Повышение качества сварных соединений электросварных труб при использовании порошковых проволок тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.10, кандидат наук Яковлев Дмитрий Сергеевич

• Яковлев Дмитрий Сергеевич
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Яковлев Дмитрий Сергеевич

Введение

1 Анализ известных технологических приемов, технических и теоретических решений в области изготовления электросварных труб большого диаметра

1.1 Анализ нормативных требований к сварному соединению труб большого диаметра

1.1.1 Статическое растяжение сварных соединений

1.1.2 Статический изгиб

1.1.3 Ударный изгиб

1.1.4 Трещиностойкость

1.1.5 Твердость металла сварных соединений

1.2 Технические решения и технологические приемы в области изготовления электросварных труб большого диаметра

1.2.1 Технические решения и технологические приемы в области изготовления основного металла для производства труб большого диаметра

1.2.2 Технические решения и технологические приемы в области изготовления толстостенных электросварных труб большого диаметра

1.2.3 Разработки, связанные с улучшением качественных характеристик листового проката применяемого для производства электросварных труб большого диаметра

1.2.4 Разработки, связанные с улучшением качественных характеристик сварного соединения электросварных труб большого диаметра

1.2.5 Технические решения и технологические приемы в области сварочных материалов используемых для изготовления электросварных труб большого диаметра

1.3 Теоретические разработки, направленные на прогнозирование

тепловых полей при сварке и исследовании их влияния на структуру и

свойства сварных соединений

1.4 Цели и задачи исследования

2 Теоретическое исследование применения порошковой проволоки в качестве присадочного материала при производстве толстостенных электросварных труб большого диаметра из высокопрочных сталей

2.1 Постановка задачи и выбор метода решения

2.2 Алгоритм моделирования тепловых процессов при многодуговой сварке

2.3 Исходные данные для моделирования

2.4 Выбор и описание типа элемента

2.5 Определение свойств материала, теплофизические свойства

2.6 Построение конечно -элементной модели

2.7 Задание нагрузок

2.7.1 Источник теплоты при сварке

2.7.2 Заполнение разделки

2.8 Граничные условия

2.9 Получение решения. Анализ температурных полей

2.10 Выводы

3 Экспериментальное исследование применения порошковой проволоки в качестве присадочного материала при производстве толстостенных электросварных труб большого диаметра из высокопрочных сталей

3.1 Опытная многодуговая сварка под флюсом трубных сталей высокой прочности различными марками порошковых проволок

3.1.1 Постановка задачи экспериментального исследования

3.1.2 Материалы, используемые в эксперименте

3.1.3 Оборудование, используемое в эксперименте

3.1.4 Порядок проведения работы

3.1.5 Механические испытания сварных соединений

3.1.6 Металлографические исследования сварных соединений

3.1.7 Фрактографическое исследование ударных образцов сварных

соединений

3.1.8 Выводы

3.2 Опытная механизированная сварка порошковой проволокой при

ремонте сварных соединений электросварных труб

3.2.1 Постановка задачи экспериментального исследования

3.2.2 Материалы, используемые в эксперименте

3.2.3 Оборудование, используемое в эксперименте

3.2.4 Порядок проведения работы

3.2.5 Испытания и исследования сварных соединений, выполненных

на пластинах из стали класса прочности К65

3.2.6 Испытания и исследования сварных соединений, выполненных

на пластинах из стали марки БА^Ь

3.2.7 Выводы

4 Практическая реализация результатов работы

4.1 Технология сварки прямошовных электросварных труб

4.1.1 Сварка технологического шва

4.1.2 Сварка внутреннего и наружного шва

4.2 Технология ремонта сварных соединений электросварных труб

4.3 Особенности применения порошковой проволоки

4.4 Выводы

Заключение

Список литературы

Приложение А (справочное) Акт внедрения технологии сварки порошковой проволокой основных швов электросварных труб большого диаметра и их ремонта на ОАО «ЧТПЗ»

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение качества сварных соединений электросварных труб при использовании порошковых проволок»

Введение

Актуальность работы. В последние годы на фоне устойчивого роста объемов потребления энергоресурсов, в частности углеводородов, стабильно повышается спрос на электросварные трубы большого диаметра (ТБД), основное применение которых - строительство магистральных трубопроводов.

