Сварка при строительстве и капитальном ремонте магистральных нефтепроводов

Инструкция по технологии сварки при строительстве и капитальном ремонте магистральных нефтепроводов РД 153-006-02 (Архив) Примечания: * — сварку подварочного слоя рекомендуется выполнять

ПРЕДИСЛОВИЕ
1 Документ разработан ОАО ВНИИСТ.

2 Утвержден и введен в действие ОАО «АК «Транснефть».

3 Дата введения – 1.01.2006 г.

4 Введен взамен РД 153-006-02 Инструкция по технологии сварки при строительстве и капитальном ремонте магистральных нефтепроводов.

5 Оригинал документа хранится в службе нормирования и технического регулирования ОАО «АК «Транснефть»

6 Документ входит в состав информационного фонда ОАО «АК «Транснефть»
Внесено Изменение № 1, принятое и утвержденное 31 марта 2006.

Внесены дополнения и Изменение № 3, принятые и утвержденные 19 января 2007.

ВВЕДЕНИЕ
1 Настоящий Руководящий Документ (далее по тексту – РД) регламентирует технологию выполнения сварочных работ приведенными в п. 2 способами, технологию выполнения специальных сварочных работ, ремонта сварных соединений, определяет порядок применения сварочных материалов и сварочного оборудования.

2 Настоящий РД регламентирует вопросы подготовки к сварке, сборке и выполнению сварочных работ на магистральных нефтепроводах с помощью автоматической, механизированной и ручной дуговой сварки. Сварку стыков линейной части нефтепроводов следует выполнять следующими способами:

— автоматической сваркой под флюсом;

— автоматической сваркой в среде защитных газов проволокой сплошного сечения;

— автоматической сваркой в среде защитных газов порошковой проволокой;

— механизированной сваркой в среде углекислого газа проволокой сплошного сечения с использованием источников тока со специальными характеристиками (метод STT);

— механизированной сваркой самозащитной порошковой проволокой;

— ручной электродуговой сваркой покрытыми электродами;

— ручной аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом (для корневого слоя шва стыков труб малого диаметра и всех слоев шва стыков тонкостенных труб).

3 Технологии сварки, применяемые при строительстве и капитальном ремонте магистральных нефтепроводов подлежат аттестации согласно требованиям, изложенным в разделе 12 настоящего РД. Требования разработаны с учетом положений РД 03-615-03.

4 К выполнению сварных стыков магистральных нефтепроводов допускаются сварщики (операторы сварочных установок), аттестованные в соответствии с требованиями действующих «Правил аттестации сварщиков и специалистов сварочного производства» – ПБ 03-273-99, РД 03-495-02 и Дополнительных Требований к аттестации сварщиков и специалистов сварочного производства, допускаемых к работам на объектах системы магистральных нефтепроводов ОАО «АК «Транснефть». Перед началом сварочных работ на объекте сварщики (операторы) должны пройти допускные испытания в соответствии с требованиями разделов 13 и 21 настоящего РД.

5 Специалисты сварочного производства – работники организаций-подрядчиков по строительству, техническому надзору, специалисты ОАО МН, ОАО «ЦУП «Стройнефть», занятые выполнением и контролем за качеством производства сварочно-монтажных работ, должны быть аттестованы в соответствии с действующими правилами аттестации для допуска к руководству и техническому контролю выполнения сварочно-монтажных работ при строительстве и капитальном ремонте магистральных нефтепроводов (группа объектов «Нефтегазодобывающее оборудование» – НГДО, пункт 1 перечня групп опасных технических устройств). В аттестационном удостоверении специалистов должна присутствовать ссылка на Дополнительные требования к аттестации сварщиков и специалистов сварочного производства, допускаемых к работам на объектах магистральных нефтепроводов ОАО «АК «Транснефть», а в протоколе аттестации – ссылка на настоящий РД. Аттестационные удостоверения специалистов, выданные до введения настоящего РД, действительны до окончания срока их действия.

6 Сборку и сварку соединений магистральных нефтепроводов следует производить в соответствии с настоящим РД и технологическими картами, разработанными на основе типовых операционно-технологических карт сборки, сварки и ремонта кольцевых стыков при строительстве и капитальном ремонте магистральных нефтепроводов (приложение Д к настоящему РД).

7 Неразрушающий контроль сварных соединений нефтепроводов следует производить методами и в объемах, предусмотренных действующими нормативными документами.

8 Ссылка на настоящий РД при его использовании в полном объеме или частично является обязательной.
1 Область применения
1.1 Настоящий РД распространяется на подрядные организации и строительно-монтажные подразделения ОАО МН, выполняющие сварочные работы на объектах магистральных нефтепроводов ОАО «АК «Транснефть» при строительстве и капитальном ремонте с заменой труб.

1.2 Настоящий РД предназначен для инженерно-технического персонала, занимающегося монтажом, сваркой стыков при строительстве и капитальном ремонте нефтепроводов с заменой труб, а также для специалистов ОАО МН, ОАО «ЦУП «Стройнефть», независимого технического надзора, занятых выполнением и контролем за качеством производства сварочно-монтажных работ.

