Исследование и разработка системы оперативного прогнозирования качества сварных соединений по результатам мониторинга процесса автоматической сварки магистральных трубопроводов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.10, кандидат наук Филяков Алексей Евгеньевич

• Филяков Алексей Евгеньевич
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Филяков Алексей Евгеньевич

Введение

Глава 1. проблемы оперативного прогнозирования качества сварных соединений при строительстве магистральных трубопроводов

1.1. Анализ технологий и оборудования для дуговой сварки плавлением магистральных трубопроводов

1.2. Требования к качеству сварных соединений магистральных трубопроводов и дефекты сварных соединений

1.3. Технологические аспекты возникновения дефектов при сварке магистральных трубопроводов

1.4. Пути решения проблем оперативного прогноза качества сварных соединений при сварке магистральных трубопроводов

1.4.1. Организационно-технологические мероприятия по обеспечению стабильно высокого качества сварных соединений нефтегазопроводов

1.4.2. Программно-аппаратные средства для создания интеллектуального модуля оперативного прогнозирования качества сварных соединений

Выводы по главе

Глава 2. Разработка теории оперативного прогнозирования качества сварных соединений на основе математического моделирования процессов автоматической орбитальной сварки магистральных нефтепроводов

2.1. Проблемы критериальной оценки вероятности возникновения дефектов при сварке магистральных трубопроводов

2.2. Математическая модель влияния возмущений параметров дуги на образование дефектов при сварке трубопроводов

2.3. Численное решение уравнений модели и визуализация результатов по влиянию возмущений на образование дефектов

2.4. Адекватность модели

2.4.1. Методика верификации

2.4.2 Результаты моделирования и их сравнение с результатом опытных сварок

2.4.3 Оценка адекватности моделирования опытным данным

Выводы по главе

Глава 3. Исследование закономерностей образования и прогнозирования дефектов при сварке магистральных трубопроводов

3.1. Исследование влияния прерываний горения дуги на формирование сварочной ванны и шва

3.1.1. Влияние длительности прерываний горения дуги на формирование валиков многопроходного шва

3.1.2. Влияние параметров процесса сварки на возникновение кратеров при прерываниях дуги

3.1.3. Влияние обрывов и коротких замыканий при многопроходной сварке с поперечными колебаниями

3.1.4. Анализ результатов численного исследования влияния прерываний горения дуги на формирование дефектов шва

3.2. Исследование условий возникновения неметаллических включений при многопроходной сварке плавящимся электродом

3.2.1. Причины появления неметаллических включений в металле шва

3.2.2. Численное исследование формирования неметаллических включений

3.3. Компьютерное моделирование влияния колебаний электрода на формирование шва при многопроходной сварке трубопроводов

3.4. Экспериментальное подтверждение результатов моделирования влияния прерываний и параметров колебаний дуги на образование несплавлений

3.4.1. Влияние прерываний горения дуги

3.4.2. Влияние смещения дуги при сварке с поперечными колебаниями электрода

3.4.3. Методика экспериментального исследования

3.4.4. Результаты экспериментального исследования

Выводы по главе

Глава 4. Разработка и опытно-промышленное внедрение интеллектуального модуля оперативного прогнозирования качества при автоматической сварке магистральных нефтепроводов

4.1. Концепция интеллектуального модуля для прогнозирования в режиме реального времени качества сварных соединений трубопроводов

4.2. Методика оценки возможных отклонений показателей качества от нормативных требований вследствие разброса параметров сварки в пределах назначенных допусков

4.3. Методика определения коэффициентов функций модуля для оперативного прогнозирования качества сварки

4.4. Аппаратная реализация модуля прогнозирования

4.5. Разработка сварочного оборудования, оснащенного блоком оперативного прогнозирования появление дефектов

4.6. Лабораторные испытания модуля прогнозирования

4.7. Результаты опытно-промышленного внедрения интеллектуального модуля оперативного прогнозирования качества сварных соединений

Выводы по главе

Общие выводы по работе и заключение

Список литературы

Приложение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка системы оперативного прогнозирования качества сварных соединений по результатам мониторинга процесса автоматической сварки магистральных трубопроводов»

Введение

Последовательное развитие инфраструктуры нефтегазовой отрасли требует постоянной работы по дальнейшему развитию трубопроводного транспорта, так как месторождения нефти и газа в России и их потребители разнесены географически на огромные расстояния. Основу трубопроводного транспорта составляют магистральные трубопроводы диаметром от 219 до 1 420 мм с избыточным давлением транспортируемого продукта от 1,2 до 10 и более МПа. Следует отметить, что на современном этапе развития технологии строительства магистральных трубопроводов, сварка является единственным способом соединения отдельных труб в непрерывную нитку непосредственно на трассе, а сварочные работы составляют значительную долю временных затрат при их соединении. Так как магистральные трубопроводы относятся к категории опасных производственных объектов, аварии и отказы в работе которых может принести значительный материальный и экологический ущерб, то сварочным работам и контролю их качества уделяется самое серьезное внимание, как при строительстве, так и последующей эксплуатации трубопроводов. Перспективным инструментом обеспечения стабильно высокого качества сварочных работ при строительстве магистральных трубопроводов являются процедуры непрерывного (или интервального) мониторинга реализуемых технологических процессов сварки. При этом процедуры мониторинга обеспечивают наблюдение за параметрами процессов сварки, последующий анализ причин их отклонений, предупреждение и профилактику причин несоответствия сварных соединений требованиям НТД. Одновременно процедуры мониторинга позволяют реализовать ряд требований по документированию выполняемых работ. Однако можно констатировать, что наиболее перспективным направлением совершенствования систем мониторинга процессов сварки будет не только контролирование и документирующие их параметров, но и прогнозирование их результатов.

В этой связи исследование и разработка системы оперативного

прогнозирования качества сварных соединений по результатам мониторинга процесса автоматической сварки магистральных трубопроводов является актуальной задачей.

К моменту постановки цели работы фундаментальные исследования по повышению качества сварных соединений осуществлены Б.Е. Патоном, Г.А. Николаевым, Г.Л. Петровым и др. Значимый вклад в исследование особенностей процессов сварки трубопроводов внесен такими учеными, как А.И. Акулов, Г.Г. Чернышов, В.И. Хоменко, Ф.М. Мустафин, E. Stava, D. Yapp, D-W. Cho и др. Автоматизацией самих сварочных процессов занимались Э.А. Гладков, Ф.Н. Киселевский, N. Murugan, D.B. Zhao, K. Hori, H. Watanabe и др. Накоплен опыт по разработке моделей процессов сварки плавлением (В.А. Судник, В.А. Ерофеев, С.И. Полосков, А.С. Бабкин, Э.Л. Макаров, А.С. Куркин, А.В. Коновалов, A. Anca, T. Ohji, S.-J. Na и др.). Особенности мониторинга процессов сварки исследовали В.В. Булычев, Н.Г. Гончаров, B.F. Kuvin, S. Adolfsson, X.R. Li, Z. Zhang, H. Chen и др.

Однако несмотря на имеющиеся достижения, многие проблемы оперативного прогнозирования качества сварных соединений по результатам мониторинга процессов сварки до сих пор не решены.

Цель работы - повышение качества сварных соединений за счет создания системы оперативного контроля сварочных процессов и прогнозирования образования дефектов.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Разработатьматематическую модель типовых процессов сварки магистральных нефтепроводов и обосновать ее адекватность и достоверность.

2. Сформулировать критерии, позволяющие оперативно прогнозировать качество сварных соединений при осуществлении процедур мониторинга процессов автоматической орбитальной сварки магистральных нефтегазопроводов.