Нефтегазодобывающие компании ведут разработку месторождений в различных климатических зонах. На сегодняшний день в связи с необходимостью транспортировки углеводородов из удаленных регионов, в том числе со слабонесущими, вечномерзлыми и пучинистыми грунтами, а также в связи с реализацией проектов строительства протяженных трубопроводных систем в глубоководных акваториях и сейсмоопасных районах наблюдается тенденция к росту рабочих давлений в трубопроводах. Соответственно возникает потребность в освоении производства электросварных высокопрочных труб большого диаметра с увеличенными толщинами стенок и предъявления к ним целого ряда специфических требований к деформационной способности, коррозионной стойкости, стойкости к протяженным разрушениям и др.

Необходимость минимизации рисков протяженных разрушений, возникающих при одновременном увеличении двух ключевых параметров газопровода (рабочего давления и категории прочности труб), приводит к необходимости создания труб с качественно новыми служебными характеристиками, внедрению инновационных решений в технологии сварки, строительства и эксплуатации.

Задача создания высоконадежных высокопрочных труб требует развития научных подходов, разработки и использования самых современных технологий и материалов на всех этапах металлургического и трубного передела: от выплавки особо чистой по примесям и неметаллическим включениям стали с мелкодисперсной феррито-бейнитной структурой и прокатки штрипса требуемого качества до операций формовки, сварки, экспандирования трубной заготовки.

Одной из наиболее сложных задач при изготовлении труб (в особенности толстостенных) из современных высокопрочных сталей, с точки зрения технологии сварки, является обеспечение высоких механических характеристик сварного соединения при отрицательных температурах. Для выполнения сварного соединения обладающего требуемым сочетанием прочностных и пластических свойств необходимо комплексное рассмотрение процесса сварки и применение современных технологий и материалов.

В настоящее время наиболее прогрессивные технологии получения сварных соединений основываются на применении в качестве присадочного материала порошковых проволок, представляющих собой непрерывный электрод трубчатой или другой более сложной конструкции с порошкообразным наполнителем - сердечником.

Применение порошковых проволок при сварке позволяет в широких пределах регулировать химический состав металла шва, повысить производительность процесса, за счет высокого коэффициента расплавления, повысить качественные характеристики сварного шва и зоны термического влияния, что имеет немаловажное значение при сварке труб большого диаметра с толщинами стенок более 25,0 мм из современных высокопрочных сталей. Однако использование порошковых проволок требует корректировки режимов сварки, исследования скоростей охлаждения зоны термического влияния и кристаллизации сварного шва, а также определения остальных параметров сварки с целью повышения качества сварных соединений.

Степень разработанности темы исследования. Достаточно большое число исследовательских работ И.К. Походни, В.Н. Шлепакова и других ученых посвящено проблемам повышения механических характеристик металла шва, свойства которого во многом определяются его химическим составом и режимом сварки. При этом совершенствование листового проката применяемого при производстве труб и повышения его прочности и толщины требуют внесения изменений в режимы сварки и систему легирования металла шва.

Весьма сложной задачей при сварке толстостенных ТБД является обеспечение высоких пластических свойств ЗТВ, на структуру и свойства которой основное влияние оказывает химический состав листового проката и термический цикл сварки.

Теория процессов распространения тепла, основы, которой заложены советским ученым, академиком АН СССР Н.Н. Рыкалиным позволяет установить влияние режимов сварки, размеров и формы изделия, а также условий нагрева на термический цикл. Современный уровень разработанности методов анализа теплопроводности при сварке и методик ее расчета достигнут благодаря работам В.И. Махненко, Н.Н. Прохорова, А.А. Углова, К.М. Гатовского, В.А. Кархина, В.И. Сидорова и других отечественных и иностранных ученых.

