединений и ориентировочные режимы сварки в различных пространственных положениях. Complex of investigations was carried out on development of a technology of mechanized gas-shielded arc welding applicable to repair of main gas pipelines by reinforcing structures. Determined are the conditions for prevention of pore formation in welded joints due to break of gas shield under effect of wild blast. The tests were made with weld metal of the butt and lap-butt joints, welded using modern flux-cored wires and solid wire Sv-08G2S. Effect of butt joint welding practice on mechanical properties and impact toughness of the weld metal is shown. Influence of factors, determining a risk of cold crack formation in welded joints from X70 strength class low-alloy steel, is investigated. It is determined that Sv-08G2S, E71T-1 and DW-A55 welding wires correspond to the requirements on providing a necessary level of mechanical characteristics and impact toughness of weld metal, content of diffusion hydrogen in deposited metal and can be recommended for further technology approval under conditions of field repair of in-service pipelines. Main recommendations on the welding practice of butt and lap-butt welded joints and approximate modes of welding in different spatial positions are stated. По материалам работы, выполненной в рамках целевой комплексной программы НАН Украины «Проблеми ресурсу і безпеки експлуатації конструкцій, споруд та машин» (2013–2015 рр.). ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Производственный раздел Разработка технологии механизированной дуговой сварки при ремонте магистрального газопровода под давлением Development of technology of mechanized arc welding in repair of pressurized main gas pipeline Article published earlier |
| spellingShingle | Разработка технологии механизированной дуговой сварки при ремонте магистрального газопровода под давлением Олейник, О.И. Максимов, С.Ю. Пальцевич, А.П. Гончаренко, Е.И. Производственный раздел |
| title | Разработка технологии механизированной дуговой сварки при ремонте магистрального газопровода под давлением |
| title_alt | Development of technology of mechanized arc welding in repair of pressurized main gas pipeline |
| title_full | Разработка технологии механизированной дуговой сварки при ремонте магистрального газопровода под давлением |
| title_fullStr | Разработка технологии механизированной дуговой сварки при ремонте магистрального газопровода под давлением |
| title_full_unstemmed | Разработка технологии механизированной дуговой сварки при ремонте магистрального газопровода под давлением |
| title_short | Разработка технологии механизированной дуговой сварки при ремонте магистрального газопровода под давлением |
| title_sort | разработка технологии механизированной дуговой сварки при ремонте магистрального газопровода под давлением |
| topic | Производственный раздел |
| topic_facet | Производственный раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/146497 |
| work_keys_str_mv | AT oleinikoi razrabotkatehnologiimehanizirovannoidugovoisvarkipriremontemagistralʹnogogazoprovodapoddavleniem AT maksimovsû razrabotkatehnologiimehanizirovannoidugovoisvarkipriremontemagistralʹnogogazoprovodapoddavleniem AT palʹcevičap razrabotkatehnologiimehanizirovannoidugovoisvarkipriremontemagistralʹnogogazoprovodapoddavleniem AT gončarenkoei razrabotkatehnologiimehanizirovannoidugovoisvarkipriremontemagistralʹnogogazoprovodapoddavleniem AT oleinikoi developmentoftechnologyofmechanizedarcweldinginrepairofpressurizedmaingaspipeline AT maksimovsû developmentoftechnologyofmechanizedarcweldinginrepairofpressurizedmaingaspipeline AT palʹcevičap developmentoftechnologyofmechanizedarcweldinginrepairofpressurizedmaingaspipeline AT gončarenkoei developmentoftechnologyofmechanizedarcweldinginrepairofpressurizedmaingaspipeline |