Повышение эксплуатационной надежности газонефтепроводных труб, изготовленных способом высокочастотной сварки
Рассмотрены результаты исследования характеристик надежности газонефтепроводных труб, изготовленных способом высокочастотной сварки после модернизации трубосварочного стана "159-529” завода "Интерпайп НМТЗ”. Принятые технологические решения позволяют обеспечить качество сварных соединений...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Проблемы прочности |
|---|---|
| Datum: | 2009 |
| Hauptverfasser: | , , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
2009
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/48424 |
| 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: | Повышение эксплуатационной надежности газонефтепроводных труб, изготовленных способом высокочастотной сварки / Ю.Н. Антипов, Е.В. Дмитренко, А.А. Коваленко, С. А. Горяной, А.А. Рыбаков, С.Е. Семенов, Т.Н. Филипчук // Проблемы прочности. — 2009. — № 5. — С. 147-153. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859682979513630720 |
|---|---|
| author | Антипов, Ю.Н. Дмитренко, Е.В. Коваленко, А.А. Горяной, С.А. Рыбаков, А.А. Семенов, С.Е. Филипчук, Т.Н. |
| author_facet | Антипов, Ю.Н. Дмитренко, Е.В. Коваленко, А.А. Горяной, С.А. Рыбаков, А.А. Семенов, С.Е. Филипчук, Т.Н. |
| citation_txt | Повышение эксплуатационной надежности газонефтепроводных труб, изготовленных способом высокочастотной сварки / Ю.Н. Антипов, Е.В. Дмитренко, А.А. Коваленко, С. А. Горяной, А.А. Рыбаков, С.Е. Семенов, Т.Н. Филипчук // Проблемы прочности. — 2009. — № 5. — С. 147-153. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Проблемы прочности |
| description | Рассмотрены результаты исследования характеристик надежности газонефтепроводных труб, изготовленных способом высокочастотной сварки после модернизации трубосварочного стана "159-529” завода "Интерпайп НМТЗ”. Принятые технологические решения позволяют обеспечить качество сварных соединений в соответствии с требованиями между народных стандартов.
Розглянуто результати дослідження характеристик надійності газонафтопро- відних труб, виготовлених способом високочастотного зварювання після модернізації трубозварювального стану “159-529” заводу “Интерпайп НМТЗ”. Прийняті технологічні рішення дозволяють забезпечити якість зварних з’єднань відповідно до вимог міжнародних стандартів.
We present the results of investigations on improvement of reliability characteristics of gas an oil pipes joined by high-frequency welding based on upgrading of pipe-welding unit “159-529” of “Interpipe NMTZ” Plant. The accepted technology solutions quarantee the welded joint quality meeting the requirements of the international standards.
|
| first_indexed | 2025-11-30T21:35:33Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.791.75
Повышение эксплуатационной надежности газонефтепроводных
труб, изготовленных способом высокочастотной сварки
Ю. Н. Антипова, Е. В. Дмитренкоа, А. А. Коваленкоа, С. А. Горянойа,
А. А. Рыбаков6, С. Е. Семенов6, Т. Н. Ф илипчук6
а ОАО “Интерпайп НМТЗ”, Новомосковск, Украина
6 Институт электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины, Киев, Украина
Рассмотрены результаты исследования характеристик надежности газонефтепроводных
труб, изготовленных способом высокочастотной сварки после модернизации трубосвароч
ного стана "159-529” завода "Интерпайп НМТЗ”. Принятые технологические решения
позволяют обеспечить качество сварных соединений в соответствии с требованиями между
народных стандартов.
К л ю ч е в ы е с л о в а : трубопровод, надежность, сталь, труба, высокочастотная
сварка, сварное соединение, прочность, ударная вязкость.
Общепризнано, что надежность магистральных газонефтепроводов опре
деляется многочисленными факторами, наиболее важным из которых явля
ется обеспечение высоких эксплуатационных и технологических характе
ристик труб, используемых для сооружения линейной части трубопроводных
систем.