Существующие на сегодняшний день методики расчета тепловых процессов при сварке не адаптированы для решения задач многодуговой сварки. В исследованиях посвященных данному вопросу используют схему, согласно которой производится замена многодугового процесса на однодуговой, мощность которого определяется как сумма мощностей всех входящих в многодуговую систему дуг. К недостаткам данного подхода нужно отнести отсутствие обратной связи между общей энергией многодугового процесса и отдельными дугами. Кроме того все дуги необходимо рассматривать отдельно, т.к. они могут отличаться между собой режимами сварки, родом тока, диаметрами проволок, и иметь различные установочные параметры, что оказывает влияние на форму и размеры сварного соединения.

Для оценки влияния термических циклов на структуру и свойства ЗТВ известен метод имитации термических циклов, описанный в работах О.Е. Капустина, Л.А. Ефименко и других ученых, который позволяет получить ряд важных результатов для корректировки химического состава стали.

Проблеме относительно низких пластических характеристик сварных соединений высокопрочных труб посвящено достаточно большое количество исследований, но, несмотря на это, вопрос о повышении механических свойств сварных соединений высокопрочных трубных сталей, особенно при низких

температурах, остается актуальным и представляет большой научный и практический интерес. Настоящая работа посвящена повышению комплекса механических свойств сварных соединений электросварных труб за счет применения в качестве присадочного материала порошковой проволоки.

Цель работы: повышение качества и механических характеристик сварных соединений электросварных труб большого диаметра из современных высокопрочных сталей за счет рационального и эффективного использования порошковых проволок при многодуговой сварке основных швов и их ремонте механизированной сваркой в среде защитных газов.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие

задачи:

1) Проведение математического моделирования нелинейных тепловых процессов при многодуговой сварке внутренних и наружных швов электросварных труб, с определением скоростей охлаждения различных зон сварного соединения и последующей оценке их влияния на структуру и свойства сварного соединения;

2) Экспериментальное исследование рациональности и эффективности использования порошковых проволок при автоматической многодуговой сварке под слоем флюса продольных швов электросварных труб большого диаметра. Определение рационального месторасположения порошковой проволоки в многодуговом сварочном процессе;

3) Экспериментальное исследование эффективности использования порошковой проволоки в качестве присадочного материала при ремонте сварных соединений электросварных труб большого диаметра из современных высокопрочных сталей;

4) Разработка технологии многодуговой сварки под слоем флюса основных швов электросварных труб и их ремонта механизированной сваркой в среде защитных газов с использованием порошковой проволоки в качестве присадочного материала.

Методология и методы исследования. Для решения поставленных задач были использованы: численный метод решения задачи теплопроводности с привлечением метода конечных элементов на базе программного комплекса

ANSYS; методы исследования свойств и структуры материалов - методы определения механических свойств сварных соединений с использованием универсальной испытательной машины EU-20 и маятникового копра RKP-450; оптическая и электронная микроскопия, выполняемая на оптическом микроскопе Axiovert 40 MAT и растровом электронном микроскопе JEOL JSM-6490; методы анализа твердости с использованием твердомера LV-700; методы химического анализа с привлечением автоматического анализатора OBLF модель QSN 750; методы неразрушающего контроля сварных соединений. Экспериментальное исследование выполняли на лабораторном сварочном комплексе полностью имитирующем выполнение продольного сварного соединения трубы и оборудованном многодуговой сварочной головкой.

Научная новизна работы:

1) Впервые сформулирована и решена краевая задача определения тепловых полей при многодуговой сварке. Разработанная математическая модель учитывает ввод тепловой энергии отдельно для каждой дуги, расстояние между смежными дугами, зависимость теплофизических свойств от температуры и теплопередачу с внешних поверхностей.

2) Установлено, что для микролегирования металла шва при много дуговой сварке достаточно использования легированной порошковой проволоки на одной из дуг многодугового сварочного процесса.

