RU2229968C1

RU2229968C1 - Method for welding tube butts at making pipelines

Info

Publication number: RU2229968C1
Application number: RU2003105518/02A
Authority: RU
Inventors: В.И. Хоменко (RU); В.И. Хоменко; Сергей Иванович Кучук-Яценко (UA); Сергей Иванович Кучук-Яценко; Борис Иванович Казымов (UA); Борис Иванович Казымов; Василий Феодосиевич Загадарчук (UA); Василий Феодосиевич Загадарчук; К.П. Быковец (RU); К.П. Быковец
Original assignee: Хоменко Владимир Иванович
Priority date: 2003-02-27
Filing date: 2003-02-27
Publication date: 2004-06-10

Abstract

FIELD: processes for welding butts of large and small diameter tubes at making pipelines. SUBSTANCE: method comprises steps of dressing edges of welded parts at blunting them; selecting blunting value depending upon steel kind, wall thickness of welded tubes, heat absorption at electric arc welding and rate of pipeline erection according to relation d/s is less than 0.5, where d - blunting value, s - wall thickness of welded of tubes; making root seam by electric resistance flash welding. EFFECT: intensified rate of pipeline erection, enhanced effectiveness of welding-mounting operations, lowered quantity of operators, decreased consumption of welding materials, high quality of welded joint. 6 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к способам сварки стыков трубопроводов и может найти применение при строительстве магистральных, промысловых и морских трубопроводов как большого, так и малого диаметров с большими толщинами стенок труб, в нефтяной и газовой промышленности.The invention relates to methods for welding joints of pipelines and can find application in the construction of trunk, field and offshore pipelines of both large and small diameters with large wall thicknesses of pipes, in the oil and gas industry.

Известны способы сварки трубопроводов большого диаметра стыковой электроконтактной сваркой труб в непрерывную нитку (см., например, SU 938488, В 23 К 11/04, 30.11.1983 или SU 541615, В 23 К 31/02, 15.03.1977 или SU 904940, В 23 К 11/04 // В 23 К 101:06, 18.02.1982). Использование стыковой электроконтактной сварки оплавлением ограничено диапазоном труб, которые можно сварить данным методом, так как для сварки труб большого диаметра с большой толщиной стенки требуются значительные мощности как для процесса оплавления, так и для процесса осадки: например, для сварки труб диаметром 1420 мм с толщиной стенки 20 мм при чистом времени сварки одного стыка 3,5-5,0 мин потребуется электростанция мощностью 1000 кВт, а для тех же труб с толщиной стенки 25 мм - 1500 кВт. Кроме того, имеются конструктивные трудности в создании сварочной машины, способной проходить кривые участки трубопровода.Known methods for welding large diameter pipelines by butt electric contact welding of pipes into a continuous thread (see, for example, SU 938488, 23 K 11/04, 11/30/1983, or SU 541615, 23 K 31/02, 03/15/1977, or SU 904940, 23 K 11/04 // 23 K 101: 06, 02/18/1982). The use of butt flash welding is limited by the range of pipes that can be welded using this method, since welding large diameter pipes with a large wall thickness requires significant power for both the reflow process and the upsetting process: for example, for welding pipes with a diameter of 1420 mm with a thickness walls of 20 mm with a net welding time of one joint of 3.5-5.0 min, a power plant with a capacity of 1000 kW will be required, and for the same pipes with a wall thickness of 25 mm - 1500 kW. In addition, there are structural difficulties in creating a welding machine capable of passing through curved sections of the pipeline.

Известны способы изготовления трубопроводов дуговыми методами сварки, таким как ручная дуговая штучными электродами, полуавтоматическая сварка порошковой проволокой, автоматическая сварка в среде защитных газов и под флюсом и т.д. (см. например, “Руководящие технические материалы по сварке, термообработке и контролю трубных систем котлов и трубопроводов при монтаже и ремонте оборудования тепловых электростанций” (РТМ-1С-81), Минэнерго СССР. - М.: Энергоиздат, 1982, с.24-46, 50, 54, 65-70). Однако дуговые методы сварки имеют относительно низкую производительности, сложность выполнения корневого шва и в связи с этим низкий темп строительства трубопроводов. При реализации дуговых методов сварки требуется потребление большого количества расходуемых сварочных материалов. Для обеспечения высокого темпа строительства трубопроводов требуется большое количество обслуживающего персонала. При отрицательных температурах окружающего воздуха требуется проведение предварительного подогрева труб перед сваркой.Known methods for the manufacture of pipelines by arc welding methods, such as manual arc piece electrodes, semi-automatic cored wire welding, automatic welding in shielding gases and submerged arc, etc. (see, for example, “Guiding technical materials for welding, heat treatment and control of pipe systems of boilers and pipelines during installation and repair of equipment of thermal power plants” (RTM-1C-81), USSR Ministry of Energy. - M .: Energoizdat, 1982, p.24 -46, 50, 54, 65-70). However, arc welding methods have a relatively low productivity, the complexity of the root weld and, therefore, the low rate of pipeline construction. When implementing arc welding methods, the consumption of a large amount of consumable welding materials is required. To ensure a high rate of pipeline construction, a large number of staff are required. At low ambient temperatures, pre-heating of the pipes before welding is required.