К потенциально уязвимым зонам в металле труб в первую очередь
относятся дефекты основного металла и сварных соединений, которые из-за
отсутствия средств надежного контроля не были своевременно обнаружены
при изготовлении труб и строительстве трубопроводов, а также локальные
зоны охрупчивания (ЛЗО) металла, образующ иеся в сварных соединениях
современной трубной стали. Однако в практике эксплуатации магистральных
трубопроводов разрывы труб, в том числе изготовленных с применением
высокочастотной сварки (ВЧС), в ЛЗО возникают очень редко. Об этом
свидетельствует, например, большой опыт безаварийного применения в газо-
и нефтепроводах ВЧС-труб среднего диаметра, которые изготовлены по тех
нологии, когда ВЧ-сварные соединения не термообрабатывались и поэтому
имели достаточно низкие значения ударной вязкости. Разрушение сварного
соединения труб, которому свойственны ЛЗО, может происходить только при
определенных условиях. Критическим фактором растрескивания металла в
ЛЗО является наличие дефекта, совпадающего или пересекающ его эту зону.
Наиболее потенциально опасными следует считать имеющ ие дефекты ЛЗО,
расположенные поперек действия максимальных напряжений. Опасность д е
фектов в зоне сплавления усугубляется глубоким охрупчиванием металла при
сварке (в случае отсутствия термической обработки), а также конфигурацией
и расположением ЛЗО вдоль образующ ей трубы. Именно с этой точки зрения
исследование сварных соединений ВЧС-труб представляет интерес.
© Ю. Н. АНТИПОВ, Е. В. ДМ ИТРЕНКО, А. А. КОВАЛЕНКО, С. А. ГОРЯНОЙ, А. А. РЫБАКОВ,
С. Е. СЕМЕНОВ, Т. Н. ФИЛИПЧУК, 2009
ТХОТ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2009, № 5 147
Ю. П. Антипов, Е. В. Дмитренко, А. А. Коваленко и др.
Так, на участке одного из нефтепроводов, построенном из ВЧС-труб
диаметром 530 мм, во время предпусковых гидравлических испытаний про
изошло разрушение трех труб с распространением трещины в зоне сплав
ления кромок почти на всю длину шва трубы по достижении напряжениями
0,98 нормативного предела текучести. В очагах разрушения были обнару
жены участки некачественного сплавления, образовавшиеся вследствие нару
шения параметров процесса сварки (рис. 1).
О к си д н ы е пченкщ
У ч аст ок
н е к а ч е ст ве н н о го
сп лавлени я
Х320
Рис. 1. Общий вид части разрушенной трубы (а), поверхность излома (б) и структура металла
в очаге разрушения (в).
а
б
в
Кроме того, на отдельных участках сварного соединения труб были
обнаружены скопления оксидных пленок. Установлено также, что сварные
соединения не прошли регламентированной термической обработки по режи
му нормализации и, как следствие, имели очень низкие значения ударной
вязкости К С и ~ в зоне сплавления (3...20 Дж/см ). Таким образом, причи
на разрушения данных ВЧС-труб заключалась в нарушении технологических
параметров их изготовления, что и привело к образованию поперечных
плоских трещ иноподобных дефектов в охрупченном сваркой металле. П ре
цеденты разрывов труб подтвердили необходимость снижения роли чело
веческого фактора в обеспечении гарантии качества труб.
С целью повышения эксплуатационной надежности ВЧС-труб при свар
ке, выполняемой с высокой скоростью (порядка 20 м/мин), необходимо стаби
лизировать все технологические параметры процесса, начиная от подготовки
148 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2009, № 5
Повышение эксплуатационной надежности
кромок и заканчивая 100%-ным неразрушающим контролем сплошности
сварного соединения. Это требует использования для производства труб
самого совершенного современного технологического оборудования, приборов
контроля, автоматизированных систем управления и, что не менее важно,
системы обеспечения качества продукции.
Была поставлена задача создания производства труб, изготовленных спо
собом ВЧ-сварки в соответствии с самыми жесткими требованиями совре
менных международных стандартов и, разумеется, потенциальных потреби
телей в Украине, России и других странах ближнего и дальнего зарубежья.
В рамках технологического обеспечения надежности сварных труб в
2 0 0 6 -2 0 0 7 гг. с учетом международного опыта, рекомендаций Института
электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины, ОАО “Интерпайп НМ ТЗ”
проведена модернизация трубоэлектросварочного стана “159-529” с осво
ением новых агрегатов. Установлено новое оборудование для фрезеровки
боковых кромок рулонной полосы, заменены агрегаты формовочно-свароч
ного узла стана с обеспечением более благоприятных и стабильных режимов
высокочастотной сварки за счет оптимальных углов схождения кромок под
сварку, использования источников сварочного тока с частотой выше 100 кГц и
автоматизированной системы регулирования электрических и температурных
параметров процесса. Введено в действие оборудование для локальной тер
мической обработки сварных соединений. В соответствии с требованиями
международных стандартов установлено оборудование для сдаточного 100%-
ного УЗ-контроля сварного соединения и корпуса трубы, а также для магнито
порошкового контроля торцов трубы (фаска). Основные особенности усовер
шенствованной технологии производства ВЧС-труб приведены в таблице.