3) Установлено, что использование в многодуговом сварочном процессе металлопорошковой проволоки приводит к уменьшению протяженности участков перегрева и крупного зерна, сокращению времени пребывания металла при температурах более 1100 °С и как следствие уменьшению величины зерна на участке перегрева.

4) Установлено, что для получения металла сварного шва из стали класса прочности К65 (Х80), обладающего высокими пластическими свойствами при отрицательных температурах, наиболее эффективно многокомпонентное микролегирование молибденом, титаном, бором и никелем.

Теоретическая и практическая значимость работы:

1) Разработана методика расчета режимов многодуговой сварки под слоем флюса продольных швов электросварных ТБД и их ремонта механизированной сваркой плавящимся электродом в среде защитных газов при использовании в качестве присадочного материала порошковой проволоки, что существенно снижает затраты на пусконаладочные работы.

2) Разработана математическая модель процесса многодуговой сварки, позволяющая оперативно решать инженерные задачи при разработке новых технологий сварки и оптимизации существующих режимов.

3) Разработана технология многодуговой сварки под слоем флюса продольных швов труб с использованием на одной из сварочных дуг металлопорошковой сварочной проволоки и технология механизированной сварки в среде защитных газов с применением порошковой проволоки для ремонта основных швов электросварных труб.

Основные положения, выносимые на защиту:

1) результаты математического моделирования нелинейных тепловых процессов при многодуговой сварке с использованием различных типов присадочных материалов;

2) результаты экспериментального исследования по оценке эффективности применения металлопорошковых проволок при многодуговой сварке;

3) результаты экспериментального исследования по оценке эффективности применения порошковых проволок при ремонте механизированной сваркой сварных соединений электросварных труб;

4) особенности расчета параметров режима сварки при производстве труб большого диаметра с использованием различных типов присадочных материалов.

Степень достоверности результатов исследований. Проведенное теоретическое и экспериментальные исследования с достаточно хорошей сходимостью результатов, применение в работе современных методик, приборов и технических средств свидетельствуют о достоверности полученных в работе результатов.

Апробация работы. Основные положения работы представлены на IV, V, VI научно-технической конференции аспирантов и докторантов ЮУрГУ, г. Челябинск 2012 - 2014 гг., Международной научно -технической конференции «Перспективные вопросы мировой науки», г. София (Болгария) 2012 г., XV Международной научно -технической конференции «Сварка и родственные технологии», г. Екатеринбург 2015 г.

Публикации по теме диссертации. Основные результаты диссертации опубликованы в 11 научных работах, из них 7 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из 128 наименований. Работа изложена на 186 страницах, содержит 56 рисунков и 45 таблиц.

1 Анализ известных технологических приемов, технических и теоретических решений в области изготовления электросварных труб

большого диаметра

Углеводородное топливо продолжает оставаться основным видом энергетических ресурсов, потребляемых мировой экономикой во все возрастающих объемах. Современная действительность характеризуется все большим усложнением условий добычи и транспортировки природного газа и нефти, обусловленным как расположением вновь разведанных месторождений в регионах с суровыми климатическими условиями либо на шельфе, так и изменением качественных характеристик добываемого продукта (тяжелая нефть, высокосернистый газ). Усложнение условий эксплуатации месторождений предопределяет растущие требование к трубной продукции [1-4].

Одной из основных технологических операций при производстве электросварных труб большого диаметра является сварка. К сварным соединениям труб предъявляются различные требованиям в зависимости от условий эксплуатации, транспортируемой среды и т.д. Сварное соединение состоит из основного и присадочного материала, при этом доля участия основного металла различна в зависимости от параметров разделки кромок под сварку, толщины стенки труб, режимов сварки и т.д. Для получения качественного сварного соединения отвечающего высоким требованиям заказчика, необходимо комплексное исследование процесса сварки, сварочных материалов, а также листового проката используемого при производстве труб.