3. Разработать методику оценки качества формирования соединения по

данным мониторинга типовых процессов сварки магистральных нефтегазопроводов, основанную на математическом моделировании в выработке необходимых критериев.

4. Разработать структуру, аппаратное и программное обеспечение интеллектуального модуля для прогнозирования качества сварных соединений при реализации типовых процессов сварки магистральных нефтегазопроводов.

5. Обеспечить опытно-промышленное опробование и оценить эффективность промышленного использования модуля оперативного прогнозирования качества сварных соединений в составе автоматизированной системы контроля выполнения сварочных работ при строительстве и ремонте магистральных трубопроводов на объектах ПАО «Газпром» и ПАО «Транснефть».

Методы исследований. Анализ причин образования дефектов при автоматической сварке плавящимся электродом магистральных трубопроводов выполнен на основе имитационного моделирования и сварки натурных образцов. При экспериментальных работах выполняли сварку образцов в разных пространственных положениях. Для этого использовали сварочный аппарат MicorMig 400 (Lorch). Автоматическое перемещение сварочных горелок SB-500W обеспечивал механизм перемещения KC-5 (ШТОРМ), регистрацию параметров сварки осуществляли регистратором AWR-725 (Лаборатория электроники). При проведении компьютерных исследований использовали оригинальную физико-математическую модель процесса сварки трубопроводов плавящимся электродом в различных пространственных положениях, связывающую показатели качества сварных соединений с параметрами режима сварки.

Научная новизна.

1. Разработана математическая модель формирования сварочной ванны и шва при многопроходной орбитальной сварке, реализованная в форме компьютерной модели и позволяющая воспроизводить формирование шва при быстрых изменениях энергетических и пространственных параметров дуги.

2. Методами математического моделирования выполнено комплексное исследование процесса формирования шва при отклонениях параметров сварки и показано, что прерывание и не регламентированное смещение дуги в стыке вызывает формирование кратеров на поверхности шва и, как следствие, возникновение межслойных несплавлений и шлаковых включений.

3. Разработана методология оценки допустимой длительности прерывания горения дуги и нерегламентированного смещения центра поперечных колебаний, основой которой является виртуальное воспроизведение формирования кратеров на поверхности шва при заданных параметрах сварки.

Практическая значимость работы. На основе полученных результатов разработан интеллектуальный модуль, осуществлено его опытно-промышленное опробование при строительстве и ремонте магистральных трубопроводов на объектах ПАО «Газпром» и ПАО «Транснефть».

Прототип разработанного интеллектуального модуля был применен на предприятиях ООО «Стройэлектро» г. Саратов, ООО «ГазСтройРемонт» г. Санкт-Петербург и ООО ООО «Велесстрой-СМУ». Внедрение модуля позволило довести уровень воспроизводимости требуемого качества сварных соединений до 96-98 % и получить экономический эффект около 27,4 млн. руб. в год.

Достоверность результатов и выводов подтверждается использованием апробированных методов экспериментального исследования, компьютерного инженерного анализа и обработки данных, результатами опытной верификации полученных теоретических результатов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены на научно-практической конференции «Передовые инновационные разработки. Перспективы и опыт использования, проблемы внедрения в производство» (Казань, 2019); IV Международной научно-практической конференции с онлайн-участием «Инновации в информационных технологиях, машиностроении и автотранспорте» (Кемерово, 2020); V

международной конференции «Приоритетные направления инновационной деятельности в промышленности» (Казань, 2020); 15th International Conference on Industrial Manufacturing and Metallurgy (Nizhny Tagil, 2020); I Международной научно-практической конференции молодых учёных «Актуальные проблемы информационно-телекоммуникационных технологий и математического моделирования в современной науке и промышленности» (Комсомольск-на-Амуре, 2021); семинаре кафедры «Технологии сварки и диагностики» МГТУ им. Н.Э. Баумана (Москва, 2021).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ в журналах, рекомендованных ВАК, оформлен патент на изобретение. Одна публикация индексирована в базе данных Scopus.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и результатов, списка литературы и 4 приложений. Диссертация написана на 189 страницах и содержит 94 рисунка, 14 таблиц. Список литературы состоит из 139 наименований.

Большое значение при выполнении работы имели дискуссии, советы и замечания специалистов МГТУ им. Н.Э. Баумана, ТулГУ, ПАО «Газпром», ПАО «Транснефть», ООО «НИИ Транснефть», ООО «ШТОРМ» и за что автор им всем искренне благодарен.

Автор также выражает глубочайшую признательность и благодарность своему научному руководителю Михаилу Александровичу Шолохову за постоянное внимание, терпение и помощь при выполнении данной работы.

Глава 1. проблемы оперативного прогнозирования качества сварных соединений при строительстве магистральных трубопроводов

1.1. Анализ технологий и оборудования для дуговой сварки плавлением магистральных трубопроводов

Трудно переоценить политическое и экономическое значение нефтегазового комплекса для экономики Российской Федерации. Поэтому, как отмечается в работе [1], Россия не только располагает крупнейшей ресурсной базой, но и колоссальным опытом в создании необходимой инфраструктуры и ее эксплуатации. Причем последовательное развитие инфраструктуры нефтегазовой отрасли требует постоянной работы по дальнейшему развитию трубопроводных систем, так как месторождения нефти и газа в России и их потребители разнесены географически на огромные расстояния, а трубопроводный транспорт в настоящее время является наиболее эффективным видом транспорта углеводородного сырья и продуктов его переработки. Основу трубопроводного транспорта составляют магистральные трубопроводы диаметром от 219 до 1 420 мм и протяженностью обычно свыше 50 км, с избыточным давлением транспортируемого продукта от 1,2 до 10 МПа, что обеспечивает их высокую пропускную способность.

Известно [2], что на современном этапе развития технологии строительства магистральных трубопроводов, сварка является единственным способом соединения отдельных труб в непрерывную нитку непосредственно на трассе, а сварочные работы составляют значительную долю временных затрат при их соединении. Следует также отметить, что зачастую трассы трубопроводов проходят через низины и болота, поэтому сварочные работы осуществляются в зимний период, Рисунок 1.1.

Рисунок 1.1. Раскладка и сварка труб при строительстве магистрального трубопровода

В соответствии с Правилами безопасности для опасных производственных объектов магистральных трубопроводов", утвержденных приказом Ростехнадзора от 6 ноября 2013 г. N 520, магистральные трубопроводы относятся к категории опасных производственных объектов, аварии и отказы в работе которых может принести значительный материальный и экологический ущерб [3]. В работе [4] показано, что основными причинами аварий и отказов магистральных трубопроводов являются одиночные или множественные дефекты, приводящих к течи или разрыву трубы. Поэтому выявлению и анализу причин возникновения аварийных ситуаций на магистральных трубопроводах уделяется самое серьезное внимание [5,6]. Проведенный литературный обзор по анализу причин возникновения аварийных ситуаций на трубопроводах позволил обобщить основные группы факторов, определяющих возникновение аварий и инцидентов.

Основные группы факторов, являющихся причинами аварий и инцидентов на трубопроводах, обобщены на Рисунке 1.2.

Рисунок 1.2. Основные группы факторов, являющихся причинами аварий и инцидентов

Следует отметить, что в большинстве случаев брак при строительстве магистральных трубопроводов связан со сварочными работами [7,8]. Так как именно сварочные работы зачастую становятся причинами возникновения аварийных ситуаций при эксплуатации магистральных трубопроводов, то с целью минимизации вероятности их возникновения, именно контролю качества сварных соединений уделяется самое серьезное внимание, как при строительстве, так и последующей эксплуатации трубопроводов [8]. В этой связи, рассмотрим подробнее основные процессы сварки, применяемые при строительстве магистральных трубопроводов. В настоящее время это процессы ручной, механизированной и автоматической сварки [9,10].