При автоматической сварке труб в среде защитных газов темп строительства трубопроводов определяется временем сварки корневого шва, которое может составлять в зависимости от применяемого оборудования (например, фирмы CRC EVANS) до 5 минут, причем дальнейшее сокращение этого времени не представляется возможным при данной технологии.In automatic pipe welding in a shielding gas environment, the construction rate of pipelines is determined by the time of root weld welding, which can be up to 5 minutes, depending on the equipment used (for example, CRC EVANS), and further reduction of this time is not possible with this technology.

Наиболее близким к данному изобретению принят известный способ сварки стыков труб при изготовлении трубопроводов, включающий выполнение разделки кромок концов свариваемых труб с притуплением, сборку стыка, центрирование, сварку сначала корневого шва и затем заполнением оставшейся части разделки электродуговой сваркой (см. например., О′Donnell John P.Automatic welding at sea. “Oil and Gas. J”, 1971,69, № 16, 114-116, 121-122, 125). Данному способу присущи все вышеприведенные в отношении электродуговых способ сварки недостатки.Closest to this invention, a well-known method for welding pipe joints in the manufacture of pipelines is adopted, including cutting the edges of the ends of the pipes to be welded with blunting, assembling the joint, centering, first welding the root seam and then filling the remaining part of the cutting with electric arc welding (see, for example, O ′ Donnell John P. Automatic welding at sea. “Oil and Gas. J”, 1971.69, No. 16, 114-116, 121-122, 125). This method is characterized by all of the above disadvantages with respect to the electric arc welding method.

В основу изобретения поставлена задача разработать способ сварки трубопроводов, обеспечивающий высокий темп строительства трубопроводов и повышение производительности труда на сварочно-монтажных работах, сокращающий количество обслуживающего персонала и расход сварочных материалов при высоком качестве сварного соединения.The basis of the invention is the task to develop a method for welding pipelines, ensuring a high rate of pipeline construction and increasing labor productivity in welding and installation works, reducing the number of staff and the consumption of welding materials with high quality welded joints.

Для этого способ сварки стыков труб при изготовлении трубопроводов осуществляют следующим образом: выполняют разделку кромок концов свариваемых труб с притуплением, сборку стыка, центрирование, сварку сначала корневого шва и затем заполнение оставшейся части разделки электродуговой сваркой, выполнение корневого шва осуществляют электроконтактной сваркой оплавлением, заполнение оставшейся части разделки электродуговой сваркой начинают при температуре заваренного электроконтактной сваркой корневого шва, соответствующей выбранной технологии, а разделку кромок выполняют с притуплением толщиной “d”, которую определяют в зависимости от марки стали, толщины свариваемых труб, величины тепловложения при электродуговой сварке и темпа строительства трубопровода в соответствии с соотношением d/s<0,5, при этом внутреннюю поверхность концов труб протачивают на длине b=l_опл/2 до диаметра D=(D_max+6), исключая овальность и допуски на разностенность и диаметры труб, следующий за ним участок длиной α≥(l_осад/2-l_осад) протачивают на конус, выполняя плавный переход от цилиндрической части к конусной, а со стороны наружной поверхности трубы протачивают на длине L=(t+l_опл/2+l_осад/2), где s - толщина стенки свариваемых труб, мм; l_опл - общая длина оплавляемых участков труб в процессе электроконтактной сварки корня шва, мм; l_осад - общая длина осаживаемых участков труб в процессе электроконтактной сварки корня шва, мм; D_max - максимальный внутренний диаметр из пары свариваемых труб, мм, t - величина, зависящая от способа заполнения оставшейся части разделки, мм.To this end, the method of welding pipe joints in the manufacture of pipelines is as follows: they perform the cutting of the edges of the ends of the pipes to be welded with blunting, assembly of the joint, centering, first welding of the root seam and then filling the remaining part of the groove with electric arc welding, the root weld is carried out by electric contact flash welding, filling the remaining parts for cutting by electric arc welding begin at the temperature of the root weld welded by electrical welding, corresponding to the selected technology, and the cutting of edges is performed with blunting with a thickness of “d”, which is determined depending on the grade of steel, the thickness of the pipes being welded, the heat input during electric arc welding and the rate of construction of the pipeline in accordance with the ratio d / s <0.5, while the inner surface the ends of the pipes are machined over a length b = l _opl / 2 to a diameter of D = (D _max +6), excluding ovality and tolerances on the difference and diameters of the pipes, the next section of length α≥ (l _siege / 2-l _siege ) is machined on cone, making a smooth transition from cylindrical cha ti to cone, and from the outer surface of the tube to eat through the length of L = (t + l _PLA / 2 + l _siege / 2), where s - the wall thickness of the welded pipes, mm; l _Opl - the total length of the melted pipe sections in the process of electrical contact welding of the root of the seam, mm; l _siege - the total length of the upset pipe sections in the process of electrical contact welding of the root of the seam, mm; D _max is the maximum inner diameter of a pair of pipes to be welded, mm, t is a value depending on the method of filling the remaining part of the groove, mm.