За последние годы выполнен достаточно большой объем исследовательских работ, направленных на повышение уровня механических характеристик основного металла и сварных соединений труб большого диаметра, повышение класса прочности проката применяемого при производстве труб, разработку сталей с высокой деформируемостью для магистральных трубопроводов, расположенных в сейсмически опасных зонах и зонах вечной мерзлоты.

1.1 Анализ нормативных требований к сварному соединению труб

большого диаметра

Для анализа нормативных требований были использованы следующие документы:

1) СНиП 2.05.06-85 Магистральные трубопроводы (далее СНиП);

2) СП 101-34-96 Свод правил по выбору труб для сооружения магистральных газопроводов (СП-101);

3) СП 34-101-98 Выбор труб для магистральных нефтепроводов при строительстве и капитальном ремонте (СП-34);

4) ГОСТ Р 52079-2003 Трубы стальные сварные для магистральных газопроводов, нефтепроводов и нефтепродуктопроводов (ГОСТ Р);

5) API 5L Specification for Line Pipe различных изданий (API 5L);

6) ISO 3183 Petroleum and natural gas industries - Steel pipe for pipeline transportation systems (ISO 3183);

7) DNV-OS-F101 Submarine pipeline system различных изданий (DNV);

8) 1 -GE-MAW-SPE-000-001 Specification for line pipe (Nord Stream, 1-GE);

9) 0ТТ-23.040.00-КНТ-314-09 Трубы нефтепроводные большого диаметра, общие технические требования ОТТ -23);

10) СТО Газпром 2-4.1-713-2013 Технические требования к трубам и соединительным деталям (СТО Газпром);

11) технические требования к трубам для магистрального газопровода Бованенково-Ухта (ТТ Б-У);

12) технические требования к трубам для газопроводов пересекающих зоны активных тектонических разломов (ТТ АТР);

13) различные технические условия на поставку труб (ТУ).

Приведенные нормативные документы можно разделить на три группы: 1) международные и национальные стандарты, действующие на территории одного или нескольких государств (СНиП, ГОСТ Р, API 5L, DNV и др.) и формирующие техническую политику в области нормативной документаций;

2) отраслевые стандарты (СП-34, СП-101, ОТТ-23, СТО Газпром и др.), определяющие уровень, в т.ч. перспективных, требований к трубным изделиям в данной отрасли; нормативы на трубные изделия для конкретного проекта (ТТ Б-У, ТТ АТР и др.);

3) технические условия и контракты на поставку трубной продукции для заданного проекта (ТУ, 1-ОЕ).

Как правило, общий уровень требований возрастает по мере движения от национальных и международных стандартов к техническим условиям и контрактам на поставку изделий.

1.1.1 Статическое растяжение сварных соединений

В нормативных документах более ранних изданий, отражающих требования к трубам, например в СНиП 2.05.06, указывается, что «трубы должны иметь сварное соединение, равнопрочное основному металлу трубы». Такая формулировка, используемая также в ряде технических условий на поставку труб, допускает различное толкование. Поэтому в более поздних документах указанное требование сформулировано следующим образом: предел прочности (временное сопротивление) при испытании на статическое растяжение сварного соединения должен быть не ниже минимального нормативного показателя для основного металла трубы. В DNV дополнительно отмечается, что разрушение плоских поперечных образцов сварного соединения не должно проходить по металлу шва.

В последнее время в программу комплексных квалификационных и сдаточных испытаний труб, как предусмотрено в ТТ АТР и ряде других документов, включают оценку свойств металла шва при растяжении на продольных (вдоль шва) цилиндрических образцах с определением предела прочности, предела текучести, относительного удлинения и относительного сужения. Согласно ТТ АТР предел прочности и предел текучести металла шва должны быть, по крайней мере, не ниже, чем у основного металла; относительное

удлинение и относительное сужение должны быть не менее 18 % и не менее 50 % соответственно, что несколько ниже, чем у основного металла.