Ручная дуговая сварка магистральных трубопроводов (Рисунок 1.3), характеризуется простотой реализации, однако она достаточно трудоемка и требует большого количества квалифицированных кадров.

Кроме того, при ручной дуговой сварке возможно возникновение значительного количества дефектов.

Рисунок 1.3. Ручная сварка при строительстве трубопроводов

Механизированная сварка (Рисунок 1.4) трубопроводов более производительна, по сравнению с ручной сваркой.

Рисунок 1.4. Механизированная сварка при строительстве трубопроводов

Однако и она не лишена недостатков, главными из которых повышенное разбрызгивание электродного металла, качество сварных соединений. Требования к квалификации сварщиков механизированной сварки также достаточно высоки. Следует отметить, что способы ручной и механизированной сварки характеризуются высокой степенью субъективного влияния исполнителей, так как полностью сохраняется их участие в управлении и контроле за процессом сварки. «Человеческий фактор» в значительно меньшей степени влияет на процесс сварки при реализации автоматизированных способов сварки, однако влияние сварщиков (Рисунок 1.5) на процесс сварки полностью исключить нельзя.

Рисунок 1.5. Автоматизированная сварка трубопровода

Следует также учитывать, что для реализации процессов автоматизированной сварки нужен комплекс машин и механизмов, составляющих единую установку, поэтому она менее мобильна по сравнению с ручной и механизированной сваркой. В настоящее время, среди установок для

автоматической сварки трубопроводов следует выделить оборудование для сварки плавящимся электродом с управляемым каплепереносом электродного металла [11]. С целью дальнейшего снижения влияния на процесс сварки характерных возмущений, весьма перспективны адаптивные технологии [12], оперативно корректирующие процесс сварки. Среди расходных материалов для автоматической орбитальной сварки широко применяются газозащитные порошковые проволоки. Самозащитные проволоки, несмотря на целый ряд преимуществ, применяются в значительно меньших объемах [13]. Автоматизация процессов сварки позволила существенно уменьшить угол раскрытия кромок при сборке стыков [14], а, следовательно, существенно уменьшить объема электродного металла при заполнении разделки.

В последние годы активизировались попытки внедрить при строительстве еще более производительные сварочные технологии, например, контактно-стыковую сварку [15], плазменных [16] и лазерных [17] технологий. Зачастую для сварки предлагается использовать сочетание различных источников нагрева [18,19], что должно приводить к усилению их преимуществ при выполнении сварочных работ. Однако эти способы сварки пока не нашли промышленного применения, либо используются в крайне ограниченных объемах. В этой связи, внедрение автоматических сварочных процессов позволяет снизить влияние человека на качество сварных соединений, однако вопросы, касающиеся выполнения сварщиком или оператором сварочного оборудования предписанных требований и инструкций производства работ остаётся актуальным вопросом.

1.2. Требования к качеству сварных соединений магистральных трубопроводов и дефекты сварных соединений

Качество сварных швов оценивают размерами его поперечного сечения, механическими свойствами металла шва и зоны термического влияния, распределением напряжений и остаточных деформаций, вероятностью возникновения холодных и горячих трещин. При этом качество сварных соединений магистральных трубопроводов должно соответствовать требованиям ГОСТ 30242-97 [20] и ГОСТ 16037-80 [21], а также нормативно-технической документации ПАО «Газпром [22] и ПАО «Транснефть» [23]. В этой связи, рассмотрим требования к качеству сварных соединений на магистральных трубопроводах, в том числе по наличию характерных дефектов, внешнему виду и размерам, механическим свойствам швов и ЗТВ, подробнее.

В соответствии с ГОСТ 30242-97 все дефекты соединений при сварке металлов классифицированы в шесть групп: трещины; полости, поры; твердые включения; несплавления и непровары; нарушения формы шва; прочие дефекты, не включенные в вышеперечисленные группы.

Согласно отраслевой нормативно-технической документации требования к внешнему виду и геометрическим параметрам сварных соединений сводятся к следующему:

- проплав корня шва в зависимости от диаметра свариваемых труб не должен превышать 1,5 - 2,5 мм, а возможная вогнутость корня шва должна быть в пределах 0,8 - 1,5 мм;

- облицовочный слой шва должен перекрывать основной металл на расстояние от 1,5 до 2,5 мм с каждой стороны разделки без образования подрезов по кромкам и иметь усиление не менее 1,0 мм;

- превышение усиления шва и наличие участков поверхности облицовочного слоя с грубой чешуйчатостью (превышение гребня над впадиной составляет 1 мм и более) не допускается.

При сварке разнотолщинных соединений минимально допустимые

размеры шва определяются из условий их равнопрочности.

Механические свойства сварных соединений трубопроводов должны отвечать следующим требованиям ГОСТ 6996-66 [24]:

а) временное сопротивление разрыву при испытаниях на статическое растяжение плоских образцов типа XII или XIII должно быть не ниже нормативного значения временного сопротивления основного металла труб в продольном направлении;

б) угол изгиба при испытаниях на статический изгиб, определяемый как среднее арифметическое по результатам испытаний должен быть не менее 120 градусов, при этом минимальное значение угла изгиба должно быть не менее 100 градусов;

в) ударная вязкость металла шва и ЗТВ при испытаниях на ударный изгиб по Шарпи образцов типа IX (для толщин основного металла от 11,0 мм) типа Х (для толщин основного металла от 6,0 до 11,0 мм) при температуре минус 400С должна быть не менее 24,5 Дж/см2 (среднее значение по результатам испытаний трех образцов), при этом значение ударной вязкости должно быть не менее 19,6 Дж/см2.

Твердость сварных соединений труб при измерении по Виккерсу (НУ10) по ГОСТ 2999-75 [25] должна быть не более 280 НУ10 для металла сварного шва и не более 300 НУ10 для ЗТВ сварных соединений.

По механическим свойствам сварные соединения должны соответствовать следующим параметрам:

1) временное сопротивление на разрыв - сварное соединение и основной металл должны быть равнопрочными;

2) относительное удлинение металла - не менее 20% для трубных сталей класса прочности до К60 и не менее 19% - для сталей прочностью до К70;

3) статический изгиб сварного соединения по ГОСТ 6996-66 - не менее 120 градусов;

4) обеспечивать выполнение требований к ударной вязкости сварных соединений, в зависимости от диаметра и класса прочности трубы;

5) твердость сварных швов: для соединений из сталей класса прочности до К60 - не более 300 HV10; для соединений из сталей класса прочности К65-К70 -не более 325 HV10.

Металлургические свойства металла шва должны соответствовать следующим параметрам:

• наличие рациональной композиции между легирующими элементами, которая обеспечивает оптимальные размеры зерна и высокую прочность межзеренных границ;

• предотвращение образования закалочных структур мартенситного и бейнитного класса, которые обладают низкой трещиностойкостью;

• не более 0,1 % содержания гранично-активных элементов;

• не более 0,1 % содержания неметаллических включений;

• эквивалент углерода (Сэкв) не более 0,40;

• содержание диффузионно-подвижного водорода не более 6,5 см3 / 100 г наплавленного металла по пробе Международного института сварки ISO 3690: 2000E или ГОСТ 23338-91;

• содержание остаточного водорода не более 3,5 см3 / 100 г наплавленного металла;

• содержание кислорода от 0,01 до 0,05 %, а азота от 0,01 до 0,1 %;

• коррозионная стойкость должна составлять не более 0,1 мм/год).