1.3 Часть 1 настоящего документа распространяется на сварку соединений труб в нитку магистральных нефтепроводов ОАО «АК «Транснефть». Часть 2 настоящего документа распространяется на сварку труб при сооружении узлов запуска-приема и пропуска средств очистки и диагностики, узлов установки линейных задвижек, технологических трубопроводов основного назначения, трубопроводов пара, масла, горячей воды, газопроводов собственных нужд и других сооружений, располагаемых на площадках НПС (ЛДПС) и резервуарных парков.
(Измененная редакция. Изм. № 1).
1.4 Настоящий РД не распространяется на сварку труб при выполнении ремонта магистральных нефтепроводов в процессе их эксплуатации.

2 Нормативные ссылки
В настоящем документе использованы ссылки на следующие документы:

— СНиП 2.05.06-85* «Магистральные трубопроводы»;

— СНиП III-42-80* «Магистральные трубопроводы. Правила производства и приемки работ»;

— ПБ 03-273-99 «Правила аттестации сварщиков и специалистов сварочного производства»;

— РД 03-495-02 «Технологический регламент проведения аттестации сварщиков и специалистов сварочного производства»;

— РД 03-606-03 «Инструкция по визуальному и измерительному контролю»;

— РД 03-613-03 «Порядок применения сварочных материалов при изготовлении, монтаже, ремонте и реконструкции технических устройств для опасных производственных объектов»;

— РД 03-614-03 «Порядок применения сварочного оборудования при изготовлении, монтаже, ремонте и реконструкции технических устройств для опасных производственных объектов»;

— РД 03-615-03 «Порядок применения сварочных технологий при изготовлении, монтаже, ремонте и реконструкции технических устройств для опасных производственных объектов»;

— РД «Неразрушающий контроль сварных соединений при строительстве и ремонте магистральных нефтепроводов»;

— РД 153-34.1-003-01 «Сварка, термообработка и контроль трубных систем котлов и трубопроводов при монтаже и ремонте энергетического оборудования»;

— Рекомендации НАКС по применению РД 03-615-03 (Сборник методических документов системы аттестации сварочного производства, выпуск 2, М., 2004 г.);

— ГОСТ 7512-82 «Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Радиографический метод»;

— ГОСТ 14782-86 «Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Методы ультразвуковые»;

— ГОСТ 6996-66 «Сварные соединения. Методы определения механических свойств»;

— Дополнительные требования к аттестации сварщиков и специалистов сварочного производства, допускаемых к работам системы магистральных нефтепроводов ОАО «АК «Транснефть»;

— ОТТ-08.00-60.30.00-КТН-013-1-04 «Общие технические требования на нефтепроводные трубы большого диаметра»;

— ОТТ-08.00-60.30.00-КТН-004-1-05 «Общие технические требования на соединительные детали магистральных нефтепроводов».

Приведенные выше нормативные документы применяются с учетом вновь вводимых технических регламентов Российской федерации, а также отраслевых нормативных документов и регламентов согласно Перечню законодательных актов и основных нормативно-правовых и распорядительных документов, действующих в сфере магистрального нефтепроводного транспорта на момент применения настоящего РД.
3 Термины и определения
3.1 Аттестованная технология сварки – конкретная технология сварки, которая прошла приемку в данной производственной организации в соответствии с требованиями настоящего РД, что подтверждается Свидетельством НАКСа о готовности организации к ее применению при строительстве (капитальном ремонте) магистральных нефтепроводов.

3.2 Аттестованный сварщик – квалифицированный рабочий, аттестованный в установленном порядке и имеющий первый уровень профессиональной подготовки в соответствии с действующими правилами аттестации.

3.3 Автоматическая сварка – сварочный процесс, при котором подача сварочной проволоки и перемещение сварочной головки осуществляются автоматически, а оператор устанавливает, наблюдает и корректирует параметры сварки.

3.4 Воротник – усиливающая накладка, привариваемая в процессе выполнения прямой врезки.

3.5 Горячий проход – слой шва, выполняемый по не успевшему остыть ниже регламентированной температуры металлу корневого слоя шва, как правило, способом «на спуск».

3.6 3ахлест – соединение двух участков трубопроводов, в месте технологического разрыва.

3.7 Зона термического влияния – участок сварного соединения, непосредственно примыкающий к шву по границе сплавления и не подвергшийся расплавлению, структура и свойства которого изменились в результате нагрева при сварке.

3.8 Катушка трубы – отрезок трубы, подготавливаемый для вварки в нефтепровод, приварки к торцам запорной арматуры и детали трубопровода и имеющий торцы, обработанные механическим способом или путем газовой резки с последующей зачисткой.

3.9 Контрольное сварное соединение – сварное соединение, выполняемое при аттестации технологии сварки.

3.10 Металл шва – сплав, образованный расплавленным основным и наплавленным металлом.

3.11 Механизированная сварка – сварочный процесс, при котором подача присадочной проволоки осуществляется автоматически, а перемещение сварочной горелки по периметру стыка осуществляется вручную.

3.12 Наплавленный металл – переплавленный без участия основного металла присадочный металл.

3.13 Прямая врезка – специальное сварное соединение основной трубы и трубы-ответвления (патрубка), конструкция и условия выполнения которого регламентированы проектной документацией

3.14 Переходное кольцо – катушка промежуточной толщины длиной не менее 250 мм из стали прочностного класса, соответствующего основной трубе нефтепровода.

