RU2757447C1 - Method for welding large diameter straight-seam pipes - Google Patents

Method for welding large diameter straight-seam pipes Download PDF

Info

Publication number
RU2757447C1
RU2757447C1 RU2020142131A RU2020142131A RU2757447C1 RU 2757447 C1 RU2757447 C1 RU 2757447C1 RU 2020142131 A RU2020142131 A RU 2020142131A RU 2020142131 A RU2020142131 A RU 2020142131A RU 2757447 C1 RU2757447 C1 RU 2757447C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
seam
welding
technological
welded
pipes
Prior art date
Application number
RU2020142131A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Борисович Фрункин
Original Assignee
Дмитрий Борисович Фрункин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Дмитрий Борисович Фрункин filed Critical Дмитрий Борисович Фрункин
Priority to RU2020142131A priority Critical patent/RU2757447C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2757447C1 publication Critical patent/RU2757447C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21CMANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
    • B21C37/08Making tubes with welded or soldered seams
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K31/00Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups
    • B23K31/02Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups relating to soldering or welding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K33/00Specially-profiled edge portions of workpieces for making soldering or welding connections; Filling the seams formed thereby
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/16Arc welding or cutting making use of shielding gas

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)
  • Butt Welding And Welding Of Specific Article (AREA)

Abstract

FIELD: pipe production.
SUBSTANCE: invention relates to pipe production, in particular to a method for welding a longitudinal seam of welded straight-seam pipes of large diameter. A longitudinal joint of a pipe is assembled in an assembly mill, welding of a connecting technological seam with a melting electrode in a protective gas medium, and subsequent welding of working outer and inner seams are carried out. First, the connecting technological seam is welded with a technological burner with the melting electrode in the protective gas medium. Then, after the crystallization of the technological seam, the first layer of an outer seam is welded directly on the assembly mill with the melting electrode in a mixture of argon-based protective gases by a burner, which is installed with an offset from the technological burner welding the connecting technological seam at a distance of 400÷1000 mm. Then, multi-arc submerged welding is carried out, first for an inner seam and then for the remaining part of the outer seam.
EFFECT: optimizing cooling rates to obtain the required phase composition of metal in the zone of thermal influence of the welded joint, which leads to an increase in the quality of resulting welded pipes.
1 cl, 2 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к трубному производству, в частности к трубоэлектросварочному производству, и может быть использовано при производстве прямошовных сварных труб большого диаметра. The invention relates to pipe production, in particular to electric-welded pipe production, and can be used in the production of longitudinal welded pipes of large diameter.

В настоящее время для строительства магистральных газопроводов применяются специализированные низколегированные трубные стали контролируемой прокатки. Применение таких сталей обусловлено целым рядом факторов, главный из которых состоит в удовлетворительной свариваемости при одновременном высоком уровне прочностных свойств. Удовлетворительная свариваемость обеспечивается умеренным содержанием легирующих элементов, так, что углеродный эквивалент, определяемый по формулеAt present, specialized low-alloy controlled rolling tube steels are used for the construction of trunk gas pipelines. The use of such steels is due to a number of factors, the main one of which is satisfactory weldability with a simultaneous high level of strength properties. Satisfactory weldability is ensured by a moderate content of alloying elements, so that the carbon equivalent, determined by the formula

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

где С, Mn, Сr, Mo, Ni, V - содержание соответствующих легирующих элементов в %, не превышает значения 0,45%. Высокий же уровень прочностных свойств обеспечивается, с одной стороны, наличием и требуемым содержанием легирующих элементов, способных образовать карбонитридную сетку, с другой, управляемой кинетикой процессов деформирования и охлаждения в ходе прокатки штрипсового листа. Упрощенно технологию изготовления листа контролируемой прокатки и сопряженного с процессом изготовления повышения механических свойств металла можно представить как сочетание наклепа и закалки. При этом, чем выше требования к прочностным свой свойствам (чем выше группа прочности), тем большее влияние оказывает закалка на свойства металла. Соответственно изменяется и фазовый состав стали. В таблице 1 показаны типичные минимальные требования к прочностным и упругопластическим свойствам трубных сталей групп прочности Х70, Х80, Х100 (по стандарту API 5L Американского нефтяного института).where C, Mn, Cr, Mo, Ni, V - the content of the corresponding alloying elements in%, does not exceed the value of 0.45%. A high level of strength properties is ensured, on the one hand, by the presence and the required content of alloying elements capable of forming a carbonitride network, and on the other hand, by the controlled kinetics of deformation and cooling processes during strip rolling. In a simplified way, the technology of manufacturing a sheet of controlled rolling and an increase in the mechanical properties of the metal associated with the manufacturing process can be represented as a combination of work hardening and hardening. Moreover, the higher the requirements for their strength properties (the higher the strength group), the greater the effect of hardening on the properties of the metal. The phase composition of the steel changes accordingly. Table 1 shows the typical minimum strength and elastoplastic requirements for X70, X80, X100 pipe steels (API 5L API).