Требования к сварочным материалам для строительства и ремонта

нефтепроводов подробно изложены в работе [26].

1.3. Технологические аспекты возникновения дефектов при сварке магистральных трубопроводов

Так как именно сварочные работы зачастую становятся причинами возникновения аварийных ситуаций при эксплуатации магистральных трубопроводов, то контролю качества сварных соединений уделяется самое серьезное внимание, как при строительстве, так и последующей эксплуатации трубопроводов. К сожалению, в научно-технической литературе отсутствуют точные данные по соотношению объемов применения ручной, механизированной, а также автоматизированной сварки плавлением при строительстве трубопроводов. Однако по результатам опроса ведущих специалистов ПАО «Газпром» и ПАО «Транснефть», обобщенных в работе [27] можно утверждать, что доля автоматической орбитальной сварки при строительстве линейной части магистральных трубопроводов превышает 90%. Механизированная и ручная дуговая сварка в основном используются только при сварке захлестов, катушек, присоединений датчиков, а также при устранении дефектов и минимизации последствий аварийных ситуаций. Поэтому рассмотрение причин их возникновения и путей прогнозирования последствий непосредственно в ходе выполнения сварочных работ весьма актуально.

Как правило, автоматизированная сварка трубопроводов осуществляется в защитных газах и газовых смесях. Используются как сплошные, так и газозащитные порошковые проволоки. Самозащитные порошковые проволоки используются значительно реже, что связано как со стабильностью процесса сварки, так и активным выделением сварочных аэрозолей. Существуют несколько хорошо апробированных на практике технологий сварки, нашедших отражение в НТД по сварке. Их анализ показал, что на сегодняшний день предпочтительным процессами автоматизированной сварки магистральных трубопроводов являются те, при реализации которых сварка корневой части шва осуществляется с использованием внутреннего медного разжимного кольца, обеспечивающего надежную фиксацию стыков или, в случае достаточно

большого диаметра трубы, сварку корня шва изнутри трубы. Последующее заполнение разделки также может осуществляться по нескольким вариантам. Следует также отметить превалирующее использование зауженных разделок кромок.

К сожалению, при реализации любого способа дуговой сварки плавлением может возникнуть целый ряд характерных дефектов, которые традиционно делятся на наружные и внутренние [28]. Наружные дефекты формы и сплошности выявляются при внешнем осмотре шва. Внутренние дефекты сплошности могут быть выявлены только специальными приборами. особую группу внутренних дефектов представляют нарушения в структуре металла шва и ЗТВ, которые могут проявиться через увеличение концентрации оксидов, микропоры и микротрещины, крупную зернистость. тепловой режим сварки играет решающую роль при формировании структуры шва и ЗТВ при сварке стыков из новых трубных сталей, появившихся в последние годы [29].

Влияние дефектов на свойства сварных соединений определяется целым рядом факторов, в том числе их величиной и формой, частотой проявления, материалом и условиями эксплуатации трубопроводов, характером нагрузок и т.п. [30]. Однако наличие дефектов еще не означает потери работоспособности сварных соединений [31]. Поэтому среди дефектов особо выделяют:

- критические дефекты, при наличии которых эксплуатация трубопроводов запрещается по требованиям безопасности или надежности;

- значительные дефекты, которые существенно влияют на долговечность трубопроводов, но не являются критическими;

- малозначительные дефекты и несоответствия, которые не ухудшают эксплуатационные качества трубопроводов.

Ранжирование дефектов по негативным последствиям их проявления, позволяет не только оценить степень его влияния на безопасность трубопроводного транспорта. Учитывая, что магистральные трубопроводы работают в условиях циклического нагружения от изменения внутреннего давления перекачиваемого продукта, то те дефекты сварных соединений,

которые могут стать концентраторами напряжений и проявиться как источники зарождения усталостных трещин, являются недопустимыми. Как правило, к ним относятся трудно выявляемые внутренние дефекты.

Характерная трещина на отводе трубопровода, развившаяся в условиях циклических нагрузок, показана на Рисунке 1.6.

Рисунок 1.6. Характерная трещина, резвившаяся в условиях циклических нагрузок

Последствия развития трещин для магистральных трубопроводов наглядно представлены в работе [32].

В Таблице 1 на основании целого ряда литературных источников обобщены данные о характерных дефектах сварных соединений магистральных трубопроводов.

Таблица 1.

Характерные дефекты сварных соединений и причины их возникновения

Дефект Описание дефекта Причины возникновения

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Филяков Алексей Евгеньевич, 2021 год

Список литературы

1. Крюков В.А., Селезнева О.А. Нефтегазовые ресурсы в меняющейся институциональной среде // Экономический журнал Высшей школы экономики. 2013. Т. 17, № 3. С. 407-429.

2. Рыбин В.А., Иванов В.А. Проблемы повышения энерго и ресурсоэффективности при сооружении и реконструкции магистральных трубопроводов // Экспозиция нефть газ. 2013. № 7 (32). С. 60-62.

3. Приказ от 06.11.2013 года N 520 Об утверждении Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности "Правила безопасности для опасных производственных объектов магистральных трубопроводов". Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/499058128.

4. Петрищева А.И., Стасов И.В. Многошаговые алгоритмы эффективного управления сложными системами // Информационные технологии в проектировании и производстве. 2009. № 1. С. 63-67.

5. Идрисов Р.Х., Идрисова К.Р., Кормакова Д.С. Анализ аварийности магистральных трубопроводов России // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2019. № 2. С. 44-46.

6. Гайсина Д.Р., Денисова Я.В. Анализ причин аварийных ситуаций на магистральных трубопроводах // Вестник Казанского технологического университета. 2016. Т.19, № 14. С. 129-130.

7. Анализ основных причин аварий, произошедших на магистральных газопроводах / С.В. Савонин, А.В. Москаленко, А.В. Тюндер и др. // Нефть и газ Сибири. 2015. № 4 (21). С. 4-6.

8. Рыбин В.А., Иванов В.А. Проблемы повышения энерго- и ресурсоэффективности при сооружении и реконструкции магистральных трубопроводов // Экспозиция нефть газ. 2013. № 7 (32). С. 60-62.

9. Мустафин, Ф. М. Современные технологии сварки трубопроводов: учебное пособие / Ф. М. Мустафин, Н. Г. Блехерова, Л. И. Быков. Санкт-Петербург: Недра, 2010. 560 с.

10. Белоев М., Хоменко В.И., Кучук-Яценко С.И. Анализ и выбор сварочных технологий при строительстве магистральных трубопроводов большого диаметра // Автоматическая сварка. 2013. № 10-11. С. 125-128.

11. Опыт разработки и применения современных отечественных технологий и оборудования для автоматической орбитальной сварки магистральных газопроводов / О.Б. Гецкин [и др.] // Сварка и Диагностика. 2010. № 6. С. 51-57.

12. Реализация адаптивных технологий сварки кольцевых стыков магистральных трубопроводов / Н.П. Алешин [и др.] // Сварка и диагностика. 2011. № 5. С. 49-53.

13. Преимущества автоматической сварки самозащитной порошковой проволокой / Н.Г. Блехерова [и др.] // Территория Нефтегаз. 2013. № 5. С. 94-95.

14. Оськин И.Э. Пути решения проблем внедрения автоматической орбитальной сварки магистральных трубопроводов по узкому зазору // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2013. № 5. С. 68-74.