1.1.2 Статический изгиб

Большинство нормативных документов, определяющих требования к сварным трубам для магистральных трубопроводов, предполагают проведение испытания на статический изгиб в соответствии с методикой, изложенной в API. Согласно этой методике образцы изгибают на угол 180° на оправке, диаметр которой вычисляется по специальной формуле в зависимости от диаметра трубы, толщины стенки и прочности основного металла. Критерием оценки является наличие или отсутствие в испытываемом сечении надрывов и трещин заданного размера.

В России испытание на статический изгиб по данной методике было предусмотрено разработанными еще в 1996-98 г.г. Сводами правил (СП-34 и СП-101), с тех пор данный вид испытания включается во все действующие нормативные документы. Отдельные документы, например ОТТ -23, допускают также испытание сварных соединений на статический изгиб в соответствии с ГОСТ 6996 на угол до 120°.

1.1.3 Ударный изгиб

В последнее время наиболее интенсивно развивались требования к характеристикам вязкости металла труб, в том числе сварных соединений. Пересмотру подверглись установленный уровень требуемых значений ударной вязкости (работы удара или поглощенной энергии), температура испытания, место нанесения надреза на образцах и объем сдаточных и квалификационных испытаний.

При испытаниях на ударный изгиб применяют образцы различных типов, форма, размер и качество поверхности которых соответствуют требованиям

ГОСТ 6996, ISO 148-1, ASTM A370 или другого нормативного документа. Для электросварных труб актуальными являются два типа образцов:

1) образец длиной 55 мм и сечением 10х10 мм, используемый при толщине основного металла 11,0 мм и более;

2) образец длиной 55 мм и сечением 5х10 мм, используемый при толщине основного металла до 11,0 мм.

Образцы различных типов дают несравнимые между собой результаты испытаний. Для отдельных случаев экспериментально могут быть установлены частные переводные коэффициенты.

На образцы для испытаний на ударный изгиб наносят U-образный (круглый) или V-образный (острый) надрез, при этом согласно ГОСТ 6996 предпочтительным являются образцы с V-образным надрезом. Место нанесения надреза оговаривают в НД.

Как известно, одним из основных документов на проектирование магистральных трубопроводов, действовавших в РФ в 80-90-х годах, являлся СНиП 2.05.06-85. Этим документом устанавливался минимально необходимый уровень ударной вязкости сварных соединений - от 24,5 до 39,2 Дж/см2, в зависимости от толщины стенки трубы. Испытание проводили на образцах с круглым надрезом согласно ГОСТ 6996. Место нанесения надреза СНиП не оговорено. Образцы испытывали при температуре минус 60 °С для районов Крайнего Севера и минус 40 °С для остальных районов.

Следует отметить, что стандартом API различных изданий, вплоть до 43 -го издания, требования к ударной вязкости металла сварных соединений труб не оговаривались.

В 1996 г. РАО «Газпром» утвердил разработанный (в первую очередь, для сооружения системы газопроводов Ямал-Европа) Ассоциацией «Высоконадежный трубопроводный транспорт» Свод правил СП-101-34-96 «Выбор труб для сооружения магистральных газопроводов», в котором в значительной мере был пересмотрен подход к требованиям по отношению к ударной вязкости сварных соединений труб. В частности, помимо образцов с

круглым надрезом, испытываемых согласно СНиП, предусматривались дополнительно по требованию заказчика испытания образцов с острым надрезом, наносимым по металлу шва и зоне термического влияния (ГОСТ 6996, чертеж 12, 1=0). Средние (из 3-х испытанных образцов) значения ударной вязкости должны были быть не менее 34,3 Дж/см2 при нанесении надреза по металлу шва и от 34,3 до 49 Дж/см (в зависимости от диаметра трубопровода и давления транспортируемого газа) при нанесении надреза по зоне термического влияния. Образцы испытывали при минимальной температуре эксплуатации газопровода, которую обычно принимали равной минус 10 °С.