Figure 00000002
Figure 00000002

Следует иметь в виду, что отечественные проектанты и потребители трубной продукции могут назначать собственные требования к механическим свойствам труб, причем как к основному металлу, так и к свойствам сварного соединения. Что же касается значений ударной вязкости (в таблице - работа удара), то очевидно - и это видно из таблицы, требования к данному параметру в большинстве случаев занижаются в связи с невозможностью получить в сварном соединении ударную вязкость на уровне основного металла. Вместе с тем, требования к равнопрочности сварного соединения основному металлу, т.е. соответствия фактического предела прочности сварного соединения минимальному требованию к пределу прочности основного металла, сохраняются и вполне реализуемы. Значения ударной вязкости косвенно отражают работоспособность металла в условиях низких температур и ударных нагрузок, что весьма актуально для отечественных магистральных газопроводов, прокладываемых в заполярных зонах территории России, а также в сейсмоактивных районах. На сегодняшний день потребители труб - строители и эксплуатанты магистральных газопроводов - в целях снижения издержек на транспортировку труб к местам монтажа, а также для удешевления самих строительно-монтажных работ, за счет снижения металлоемкости трубопроводов, ужесточают требования к прочностным свойства труб, повышая группу прочности. Вместе с тем, как было указано выше, по мере увеличения прочности металла труб, повышается роль термической составляющей в формировании комплекса свойств металла, изменяется и фазовый состав металла. Если стали группы прочности Х70 и ниже могут иметь феррито-перлитную структуру [1], то сталь группы прочности Х80 (отечественный аналог К65), как отмечается в патенте РФ № 2 615 667 (C21D 8/02 006.01) C22C 38/00 (2006.01), опубл. 06.04.2017), имеет преимущественно бейнитную структуру, с содержанием дисперсного феррита не более 20%. В данной стали допускается содержание перлита не более 5%. Очевидно, что трубная сталь группы прочности Х100 имеет полностью бейнитную структуру. Химический состав всех отечественных трубных сталей за исключением случаев, когда требуются специальные свойства, например, стойкость к водородному коррозионному растрескиванию, разработан на базе сталей марок 10Г2ФБ, 09Г2ФБЮ, 10Г2ФБЮ. При этом вариации обусловлены не столько необходимостью, сколько особенностями и технологическими возможностями конкретных производств. В таблице 2 приведен сравнительный химсостав стали 10Г2ФБЮ по ГОСТ 19281-2014 и стали, указанной в патенте РФ № 2 615 667.It should be borne in mind that domestic designers and consumers of pipe products can assign their own requirements to the mechanical properties of pipes, both to the base metal and to the properties of the welded joint. As for the values of impact strength (in the table - the work of impact), it is obvious - and this can be seen from the table, the requirements for this parameter in most cases are underestimated due to the impossibility of obtaining impact strength in the welded joint at the level of the base metal. At the same time, the requirements for the equal strength of the welded joint to the base metal, i.e. compliance of the actual tensile strength of the welded joint with the minimum requirement for the tensile strength of the base metal are preserved and are quite realizable. Impact toughness values indirectly reflect the operability of the metal under conditions of low temperatures and shock loads, which is very important for domestic gas pipelines laid in the polar zones of the territory of Russia, as well as in seismically active regions. Today, pipe consumers - builders and operators of main gas pipelines - in order to reduce the costs of transporting pipes to the installation sites, as well as to reduce the cost of the construction and installation works themselves, by reducing the metal consumption of pipelines, tighten the requirements for the strength properties of pipes, increasing the strength group. At the same time, as mentioned above, as the strength of the pipe metal increases, the role of the thermal component in the formation of the complex of metal properties increases, and the phase composition of the metal also changes. If steels of strength group X70 and below can have a ferrite-pearlite structure [1], then steel of strength group X80 (domestic analogue of K65), as noted in RF patent No. 2 615 667 (C21D 8/02 006.01) C22C 38/00 (2006.01 ), publ. 04/06/2017), has a predominantly bainitic structure, with a dispersed ferrite content of no more than 20%. In this steel, a pearlite content of not more than 5% is allowed. It is obvious that pipe steel of the X100 strength group has a completely bainitic structure. The chemical composition of all domestic pipe steels, except for cases when special properties are required, for example, resistance to hydrogen corrosion cracking, is developed on the basis of steels of grades 10G2FB, 09G2FBYU, 10G2FBYU. At the same time, the variations are due not so much to the need as to the features and technological capabilities of specific industries. Table 2 shows the comparative chemical composition of steel 10G2FBYU in accordance with GOST 19281-2014 and steel specified in the patent of the Russian Federation No. 2 615 667.