Особенности усовершенствованной технологии производства ВЧС-труб
на ОАО “Интерпайп НМТЗ”
Основные недостатки старой технологии Особенности усовершенствованной
технологии
Отсутствие автоматических систем контроля
и управления параметрами процесса сварки
и термической обработки зоны шва и, как
следствие, значительное влияние
человеческого фактора на качество труб
Повышенное качество подготовки
свариваемых кромок путем их фрезировки
Управляемый процесс сведения кромок
полосы под сварку с оптимально
установленными углами схождения
Частота сварочного тока 10 кГц Применение современного сварочного
генератора с частотой тока 150 кГц,
автоматическими системами диагностики и
управления температурой процесса сварки
Отсутствие неразрушающего контроля
сплошности сварного соединения после
завершения всех технологических операций
Локальная термическая обработка сварного
соединения по режиму нормализации
Отсутствие неразрушающего контроля
сплошности рулонной полосы или корпуса
труб
Автоматизированный ультразвуковой
контроль (с автоматической системой
регистрации результатов) сплошности шва,
околошовной зоны и корпуса трубы после
всех технологических операций
Й Х # 0556-171Х. Проблемы прочности, 2009, № 5 149
Ю. Н. Антипов, Е. В. Дмитренко, А. А. Коваленко и др.
Следует отметить, что применительно к производству высоконадежных
ВЧС-труб кроме наличия современного оборудования для формовки, сварки и
контроля труб большое значение имеет фактор качества свариваемой стали,
особенно, если требуется изготовить трубы большого диаметра с высоким
уровнем характеристик вязкости и хладостойкости. Для обеспечения дефор
мационной способности сварного соединения необходимо, чтобы в прикро-
мочных зонах отсутствовали такие дефекты металла, как росслоения, плены,
закаты, а также была минимальная загрязненность неметаллическими вклю
чениями. Применение высококачественной чистой (по вредным примесям)
высоковязкой мелкозернистой стали с пониженным содержанием углерода
является непременным условием производства высоконадежных труб.
В последнее время выполнен большой объем работ по выбору марки
стали для производства на модернизированном стане ВЧС-труб для магист
ральных газонефтепроводов.
С целью оценки эффективности принятых технологических решений
проводили испытания опытно-промышленных партий труб разного сорта
мента (диаметр от 219 до 530 мм метрического ряда и от 273,1 до 406,4 мм
дюймового ряда) из углеродистых и низколегированных, в том числе с
пониженным содержанием углерода, марок стали класса прочности до К60
(категории Х 70) включительно. Трубы изготовляли из рулонной полосы
разных поставщиков: запорожского и магнитогорского металлургических
комбинатов, ОАО “Северсталь”, венгерского металлургического комбината
DUNAFERR. Качество сварных соединений труб оценивалось в соответст
вии с требованиями современных нормативных документов на трубы для
магистральных газонефтепроводов (СНиП 2.05.06-85, ТУ У 14-3-377-99, ТУ
У 14-8-20-99, ТУ У 14-8-19-99, API 5L для PSL2, ISO 3183-2 и EN 10208-2).
Практически по всем показателям основной металл, сварные соединения и
исследованные газонефтепроводные ВЧС-трубы в целом удовлетворяли тре
бованиям современных отечественных и международных нормативных доку
ментов. В отношении самого жесткого критерия качества сварного соедине
ния - ударной вязкости, особенно при испытании образцов с V-образным
надрезом по зоне сплавления, что оговаривается такими нормативными доку
ментами, как ISO 3183-2 и EN 10208-2, сложилась несколько иная ситуация.
Подтверждено, что на вязкость и хладостойкость металла сварного соедине
ния сущ ественно влияет содержание углерода в стали, определяющее коли
чество перлитной составляющей в структуре металла в зоне сварки. И хотя
высокотемпературная локальная термообработка по принятой технологии
устраняет закалочные структуры, образование которых характерно после
ВЧ-сварки всех марок стали (рис. 2), использование углеродистой стали с
повышенным содержанием углерода, серы и фосфора не позволяет обеспе
чить необходимые показатели ударной вязкости металла сварных соединений
труб, особенно при испытании образцов с V-образным надрезом (рис. 3 и 4).
