NL8803138A

NL8803138A - Werkwijze voor het op niet destructieve wijze controleren van een las, die gemaakt is door het druklassen van twee metalen delen.

Info

Publication number: NL8803138A
Application number: NL8803138A
Authority: NL
Original assignee: Serimer
Priority date: 1987-12-30
Filing date: 1988-12-22
Publication date: 1989-07-17
Also published as: NO885804D0; FR2625559B1; GB2213598B; NO300243B1; NO885804L; GB2213598A; FR2625559A1; US4893944A; GB8829553D0

Description

- 1 - *

Werkwijze voor het op niet destructieve wijze controleren van een las, die genaakt is door het druklassen van twee metalen delen»

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het op niet-destructieve wijze controleren van een las, die gemaakt is door het druklassen van twee metalen delen.

Een werkwijze voor het druklassen, in het bijzonder 5 op sneedtempera t uur, van twee metalen delen bestaat, na het naderen en met elkaar in contact brengen van twee delen, uit het verwarmen van deze delen ter hoogte van hun verbindingsoppervlak of verbin-dingsvlak tot een bepaalde temperatuur, vervolgens het aanbrengen van een smeeddruk zoals een voorafbepaalde drukspanning, loodrecht 10 op het verbindingsvlak, tijdens het koelen.

De druklaswerkwijzen, op zich bekend, worden veel gebruikt in veel terreinen van de industrie, in het bijzonder voor het lassen van metalen buizen en bijvoorbeeld spoorwegrails. Evenwel gaat hun gebruik in bepaalde gebieden niet vrij van met te res-15 pecteren voorschriften samenhangende problemen. Dit is vooral het geval voor het lassen van leidingen in onderzeese gebieden of aard-leidingen voor hoge druk voor het transport van olie of gas, waar de voorschriften zeer strikt zijn on voor de hand liggende veiligheidsredenen. Algemeen beschouwt schrijven al deze voorschriften 20 een niet-destructieve controle van de las na het lassen voor om fouten te ontdekken, in het bijzonder dichtsheidsfouten, zoals bijvoorbeeld sme1tgebreken op plaatsen van de las, de aanwezigheid van scheuren, van insluitingen met vervuilende producten zoals slakken, wolfraam en koper, gaszakken, enzovoort. De voor elk van deze fou-25 ten acceptabele afmetingen zijn zeer precies gespecificeerd door deze voorschriften om de acceptatie of de afkeuring van een las vast te stellen, onder beschouwing voor elke ontdekte fout van zijn eigenschap, zijn uitstrekking of zijn volume en zijn herhaling. Ter informatie, deze voorschriften zijn bekend door de afkortingen API, 30 1104 voor de Verenigde Staten van Amerika, DNV 1981 voor de exploi tatie vain zeebodems in de Noordzee, BS 4515 1984 voor Groot Brit-tannië en genaamd GAZ DE FRANCE Frankrijk.

8803 138; * * - 2 -

De lascontrolesystemen, vooral door röntgen- of gammastralen, of door ultrageluid, zijn ingesteld en zij maken het mogelijk om een beeld van de las te verkrijgen, waarvan de analyse het mogelijk maakt te besluiten over de acceptatie of de afkeuring 5 daarvan volgens de door voorschriften gespecificeerde waarden, welke beslissing eventueel gecompleteerd kan worden door mechanische proeven.

Ook al laten al deze tot op heden bekende controlesystemen zich met succes toepassen op lassen, die verkregen worden 10 met inbreng van materiaal, door voortgang van een smeltbad, zoals bijvoorbeeld lassen met electrische boog, deze controlesystemen blijken echter ondoeltreffend in het geval van door druklaswerkwij-ze verkregen lassen. In feite zorgt de aanbrenging van een druk-spanning na verwarming op een voorafbepaalde temperatuur nabij de 15 1100°C voor het staal ervoor, dat de lasfouten, die voortkomen uit een gebrek in de verbinding tussen de twee te lassen vlakken, sterk samengedrukt worden en vlak worden. De ervaring leert dat deze voornoemde, vooral op het bestaan van dichtheidsverschillen gebaseerde controlesystemen het mogelijk maken volumefouten, dat wil 20 zeggen fouten met een bepaald volume, te ontdekken, maar het niet mogelijk maken deze zelfde fouten de ontdekken wanneer deze eenmaal samengedrukt zijn.