Figure 00000003
Figure 00000003

Как видно из таблицы, в запатентованном химсоставе стали по сравнению с «типовым» снижено содержание углерода и добавлен молибден, а также существенно ужесточено содержание серы и фосфора (последние два элемента напрямую влияют на ударную вязкость). Учитывая все вышеизложенное, следует считать главным фактором, определяющим комплекс прочностных и упругопластических свойств сталей контролируемой прокатки высоких групп прочности (выше Х70/К60), оптимально выбранную скорость охлаждения в интервале температур завершения превращения переохлажденного аустенита, т.е. ~ 800 ÷ 500°C. При этом значение скорости охлаждения должно находиться в интервале (для стали Х80, имеющей до 20% феррита и не более 5% перлита) 20 ÷30°C/сек, как указано, например, в патенте РФ № 2 492 250 (C21D 8/02 (2006.01) C22C 38/38 (2006.01), C22C 38/42 (2006.01), опубл. 10.09.2013).As can be seen from the table, in the patented chemical composition of steel, in comparison with the "standard" one, the carbon content is reduced and molybdenum is added, as well as the content of sulfur and phosphorus is significantly toughened (the latter two elements directly affect the impact strength). Considering all of the above, it should be considered the main factor determining the complex of strength and elastoplastic properties of controlled rolling steels of high strength groups (above X70 / K60), the optimally selected cooling rate in the temperature range of completion of the transformation of supercooled austenite, i.e. ~ 800 ÷ 500 ° C. In this case, the value of the cooling rate should be in the range (for steel X80, having up to 20% ferrite and not more than 5% pearlite) 20 ÷ 30 ° C / s, as indicated, for example, in RF patent No. 2 492 250 (C21D 8 / 02 (2006.01) C22C 38/38 (2006.01), C22C 38/42 (2006.01), publ. 09/10/2013).

Учитывая все вышеизложенное, следует считать, что в настоящее время технология производства листового штрипса высоких групп прочности (Х80 и выше) для изготовления сварных прямошовных труб большого диаметра с обеспечением требуемого уровня прочностных и упругопластических свойств отработана в достаточной степени. При этом обеспечение требуемых свойств сварного соединения труб представляет определенные трудности, обусловленные невозможностью получения значений ударной вязкости на уровне основного металла. Условие равнопрочности, как было указано выше, выполняется. Причина состоит в невозможности получения необходимого уровня скорости охлаждения металла в зоне термического влияния сварного соединения с помощью используемой технологии сварки.Considering all of the above, it should be considered that at present the technology for the production of sheet strip of high strength groups (X80 and higher) for the manufacture of longitudinal welded pipes of large diameter with the required level of strength and elastoplastic properties has been sufficiently developed. At the same time, ensuring the required properties of a welded joint of pipes presents certain difficulties due to the impossibility of obtaining values of impact toughness at the level of the base metal. The condition of equal strength, as indicated above, is satisfied. The reason is the impossibility of obtaining the required level of metal cooling rate in the heat-affected zone of the welded joint using the welding technology used.