15. Инновационная технология сварки магистральных трубопроводов большого диаметра / Н.П. Алешин [и др.] // Сварка и диагностика. 2012. № 4. С. 39-42.

16. Плазменная сварка по отбортовке тонкостенных соединений. / Ю.Д. Щицын [и др.] // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. 2014. №2. С. 5-14.

17. Технология лазерной сварки магистральных трубопроводов. / А.Б. Ушаков [и др.] // Газовая промышленность. - 2017. - № 2. - С. 100-107.

18. Алешин Н.П., Лысак В.И., Лукьянов В.Ф. Современные способы сварки: Учебное пособие. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. 58 с.

19. Шипилов А.В., Полосков С.И. Технология комбинированной орбитальной сварки трубопроводов плавящимся электродом // Глобальный научный потенциал. 2010. № 6. С. 19-20.

20. ГОСТ 30242-97. Дефекты соединений при сварке металлов плавлением.

Классификация, обозначение и определения. - М.: Изд-во стандартов, 1997. 11 с.

21. ГОСТ 16037-80. Соединения сварные стальных трубопроводов. Основные типы, конструктивные элементы и размеры. - М.: Изд-во стандартов. - 1980. - 46 с.

22. СТО Газпром 2-2.2-115-2007. Инструкция по сварке магистральных газопроводов с рабочим давлением до 9,8 МПа включительно. М.: ОАО «Газпром». 2007. 155 с.

23. РД-25.160.00-КТН-037-14 «Сварка при строительстве и капитальном ремонте магистральных нефтепроводов. - М.: Транснефть, 2014. - 153 с.

24. ГОСТ 6996-66. Сварные соединения. Методы определения механических свойств. - М.: Стандартинформ, 2006. - 45 с.

25. ГОСТ 2999-75. Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Виккерсу. - М.: Изд-во стандартов, 1987. - 29 с.

26. Оськин И.Э., Гончаров Н.Г., Колесников О.И. Требования к сварочным материалам для строительства и ремонта нефтепроводов // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2011. № 4. С. 33-35.

27. Филяков А.Е. Технологические аспекты образования дефектов при сварке магистральных трубопроводов // Заготовительные производства в машиностроении. 2020. Т. 18, № 8. С. 343-348.

28. Вышемирский Е.М. Совершенствование нормативной базы по сварке и контролю качества сварных соединений магистральных газопроводов. Современные технологии сварки и контроля // Территория «Нефтегаз». 2016. № 10. С. 70-79.

29. Liu C., Bhole S.D. Challenges and developments in pipeline weldability and mechanical properties // Science and Technology of Welding and Joining. 2013. - Vol. 18, No. 2. Pp. 169-181.

30. Васин Е.С. Белкин А.А., Мягков С.П. Совершенствование методики расчета прочности и долговечности труб и сварных соединений с дефектами на основе результатов испытаний // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2012. № 1. С. 56-61.

31. Гаспарянц Р.С. Методология расчета на прочность и долговечность труб и сварных соединений с дефектами // Нефтепромысловое дело. 2008. № 2. С. 35-41.

32. Рыбаков А.А., Филипчук Т.Н., Гончаренко Л.В. Трещины в сварных соединениях труб большого диаметра и меры их предупреждения // Автоматическая сварка. 2013. № 4. С. 16-22.

33. Калиниченко Н.П., М.А. Васильева М.А., А.Ю. Радостев А.Ю. Атлас дефектов сварных соединений и основного металла: учебное пособие. Томск: ТПУ, 2011. 71 с.

34. The study of the influence of deviations of the arc energy parameters on the defects formation during automatic welding of pipelines / A.E. Filyakov, M.A. Sholokhov, S.I. Poloskov, A. Yu. Melnikov //15th International Conference on Industrial Manufacturing and Metallurgy. In: IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 966 (2020) 012088. 6p. doi:10.1088/1757-899X/966/1/012088

35. Cho D-W. Algorithms of mathematical models for fast multi-pass weld-bead drawing technique in V-groove welding // Journal of Mechanical Science and Technology. 2019. Vol. 33, No. 11. Pp. 5347~5352.

36. Nguyen T.C., Weckman D.C., Johnson D.A. The discontinuous weld bead defect in high-speed gas metal arc welds // Welding Journal. 2007. Vol. 86, No. 11. pp. 360s-372s.

37. Yamausi N., Inaba Y., Taka T. Formation mechanism of lack of fusion in MAG welding // Journal of the Japan Welding. Society. 1982. Vol. 51, No. 10. P. 843849. (in Japanese)

38. Алешин Н.П., Щербинский В.Г. Контроль качества сварочных работ: учебное пособие. М.: Высшая школа, 1986. 206 с.

39. Овчинников В.В. Дефектация сварных швов и контроль качества сварных соединений: учебник. - 3-е изд., стер. М.: Академия, 2017. 224 с.

40. Деев Г.Ф., Пацкевич И.Р. Дефекты сварочных швов. Киев: Наукова думка, 1984. 208 с.

41. Вышемирский Д.Е. Обоснование критического значения эквивалента

углерода на основе оценки свариваемости сталей для труб класса прочности к65 и к70. Автореферат дисс. ... канд. техн. наук. 2017.

42. Методические основы анализа напряженно-деформированного состояния МГП с дефектными сварными стыками / С.К. Рафиков [и др.] // Деловой журнал Neftegaz.RU. 2018. № 12. С. 62-69.

43. Алешин Н.П. Физические методы неразрушающего контроля сварных соединений: учебное пособие. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 2013. 576 с.

44. Денисов Л.С. Контроль и управление качеством сварочных работ: учебное пособие. Минск: Вышэйшая школа, 2016. 619 с.

45. Занковец П.В., Шелег В.К. Исследование и обоснование влияния производственных факторов на образование дефектности сварных соединений // Сварка и родственные технологии. 2004. № 6. С. 93-96.

46. Коробцов А.С. Человеческий ресурс в системе менеджмента качества сварочной продукции // Вестник ДонГТУ. 2011. Т. 11, № 9. С. 1611-1620.

47. Денисов Л.С. Сварочное производство - достижения и проблемы // Техническое нормирование, стандартизация и сертификация в строительстве. 2010. № 5. С. 81-86.

48. Online welding quality monitoring based on feature extraction of arc voltage signal / Z. Zhang [et al.] // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2014. Vol. 70, No. 9-12. Pp. 1661-1671.

49. Гладков Э.А. Регистратор параметров сварки // Сварочное производство. 2000. № 3. С. 46-47.

50. Гаврилов А.И., Гладков Э.А., Перковский Р.А. Видеокомпьютерные технологии построения компактных моделей протяженных сварных швов в системах автоматизированного мониторинга качества при строительстве магистральных трубопроводов // Сварка и Диагностика. 2014. № 1. С. 57-61.

51. Kuvin B.F., Kren L.A. Captured: Real-Time welding data to optimize quality, efficiency // MetalForming magazine. 2016. Vol. 50, № 3. Pp. 40-43.

52. On-line quality monitoring in short-circuit gas metal arc welding / S.

Adolfsson [et al.] // Welding Journal. 1999. Vol. 78, № 2. Pp. 59s-73s.

53. Monitoring and control of penetration in GTAW and pipe welding / X. R. Li [et al.] // Welding Journal. 2013. Vol. 92, № 6. Pp. 190s-196s.

54. Real-Time Weld Process Monitoring / P. Kah, P. Layus, E. Hiltunen, J. Martikainen // Advanced Materials Research. - 2014. - Vol. 933. - pp 117-124

55. Choi J.H., Lee J.Y., Yoo C.D. Simulation of dynamic behavior in a GMAW system // Welding Journal. 2001. Vol. 80, № 10. Pp. 239s-245s.