Het doel van de uitvinding is om het probleem van een niet-destructieve controle van een door druk gerealiseerde las, 25 in het bijzonder op smeedtemperatuur, op te lossen onder het volmaakt detecteerbaar houden van de fouten van de las.

Met dit doel stelt de uitvinding een werkwijze voor, voor het op niet-destructieve wijze controleren van een las, die gemaakt is door het druklassen in de warmte van twee metalen 30 delen, van het type dat het na het lassen aanbrengen van een trek-spanning loodrecht op het verbindingsoppervlak, aan weerszijden daarvan, omvat om de op het verbindingsoppervlak aanwezige fouten te vergroten, met het kenmerk, dat de werkwijze omvat het aanbrengen van de trekspanning in de warmte tussen een maximale, nabij de 35 lastemperatuur gelegen temperatuur en een minimale temperatuur, 88031387 * f' τ1 1 - 3 - alsmede het detecteren van de op een volume gehouden fouten door een op zich bekend controlestelsel.

Volgens een andere uitvoering van de uitvinding is de minimale teaperatuur, waarop de trekspanning aangebracht wordt, 5 zodanig dat de elasticiteitsgrens van het de delen vormende metaal ligt tussen 20% en 80% van de elasticiteitsgrens van dat metaal in de koude.

Volgens een andere voordelige uitvoering van de uitvinding omvat de werkwijze, tijdens het lassen, het verhogen van 10 de temperatuur van het verbindingsvlak van de te lassen delen tot een tenperatuur van in de orde van bijvoorbeeld 100°C, en het aanbrengen van een trekspanning in de warmte wanneer de temperatuur van het verbindingsvlak weer gedaald is tot een tenperatuur van tussen de 400 en 800°C, vooral voor metalen delen die bijvoorbeeld 15 van staal zijn.

Dankzij deze verschillende uitvoeringen, maakt de uitvinding het mogelijk om gebruik te maken van bekende systemen voor het controleren van lassen die gemaakt zijn door druklaswerk-wijzen, vooral op smeedtemperatuur, en het toepassen van deze las-20 werkwijzen voor de bouw van gaspijpleidingen en oliepijpleidingen, die gevormd zijn door de samenvoeging van hogedrukleidingen.

Andere voordelen, kenmerken en details van de uitvinding zullen naar voren komen uit de verklarende beschrijving die hierna volgt onder verwijzing naar de bijgevoegde tekeningen, die 25 slechts bij wijze van voorbeeld gegeven zijn en waarin: figuur 1 een schematisch perspectivisch aanzicht is van de werkwijze volgens de uitvinding voor het lassen van twee metalen leidingen; figuur 2 een grafiek, is waarvan de kromme de va-30 riaties weergeeft van de verhouding tussen de waarde van de elasticiteitsgrens van een koolstofstaal op de temperatuur T en de waarde van de elasticiteitsgrens van ditzelfde staal in de koude; figuur 3 een grafiek is, waarvan de verschillende krommen de ontwikkeling van de temperatuur weergeven in het verbin-35 dingsvlak van de leidingen tijdens het lassen; en

8803 138.V

* * - 4 - figuur 4 een grafiek is waarvan de verschillende krommen de verdeling weergeven van de temperaturen aan weerszijden van het verbindingsvlak van de leidingen, op verschillende ogenblikken.

5 De werkwijze volgens de uitvinding zal bij wijze van voorbeeld toegepast worden op de controle van de lassen van een oliepijpleiding, bijvoorbeeld gevormd door de opeenvolgende samenvoeging van buisvormige stalen delen of leidingen, die tegen elkaar gelast zijn door een op zich bekende druklaswerkwijze, en meer in 10 het bijzonder door een druklaswerkwijze op smeedtemperatuur.

Onder verwijzing naar figuur 1 en voor schematische illustratie van het principe van de controlewerkwijze volgens de uitvinding bij een toepassing van het voornoemde type, is de laatste gelaste leiding 2 van een oliepijpleiding 1 weergegeven, waarop 15 de volgende leiding 3 aangesloten wordt, zoals hierna beschreven wordt.