Заполнение основной части разделки выполняют полуавтоматической сваркой порошковой проволокой, или заполнение основной части разделки выполняют автоматической сваркой в среде защитных газов.The filling of the main part of the groove is performed by semi-automatic welding with flux-cored wire, or the filling of the main part of the groove is performed by automatic welding in a protective gas environment.

После выполнения сварки корня шва электроконтактной сваркой удаляют наружный и внутренний грат.After welding the weld root by electric contact welding, the external and internal grata are removed.

На концах участков притупления выполняют фаски.At the ends of the blunting sections, chamfers are performed.

На фиг.1 представлена разделка кромок труб под сварку; на фиг.2 - свариваемый стык после выполнения корневого шва; на фиг.3 - полученное сварное соединение труб; при этом приняты следующие обозначения: s - толщина свариваемых труб, L - длина участка притупления, наружная поверхность которого параллельна оси свариваемой трубы, d - толщина притупления постоянного сечения, предназначенная для процесса оплавления при выполнении стыковой контактной сварки, b - длина участка постоянного сечения, предназначенного для процесса оплавления, а - длина конусного участка, h - высота основной части разделки труб, заполняемая электродуговой сваркой, D_max - максимальный внутренний диаметр одной из пары свариваемых труб, D - диаметр расточенной части трубы, t - величина, зависящая от способа заполнения оставшейся части разделки, мм.Figure 1 shows the cutting edges of the pipes for welding; figure 2 - the welded joint after performing the root seam; figure 3 - the resulting welded joint of pipes; the following notations are used: s is the thickness of the pipes being welded, L is the length of the blunting section, the outer surface of which is parallel to the axis of the pipe being welded, d is the thickness of the blunting of a constant section, designed for the fusion process when performing flash butt welding, b is the length of the section of a constant section, designed for reflow process, and - the length of the tapered portion, h - the height of the main body of cutting a pipe, filled by arc welding, D _max - maximum inner diameter of one of the pair of weldable tr b, D - diameter of the bore of the tube, t - quantity depending on the method of filling the remainder of the dressing, mm.

Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.