56. Коржов Е.Н. Математическое моделирование: учебное пособие. -Воронеж: ВГУ, 2012. 74 с.

57. Kim I-S., Park M-H. A Review on Optimizations of Welding Parameters in GMA Welding Process // Journal of Welding and Joining. 2018. Vol. 36, No 1. Pp. 6575.

58. Судник В.А., Ерофеев В.А., Иванов А.В. Создание и внедрение компьютерных технологий прогнозирования формирования шва при дуговой сварке // Сварочное производство. 1997. № 11. С. 40-45.

59. Бабкин А.С., Епифанцев Л.Т. Методика расчета оптимальных параметров дуговой сварки и наплавки // Сварочное производство. 2004. № 2. С. 3-6.

60. Finite element modeling of welding processes / A. Anca, A. Cardona, J. Risso [et al.] // Applied Mathematical Modelling. 2011. Vol. 35, № 2. Pp. 688-707.

61. Кнопс Б. MSC Software: инженерного лидеру анализа - 55 // Рациональное управление предприятием. 2019. № 1-2. С. 8-10.

62. Биленко Г.А. Моделирование процессов сварки при помощи продуктов ESI Group (SYSWELD, PAM-ASSEMBLY) // САПР и графика. 2010. № 7. С. 1-3.

63. Куркин А.С., Макаров Э.Л. Программный комплекс «Сварка» -инструмент для решения практических задач сварочного производства // Сварка и диагностика. 2010. № 1. С. 16-24.

64. Куркин A.C., Киселев A.C. Разработка программного обеспечения для моделирования термонапряженного состояния деталей и его применение для повышения качества сварных конструкций // Труды МВТУ им. Н.Э. Баумана. -

1988. № 511. С. 89-105.

65. Ерофеев В.А. Прогнозирование качества электронно-лучевой и лазерной сварки на основе компьютерного моделирования. - Тула: ТулГУ, 2002. 140 с.

66. Махненко О.В., Прудкий И.И. Информационные системы выбора технологических параметров для дуговой сварки (обзор) // Автоматическая сварка. 2013. № 4. С. 39-46.

67. Control of the weld quality using welding parameters in a robotic welding process / M.-H. Park [et al.] // Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering. 2018. Vol. 87, № 1. Pp. 32-40.

68. Булычев В.В. Способы и средства мониторинга и автоматизации сварочных процессов: учебное пособие. Калуга: Манускрипт, 2018. 44 с.

69. Leifsson L., Koziel S. Surrogate modelling and optimization using shape-preserving response prediction: a review // Journal Engineering Optimization. 2015. Vol. 48, № 3. Pp. 476-496.

70. Филяков А.Е. Современные методы прогнозирования качества при сварке магистральных трубопроводов // Сборник статей XI международной научной конференции «Передовые инновационные разработки. Перспективы и опыт использования, проблемы внедрения в производство». Казань: Конверт, 2019. Т. 2. С. 64-66.

71. Филяков А.Е. Инновационное решение по оперативному прогнозированию качества сварки магистральных трубопроводов // Сборник статей IV международной научной конференции «Инновации в информационных технологиях, машиностроении и автотранспорте» (ИИТМА-2020). - Кемерово: КузГТУ им. Т.Ф. Горбачева, 2020. - С.

72. Буклешов Д.О., Яговкин Н.Г. Математическое моделирование образования напряжений в околошовных зонах газопроводов и их поведения при нагрузках при помощи программного продукта ANSYS // Территория Нефтегаз. 2016. № 10. С. 88-92.

73. Филяков А.Е., Шолохов М.А. Пути решения проблем оперативного

прогнозирования качества сварных соединений магистральных трубопроводов // Вестник ДГТУ. 2020. Т. 20, № 1. С. 42-50.

74. Харионовский О.В. Мониторинг объектов линейной части магистральных газопроводов // Территория Нефтегаз. 2009. № 4. С. 22-25.

75. Лисин Ю.В., Александров А.А. Мониторинг магистральных нефтепроводов в сложных геологических условиях // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2013. № 2. С. 22-27.

76. Создание, внедрение и сопровождение архива электронных копий и оцифрованных данных трассы магистрального нефтепровода / В.И. Суриков [и др.] // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2015. № 4. С. 52-60.

77. Тарарычкин И.А., Слободянюк М.Э. Структурный анализ систем трубопроводного транспорта // Трубопроводный транспорт [теория и практика]. 2011. № 1 (23). С. 36-38.

78. Шолохов М.А., Ерофеев В.А., Полосков С.И. Оценка вероятности возникновения дефектов формирования швов и расчет допусков на параметры процесса дуговой сварки по узкому зазору // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2015. № 5. С. 66-73.

79. Расчетно-экспериментальное прогнозирование стабильности выходных параметров технологий дуговой сварки / В.В. Булычев [и др.] // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2018. Т. 8, № 4 (29). С. 38-45.

80. Цыбулькин Г.А. Адаптивное управление в дуговой сварке. Киев: Сталь, 2014. 171 с.

81. Львов Р.С., Гладков Э.А. Автоматика и автоматизация сварочных процессов. М.: Машиностроение, 1982. 302 с.

82. Анализ проблем критериальной оценки причин возникновения дефектов при автоматической сварке трубопроводов / А.Е. Филяков [и др.] // Сварка и диагностика. 2020. № 6. С. 31-36.

83. Виртуальное исследование условий возникновения неметаллических

включений при многопроходной сварке плавящимся электродом трубопроводов / А.Е. Филяков [и др.] // Заготовительные производства в машиностроении. 2020. Т. 18, № 11. С. 488-493.

84. Гецкин О.Б., Кудров Н.В., Яров В.Н. Особенности работы сварочных инверторов от автономных источников питания // Сварочное производство. 2004. № 4. С. 53-55.

85. Сас А.В., Сорокин В.Н., Чернов А.В. Обеспечение стабильности процесса дуговой сварки при использовании инверторных источников питания // Глобальная ядерная безопасность. 2017. № 1 (22). С. 46-53.

86. Влияние возмущений в системе подачи проволоки на качество сварных соединений / С.И. Полосков [и др.] // Сварочное производство. 2001. № 8. С. 3-7.

87. Занковец П.В. Степень влияния подготовки и сборки под сварку на качество сварных соединений технологических трубопроводов // Автоматическая сварка. 2011. № 6. С. 48-53.

88. Experimental investigation of process parameters on strength of welding joint in GMAW / S. Deshmukh, Y. Lande, M. Mhaske, S.B. Belkar // International Journal of Advance Research and Innovative Ideas in Education. 2017. Vol. 3. № 1. PP. 892-908.

89. Филяков А.Е. Анализ влияния технологических возмущений на возникновение дефектов при сварке магистральных трубопроводов // Сборник статей V международной конференции «Приоритетные направления инновационной деятельности в промышленности». - Казань: Конверт, 2020. - С. 218-221.

90. Development of evaluation technique of GMAW welding quality based on statistical analysis / S. Feng, H. Terasaki, Y. Komizo et al.// Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2014. Vol. 27. № 6. PP. 1257-1263.

91. Babkin A.S., Chang Y., Babkin I.A. Identification welding parameters using complex criteria of quality // China Welding (English Edition). 2017. Vol. 26. № 4. PP. 1-9.

92. Критерии оценки стабильности процесса дуговой сварки на постоянном токе / И.К. Походня, И.И. Заруба, В.Е. Пономарев и др. // Автоматическая сварка. 1989. № 8. С. 1-4.