3.15 Ремонт сварного шва – процесс устранения в готовом сварном стыке дефектов, обнаруженных неразрушающими методами контроля после завершения сварки и контроля, и признанных контролером исправимыми. Исправления, производимые электросварщиком непосредственно в процессе выполнения сварного шва, в понятие «ремонт сварного шва» не входят.

3.16 Сертификат – документ о качестве конкретных партий труб, деталей трубопроводов и сварочных материалов, удостоверяющий соответствие их качества требованиям технических условий на поставку, а также специальным требованиям, сформулированным при заключении контракта на поставку.

3.17 Стык – неразъемное сварное соединение труб, трубы и соединительной детали или трубы и запорной арматуры.

— допускной стык – стык, выполняемый при допускных испытаниях сварщиков;

— контрольный стык – стык, вырезанный из сваренной нитки трубопровода, для проведения испытаний в объеме, предусмотренном действующими нормами.

3.18 Технологическая инструкция по сварке – документ, содержащий комплекс конкретных операций, марок сварочных материалов, оборудования для сборки и сварки стыков, позволяющий изготовить сварное соединение в соответствии с требованиями нормативной документации и настоящего РД.

3.19 Операционная технологическая карта – документ, составленный в лаконичной, простой для пользователя табулированной форме на основе настоящего РД и типовых технологических карт.

3.20 Технические условия – основной документ на поставку труб, деталей трубопроводов, арматуры и сварочных материалов, разработанный и согласованный в установленном порядке.
4 Обозначения и сокращения
— ААДП – автоматическая сварка плавящимся электродом в среде инертных газов и смесях;

— АПГ – автоматическая сварка плавящимся электродом в среде активных газов и смесях;

— АПИ – автоматическая сварка порошковой проволокой в среде инертных газов и смесях;

— АФ – автоматическая сварка под флюсом;

— БТС – база трубосварочная;

— ВИК – визуальный и измерительный контроль;

— ЗТВ – зона термического влияния;

— КСС – контрольное сварное соединение;

— ЛС – линия сплавления;

— метод STT (surface tension transfer) – метод сварки проволокой сплошного сечения в среде углекислого газа при переносе капель силами поверхностного натяжения;

— МП – механизированная сварка плавящимся электродом в среде активных газов и смесях;

— МПС – механизированная сварка самозащитной порошковой проволокой;

— НАКС – Национальная Ассоциация Контроля и Сварки;

— ОТТ – общие технические требования;

— РД – ручная дуговая сварка покрытыми электродами;

— РАД – ручная аргонодуговая сварка неплавящимся электродом;

— ССТ-ПАУ – трубосварочная база, состоящая из сборочно-сварочного стенда (СТТ) и полевой автосварочной установки (ПАУ);

— ТУ – технические условия;

— УЗК – ультразвуковой контроль.
ЧАСТЬ 1. СВАРКА СТЫКОВ ТРУБ В НИТКУ МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ
5 Технология сварочно-монтажных работ
5.1 Подготовка к сварке. Сборочно-сварочные работы

5.1.1 Трубы, детали трубопроводов, арматура и сварочные материалы должны пройти входной контроль в установленном порядке. Результаты контроля заносят в Журнал входного контроля.

5.1.2 До начала производства работ следует проверить наличие сертификатов (паспортов) на трубы, соединительные детали трубопроводов, запорную арматуру и сварочные материалы, которые будут использованы для сооружения объекта, а также соответствие маркировки обозначениям, указанным в сертификатах (паспортах).

При отсутствии клейм, маркировки, сертификатов (или других документов, удостоверяющих их качество) трубы, соединительные детали трубопроводов, запорная арматура и сварочные материалы и к сборке и сварке не допускаются.

5.1.3 При использовании труб с заводской разделкой кромок следует проверить соответствие формы, размеров, перпендикулярности свариваемых кромок требованиям, приведенным в разделе 7 настоящего РД.

Точность обработки кромок под сварку и размеры разделки проверяют инструментально.

5.1.4 Обработку (переточку) кромок под сварку в случае несоответствия заводской разделки кромок требованиям технологии сварки следует производить механическим способом с помощью специализированных станков.

5.1.5 При использовании труб с обработанными специальными станками торцами следует проверить соответствие формы, размеров и качества подготовки свариваемых кромок требованиям настоящего РД и Операционной технологической карты.

При подготовке труб под сварку разнотолщинных соединений необходимо, чтобы форма разделки кромок соответствовала одному из допускаемых соединений, представленных в разделе 10 (рис. 10.2.1).

5.1.6 Трубы, соединительные детали трубопроводов и запорная арматура с недопустимыми дефектами на их поверхностях к сборке не допускаются (раздел 7 настоящего РД).

Допускается осуществлять расточку изнутри трубы («нутрение») абразивным кругом с использованием шлифмашинок.

Следует проверить после «нутрения» соответствие минимальной фактической толщины стенки в зоне свариваемых торцов допускам, установленным в таблице 7.1.2. Качество выполнения «нутрения» фиксируется соответствующим протоколом ВИК.