Сначала обрабатывают концы труб, выполняя разделку кромок с притуплением. Притупление выполняют толщиной d, которую назначают в зависимости от толщины свариваемых труб, марки стали труб, величины тепловложения дуговых методов сварки и темпа строительства трубопровода, при этом d/s<0,5, где s - толщина стенки трубы. Притупление выполняют в виде участка длиной L=t+l_опл/2+l_осад/2. С наружной стороны трубы протачивают до образования участка постоянного сечения. С внутренней стороны концы труб протачивают на длине b=l_опл/2 до диаметра (D_mах+6), исключая их овальность и допуски на разностенность, и выполняют плавную бесступенчатую конусную расточку длиной α≥(l_осад/2-l_осад) в зависимости от геометрии трубы. Конусный переход выполняют под углом к плоскости, перпендикулярной оси трубы, в соответствии с требованиями дуговых методов сварки (см. фиг.1). При выполнении разделки кромок на станке с орбитальным перемещением резцовых головок обеспечивается геометрия соединяемых торцов без недопустимых смещений кромок относительно стыкуемых труб. После разделки кромок трубы центрируют и осуществляют электроконтактную сварку оплавлением корня шва, при этом процесс оплавления осуществляют за счет участка постоянного сечения длиной “b”, а процесс осадки выполняют за счет конусного участка “a”. Наружный и внутренний грат, образующийся в процессе сварки, легко удаляют любыми известными способами, так как его величина незначительна и не превышает 3 мм. Наружный грат переплавляют в процессе заполнения оставшейся части разделки электродуговой полуавтоматической сваркой порошковой проволокой. Так как заполнение разделки осуществляют сразу же после выполнения электроконтактной сварки оплавлением корня шва при температуре, соответствующей выбранной технологии, то не требуется дополнительного предварительного подогрева, что является более экономичным по сравнению с известными способами. В процессе же заполнения основной разделки одновременно происходит термообработка ранее сваренного корня шва. Количество сварочных материалов в 1,5-2 раза потребляется меньше, чем при обычной известной технологии дуговой сварки. Последующий контроль полученных соединений труб показывает их высокое качество, величина ударной вязкости таких соединений превосходит ударную вязкость стыков труб, сваренных стыковой электроконтактной сваркой оплавлением, что гарантирует большую надежность изготовленного трубопровода.First, the ends of the pipes are processed, cutting the edges with blunting. Blunting is performed with a thickness d, which is assigned depending on the thickness of the pipes being welded, the steel grade of the pipes, the heat input value of the arc welding methods and the construction rate of the pipeline, with d / s <0.5, where s is the pipe wall thickness. Blunting is performed in the form of a section of length L = t + l _opt / 2 + l _sediment / 2. From the outside, the pipes are machined until a constant section is formed. On the inner side, the ends of the pipes are machined along a length b = l _opt / 2 to a diameter (D _max +6), excluding their ovality and tolerance for difference, and a smooth, stepless conical bore of length α≥ (l _siege / 2-l _siege ) in depending on the geometry of the pipe. The conical transition is performed at an angle to a plane perpendicular to the axis of the pipe, in accordance with the requirements of arc welding methods (see figure 1). When cutting edges on a machine with orbital movement of the cutting heads, the geometry of the connected ends is provided without unacceptable displacements of the edges relative to the joined pipes. After cutting the edges of the pipe, they center and conduct electric contact welding by fusion of the root of the seam, while the process of melting is carried out at the expense of a constant section with a length of “b”, and the upsetting process is carried out at the expense of a conical section “a”. The outer and inner burrs formed during the welding process are easily removed by any known methods, since its value is negligible and does not exceed 3 mm. The external burr is remelted in the process of filling the remaining part of the groove with semi-automatic arc welding with flux-cored wire. Since filling the grooves is carried out immediately after performing electric contact welding by fusion of the root of the seam at a temperature corresponding to the selected technology, additional preliminary heating is not required, which is more economical in comparison with the known methods. In the process of filling the main groove, heat treatment of the previously welded root of the seam takes place simultaneously. The amount of welding consumables is 1.5-2 times less than with conventional conventional arc welding technology. Subsequent control of the obtained pipe joints shows their high quality, the impact strength of such compounds exceeds the impact strength of pipe joints welded by flash butt welding, which guarantees greater reliability of the manufactured pipeline.

Claims

1. A method of welding pipe joints in the manufacture of pipelines, including cutting the edges of the ends of the pipes to be welded with blunting, assembling the joint, centering, first welding the root seam and then filling the remaining part of the groove with electric arc welding, characterized in that the root weld is carried out by flash welding, filling of the remaining part of the groove begins at the temperature of the root seam welded by electrical welding, and the cutting of the edges is performed with blunting of thickness d, the second one is determined depending on the grade of steel, the thickness of the pipes to be welded, the heat input during electric arc welding, and the rate of construction of the pipeline in accordance with the ratio d / s <0.5, while the inner surface of the pipe ends is pierced along a length b = 1 _opl / 2 to a diameter D = (D _max +6), excluding ovality and tolerances on the difference and pipe diameters, the next section of length α≥ (1 _siege / 2-1 _siege ) is machined onto the cone, making a smooth transition from the cylindrical part to the inner surface of the pipe, and from the outer surface to eat through a length L = (t + 1 _PLA / 2 + 1 _siege / 2), where s - the wall thickness of the welded pipes, mm; 1 _opl - the total length of the melted pipe sections in the process of electrical contact welding of the root of the seam, mm; 1 _siege - the total length of the upset pipe sections in the process of electrical contact welding of the root of the seam, mm; D _max - the maximum inner diameter of one of a pair of welded pipes, mm; t is a value depending on the method of filling the remaining part of the groove, mm.

2. The method according to claim 1, characterized in that at the ends of the blunting sections, chamfers are performed.

3. The method according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the remaining part of the cutting is filled by semi-automatic welding with flux-cored wire.

4. The method according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the remaining part of the cutting is filled by automatic welding in a protective gas environment.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that after performing the welding of the root of the seam by external contact welding, the external and internal burrs are removed.

6. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that after welding of the root of the seam by electric contact welding, the internal bead is removed.