De laswerkwijze bestaat, in het begin of tijdens de verwarming, uit het plaatsen van de leiding 3 in de hartlijn van de leiding 2, het met elkaar in contact brengen van de een met de an-20 der en het verwarmen van hun verbindingsoppervlak of contactoppervlak, dat een verbindingsvlak P bepaalt, tot een vastgestelde temperatuur die ligt tussen de 1100°C en 1300C°, dat wil zeggen op een temperatuur nabij de smelting van het staal. De verwarming wordt bewerkstelligd door gebruikelijke werkwijzen, zoals bijvoorbeeld 25 door weerstand, inductie, vonkverspaning of wrijving.

Eenmaal deze verwarmingstemperatuur bereikt, zo ongeveer na 60 seconden, vervolgt men in een tweede stap met de smeedhandeling, die bestaat uit het gedurende enkele seconden ter hoogte van het verbindingsoppervlak 4 aanbrengen van een smeeddruk 30 zoals een drukspanning in de orde van 10 kg/mm2, loodrecht op het verbindingsvlak P zoals aangeduid door de pijlen F1 van de figuur 1.

Na het aanbrengen van de smeeddruk worden de eventueel in de aan weerszijden van het verbindingsvlak P van de lei-35 dingen 2, 3 gelaste zone aanwezige fouten 4 samengedrukt en worden 8403 1387 i - 5 - de fouten vlak. Bij wijze van voorbeeld zijn deze fouten in hoofdzaak dichtsheidsfouten zoals niet voltooide smeltzones, de aanwezigheid van scheuren/ van insluitingen van vervuilende producten zoals slakken of tijdens de smelting gevormde oxides, van gaszak-5 ken, enzovoort· Hoewel deze fouten van verschillende aard zijn, zijn zij in de figuur 1 gegroepeerd onder het verwijzingscijfer 5.

Volgens de controlewerkwijze volgens de uitvinding bestaat de werkwijze uit het na verwarming en aanbrenging van de drukspanning, bewerkstelligen van een mechanische behandeling van 10 het verbindingsoppervlak 4 tussen de leidingen 2 en 3, teneinde een verbreking van de samenhang van de slecht gelaste zones te verkrijgen, voor het transformeren van de platte fouten 5 naar fouten met en volume.

Deze mechanische behandeling bestaat op voordelige 15 wijze uit een loodrecht op het contactoppervlak 4 tussen de leidingen 2 en 3 aangebrachte trekspanning, zoals aangeduid met de pijlen F2 in figuur 1.

Op voordelige wijze wordt deze trekspanning aangebracht in de warmte, tijdens enkele seconden op een waarde nabij de 20 elasticiteitsgrens van het metaal, en wordt deze uitgeoefend wanneer de temperatuur van het contactoppervlak 4 tussen de geleidingen 2 en 3 opnieuw gedaald is tot een temperatuur van tussen de 400 en 800°C voor staal bijvoorbeeld.

Inderdaad is het voordelig om de trekspanning in de 25 warmte uit te oefenen om redenen die onder verwijzing naar figuur 2-4 uiteengezet gaan worden.

In figuur 2 geeft de kromme A de ontwikkeling weer van de waarde van de verhouding E tussen de elasticiteitsgrens op een temperatuur T en de waarde van de elasticiteitsgrens in de kou-30 de van een koolstof staal. Het onderzoek van de kromme A toont dat de waarde van deze verhouding vermindert als functie van de temperatuur en dat, naar de 600°C, de elasticiteitsgrens van het staal ongeveer 30% bedraagt van de waarde op 20°C. Anders gezegd heeft het aanbrengen van een trekspanning op een temperatuur van in de 35 orde van 600°C als voordeel de waarde van de trekspanning te be- 8803138: - 6 - grenzen tot een waarde van 15 kg/mrn^ bijvoorbeeld, terwijl deze waarde 45 kg/mm^ zou moeten zijn bij een omgevingstemperatuur van 20°C, dat wil zeggen aan het eind van de afkoelingsperiode van het contactoppervlak 4.