Фрактографические исследования ударных образцов металла шва пока
зывают, что в микромеханизме хрупкого разрушения сущ ественную роль
играют мелкие оксидные пленки, образующ иеся в зоне сплавления и явля
ющ иеся инициаторами микросколов (рис. 5).
150 ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2009, № 5
Повышение эксплуатационной надежности
' щі....-: ■ Т.
а
4 3 2 1 1 2 3
Расстояние от линии
сплавления, мм
в
х110
3 2 1 1 2 3 4
Расстояние от линии
сплавления, мм
е
Рис. 2. Макро- (а, г) и микроструктура (б, д), а также распределение твердости (в, е) металла
сварного соединения ВЧС-труб, изготовленных на модернизированном стане: а-в - после свар
ки; г-е - после локальной термической обработки шва (штрихом показаны линии сплавления).
д
о4
<и
о
Со
Сно03
КС1Г*°, Дж/см:
Рис. 3. Частотное распределение ударной вязкости основного металла и металла сварного
соединения ВЧС-труб, изготовленных из стали с различным содержанием (в %) углерода и
вредных примесей (О.м - основной металл).
При значительном количестве оксидных пленок ударная вязкость метал
ла при надрезе образцов в зоне сплавления снижается, в том числе и в
состоянии после термообработки сварного соединения. Снижению загрязнен-
/ЗЗЖ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2009, № 5 151
Ю. Н. Антипов, Е. В. Дмитренко, А. А. Коваленко и др.
К С и “40, Дж/см2 КСУ0, Дж/см2
Рис. 4. Ударная вязкость металла сварных соединений отдельных ВЧС-труб, изготовленных из
стали с различным содержанием (в %) углерода и вредных примесей (О - после сварки, • -
после локальной термообработки шва).
б в
Рис. 5. Общий вид поверхности разрушения (а), оксидные образования в очаге разрушения (б)
и типичный характер рельефа поверхности разрушения (в) образца с пониженной ударной
вязкостью металла шва.
ности металла шва оксидными пленками, как, впрочем, и опасности обра
зования грубых дефектов соединения типа непроваров и несплавлений спо
собствовала стабилизация различных параметров процесса ВЧ-сварки с по
мощью автоматизированных систем управления.
Самые высокие показатели ударной вязкости металла шва имеют трубы,
изготовленные из низколегированной стали с пониженным содержанием угле
рода и вредных примесей (рис. 3 и 4). Результаты исследования сварного
152 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2009, № 5
Повышение эксплуатационной надежности
соединения и основного металла показывают, что такая сталь наиболее пер
спективна для производства ВЧС-труб повышенной надежности.
На основании выполненных исследований можно заключить, что ВЧС-
трубы диаметром 219...530 мм, изготовленные на модернизированном стане
“159-529”, по своим техническим характеристикам удовлетворяют требова
ния современных отечественных и международных нормативных докумен
тов.
Благодаря использованию современного технологического оборудования,
комплекса технологического и сдаточного контроля, а также соответству
ющ ей стали обеспечиваются повышенные гарантии стабильности качества и
эксплуатационной надежности труб высокочастотной сварки, изготовляемых
на ОАО “Интерпайп НМ ТЗ” для магистральных газонефтепроводов.
Р е з ю м е
Розглянуто результати дослідження характеристик надійності газонафтопро-
відних труб, виготовлених способом високочастотного зварювання після м о
дернізації трубозварювального стану “159-529” заводу “Интерпайп НМ ТЗ”.
Прийняті технологічні рішення дозволяють забезпечити якість зварних з ’єд
нань відповідно до вимог міжнародних стандартів.