Существующий уровень техники включает в себя общепринятую технологию сварки труб большого диаметра. Данная технология сварки встроена в общую технологическую цепочку изготовления труб наряду с формообразующими операциями и, имея высокую производительность, не является «узким местом». Трубная заготовка, имеющая зазор между кромками в интервале 20÷100 мм, и подготовленные фрезеровкой кромки под двухстороннюю сварку, подается на сборочный стан, где осуществляется сборка (смыкание противоположных кромок) с одновременной сваркой соединительного (технологического или прихваточного шва). Сварка соединительного шва производится дуговой сваркой плавящимся электродом ∅ 2.4÷5.0 мм в среде защитного газа (углекислого или в смеси газов на основе аргона) со скоростью 3.0÷5.5 м/мин - в зависимости от толщины металла. Соединительный шов (поз. 1 фиг. 1) имеет крайне низкое качество, поскольку выполняется на весу без поддува защитным газом корня шва, насыщен внутренними дефектами и полностью переплавляется рабочими швами - данное требование заложено во всех нормативных документах. После сварки соединительного шва проводится осмотр и, при необходимости, его ремонт зачисткой и (или) подваркой. Далее труба поступает на выполнение внутреннего шва, (поз. 2 фиг. 1) которое производится многодуговой сваркой под флюсом - от 2-х до 4-х дуг, в зависимости от толщины металла, работающих в одну сварочную ванну. Диаметр сварочной проволоки находится в интервале 3.0÷5.0 мм. Скорость сварки, в зависимости от толщины металла, составляет 1.2÷3.0 м/мин. Наружный шов (поз. 3 фиг. 1) выполняется аналогично внутреннему, но количество дуг может быть до 5. Используемый для сварки рабочих швов способ - многодуговая сварка под флюсом - до сегодняшнего дня детально не изучен, но, благодаря высоким скоростям сварки, а одновременно достаточно качественному формированию шва, безальтернативно используется для сварки труб большого диаметра. Этот же способ сварки при указанных выше скоростях и токах, необходимых для заполнения разделки швов, а также надежного провара, необходимого, ко всему прочему, и для удаления технологического шва, обеспечивает низкую скорость охлаждения в наиболее критичном интервале температур (800÷500°С), когда перекристаллизация происходит достаточно интенсивно, повышая, таким образом, свариваемость до уровня, когда для предотвращения образования холодных трещин не требуется предварительный подогрев, что особенно актуально при значении углеродного эквивалента 0,45%. Вместе с тем низкая скорость охлаждения (менее 20°С/сек) не позволяет получить требуемые значения ударной вязкости сварного соединения, в частности по линии сплавления. Данная технология позволяет гарантировано получать, при условии правильного выбора сварочных материалов, требуемый комплекс механических свойств сварного соединения для труб класса прочности Х70/К60, обеспечивая временное сопротивление сварного соединения на уровне 690 МПа, что обеспечивается феррито-перлитной структурой околошовной зоны [1], получаемой при скоростях охлаждения менее 20°С/сек. Однако для более высоких классов (Х80/К65 и выше) получение требуемых свойств представляет трудности, поскольку для более высокого уровня мехсвойств требуется, как указано выше, феррито-бейнитный, или полностью бейнитный фазовый состав металла, который, в свою очередь, при ограничении углеродного эквивалента в пределах 0,45÷0.47% может быть обеспечен при скоростях охлаждения 20÷30°С/сек. Данное положение относится в равной степени и к основному металлу, и к металлу на линии сплавления со сварным швом. Существующие технические решения, направленные на достижение требуемых свойств, касаются, главным образом, оптимизации химсостава основного металла и надлежащего подбора сварочных материалов. Так, в патенте РФ № 2 434 070 (C22C 38/00 (2006.01) B23K 35/30 (2006.01) B23K 9/23 (2006.01), опубл. 20.11.2011) предлагается набор мер по уточнению химсостава основного металла (основное отличие от приведенного выше в табл. 2 химсостава для группы прочности Х80 - увеличение содержания марганца - для повышения прокаливаемости), а также ограничивается легирование сварного шва для предотвращения образования в сварном шве холодных трещин. В результате гарантируется получение временного сопротивления на уровне не ниже 800 МПа (группа прочности Х100) и в основном металле, и в сварном шве, без гарантии получения соответствующих значений ударной вязкости по линии сплавления. Известен также патент РФ № 2 509 171 (C22C 38/14 (2006.01) B21C 37/08 (2006.01), опубл. 