RU2511191C1

RU2511191C1 - Multi-layer pipe welding method

Info

Publication number: RU2511191C1
Application number: RU2013110136/02A
Authority: RU
Inventors: Игорь Александрович Романцов; Кирилл Николаевич Никитин; Александр Игоревич Романцов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод"
Priority date: 2013-03-06
Filing date: 2013-03-06
Publication date: 2014-04-10

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: method is implemented as additional operation introduction means - application of a working root weld of minimum width and with maximum penetration of root faces. When performing the working root weld, a process weld that was welded before it is fully rewelded. After that, internal and external working welds covering the root weld on both sides are applied.

EFFECT: enhancing a pipe manufacturing process, reducing welding heat input, decreasing the heat effected zone for parent metal, improving mechanical properties of weld metal and heat affected zone, reducing level of residual stresses, and improving geometry of the pipe and weld shape.

4 dwg

Description

Изобретение относится к производству сварных труб большого диаметра, а именно к сварке сформованных цилиндрических заготовок.The invention relates to the production of welded pipes of large diameter, namely to welding molded cylindrical billets.

Существующими нормативными документами (СНиП 2.05.06-85, раздел 8, «Расчет трубопроводов на прочность и устойчивость»; Технические условия API 5L, 44 издание, октябрь 2007 г., пункт 8.4.; Международный стандарт ISO 3183, пункт 8.4.) предусмотрена так называемая трехслойная сварка труб, которая состоит из следующих операций:Existing regulatory documents (SNiP 2.05.06-85, section 8, “Calculation of pipelines for strength and stability”; API 5L Technical Specifications, 44th edition, October 2007, clause 8.4 .; International Standard ISO 3183, clause 8.4.) Is provided the so-called three-layer pipe welding, which consists of the following operations:

- сварка технологического шва в сборочносварочном стане, где производится стыковка кромок заготовки и наложение прихваточного шва по всей длине трубы с целью их фиксации и предотвращения их перемещения друг относительно друга при последующих сварочных операциях во избежание образования «горячих трещин»;- welding of the technological weld in the assembly-welding mill, where the workpiece edges are joined and the tack weld is applied along the entire length of the pipe in order to fix them and prevent them from moving relative to each other during subsequent welding operations to avoid the formation of “hot cracks”;

- сварка первого рабочего шва (как правило, на внутренних станах), при которой стенка заготовки проплавляется примерно наполовину и заполняется разделка кромок с той стороны, где производится сварка;- welding of the first working seam (as a rule, on internal mills), in which the wall of the workpiece is fused approximately halfway and the cutting of the edges is filled on the side where the welding is performed;

- сварка второго рабочего шва с противоположной стороны стенки трубы, при этом шов должен перекрыть первый рабочий, как минимум, на несколько миллиметров и заполнить соответствующую разделку. Технологический шов должен полностью переплавиться рабочими.- welding of the second working seam on the opposite side of the pipe wall, while the seam should overlap the first working one by at least a few millimeters and fill in the corresponding groove. The technological seam should be completely remelted by workers.

При существующей технологии, особенно на толстых, более 25 мм, стенках трубы для того, чтобы проплавить их на всю глубину, требуется большая погонная энергия, количество дуг, работающих на одну сварочную ванну, возрастает до пяти, скорость сварки приходится уменьшать, иногда она выполняется в несколько проходов, что уменьшает производительность.With the existing technology, especially on thick, more than 25 mm, pipe walls, in order to melt them to the full depth, a large linear energy is required, the number of arcs working on one weld pool increases to five, the welding speed has to be reduced, sometimes it is performed in several passes, which reduces performance.

Но, самое главное, значительная погонная энергия вызывает расширение зоны термического влияния, где ухудшаются структура и механические свойства основного металла в околошовной области. Кроме того, увеличивается влияние термодеформационных процессов, изменяющих геометрию трубы и увеличивающих уровень остаточных напряжений. Все это негативно сказывается на работоспособности трубы, как конструкционного элемента.But, most importantly, significant linear energy causes the expansion of the heat-affected zone, where the structure and mechanical properties of the base metal in the heat-affected area are deteriorated. In addition, the influence of thermal deformation processes that change the geometry of the pipe and increase the level of residual stresses increases. All this negatively affects the performance of the pipe as a structural element.

Техническим результатом предлагаемого способа является повышение производительности процесса изготовления труб, снижение погонной энергии сварки, уменьшение зоны термического влияния, повышение механических свойств металла шва и околошовной зоны, уменьшение уровня остаточных напряжений, улучшение геометрии трубы и формы шва.The technical result of the proposed method is to increase the productivity of the pipe manufacturing process, reduce the linear energy of welding, reduce the heat-affected zone, increase the mechanical properties of the weld metal and the heat-affected zone, reduce the level of residual stresses, improve the geometry of the pipe and the shape of the weld.