Поступила 05. 01. 2009
ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2009, № 5 153
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-48424 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0556-171X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-30T21:35:33Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Антипов, Ю.Н. Дмитренко, Е.В. Коваленко, А.А. Горяной, С.А. Рыбаков, А.А. Семенов, С.Е. Филипчук, Т.Н. 2013-08-19T13:59:59Z 2013-08-19T13:59:59Z 2009 Повышение эксплуатационной надежности газонефтепроводных труб, изготовленных способом высокочастотной сварки / Ю.Н. Антипов, Е.В. Дмитренко, А.А. Коваленко, С. А. Горяной, А.А. Рыбаков, С.Е. Семенов, Т.Н. Филипчук // Проблемы прочности. — 2009. — № 5. — С. 147-153. — рос. 0556-171X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/48424 621.791.75 Рассмотрены результаты исследования характеристик надежности газонефтепроводных труб, изготовленных способом высокочастотной сварки после модернизации трубосварочного стана "159-529” завода "Интерпайп НМТЗ”. Принятые технологические решения позволяют обеспечить качество сварных соединений в соответствии с требованиями между народных стандартов. Розглянуто результати дослідження характеристик надійності газонафтопро- відних труб, виготовлених способом високочастотного зварювання після модернізації трубозварювального стану “159-529” заводу “Интерпайп НМТЗ”. Прийняті технологічні рішення дозволяють забезпечити якість зварних з’єднань відповідно до вимог міжнародних стандартів. We present the results of investigations on improvement of reliability characteristics of gas an oil pipes joined by high-frequency welding based on upgrading of pipe-welding unit “159-529” of “Interpipe NMTZ” Plant. The accepted technology solutions quarantee the welded joint quality meeting the requirements of the international standards. ru Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України Проблемы прочности Научно-технический раздел Повышение эксплуатационной надежности газонефтепроводных труб, изготовленных способом высокочастотной сварки Improvement of operational reliability of high-frequency welded pipes for gas-and-oil trunk pipelines Article published earlier |
| spellingShingle | Повышение эксплуатационной надежности газонефтепроводных труб, изготовленных способом высокочастотной сварки Антипов, Ю.Н. Дмитренко, Е.В. Коваленко, А.А. Горяной, С.А. Рыбаков, А.А. Семенов, С.Е. Филипчук, Т.Н. Научно-технический раздел |
| title | Повышение эксплуатационной надежности газонефтепроводных труб, изготовленных способом высокочастотной сварки |
| title_alt | Improvement of operational reliability of high-frequency welded pipes for gas-and-oil trunk pipelines |
| title_full | Повышение эксплуатационной надежности газонефтепроводных труб, изготовленных способом высокочастотной сварки |
| title_fullStr | Повышение эксплуатационной надежности газонефтепроводных труб, изготовленных способом высокочастотной сварки |
| title_full_unstemmed | Повышение эксплуатационной надежности газонефтепроводных труб, изготовленных способом высокочастотной сварки |
| title_short | Повышение эксплуатационной надежности газонефтепроводных труб, изготовленных способом высокочастотной сварки |
| title_sort | повышение эксплуатационной надежности газонефтепроводных труб, изготовленных способом высокочастотной сварки |
| topic | Научно-технический раздел |
| topic_facet | Научно-технический раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/48424 |
| work_keys_str_mv | AT antipovûn povyšenieékspluatacionnoinadežnostigazonefteprovodnyhtrubizgotovlennyhsposobomvysokočastotnoisvarki AT dmitrenkoev povyšenieékspluatacionnoinadežnostigazonefteprovodnyhtrubizgotovlennyhsposobomvysokočastotnoisvarki AT kovalenkoaa povyšenieékspluatacionnoinadežnostigazonefteprovodnyhtrubizgotovlennyhsposobomvysokočastotnoisvarki AT gorânoisa povyšenieékspluatacionnoinadežnostigazonefteprovodnyhtrubizgotovlennyhsposobomvysokočastotnoisvarki AT rybakovaa povyšenieékspluatacionnoinadežnostigazonefteprovodnyhtrubizgotovlennyhsposobomvysokočastotnoisvarki AT semenovse povyšenieékspluatacionnoinadežnostigazonefteprovodnyhtrubizgotovlennyhsposobomvysokočastotnoisvarki AT filipčuktn povyšenieékspluatacionnoinadežnostigazonefteprovodnyhtrubizgotovlennyhsposobomvysokočastotnoisvarki AT antipovûn improvementofoperationalreliabilityofhighfrequencyweldedpipesforgasandoiltrunkpipelines AT dmitrenkoev improvementofoperationalreliabilityofhighfrequencyweldedpipesforgasandoiltrunkpipelines AT kovalenkoaa improvementofoperationalreliabilityofhighfrequencyweldedpipesforgasandoiltrunkpipelines AT gorânoisa improvementofoperationalreliabilityofhighfrequencyweldedpipesforgasandoiltrunkpipelines AT rybakovaa improvementofoperationalreliabilityofhighfrequencyweldedpipesforgasandoiltrunkpipelines AT semenovse improvementofoperationalreliabilityofhighfrequencyweldedpipesforgasandoiltrunkpipelines AT filipčuktn improvementofoperationalreliabilityofhighfrequencyweldedpipesforgasandoiltrunkpipelines |