10.03.2014 г.), где наряду с несколько отличным от предыдущего патента химсоставом (дополнительное легирование молибденом в сочетании с бором для увеличения прокаливаемости) предлагается ограничение погонной энергии сварки, рассчитываемой для многодуговой сварки по формулеThe current state of the art includes the conventional technology for welding large diameter pipes. This welding technology is built into the overall technological chain of pipe manufacturing along with shaping operations and, having high productivity, is not a "bottleneck". A tubular billet with a gap between the edges in the range of 20 ÷ 100 mm and the edges prepared by milling for double-sided welding are fed to the assembly mill, where assembly (closing of opposite edges) is carried out with simultaneous welding of the connecting (technological or tack weld). Welding of the joint is performed by consumable-electrode arc welding ∅ 2.4 ÷ 5.0 mm in a shielding gas environment (carbon dioxide or in a mixture of gases based on argon) at a speed of 3.0 ÷ 5.5 m / min - depending on the thickness of the metal. The connecting seam (pos. 1 of Fig. 1) is of extremely low quality, since it is carried out on weight without blowing the root of the seam with protective gas, it is saturated with internal defects and is completely remelted with working seams - this requirement is laid down in all regulatory documents. After welding of the connecting seam, an inspection is carried out and, if necessary, its repair by stripping and (or) welding. Then the pipe goes to the execution of the inner seam, (pos. 2 Fig. 1), which is performed by multi-arc submerged-arc welding - from 2 to 4 arcs, depending on the thickness of the metal, working in one weld pool. The diameter of the welding wire is in the range of 3.0 ÷ 5.0 mm. The welding speed, depending on the thickness of the metal, is 1.2 ÷ 3.0 m / min. The outer seam (pos. 3 of Fig. 1) is performed similarly to the inner one, but the number of arcs can be up to 5. The method used for welding working seams - multi-arc submerged-arc welding - has not been studied in detail until today, but due to high welding speeds, and at the same time sufficiently high-quality seam formation, no alternative is used for welding large-diameter pipes. The same welding method at the above speeds and currents required to fill the groove of the seams, as well as reliable penetration, necessary, among other things, and to remove the technological seam, provides a low cooling rate in the most critical temperature range (800 ÷ 500 ° C) when recrystallization is intense enough, thus increasing the weldability to a level where preheating is not required to prevent the formation of cold cracks, which is especially important at a carbon equivalent value of 0.45%. At the same time, the low cooling rate (less than 20 ° C / sec) does not allow obtaining the required values of the impact toughness of the welded joint, in particular, along the fusion line. This technology makes it possible to obtain guaranteed, subject to the correct choice of welding materials, the required set of mechanical properties of the welded joint for pipes of strength class X70 / K60, providing the temporary resistance of the welded joint at the level of 690 MPa, which is ensured by the ferrite-pearlite structure of the heat-affected zone [1], obtained at cooling rates less than 20 ° C / sec. However, for higher grades (X80 / K65 and higher), obtaining the required properties is difficult, since for a higher level of mechanical properties, as indicated above, a ferrite-bainitic or completely bainitic phase composition of the metal is required, which, in turn, with the limitation of the carbon equivalent in the range of 0.45 ÷ 0.47% can be provided at a cooling rate of 20 ÷ 30 ° C / sec. This provision applies equally to the base metal and to the metal in the fusion line with the weld. The existing technical solutions aimed at achieving the required properties relate mainly to the optimization of the chemical composition of the base metal and the proper selection of welding consumables. So, in the patent of the Russian Federation No. 2 434 070 (C22C 38/00 (2006.01) B23K 35/30 (2006.01) B23K 9/23 (2006.01), published on 20.11.2011), a set of measures is proposed to clarify the chemical composition of the base metal (the main difference from the chemical composition given above in Table 2 for the strength group X80 - an increase in the manganese content - to increase the hardenability), and also the alloying of the weld is limited to prevent the formation of cold cracks in the weld. As a result, the ultimate tensile strength is guaranteed at a level of at least 800 MPa (strength group X100) both in the base metal and in the weld, without a guarantee of obtaining the corresponding values of the impact toughness along the fusion line. Also known RF patent No. 2 509 171 (C22C 38/14 (2006.01) B21C 37/08 (2006.01), publ. 03/10/2014), where, along with a slightly different chemical composition from the previous patent (additional alloying with molybdenum in combination with boron to increase hardenability), it is proposed to limit the heat input of welding, calculated for multi-arc welding according to the formula