93. Ленивкин В.А., Киселев Д.В., Паршин С.Г. Способы снижения величины тока мелкокапельного и струйного переноса металла при сварке в аргоне // Сварка и диагностика. 2010. № 5. С. 8-13.

94. Физико-математическая модель влияния отклонений энергетических параметров дуги на образование дефектов при сварке трубопроводов / А.Е. Филяков [и др.] // Сварка и диагностика. 2020. № 2. С. 16-22.

95. Nguyen T.C., Weckman D.C., Johnson D.A. The discontinuous weld bead defect in high-speed gas metal arc welds // Welding Journal. 2007. Vol. 86, No 11. PP. 360s-372s.

96. Kim C.H., Zhang W., DebRoy T. Modeling of temperature field and solidified surface profile during gas-metal arc fillet welding // Journal of Applied Physics. 2003. Vol. 94, No 4. Р. 2667-2679.

97. Deshmukh S., Lande Y., Mhaske M., Belkar S.B. Experimental investigation of process parameters on strength of welding joint in GMAW // International Journal of Advance Research and Innovative Ideas in Education. -2017. Vol. 3, No 1. Р. 892-908.

98. Wang Y., Tsai H.L. Effects of surface active elements on weld pool fluid flow and weld penetration in gas metal arc welding // Metallurgical & Materials Transactions B. 2001. Vol. 32, No 3. Р. 501-515.

99. Физико-математическая модель системы «источник питания - дуга» для сварки плавящимся электродом в защитных газах / О.Б. Гецкин [и др.] // Тяжелое машиностроение. - 2008. - № 6. - С. 18-20.

100. Распределение тепловой мощности дуги при сварке плавящимся электродом по узкому зазору / М.А. Шолохов [и др.] // Сварка и Диагностика. 2012. № 4. С. 18-23.

101. Казаков А.Л., Кузнецов П.А. Об аналитических решениях задачи о

движении теплового фронта для нелинейного уравнения теплопроводности с источником // Известия Иркутского государственного университета. Серия Математика. 2018. Т. 24. С. 37-50.

102. Судник В.А., Ерофеев В.А. Основы научных исследований и техника эксперимента. Компьютерные методы исследования процессов сварки. - Тула: Изд-во ТулПИ, 1988. 94 с.

103. Ahsan Md.R.U., Cheepu M., Kim T.-H. et al. Mechanisms of weld pool flow and slag formation location in cold metal transfer (CMT) gas metal arc welding (GMAW) // Welding in the World. 2017. Vol. 61, No 6. Р. 1275-1285.

104. Тихонов А.Н., Калько В.Д., Гласко В.Б. Математическое моделирование технологических процессов и метод обратных задач в машиностроении. М.: Машиностроение, 1990. 264 с.

105. Сергеев А.А. Применение системы технического зрения при дуговой сварке // Наука, техника и образование. 2016. № 8 (26). С. 46-49.

106. Цыбулькин Г.А. Дуговые сенсорные системы для сварочных роботов. Киев: Сталь, 2011. 145 с.

107. Кубланов М.С. Проверка адекватности математических моделей // Научный Вестник МГТУ ГА. 2015. № 211. С. 29-36.

108. Исследование фактора прерывания дуги на образование межслойных несплавлений при сварке трубопроводов плавящимся электродом / А.Е. Филяков [и др.] // Заготовительные производства в машиностроении. 2021 Т. 19. № 5. С.

109. Аверилл М.Л., Кельтон В.Д. Имитационное моделирование. Пер. с англ. 3-е изд. СПб.: Питер, 2004. 848 с.

110. СТО Газпром 2-2.2-115-2007. Инструкция по сварке магистральных газопроводов с рабочим давлением до 9,8 МПа включительно. М.: ОАО «Газпром». 2007. 155 с.

111. Михолап Л.А., Старусев А.В., Лобейко В.И. Метод оценки степени соответствия имитационной модели ее целевому назначению с помощью функциональных критериев // Известия ВолгГТУ. Серия: Актуальные

проблемы управления, вычислительной техники и информатики в технических системах. 2016. № 3 (182). С.17-21.

112. Mustafa F.F., Rauof M.I. Automatic welding machine for pipeline using MIG welding process // International Research Journal of Engineering and Technology. 2016. Vol. 3. No. 12. P. 1448-1454.

113. Акулов А.И., Спицын В.В. Чернышов Г.Г. Особенности формирования шва при сварке в углекислом газе с поперечными колебаниями электрода // Сварочное производство. 1965. № 11. С. 32-34.

114. Полосков С.И., Букаров В.А., Ищенко Ю.С. Особенности процесса заполнения разделки (наплавки) при автоматической орбитальной сварке неповоротных стыков труб // Сварочное производство. 2003. № 8. С. 3-11.

115. Крампит А.Г., Крампит Н.Ю. Способы управления формированием сварного шва // Технологии и материалы. 2015. № 3. С. 21-26.

116. Mustafa F.F., Rauof M.I. Automatic welding machine for pipeline using MIG Welding process // International Research Journal of Engineering and Technology. 2016. Vol. 3. № 12. PP. |1448-1454.

117. Рыжов Р.Н., Кузнецов В.Д. Внешние электромагнитные воздействия в процессах дуговой сварки и наплавки (обзор) // Автоматическая сварка. 2006. № 10. С. 36-44.

118. Kang Y.H., Na S.J. Characteristics of welding and arc signal in narrow groove Gas Metal Arc Welding using electromagnetic arc oscillation // Welding Journal. 2003. Vol. 82. № 5. PP. 93s-99s.

119. Опыт разработки и применения современных отечественных технологий и оборудования для автоматической орбитальной сварки магистральных газопроводов / О.Б. Гецкин [и др.] // Сварка и диагностика. 2010. № 6. С. 51-57.

120. Effect of transverse arc oscillation on morphology, dilution and microstructural aspects of weld beads produced with short-circuiting transfer in GMAW / M. Lara, V. Vergara, M. Camus, T.V. da Cunha // Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. 2020. Vol. 42. 449.

https: //doi.org/10.1007/s40430-020-02533-w.

121. Исследование влияния отклонений параметров колебаний дуги на образование несплавлений при многопроходной сварке трубопроводов / А.Е. Филяков [и др.] // Сварка и Диагностика. 2021. № 2. С.

122. Welding parameters effect in GMAW fusion efficiency evaluation / W. Hackenhaar, A.R. Gonzalez, I.G. Machado, J.A.E. Mazzaferro // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2018. Vol. 94. № 1. PP. 497-507.

123. Шолохов М.А., Ерофеев В.А., Полосков С.И. Система коррекции положения плавящегося электрода с использованием дуги в качестве датчика для автоматической сварки продольных швов по узкому зазору // Заготовительные производства в машиностроении. 2015. № 8. С. 7-10.

124. Проблемы безопасности ремонтных сварочных работ на нефтепроводах без остановки перекачки продукта / С.С. Полосков, С.И. Смирнов, И.Э. Оськин, О.И. Колесников // Технологии гражданской безопасности. 2013. Т. 10. № 1 (35). С. 92-96.

125. Характеристика неметаллических включений в сварных соединениях нефтегазовых трубопроводов / М.Ф. Карташов, А.М. Игнатова, Е.М. Федосеева, М.Н. Игнатов // Нефтегазовое дело. 2014. № 2. С. 80-94.

126. Деев Г.Ф., Пацкевич И.Р. Дефекты сварных швов. Киев: Наукова думка, 1984. 208 с.