5 Op een algemene wijze wordt de trekspanning aange bracht om een verwarming tussen een maximale temperatuur, die overeenkomt met de lastemperatuur, dat wil zeggen de temperatuur waarop het contactoppervlak 4 gebracht wodt voor aanbrenging van de druk-spanning, en een minimale temperatuur zodat de elasticiteitsgrens 10 van het metaal ongeveer 80% bedraagt van de elasticiteitsgrens van dit metaal in de koude. Anders gezegd wordt de trekspanning aangebracht in de warmte, maar op een temperatuur die varieert als functie van de gebruikte staalsoorten.

Uit het feit dat de controle van de las van het 15 niet-destructieve type is, vloeit voort dat de waarde van de trek spanning die uitgeoefend wordt op het contactoppervlak 4 niet over een bepaalde waarde of grenswaarde, waarboven kans op breuk van de las tussen de leidingen 2 en 3 bestaat, heen mag gaan. Bij voorkeur is de waarde van de aangebrachte trekspanning gelegen in de nabij-20 heid van de elasticiteitsgrens van het metaal op de temperatuur van de gelaste zone, enigszins aan de ene kant, enigszins aan de andere kant van deze elasticiteitsgrens liggend, maar in alle gevallen lager dan de breukwaarde.

In figuur 3 tonen de verschillende krommen B1 tot 25 B5 de ontwikkeling in de tijd van de temperatuur op het verbin-dingsoppervlak 4 (kromme B1) en aan weerszijden van het contactoppervlak 4, op een afstand daarvan van 0,5 cm (kromme B2), 1 cm (kromme B3), 5 cm (kromme B4) en 10 cm (kromme B5), respectievelijk.

30 In figuur 4 tonen de verschillende krommen C1 tot C5 respectievelijk de verdeling van de temperaturen aan weerzijden van het verbindingsoppervlak 4 tussen de leidingen 2 en 3 op verschillende ogenblikken, waarbij het eerste ogenblik overeenkomt met het einde van het verwarmen van het verbindingsoppervlak 4. De 35 krommen C1-C5 komen respectievelijk overeen met de verstreken pe- 880313 8.' > - 7 - rioden van 60 seconden, 80 seconden, 95 seconden, 110 seconden en 125 seconden.

Beschouwing van de krommen van de figuren 3 en 4 toont dat, als functie van de ontwikkeling van de temperatuur op 5 het contactoppervlak 4, dat wil zeggen van de gelaste zone (figuur 3), en de verdeling van de tengperaturen aan weerszijden van het contactoppervlak 4 (figuur 4), voor een gegeven trekspanning het gewenste verlengingseffect in hoofdzaak aan het contactoppervlak 4 verkregen wordt, dat wil zeggen in de gelaste zone die de meest 10 verhoogde temperatuur vertoont.

De aanbrenging van de trekspanning maakt het dus mogelijk een de vlakke fouten 5 te transformeren tot fouten met een volume, die volmaakt detecteerbaar blijken te zijn door op zich bekend controlesystemen. Deze systemen zijn bijvoorbeeld die, welke 15 controleren met behulp van röntgenstraling of gammastraling met ultrageluid, met uitslag, met magnetoscopie, enzovoort. Deze verschillende systemen onderzoeken de las en geven een beeld waarvan van de visuele analyse het mogelijk maakt vast te stellen of de gedetecteerde fouten al of niet, als functie van hun afmetingen, 20 voldoen aan de door de voorschriften gespecificeerde waarden om te besluiten tot de acceptatie of de afkeuring van de las.

De voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding benodigde middelen liggen binnen het bereik van de deskundige. Bij wijze van voorbeeld is één van de middelen voor het 25 aanbrengen van de trekspanning in de warmte na het smeden (samen-drukspanning) het gebruik van een eenvoudige vijzel met geregelde kracht en/of geregelde verplaatsing. Ondertussen is het bij de druklaswerkwijzen gebruikelijk om over te gaan tot het gebruik van een of meerdere duwvijzels voor het aanbrengen van de drukspanning 30 tijdens het smeden. Aldus, gebruikmakend van vijzels met dubbele werking, kunnen deze zelfde vijzels op voordelige wijze gebruikt worden voor het aanbrengen van de trekspanning volgens de uitvinding. De bediening voor het aanbrengen van de trekspanning kan op voordelige wijze een regeling omvatten tussen de parameterswaarde 35 van de trek, verlenging van het metaal, tijd van aanbrenging van 8803138.