Figure 00000004
,
Figure 00000004
,

где k - тепловой коэффициент полезного действия сварочной дуги, принимаемый для сварки под флюсом 0,93÷0,97; i - текущий номер дуги; n - количество дуг; Ui, Ii - соответственно, сварочные напряжение и сила тока на каждой дуге, интервалом от 3,5 кДж/мм до 10,0 кДж/мм. В данном случае дополнительное легирование в недостаточной степени решает вопрос об ударной вязкости металла на линии сплавления, так же, как и получении требуемой структуры металла. Сто же касается ограничения погонной энергии - данное требование, вполне справедливое с точки зрения теплопередачи - хорошо известно, что чем ниже погонная энергия сварки, тем выше скорость охлаждения [2], но не привязанное к конкретным толщинам стенки труб, следует считать ничтожным. Более действенный способ обеспечения уровня механических и упругопластических свойств пограничной между основным металлом и сварным швом зоны предлагается в патенте РФ № 2 639 086 (C21D 9/50 (2006.01) B23K 26/00 (2014.01), опубл. 19.12.2017 г.) - применение лазерной сварки, когда вся толщина стенки трубы проваривается лазерным лучом - предельно концентрированным источником тепла, обеспечивающим скорости охлаждения более 100°С/сек, далее шов подстуживается и подвергается повторному нагреву с более медленным охлаждением. Кроме этого известны варианты данного способа, например, лазерно-дуговая сварка, предлагаемая в этом же патенте. Следует иметь в виду, что все способы достижения требуемой микроструктуры околошовной зоны сварного соединения посредством обеспечения в интервале 800÷500°С скорости охлаждения в пределах 20÷30°С/сек и более с полным или частичным применением лазерной сварки влекут за собой сложности, связанные с качеством сборки сварного соединения, а также направлением лазерного луча в нужную точку.where k is the thermal efficiency of the welding arc, taken for submerged-arc welding 0.93 ÷ 0.97; i - current arc number; n is the number of arcs; U i , I i - respectively, welding voltage and current on each arc, with an interval from 3.5 kJ / mm to 10.0 kJ / mm. In this case, additional alloying insufficiently solves the issue of the impact toughness of the metal on the fusion line, as well as obtaining the required metal structure. It is well known that the lower the heat input, the higher the cooling rate [2], but not tied to specific pipe wall thicknesses, should be considered negligible. A more effective way to ensure the level of mechanical and elastoplastic properties of the boundary between the base metal and the weld zone is proposed in the RF patent No. 2 639 086 (C21D 9/50 (2006.01) B23K 26/00 (2014.01), publ. 19.12.2017) - the use of laser welding, when the entire thickness of the pipe wall is boiled with a laser beam - an extremely concentrated heat source providing a cooling rate of more than 100 ° C / s, then the seam is cooled down and reheated with a slower cooling. In addition, variants of this method are known, for example, laser-arc welding, proposed in the same patent. It should be borne in mind that all methods of achieving the required microstructure of the heat-affected zone of a welded joint by providing a cooling rate in the range of 800 ÷ 500 ° C in the range of 20 ÷ 30 ° C / sec and more with full or partial use of laser welding entail difficulties associated with with the quality of the welded joint assembly, as well as the direction of the laser beam to the desired point.

Техническая задача, направленная на оптимизацию скоростей охлаждения с целью получения требуемого фазового состава металла в зоне термического влияния сварного соединения может быть решена посредством изменения последовательности наложения швов. Если при традиционной схеме соединительный (технологический) шов выполняется в первую очередь, после чего осуществляется охлаждение металла до температуры не выше 50°С (охлаждение проводится на воздухе и совмещается с другими технологическими операциями: осмотр и ремонт технологического шва, приварка технологических планок, если они не были приварены ранее, подготовительные операции перед сваркой рабочих швов), скорость охлаждения в интервале 800÷500°С является избыточной. В случае совмещения на одной установке сварки соединительного шва и первого слоя наружного шва с отступом 400÷1000 мм, как показано на фиг. 2, где трубная заготовка (поз. 6), охваченная по всему периметру сборочными кассетами с роликами (поз. 7) и лежащая на роликах станины (поз. 8) сваривается плавящимся электродом в среде защитных газов сначала технологической горелкой (поз. 9) на выходе из зоны действия сборочных кассет, затем после кристаллизации технологического шва сварка продолжается горелкой первого слоя наружного шва (поз. 5). Дальнейшая сварка рабочих швов осуществляется по традиционной технологии: многодуговая сварка под флюсом внутреннего шва, далее подстуживание на спокойном воздухе до температуры не выше и сварка оставшейся части наружного шва аналогично внутреннему. В результате применения предлагаемой последовательности вместо традиционной:The technical problem aimed at optimizing the cooling rates in order to obtain the required phase composition of the metal in the heat-affected zone of the welded joint can be solved by changing the sequence of seams. If, with the traditional scheme, the connecting (technological) seam is performed first of all, after which the metal is cooled to a temperature not higher than 50 ° C (cooling is carried out in air and is combined with other technological operations: inspection and repair of the technological seam, welding of technological strips, if they are were not welded earlier, preparatory operations before welding of working seams), the cooling rate in the range of 800 ÷ 500 ° C is excessive. In the case of combining the joint seam and the first layer of the outer seam with an offset of 400 ÷ 1000 mm in one welding installation, as shown in Fig. 2, where the tubular billet (pos. 6), covered around the entire perimeter by assembly cassettes with rollers (pos. 7) and lying on the rolls of the bed (pos. 8) is welded with a consumable electrode in a protective gas environment, first with a process burner (pos. 9) on exit from the zone of action of the assembly cassettes, then, after crystallization of the technological seam, welding continues with the torch of the first layer of the outer seam (pos. 5). Further welding of working seams is carried out according to the traditional technology: multi-arc submerged-arc welding of the inner seam, then cooling in calm air to a temperature not higher and welding the remaining part of the outer seam is similar to the inner one. As a result of using the proposed sequence instead of the traditional one:

1) после объединенной сварки технологического и первого слоя наружного шва:1) after the combined welding of the technological and the first layer of the outer seam:

a) снижается скорость охлаждения металла в районе нейтральной линии - в зоне действия дуг в интервале 800÷500°С со 120°С/сек до ~75°C/сек;a) the cooling rate of the metal in the region of the neutral line decreases - in the zone of action of arcs in the range of 800 ÷ 500 ° С from 120 ° С / sec to ~ 75 ° C / sec;

b) производится подкалка кромок под недоваренную часть наружного шва - от температуры плавления со скоростями охлаждения от 500°С/сек (от температуры плавления до 1000°С) до 40°С/сек (при температуре 550°С);b) heats the edges under the undercooked part of the outer seam - from the melting temperature with cooling rates from 500 ° C / s (from the melting temperature to 1000 ° C) to 40 ° C / s (at 550 ° C);

2) после доварки наружного шва снижается температура повторного нагрева внутреннего шва.2) after additional welding of the outer seam, the reheating temperature of the inner seam decreases.

Вышеприведенные данные являются результатом сравнительного конечно-элементного теплового расчета, выполненного с соблюдением условий равенства суммарной погонной энергии сварки и начальных температур для каждого этапа сварки.The above data are the result of a comparative finite element thermal calculation performed under the conditions of equality of the total heat input of welding and initial temperatures for each stage of welding.

Ссылки на литературные источникиReferences to literary sources

1. Лившиц Л. С., Хакимов А. Н. Металловедение сварки и термическая обработка сварных соединений. - М. Машиностроение. 1989 г. 331 с.1. Livshits LS, Khakimov AN Metallurgy of welding and heat treatment of welded joints. - M. Mechanical Engineering. 1989 331 s.

2. Рыкалин Н. Н. Расчеты тепловых процессов при сварке. - М. Машгиз. 1951 г. 291 с.2. Rykalin NN Calculations of thermal processes in welding. - M. Mashgiz. 1951 291 s.

Claims (1)

Способ сварки продольного шва сварных прямошовных труб большого диаметра, включающий сборку продольного стыка трубы в сборочном стане, сварку соединительного технологического шва плавящимся электродом в среде защитных газов и последующую сварку рабочих наружного и внутреннего швов, отличающийся тем, что сначала технологической горелкой сваривают соединительный технологический шов плавящимся электродом в среде защитных газов, затем после кристаллизации технологического шва осуществляют сварку первого слоя наружного шва непосредственно на сборочном стане плавящимся электродом в смеси защитных газов на основе аргона горелкой, которую устанавливают с отступом от технологической горелки, осуществляющей сварку соединительного технологического шва, на расстояние 400÷1000 мм, затем осуществляют многодуговую сварку под флюсом сначала внутреннего шва и затем сварку оставшейся части наружного шва.A method of welding a longitudinal seam of welded longitudinal seam pipes of large diameter, including the assembly of a longitudinal joint of a pipe in an assembly mill, welding of a connecting technological seam with a consumable electrode in a shielding gas environment and subsequent welding of working external and internal seams, characterized in that, first, with a process torch, the connecting technological seam is welded with a consumable electrode in a shielding gas environment, then, after crystallization of the technological seam, the first layer of the outer seam is welded directly on the assembly mill with a consumable electrode in a mixture of shielding gases based on argon with a torch, which is installed with an offset from the process torch, which welds the connecting technological seam, at a distance of 400 h 1000 mm, then multi-arc submerged arc welding is carried out first of the inner seam and then welding the remaining part of the outer seam.
RU2020142131A 2020-12-21 2020-12-21 Method for welding large diameter straight-seam pipes RU2757447C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020142131A RU2757447C1 (en) 2020-12-21 2020-12-21 Method for welding large diameter straight-seam pipes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020142131A RU2757447C1 (en) 2020-12-21 2020-12-21 Method for welding large diameter straight-seam pipes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2757447C1 true RU2757447C1 (en) 2021-10-15

Family

ID=78286662

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020142131A RU2757447C1 (en) 2020-12-21 2020-12-21 Method for welding large diameter straight-seam pipes

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2757447C1 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1530279A1 (en) * 1987-04-13 1989-12-23 Уральский научно-исследовательский институт трубной промышленности Method of producing longitudinal electrically welded tubes
JPH0910932A (en) * 1995-06-23 1997-01-14 Sumitomo Metal Ind Ltd Manufacture of welded tube
JPH1177299A (en) * 1997-09-12 1999-03-23 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Method for welding metallic tube
JP2000102890A (en) * 1998-09-29 2000-04-11 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Welding method, welding joint and welding structure
RU2288055C1 (en) * 2005-03-09 2006-11-27 ОАО "Челябинский трубопрокатный завод" Method for producing cold rolled tubes of large- and mean diameter with improved wall accuracy of titanium base alloys
RU2640106C1 (en) * 2017-01-31 2017-12-26 Публичное акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" (ПАО "ЧТПЗ") Method of welding longitudinal pipes welds
RU2667194C1 (en) * 2017-10-12 2018-09-17 Публичное акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" (ПАО "ЧТПЗ") Method of manufacturing double-seam pipes of large diameter