Технический результат достигается тем, что в способе многослойной сварки труб большого диаметра, в котором после стыковки кромок накладывают технологический (прихваточный) шов, затем накладывают внутренний шов и наружный швы, согласно изобретению, после сварки технологического (прихваточного) шва накладывают основной рабочий шов, который полностью переваривает технологический (прихваточный) шов, максимально глубоко проплавляя притупление кромок, а затем с минимальной погонной энергией накладывают внутренний и наружный швы, которые термообрабатывают основной рабочий шов и заполняют разделку кромок, окончательно формируя поверхность шва трубной заготовки.The technical result is achieved by the fact that in the method of multilayer welding of pipes of large diameter, in which, after joining the edges, a technological (tack) seam is applied, then an internal seam and an external seam are applied, according to the invention, after welding of a technological (tack) seam, the main working seam is applied, which completely digests the technological (tack) seam, melting as much as possible the blunting of the edges, and then with the minimum heat input impose internal and external seams, which rmoobrabatyvayut main working seam and filled bevels, finally forming surface weld billets.

Основной рабочий шов варится лазерной или гибридной (сочетающей лазерную и дуговую в среде защитного газа) сваркой и может производиться на том же сборочносварочном стане, что и технологический.The main working seam is laser or hybrid (combining laser and arc in a shielding gas medium) welding and can be produced on the same assembly-welding mill as the technological one.

Высокая концентрация излучения, присущая лазерной сварке (10¹⁰-10¹² Вт/см²), обеспечивает минимальную ширину шва, исчисляемую единицами миллиметров и глубину проплавления до 20 мм. Это обуславливает, как минимум, на порядок снижение погонной энергии сварки и уменьшение зоны термического влияния более чем в 2 раза и, как следствие - минимальные термическую деформацию околошовной зоны и уровень остаточных напряжений, стабильность механических свойств за счет уменьшения разупрочнения основного металла.The high concentration of radiation inherent in laser welding (10 ¹⁰ -10 ¹² W / cm ² ) provides a minimum weld width, calculated in units of millimeters, and a penetration depth of up to 20 mm. This leads to at least an order of magnitude reduction in the linear energy of welding and a decrease in the heat-affected zone by more than 2 times and, as a result, minimal thermal deformation of the heat-affected zone and the level of residual stresses, stability of mechanical properties due to a decrease in softening of the base metal.

Внутренний и наружный швы, перекрывающие основной рабочий шов, варятся дуговой сваркой, на уменьшенную глубину, по сравнению с прототипом, поэтому не требуют увеличенной погонной энергии. Кроме того, при наложении внутреннего и наружного шва происходит термическая нормализация металла основного шва и формируются поверхности шва с обеих сторон, характеризующиеся уменьшенной шириной и усилением, что снижает механическую концентрацию напряжений на границах перехода к основному металлу трубы.The inner and outer seams that overlap the main working seam are arc welded to a reduced depth compared to the prototype, therefore, they do not require increased linear energy. In addition, when the inner and outer welds are applied, the normalization of the main weld metal occurs and weld surfaces are formed on both sides, characterized by a reduced width and reinforcement, which reduces the mechanical stress concentration at the transition to the base metal of the pipe.

Способ осуществляется следующим образом (рис.1): после формовки трубной заготовки и стыковки кромок накладывают первый прихваточный шов дуговой сваркой, фиксируя кромки относительно друг друга, затем с применением лазерной сварки накладывают основной рабочий шов, полностью переваривая прихваточный шов, проплавляя ширину кромок, но, не заполняя разделку кромок, после чего с помощью дуговой сварки накладывают внутренний шов, заполняющий разделку кромок внутри трубы, и наружный шов, заполняющий разделку кромок снаружи трубы.The method is as follows (Fig. 1): after forming the tube stock and joining the edges, the first tack weld is applied by arc welding, fixing the edges relative to each other, then the main working seam is applied using laser welding, completely digesting the tack weld, melting the width of the edges, but without filling the groove, and then using arc welding impose an internal seam that fills the groove inside the pipe and an outer seam that fills the outside of the pipe.

Предлагаемый способ позволяет значительно уменьшить погонную энергию при сварке толстостенных труб, повысить механические свойства металла шва и околошовной зоны и избежать возможности появления горячих трещин за счет предварительной операции наложения технологического шва.The proposed method allows to significantly reduce the linear energy when welding thick-walled pipes, to increase the mechanical properties of the weld metal and the heat-affected zone and to avoid the possibility of hot cracks due to the preliminary operation of the technological weld.

Claims

A method of multilayer welding of pipes of large diameter, including joining the edges, applying a tack weld, applying an internal weld and an external weld, characterized in that the tack weld is arc-welded, after which laser or hybrid laser-arc welding is applied to the main working seam with melting of the tack weld and melting blunting the edges to a depth of 20 mm, and then arc welding impose internal and external seams to fill the grooves.