- 8 - de spanning en de temperatuur waarop deze spanning optreedt, om vooral rekening te houden met de aard van de staalsoorten die de leidingen 2 en 3 vormen.

De controlewerkwijze volgens de uitvinding is toe-5 pasbaar op de bouw van oliepijpleidingen en gaspijpleidingen, en meer in het algemeen op lassen van hoge drukleidingen, en biedt zeer interessante perspectieven, vooral voor wat betreft de middelen die nodig zijn voor het uitvoeren daarvan en die geen reeds voor een dergelijke constructie benodigde zware en kostbare midde-10 len verzwaren.

Goed begrepen is de uitvinding niet beperkt tot het hiervoor beschreven voorbeeld, maar omvat de uitvinding alle varianten die gebaseerd zijn op het principe, dat bestaat uit het door een trekspanning vergroten van de fouten van een las, volgend 15 op het smeden in het geval van een door druklassen verkregen las.

Daarenboven is de werkwijze volgens de uitvinding meer in het bijzonder toegepast op een druklaswerkwijze op smeedtemperatuur, maar in het algemeen is de uitvinding toepasbaar op alle werkwijzen voor het druklassen van twee metalen stukken met of zonder tussen deze 20 delen aangebrachte ruimte, met of zonder druk voorafgaande aan het aandrukken, waarbij het verbindingsoppervlak tussen deze twee delen willekeurig kan zijn.

8803138.

Claims

1. Werkwijze voor het op niet-destructieve wijze controleren van een las, die gemaakt is door druklassen in de warmte van twee metalen delen, waarbij het lassen omvat het verwarmen van de metalen delen ter plaatse van hun verbindingsoppervlak tot 5 een voorafbepaalde temperatuur en het aanbrengen van een smeeddruk, zoals een voorafbepaalde drukspanning, loodrecht op het verbin-dingsoppervlak, waarbij de werkwijze het vervolgens, na het lassen, aanbrengen van een trekspanning loodrecht op het verbindingsoppervlak aan weerszijden daarvan omvat om de op het verbindingsopper-10 vlak aanwezige fouten te vergroten, met het kenmerk, dat de werkwijze omvat het aanbrengen van de trekspanning (F2) in de warmte tussen een maximale, nabij de lastemperatuur gelegen temperatuur en een minimale tenderatuur, alsmede het detecteren van de op een volume gebrachte fouten (5) door een op zich bekend controlestel-15 sel.

2· Controlewerkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de minimale temperatuur waarop de trekspanning (F2) aangebracht wordt, zodanig is dat de elasticiteitsgrens van het metaal, dat de delen (2, 3) vormt, gelegen is tussen de 20% en 80% 20 van de elasticiteitsgrens van het metaal in de koude·

3. Controlewerkwijze volgens conclusie 1 of 2, gwlronmarkt door het aanbrengen van de trekspanning (F2) op een waarde, die ligt nabij de elasticiteitsgrens van het metaal in de gelaste zone waar de temperatuur het hoogst is.

4. Controlewerkwijze volgens conclusie 1 of 2, ijriirnfimnrirt door het toepassen van de trekspanning (F2) op een waarde, die zodanig is dat de elasticiteitsgrens van het metaal tenminste plaatselijk overschreden wordt in de gelaste zone waar de temperatuur het hoogst is. 8803 1 r > -/2)-

5. Controlewerkwijze volgens één der conclusies 1-4, gekenmerkt door het verhogen van de temperatuur van de delen (2, 3) tot een temperatuur in de orde van 1100°C en het aanbrengen van de trekspanning (F2) in de warmte wanneer de temperatuur van het verbindingsoppervlak (4) tussen 400 en 800°C ligt.

6. Controlwerkwijze volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de metalen delen (2, 3) van staal zijn. -o-o-o-o-o-o-o- 8803 1387