Кроме того, впервые в практике трубопроводного транспорта в СП-101 предлагалось по требованию заказчика проводить дополнительные испытания на ударную вязкость сварного соединения при расположении надреза в структурно -гетерогенном участке зоны термического влияния. Образцы для таких испытаний следовало вырезать из средней по толщине стенки части так, чтобы доля металла наружного и внутреннего швов составляла 45-55 % площади сечения образца в месте надреза. Этому условию обычно удовлетворяло положение надреза на расстоянии 1,5-2,0 мм от точки пересечения линий сплавления внутреннего и наружного швов. Оценку результатов таких испытаний, проводимых также при минимальной температуре эксплуатации газопровода, предлагалось осуществлять в пределах действующего заказа путем анализа статистических данных. При этом значение ударной вязкости 49 Дж/см и более должно было обеспечиваться в 90 % случаев от общего числа испытаний.

Примерно такие же требования к ударной вязкости металла сварного соединения труб были сформулированы и в Своде правил СП 34-101-98 «Выбор труб для магистральных нефтепроводов при строительстве и капитальном ремонте». Оба перечисленных документа, в определенной мере, можно считать исходными в последующем ужесточении норм в части вязких характеристик металла сварных соединений труб.

Национальный стандарт ГОСТ Р 52079 предусматривает изготовление труб в хладостойком и обычном исполнении. Испытания на ударный изгиб

проводятся на образцах с У-образным и и-образным надрезом при температуре испытания минус 20 °С и минус 60 °С соответственно для труб хладостойкого исполнения и 0 °С и минус 40 °С для труб нормального исполнения. Нормируемые показатели ударной вязкости в зависимости от диаметра труб и рабочего давления составляют от 24,5 до 34,3 Дж/см . Испытания являются обязательными только для металла сварного шва, при этом по требованию потребителя проводятся также испытания и металла зоны термического влияния.

Следующим, введенным в действие документом, где требования к вязкости металла сварных соединений труб были существенно повышены, является, безусловно, DNV-OS-F101. Этот документ определяет правила проектирования и применения материалов при сооружении подводных трубопроводных систем. Установленные стандартом DNV минимальные значения работы удара (или поглощенной энергии) в зависимости от прочности трубной стали приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Требуемые значения работы удара металла сварных соединений труб по БКУ^-Р101

Предел прочности стали, Н/мм2 Работа удара, Дж

Среднее значение Минимальное значение

245 27 22

290 30 24

320 32 27

360 36 30

390 39 33

415 42 35

450 45 38

485 50 40

555 56 45

Образцы для испытаний должны быть подготовлены в соответствии с ASTM A370 и иметь острый V-образный надрез. Испытания проводятся при температуре, соответствующей минимальной температуре эксплуатации трубопровода для труб с толщиной стенки не более 20 мм и на 10 °С ниже минимальной температуры эксплуатации трубопровода для труб с толщиной стенки от 20 до 40 мм.

Образцы вырезаются на двух уровнях сварного соединения: со стороны наружного шва и из места пересечения (в корне) наружного и внутреннего швов. Надрез наносится по металлу шва и в зоне термического влияния в положениях FL и FL+2 мм. Обозначение FL предполагает расположение надреза таким образом, чтобы в его сечении находилось 50 % металла шва и 50 % металла зоны термического влияния.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Яковлев Дмитрий Сергеевич, 2016 год

Список литературы

1. Столяров, В.И. Современное состояние и перспективы технологии производства газонефтепроводных труб большого диаметра для трубопроводов на давление до 9,8 МПа / В.И. Столяров, И.Ю. Пышменцев, И.И. Лубе, Л.И. Эфрон, С.Ю. Настич // Нефтегазовая вертикаль. - 2006. - №13. - С. 34-37.

2. Пермяков, И.Л. Основные направления развития производства труб большого диаметра для нефтяной и газовой промышленности на ОАО «ВТЗ». Разработка и освоение производства электросварных труб для газо - и нефтепроводов, транспортирующих коррозионноактивные среды / И.Л. Пермяков, В.В. Чепышев, К.В. Беляев, Н.Е. Кардаев, В.В. Вятченников // Трубы-2007: сборник докладов XV международной научно -технической конференции. -Челябинск: РосНИТИ, 2007. - Ч. 1. - С. 262-275.