5.1.7 Допускается производить резку труб для выполнения специальных сварочных работ (например, захлестов) механизированной кислородной, плазменно-дуговой или воздушно-дуговой резкой с последующей обработкой специализированным станком или шлифмашинкой. При этом металл кромок должен быть удален на глубину не менее 1 мм.

5.1.8 Форма специальной разделки кромок труб для автоматической и механизированной сварки приведена в соответствующих разделах по технологии сварки – 5.2, 5.4, 5.5, 5.6, 5.10.

5.1.9 Перед сборкой необходимо очистить внутреннюю полость труб и деталей трубопроводов от попавшего грунта, снега и т.п. загрязнений, а также механически очистить до металлического блеска кромки и прилегающие к ним внутреннюю и наружную поверхности труб, деталей трубопроводов, патрубков запорной арматуры на ширину не менее 15 мм.

Усиление заводских продольных и спиральных швов снаружи трубы следует удалить до величины 0-0,5 мм на участке шириной 10-15 мм от торца трубы.

5.1.10 Перед сборкой следует осмотреть поверхности кромок свариваемых элементов. Устранить шлифованием на наружной поверхности неизолированных торцов труб или переходных колец царапины, риски, задиры глубиной до 5% от нормативной толщины стенки, но не более минусовых допусков на толщину стенки, оговоренных в Общих технических требованиях и ГОСТе на трубы.

5.1.11 Забоины и задиры фасок глубиной до 5 мм труб 1-й группы прочности (таблица 7.1.1) следует отремонтировать электродами с основным видом покрытия типа Э50А диаметром 2,5-3,2 мм; 2-й группы прочности (таблица 7.1.1) – электродами с основным видом покрытиям типа Э60 диаметром 3,0-3,2 мм. При этом перед началом сварки осуществляется предварительный подогрев до 100 +30 С.

Отремонтированные поверхности кромок труб следует зачистить абразивным инструментом путем их шлифовки, при этом должна быть восстановлена заводская разделка кромок, а толщина стенки трубы не должна быть выведена за пределы минусового допуска.

5.1.12 Допускается правка плавных вмятин на концах труб глубиной не более 3,5% номинального диаметра трубы с помощью безударных разжимных устройств гидравлического типа с обязательным местным подогревом изнутри трубы до 100-150 С независимо от температуры окружающего воздуха.

5.1.13 Концы труб с забоинами и задирами фасок глубиной более 5 мм или вмятинами глубиной более 3,5% от номинального диаметра труб, а также любыми вмятинами с надрывами или резкими перегибами, имеющими дефекты поверхности, исправлению не подлежат и должны быть обрезаны с последующей обработкой специализированным станком или шлифмашинкой. При этом металл кромок, образовавшихся после резки, должен быть удален на глубину не менее 1 мм.

5.1.14 После вырезки участка с недопустимыми дефектами следует выполнить УЗК участка, прилегающего к торцу шириной не менее 40 мм по всему периметру трубы для выявления возможных расслоений.

Если в процессе УЗК выявлено наличие расслоений, должна быть произведена обрезка трубы на расстоянии не менее 300 мм от торца и произведен ультразвуковой контроль в соответствии с выше приведенными правилами.

5.1.15 Ремонт труб, предназначенных для строительства подводных переходов, не допускается.

5.1.16 Смещение наружных кромок электросварных труб с толщиной стенки 10,0 мм и более не должно превышать 20% от нормативной толщины стенки, но составлять не более 3,0 мм.

При толщине стенки менее 10,0 мм допустимое смещение наружных кромок составляет 2 мм. Измерение величины смещения кромок допускается осуществлять шаблоном по наружным поверхностям труб.

5.1.17 При сборке стыков бесшовных труб с нормативной толщиной стенки 10,0 мм и более смещение их внутренних кромок не должно превышать 2,0 мм. Допускаются местные внутренние смещения кромок труб, не превышающие 3,0 мм на длине не более 100 мм.

При толщине стенки менее 10,0 мм допускается смещение внутренних кромок не более 2,0 мм. Величина наружного смещения в этом случае не нормируется, однако при выполнении облицовочного слоя шва должен быть обеспечен плавный переход поверхности шва к основному металлу.

5.1.18 Сборку стыков труб диаметром 426 мм и более следует производить на внутренних центраторах гидравлического или пневматического типов. Центратор не должен оставлять царапин, задиров, масляных пятен на внутренней поверхности труб.

5.1.19 При выполнении захлестов, в том числе путем вварки катушки, стыков соединений труба + соединительная деталь, труба + запорная арматура, а также в случаях, когда применение внутренних центраторов технически невозможно, сборку соединений осуществляют на наружных центраторах преимущественно гидравлического типа.

5.1.20 При сборке запрещается любая ударная правка концов труб.

5.1.21 При сборке заводские (как продольные, так и спиральные) швы следует смещать относительного друг друга не менее, чем на 75 мм – при диаметре труб до 530 мм включительно, на 100 мм – при диаметре труб свыше 530 мм.

5.1.22 В случае технической невозможности (захлесты, приварка кривых холодного гнутья и т.д.) соблюдения требований п. 5.1.21 любое изменение расстояния между смежными швами должно быть подтверждено в каждом отдельном случае представителем службы независимого технического надзора и отражено в исполнительной документации.

5.1.23 При установке зазора в стыках, выполняемых различными способами сварки, следует руководствоваться табл. 5.1.1.