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1530279A1 (en) * 1987-04-13 1989-12-23 Уральский научно-исследовательский институт трубной промышленности Method of producing longitudinal electrically welded tubes
JPH0910932A (en) * 1995-06-23 1997-01-14 Sumitomo Metal Ind Ltd Manufacture of welded tube
JPH1177299A (en) * 1997-09-12 1999-03-23 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Method for welding metallic tube
JP2000102890A (en) * 1998-09-29 2000-04-11 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Welding method, welding joint and welding structure
RU2288055C1 (en) * 2005-03-09 2006-11-27 ОАО "Челябинский трубопрокатный завод" Method for producing cold rolled tubes of large- and mean diameter with improved wall accuracy of titanium base alloys
RU2640106C1 (en) * 2017-01-31 2017-12-26 Публичное акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" (ПАО "ЧТПЗ") Method of welding longitudinal pipes welds
RU2667194C1 (en) * 2017-10-12 2018-09-17 Публичное акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" (ПАО "ЧТПЗ") Method of manufacturing double-seam pipes of large diameter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10378075B2 (en) High performance material for coiled tubing applications and the method of producing the same
JP4969915B2 (en) Steel tube for high-strength line pipe excellent in strain aging resistance, steel plate for high-strength line pipe, and production method thereof
Vaillant et al. T/P23, 24, 911 and 92: New grades for advanced coal-fired power plants—Properties and experience
EP0867520B1 (en) Welded high-strength steel structures and methods of manufacturing the same
KR101511615B1 (en) Method for manufacturing welded steel pipe for linepipe having high compressive strength and high fracture toughness
JP4819185B2 (en) Steel sheet for ultra-high strength line pipe and method for manufacturing steel pipe
CA2980424C (en) Thick steel plate for structural pipes or tubes, method of producing thick steel plate for structural pipes or tubes, and structural pipes and tubes
US11555233B2 (en) Thick steel plate for structural pipes or tubes, method of producing thick steel plate for structural pipes or tubes, and structural pipes and tubes
US20140227549A1 (en) Welded steel pipe with excellent welded heat-affected zone toughness and process for producing same
JPWO2013150687A1 (en) High strength steel plate with excellent arrestability
JP6844691B2 (en) High-strength steel sheets for sour-resistant pipes and their manufacturing methods, and high-strength steel pipes using high-strength steel sheets for sour-resistant pipes
JP2000199036A (en) Superhigh strength linepipe excellent in low temperature toughness and its production
JP2009149917A (en) Weld steel pipe for high-strength line pipe excellent in low-temperature toughness, and manufacturing method therefor
JP2008023569A (en) METHOD FOR PRODUCING ULTRAHIGH-STRENGTH WELDED STEEL PIPE HAVING TENSILE STRENGTH EXCEEDING 800 MPa
JPWO2010052928A1 (en) Steel sheet for ultra-high strength line pipe and method for manufacturing steel pipe
RU2679499C1 (en) Sheet steel for construction pipes or tubes, method of manufacture of sheet steel for construction pipes or tubes and construction pipes and tubes
JP2007260715A (en) Method for producing superhigh strength welded steel pipe
JPWO2010052927A1 (en) Steel sheet for ultra-high strength line pipe and method for manufacturing steel pipe
JP6866855B2 (en) Manufacturing method of high-strength steel plate for sour line pipe, high-strength steel pipe for sour line pipe, and high-strength steel pipe using high-strength steel plate for sour line pipe
JP3814112B2 (en) Super high strength steel pipe excellent in low temperature toughness of seam welded portion and manufacturing method thereof
RU2757447C1 (en) Method for welding large diameter straight-seam pipes
JP2007131925A (en) STEEL SHEET FOR HIGH STRENGTH LINE PIPE HAVING LOW TEMPERATURE TOUGHNESS AND HAVING TENSILE STRENGTH IN CLASS OF >=900 MPa, LINE PIPE USING THE SAME AND METHOD FOR PRODUCING THEM
Paddea et al. T23 and T24–new generation low alloyed steels
WO2021153559A1 (en) Welded steel pipe and method for manufacturing same
JP4566146B2 (en) High tensile welded joint with excellent joint toughness and method for producing the same