127. Кривоносова Е.А., Лодягина Т.В. Влияние термического цикла сварки на трансформацию неметаллических включений в зоне термического влияния при сварке стали 16Г2АФ // Известия Самарского научного центра РАН. 2013. Т. 15. № 6-2. С. 391-394.

128. Федосеева Е.М., Игнатов М.Н., Летягин И.Ю. Влияние повторного термического цикла сварки на образование неметаллических включений в многослойных сварных швах трубных сталей // Сварка и диагностика. 2011. № 2. С. 18-21.

129. Головко В.В., Походня И.К. Влияние неметаллических включений на формирование структуры металла сварных швов высокопрочных

низколегированных сталей // Автоматическая сварка. 2013. № 6. С. 3-11.

130. Мазур И.И., Иванцов О.М. Безопасность трубопроводных систем. М.: Елима, 2004. 1104 с.

131. Колесников О.И., Юшин А.А., Гончаров Н.Г. Анализ применения автоматизированных систем контроля выполнения сварочных работ на объектах трубопроводного транспорта // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2018. Т. 8, № 6. С. 686-691.

132. Автоматизированный комплекс для многослойной сварки кольцевых стыков труб магистральных трубопроводов со средствами адаптации и прогнозирования качества сварки / Э.А. Гладков [и др.] // Наука и техника в газовой промышленности. 2009. № 4. С. 77-86.

133. Реализация адаптивных технологий сварки кольцевых стыков магистральных трубопроводов / Н.П. Алешин [и др.] // Сварка и диагностика. 2011. № 5. С. 48-53.

134. Ерофеев В.А. Прогнозирование качества электронно-лучевой и лазерной сварки на основе компьютерного моделирования. Тула: ТулГУ. 2002. 140 с.

135. Online monitoring, analysis and remote recording of welding parameters to welding diary / А. Lebar, L. Selak, R. Vrabic, P. Butala // Journal of Mechanical Engineering. 2012. Vol. 58. No 7-8. P. 444-452.

136. А.Е. Филяков, С.И. Полосков, В.А. Ерофеев, М.А. Шолохов. Исследование влияния отклонений параметров колебаний плавящегося электрода на образование несплавлений при многопроходной сварке трубопроводов // Сварка и диагностика. 2021. № 2. С. 47-53.

137. Кунин С. Вычислительная физика. М.: Мир, 1992. 518 с.

138. Шолохов, М.А. Развитие элементов теории формирования шва и технологических основ многопроходной сварки плавящимся электродом по узкому зазору корпусных конструкций специальной техники из высокопрочных сталей: дис. докт. техн. наук. Москва. 2016. 394 с.

139. Патент № RU 2 529 127 С1. Способ электродуговой сварки неповоротных кольцевых швов трубопроводов / Алешин Н.П., Гладков Э.А., Перковский Р.А., Шолохов М.А., Фивейский А.М. заявл. 05.08.2013, опубл. 27. 09. 2014, заявка № 2013136610/02.

Приложение

П1. Заявка на изобретение

-1Н

я/ 2021г.

'2__Хачатуров В.А.

УТВЕРЖДАЮ ар«СтройЭлектро»

г. Саратов

«

2021г.

АКТ

о перспективах внедрения положений диссертационной работы А.Е. Филякова на объектах ПАО «Газпром»

Мы, нижеподписавшиеся, представители ООО «СтройЭлектро» - главный инженер Алейников Н.В. и прораб Сафронов К.В., составили настоящий Акт о том, что положения диссертационной работы А.Е. Филякова нашли применение на нашем предприятии в части анализа причин и критериев образования дефектов сварных соединений, в том числе несплавлений, шлаковых включений и несплавлений, что позволило достичь существенного повышения качества сварных соединений и эффективности сварочных работ при строительстве магистральных трубопроводов.

Помимо этого, промышленное опробование прототипа интеллектуального модуля прогнозирования дефектов показало перспективность его использования для оперативного анализа осциллограмм при мониторинге процессов автоматической сварки и определения зон потенциально возможного возникновения дефектов из-за характерных возмущений. В частности, результаты исследований А.Е. Филякова по оперативному прогнозированию дефектов при многопроходной сварке магистральных трубопроводов снизят операционные издержки и обеспечат повышение производительности труда в 1,2-1,4 раза за счет устранения дефектов еще до полного заполнения разделки, а также позволят довести уровень воспроизводимости качества сварных соединений до 96-98 %.

Экономический эффект от внедрения предложенных методов оперативного прогнозирования дефектов по сварке, при условии серийного изготовления предоставленного в диссертационной работе А.Е. Филякова модуля прогнозирования, может превысить 5 640 ООО руб. в год {в ценах 2021г).

Главный инженер

Прораб

Алейников Н.В.

Сафронов К.В.

УТВЕРЖДАЮ

Генеральный директор ООу9^-азСтройРемонт>>

Е.А. Белоногов

г. Санкт-Петербург

10 июня 2021 г.

АКТ

о промышленном опробовании технологий и оборудования оперативного прогнозирования качества сварных соединений при строительстве магистральных трубопроводов

Мы, нижеподписавшиеся, представители ООО "ГазСтройРемонт" B.C. Филиппов и СА. Соколов составили настоящий акт о том, что сварочные технологии и оборудование оперативного прогнозирования качества сварных соединений прошли промышленное опробование при для автоматической сварке магистральных трубопроводов и показали себя перспективным фактором повышения качества сварных соединений и производительности труда при выполнении сборочно-сварочных работ.

Результаты исследований Филякова А.Е., обобщенные в его диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук, показали перспективность их использования с целью снижения трудозатрат на устранение брака по сварке и обеспечения стабильно высокого качества сварных соединений при проведении сварочных работ.

Экономический эффект от внедрения от массового применения предложенных технологий и оборудования (интеллектуальных модулей оперативного прогнозирования качества сварных соединений) при строительстве и ремонте газопроводов со лее 4 420 ООО руб. в год.

Заместитель главного инженера

B.C. Филиппов

Главный сварщик

С.А. Соколов

УТВЕРЖДАЮ

Генеральный директор

г. Москва

ч\ СМУ /

14 м&я 2021 г.

\ N._____У

АКТ

о внедрении научных и практических результатов диссертационной работы Филякова А.Е.

Я, нижеподписавшийся, заместитель главного сварщика ООО «Велес-строй-СМУ» Скворцов И.А. составил настоящий акт о том, что исследование возможностей и разработка системы оперативного прогнозирования качества сварных соединений по результатам мониторинга процесса автоматической сварки, как существенного фактора повышения качества сварки и сокращения объемов работ по неразрушающему контролю сварных соединений, проведенные в диссертационной работе Филякова А.Е., могут найти применение при выполнении сварочных работ при строительстве магистральных трубопроводов нашим предприятием.

Результаты исследований, реализованные в прототипе модуля оперативного прогнозирования качества сварных соединений непосредственно в процессе автоматической сварки магистральных трубопроводов, показали перспективность применения модуля оперативного прогнозирования в составе комплексов для автоматической сварки, рекомендованных для применения на объектах ПАО «Транснефть».

Организация серийного изготовления модулей и их поставка подрядным организациям ПАО «Транснефть» позволит получить существенный эффект за счет повышения на 30-40% производительности труда за счет сокращения потерь времени на устранение брака при сварке многослойных швов и контроля в полном объеме только тех участков швов, которые модуль признает потенциально дефектными.

Предполагаемый экономический эффект от внедрения в трассовых условиях подобных модулей при серийном использовании разработки составит более 17,4 млн. руб. в год (в ценах 2021 г.).

песстрой-СМУ»

Заместитель главного сварщика (<у И.А. Скворцов