5.1.24 Сборку на внутреннем центраторе стыков труб с заводской разделкой кромок или кромок, подготовленных специализированными станками, под последующую сварку корневого слоя шва механизированной сваркой методом STT или ручную дуговую сварку электродами с целлюлозным видом покрытия следует осуществлять без прихваток. Если в процессе установки технологического зазора возникла объективная необходимость в установке прихваток, то они должны быть полностью удалены в процессе сварки корневого слоя шва.

5.1.25 Сборку на внутреннем центраторе под последующую сварку корневого слоя шва электродами с основным видом покрытия следует осуществлять без прихваток.

В случае технической невозможности сборки без прихваток разрешается их установка в соответствии со следующими регламентациями:

— для стыков труб диаметром 426-720 мм количество прихваток должно составлять не менее 3-х при длине каждой 60-100 мм;

— для стыков труб диаметром 820-1020 мм количество прихваток должно составлять не менее 4-х при длине каждой 100-150 мм;

— для стыков труб диаметром 1220 мм количество прихваток должно составлять не менее 4-х при длине каждой 150-200 мм.

Режимы сварки при выполнении прихваток должны соответствовать режимам сварки корневого слоя шва.

5.1.26 Сборку труб для двухсторонней автоматической сварки под флюсом следует выполнять без зазора при помощи одной прихватки длиной не менее 200 мм, выполняемой на режиме сварки первого наружного слоя шва.

5.1.27 После выполнения прихваток в соответствии с п.п. 5.1.25 и 5.1.26 их следует зачистить. Начальный и конечный участок прихватки следует обработать абразивным кругом.
Таблица 5.1.1 – Величина зазоров в стыках, выполняемых различными способами сварки

— « Сварка при строительстве и капитальном ремонте магистральных нефтепроводов » РД-08.00-60.30.00-КТН-050-1-05. — Рекомендации по использованию сварочных материалов при строительстве магистральных нефтепровододля для автоматической, полуавтоматической и ручной дуговой сварки в зависимости от условий прокладки и класса прочности свариваемых труб 2005 г. (ВСТО). — Инструкция по технологии сварки при строительстве и капитальном ремонте магистральных нефтепроводов РД 153-006-02 (Архив). … Для сварки и ремонта заполняющих и облицовочного слоев шва стыков труб из стали с нормативным пределом прочности 637 МПа (4 группа). ОК 74.78***. 4,0.

Инструкция по технологии сварки при строительстве и капитальном ремонте магистральных нефтепроводов РД 153-006-02 (Архив)

Примечания:
* — сварку подварочного слоя рекомендуется выполнять электродами №№1-8 диаметром 3,0; 3,2 или 4,0 мм;
** — электроды ОК 48.08 и ОК 74.78 могут быть допущены к применению только после их переаттестации в установленном порядке;
*** — электроды разрешены к применению в пределах срока действия Заключения по результатам регулярной переаттестации, проводимой в установленном порядке.

Источник: «Инструкция по технологии сварки при строительстве и капитальном ремонте магистральных нефтепроводов» РД 153-006-02

Название русское: Сварка при строительстве и капитальном ремонте магистральных нефтепроводов . Дата введения: 2006-01-01. Разработан в: ОАО "ВНИИСТ" 105058, Москва , Окружной проезд, 19. Утверждён в: ОАО "АК "Транснефть" (12.12.2005). Опубликован в: ОАО "АК "Транснефть" № 2007. Область и условия применения: Часть 1 настоящего документа распространяется на сварку соединений труб в нитку магистральных нефтепроводов ОАО "АК "Транснефть". … И СВАРОЧНЫЕ АГРЕГАТЫ 9.1 Требования к источникам сварочного тока 9.2 Требования к сварочным агрегатам 10…

Сварка при строительстве и капитальном ремонте магистральных нефтепроводов

В статье рассмотрены классы нефте- и нефтепродуктопроводов, представлена классификация труб для магистральных нефтепроводов, описан процесс сварки магистрального трубопровода для транспортировки нефти и нефтепродуктов в суровых климатических условиях стандартными способами сварки, выявлены достоинства и недостатки данных способов. Рассмотрены современные способы сварки нефте- и газопроводов, изучены возможности применения технологии гибридной лазерно-дуговой сварки нефтепроводов из конструкционных легированных сталей, определены ее преимущества, определены факторы, сдерживающие широкое применение данной технологии. Рассмотрена технология гибридной лазерно-дуговой сварки швов толстостенных трубных заготовок, с одновременным использованием двух лазерных лучей со стороны наружной поверхности стыка кромок трубной заготовки. Выделены особенности, способствующие повышению качества сварного соединения при выполнении сварки с использованием двух лазерных лучей, также определены недостатки данного вида сварки.. Представлена автоматизированная комбинированная технология сварки корневого слоя шва посредством перехода со способа с механизированной сварки плавящимся электродом в среде активных газов в стандартную заводскую разделку кромок труб на автоматическую сварку проволокой сплошного сечения в защитном газе в специальную зауженную разделку кромок труб, собранных со «слепым» зазором, способствующая повышению механических свойств сварных швов, улучшению качества сварного соединения, что подтверждено внедрением данной технологии при сварке трубопроводов.

2. Сварка магистральных трубопроводов [Электронный ресурс]. URL: http://stalevarim.ru/pub/svarka-magistralnyh-truboprovodov/) (дата обращения: 14.02.2020).

3. Магистральные трубопроводы [Электронный ресурс]. URL: http://www.baltstroymetall.ru/faq/283-magistral (дата обращения: 14.02.2020).

4. Каи?тель С. Технологии гибридной лазерно-дуговой сварки кольцевых швов на магистральных трубопроводах // Автоматическая сварка. 2014. № 4. С. 37–43.

5. Федоров М.А., Котлов А.О., Черняев А.А., Романцов А.И. Способ гибридной лазерно-дуговой сварки продольного шва трубы // Патент РФ № 2637035. Патентообладатель ПАО «Челябинский трубопрокатный завод». 2017.

6. Татаринов Е.А. Новая комбинированная технология автоматической сварки неповоротных стыков труб магистрального газопровода // Известия ТулГУ. Технические науки. 2014. Вып. 11. Ч. 17. С. 74–84.

7. Технологическая инструкция ОАО «Газпром» по автоматической сварке проволокой сплошного сечения в углекислом газе методом STT корневого слоя шва и порошковой проволокой в защитных газах заполняющих и облицовочного слоев шва сварочными головками М-300С в специальную зауженную разделку кромок неповоротных кольцевых стыковых соединении?. ОАО «Газпром», 2012. 26 с.

В настоящее время одним из лидеров мирового нефтяного рынка является Россия. По всей территории страны расположены малые, средние, крупные месторождения, поэтому актуален вопрос транспортировки нефтепродуктов. Для перекачки нефти и различных нефтепродуктов трубопроводный вид транспортировки является наиболее выгодным. Многие трубопроводы России были проложены в сложных природно-климатических условиях. Можно выделить ряд преимуществ трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов: низкие операционные издержки; низкая себестоимость перекачки; допустимость перекачки сразу нескольких сортов нефтепродуктов; малые потери нефтепродуктов при перекачке; бесперебойные поставки, вне зависимости от климатических условий и т.д. Более 90 % нефти, добываемой в стране, проходит по трубопроводам. Добывающие скважины соединены с нефтепромысловой инфраструктурой нефтепроводами [1]. Процесс строительства нефте/газопроводов характеризуется большими капитальными вложениями, снижению которых способствуют применение инновационных технологий, новых технических решений, привлечение высококвалифицированных кадров.

Методы исследования: теоретические (изучение, анализ и синтез литературы по рассматриваемой проблеме; анализ предмета исследования; обобщение результатов исследования); эмпирические (изучение нормативных документов, анализ документации, анализ результатов механических испытаний; экспериментальные (механические испытания сварных соединений).

Результаты исследования и их обсуждение

Трубопроводы классифицируют на нефтепроводы для перекачки нефти и нефтепродуктопроводы, а также для перекачки дизельного топлива, бензина, мазута и т.д. Способы сварки нефтепроводов: термические виды сварки (дуговую, под слоем флюса, плазменную, газовую, лазерную и другие), термомеханические (контактная сварка с магнитоуправляемой дугой), специальные способы. Во всех пространственных положениях сваривают трубы посредством дуговой сварки. При ручной сварке скорость движения электрода по диаметру стыка достигает 20 м/ч, в автоматизированном режиме – 60 м/ч [1]. Монтаж секций, состоящих из двух и более труб больших диаметров, производят посредством механизированной сварки. Наибольшее применение нашли автоматическая сварка под флюсом, сварка порошковой проволокой. При соединении труб малого диаметра применяют автоматическую сварку с магнитоуправляемой дугой, называемую дугоконтактной. Действие магнитного поля вдоль кромок стыкуемых труб вызывает высокоскоростное вращение дуги, способствующее нагреванию соединяемых кромок. Сварка ведется в автоматическом режиме по заданному алгоритму с беспрерывным оплавлением кромок трубы [2].

До проведения монтажных работ трубы и комплектующие элементы проверяются на соответствие параметров с данными технических условий, все соединяющие изделия должны подходить по форме к концам труб. Для изготовления магистральных нефтепроводов с завода трубы поставляют с разделанными кромками для выполнения дуговой сварки. Перед сборкой трубы очищают от внешних загрязнений, кромки труб и примыкающие к ним части (более чем на 1 см) зачищают до металлического блеска.

При сборке труб следят за перпендикулярностью трубопроводных осей со стыками, допустимое отклонение не более 2 мм, контролируют равномерность зазора по всему периметру соединения. При помощи специальных центраторов производят сборку труб, при этом между диаметрами свариваемых труб допускается зазор не больше 1 см.

Предварительный подогрев применяют для регулирования термического цикла сварки, избежания образования холодных трещин (особенно для низколегированных сталей с эквивалентом углерода 0,43 % и выше). Подогрев производят специальными устройствами, равномерно нагревая кромки на ширину около 7,5 см влево и вправо от шва по всей длине [3]. Сварку трубопроводов производят встык. Процесс сварки ведется в направлении снизу вверх с поперечными колебательными движениями электродов, амплитуда колебаний определяется расстоянием, которое разделяет стык частей труб.

Добиться более глубокого провара корня шва, повысить плотность сварного шва позволяет ручная дуговая сварка, производимая в 2–4 слоя. Первый накладываемый слой, обеспечивающий провар корня стыка, имеет вогнутую поверхность. Последующие слои накладываются на предыдущие, перекрывая их, сплавляясь с кромками стыка. Последним выполняют облицовочный слой, он обеспечивает плавный переход к основному металлу, имеет мелкочешуйчатую поверхность, выполняет декоративную функцию. Поточно-расчлененный способ сварки труб предполагает, что каждый сварщик обрабатывает отдельный участок шва. Если в работе задействованы два сварщика, то сварка производится снизу вверх, от начала в противоположных направлениях вдоль периметра.

Процесс сварки сопровождается образованием усиления шва, называемым гратом, который препятствует изоляции снаружи и проходимости внутри трубопровода. После сварки грат удаляют при помощи гратоснимателя [4]. При ручной дуговой сварке замедление темпов строительства магистрали обусловлено невысокой скоростью процесса. Время сооружения трубопроводов сокращается за счет использования не отдельных труб, а секций, сваренных автоматической сваркой под флюсом или сваркой встык оплавлением в заводских условиях. В современных условиях при строительстве магистральных нефтепроводов текущий участок делится на 10–20 отрезков, бригады начинают работу на расстоянии 1 км друг от друга, что способствует достижению скорости укладки 5–6 км в день. Качество сварных швов предварительно проверяется визуально-измерительными методами, после чего используют радиационный или ультразвуковой контроль. Завершающим этапом укладки участков нефтепровода является его испытание на герметичность.

При сооружении магистральных нефтепроводов для избежания разрушения под действием ударной волны, устанавливается система сглаживания волн давления (СВД), которая защищает трубопровод и обеспечивает минимизацию сброса рабочей жидкости.

Для защиты от почвенной и атмосферной коррозии трубопровода используются следующие методы: пассивные – изоляционные покрытия на основе битумных мастик, эпоксидного праймера, полимерных липких лент и др.; активные – электрохимическая защита катодной поляризацией трубопроводов. В настоящее время используют изолирующие монолитные муфты [4].

Для повышения эффективности процесса строительства нефтепроводов уделяется большое внимание исследованиям новых технологий сварки труб. При этом акцент делается на сокращение количества проходов в процессе сварки, следовательно, увеличение скорости сварки. Перспективным направлением в развитии сварочных технологий является лазерная сварка. Широкое внедрение данного способа сдерживается высокими требованиями к качеству подготовки свариваемых кромок. Гибридная лазерно-дуговая сварка позволяет снизить данные требования [3]. Гибридная лазерно-дуговая сварка предусматривает одновременное действие сварочной дуги и лазерного излучения с целью формирования сварочной ванны. Процесс может осуществляться неплавящимся или плавящимся электродом. Подогрев металла и расплавление его верхнего слоя осуществляется посредством электрической дуги, что способствует созданию широкого шва, заполняющего зазоры; лазерный луч осуществляет глубокое проплавление металла .Данный способ сварки позволяет применять в северных условиях для сварки нефтепроводов конструкционные легированные стали, имеющие высокие механические свойства. Первоначально эксперимент по сварке кольцевых швов трубопровода проводился компанией «Gullco». Оптоволоконный лазер использовался как источник лазерного излучения. Лазер мощностью 4,5 кВт использовался при высоте притупления до 6 мм, а при большей высоте притупления – лазер SLV Mecklenburg – Vorpommern мощностью 10 кВт [5].

В процессе проведения эксперимента определены распределения твердости в шве, наибольшая твердость зафиксирована в корне шва, что позволило проводить заварку корневого шва без перекрывающего прохода. В процессе испытаний сваренных трубных соединений их располагали и фиксировали в различных положениях, что позволило определить значения допусков, характерных при строительстве трубопроводов. Для контроля качества сварных швов применяли ультразвуковой контроль, результаты которого подтверждают перспективность применения гибридной технологии при сварке нефтепроводов в суровых климатических условиях. Для сварки нефтепроводов посредством гибридной лазерно-дуговой технологии неповоротных применяют мобильные технологические комплексы, базирующиеся на модернизированный сварочный трактор комплексы включают: лазерно-дуговой модуль (волоконный лазер с лазерной головкой), систему наведения на шов, механизм подачи электродной проволоки, инвертор – в качестве дугового источника.

Экономическая эффективность при внедрении данной технологии обусловлена: повышением производительности, автоматизацией процесса, повышением качества сварного шва, уменьшением затрат на производство. Следует отметить, что внедрение технологии лазерной сварки сдерживается высокими требованиями к подготовке свариваемых кромок. Гибридная лазерно-дуговая сварка позволяет снижению требовании? к подготовке свариваемых кромок, что в настоящее время сдерживает внедрение технологии лазерной сварки при сварке нефтепроводов.

Лазерно-дуговая сварки не лишена недостатков, а именно: возрастание поперечных размеров сварного шва способствует перегреву основного металла; увеличение давления дуги на сварочную ванну, что обусловлено увеличением величины погонной энергии, для обеспечения проплавляющей способности гибридного теплового источника, в сравнении с лазерной сваркой. В процессе сварки возникают характерные дефекты, такие как подрезы с одной или двух сторон верхнего валика, внутренние поры, провисание швов. Устранение данных недостатков возможно при одновременной модуляции дуги плавящегося электрода и лазерного излучения. Дополнительно происходит сужение сварного шва (0,87 – коэффициент формы шва), а также измельчение дендридной структуры шва [4].

Гибридную лазерно-дуговую сварку возможно использовать для выполнения продольного шва толстостенных трубных заготовок как с максимально допустимым зазором, так и с зазором превышающим допустимое значение, при этом обеспечивается повышение качества сварного шва. При этом для сварки шва толстостенных трубных заготовок используют размещение одновременно двух лазерных лучей со стороны наружной поверхности стыка кромок трубной заготовки. Лазерные лучи направляют в расфокусированном состоянии на противоположные по отношению к ним кромки стыка трубной заготовки. Это становится возможным, когда области распространения лучей не пересекаются и расположены на максимально близком расстоянии, которое выбирается исходя из условий возможности осуществления процесса сварки. Лазерные лучи перекрещиваются в зоне участков с наименьшим диаметром каждого луча, в результате происходит суммирование энергии лазерного излучения. Одинаковый угол установки лазерных лучей относительно вертикали способствует оплавлению кромок трубной заготовки и формированию сварного шва.

В зону сварки подают присадочную проволоку, расплавляемую в защитной среде электрической дугой, с образованием единой сварочной ванны, В качестве защитной среды сварочной ванны используют газ или смесь газов, например аргон и двуокись углерода. Электрическую дугу располагают позади лучей для заполнения разделки кромок трубной заготовки. Оси лучей располагают в одной плоскости, перпендикулярной направлению сварки, и под равными углами от вертикальной оси с пересечением их в области фокуса. Фокус располагают выше поверхности обрабатываемой заготовки, а области расфокусировки – с обеспечением попадания луча на соответствующую противоположную кромку стыка. Сварка шва выполняется за один проход, что способствует снижению энерго- и трудозатрат [4].

Наиболее распространенные технологии сварки газопроводов, а именно автоматическая сварка проволокой сплошного сечения в защитных газах, комбинированная технология, предусматривающая сварку корневого шва механизированной сваркой плавящимся электродом в среде активных газов с последующим заполнением разделки порошковой проволокой автоматической сваркой в среде защитных газов, не всегда способны учитывать особенности строительства газопроводов из стали высокого класса прочности, большой проектной мощности, с использованием труб большого диаметра, из металла большой толщины (более 25 мм). Следует учитывать и стоимость комплекса оборудования для данных способов сварки.

Технология выполнения неповоротных стыков труб автоматической сваркой проволокой сплошного сечения в защитном газе в специальную зауженную разделку кромок труб, собранных со «слепым» зазором [6], способствует получению качественных сварных соединений при использовании не столь дорогостоящего оборудования. Данная технология способствует: уменьшению времени сборки стыка; уменьшению времени на сварку; уменьшению количества заполняющих слоев, сведение к минимуму применения валиковой сварки, способствует повышению качества.

Преимущества технологии: автоматизация процесса; умеренная стоимость оборудования (по сравнению с полностью автоматическими комплексами); легкость обучения (переобучения) сварщиков-операторов; снижение времени сборки и сварки стыка; за счет уменьшения площади сечения разделки происходит уменьшение объема наплавленного металла; экономия сварочных материалов; высокие механические свойства сварных соединении? [6]. Сварка корневого слоя шва производится в среде активных газов, дальнейшее заполнение разделки шва осуществляется порошковой проволокой посредством автоматической сварки в защитных газах. Это способствует тому, что нормативное смещение кромок не более 3 мм, совершенствуется геометрия свариваемых кромок труб, уменьшается ширина облицовочного слоя шва, производится полное проплавление свариваемых кромок, при этом высота обратного валика составляет 0–3 мм. Корневой слой формируется высотой 4–5 мм, шириной 3–6 мм.

Механические испытания сварных соединении? позволяют сделать вывод, что данная технология способствует получению высоких механических свойств сварных соединении?, а именно повышению ударной вязкости (таблица) [6].

Результаты сравнительных испытании? механических свойств сварных соединении?, выполненных на стыках труб Ø1420 мм х 25,8 мм из стали класса прочности К60

Механизированная сварка плавящимся электродом в среде активных газов корневого слоя шва с последующим заполнением разделки автоматической сваркой порошковой проволокой в защитных газах

Комбинированная технология сварки корневого слоя шва в автоматическом режиме проволокой сплошного сечения в углекислом газе и сварки заполняющих и облицовочного слоев шва порошковой проволокой в защитных газах

1.1.1 Часть 1 Инструкции распространяется на сварку стыков труб диаметром 219 ¸ 1220 мм при строительстве и капитальном ремонте с заменой труб линейной части магистральных нефтепроводов ОАО «АК «ТРАНСНЕФТЬ». Часть 2 Инструкции распространяется на сварку стыков труб преимущественно малого диаметра, выполняемую при сооружении трубопроводов основного назначения, технологических трубопроводов пара, масла, горячей воды, газопроводов собственных нужд при строительстве НПС, резервуарных парков других сооружений, располагающихся на площадках магистральных нефтепроводов .