3. Макиевский, Ю.И. Перспективы производства и потребления сварных труб среднего диаметра / Ю.И. Макиевский, Ю.Н. Стасовский, С.В. Галлий // Сталь. - 2008. - №10. - С. 92-94.

4. Новейшие тенденции в производстве электросварных труб // Новости черной металлургии за рубежом. - 2011. - №1. - С. 55-58.

5. Anthony J. DeArdo The metallurgy of high strength linepipe steels / Anthony J. DeArdo // Трубы - 2007: сборник докладов XV международной научно -технической конференции. - Челябинск: РосНИТИ, 2007. - Ч. 2. - С. 84-93.

6. Морозов, Ю.Д. Состояние и перспективы развития сталей для труб большого диаметра в России / Ю.Д. Морозов, Л.И. Эфрон, Ю.И. Матросов // И.П. Бардин и металлургическая наука: сборник научных трудов. - М.: Металлургиздат, 2003. - С. 193-212.

7. Пинчук, А.В. Развитие производства труб в России за последние годы / А.В. Пинчук, Л.А. Кондратов // Металлург. - 2011. - №6. - С. 8-16.

8. Ефименко, Л.А. Исследование свариваемости высокопрочных трубных сталей категории прочности Х80 / Л.А. Ефименко, О.Ю. Елагина, О.Е Капустин, Е.М. Вышемирский // Сварочное производство. - 2009. - №2. - С. 3-7.

9. Обзор материалов по трубному производству // Новости черной металлургии за рубежом. - 2012. - №3. - С. 68-71.

10. Воробьев, И.А. Анализ старения трубных сталей для магистральных газопроводов / И.А. Воробьев // Вестник машиностроения. - 2013. - №2. -С. 19-26.

11. Морозов, Ю.Д. Современные стали для труб большого диаметра и направления их развития / Ю.Д. Морозов, Л.И. Эфрон // Трубы -2005: сборник докладов XIII международной научно -практической конференции. - Челябинск: РосНИТИ, 2005. - Ч. 1. - С. 113-119.

12. Худяков, М.А. К вопросу о расслоении металла труб / М.А. Худяков, М.Х. Муфтазов // Мировое сообщество. Проблемы и пути решения: сборник научных статей. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2004. - №16. - С. 36-39.

13. Zhou Mai-wen Effects of precipitates and inclusions on the fracture toughness of hot rolling X70 pipeline steel plates / Mai-wen Zhou, Hao Yu // International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. - 2012. - №9. -P. 805-811.

14. Тазов, М.Ф. Исследование неоднородности механических свойств и микроструктуры по толщине листа категории прочности К65, изготовленного способом термомеханической обработки / М.Ф. Тазов // Физико -химия и технология неорганических материалов: сборник материалов VIII российской ежегодной конференции молодых научных сотрудников и аспирантов. -М.:ИМЕТ РАН, 2011. - С. 675.

15. Нижельский, Д.В. Изучение особенностей морфологии низкотемпературного феррита (бейнита), образующегося при различных температурах, и оценка влияния типа структуры на комплекс механических свойств проката из высокопрочных трубных сталей / Д.В. Нижельский // Физико -химия и технология неорганических материалов: сборник материалов VIII российской ежегодной конференции молодых научных сотрудников и аспирантов. - М. :ИМЕТ РАН, 2011. - С. 660.

16. Ковалев, А.И. Особенности изменения структуры по сечению листового проката из высокопрочных штрипсовых сталей / А.И. Ковалев, Д.Л. Вайнштейн, А.Ю. Рашковский, Е.И. Хлусова, В.В. Орлов // Металлург. - 2011. -№1. - С. 61-68.

17. Анализ полос анормальной сегрегации в трубной стали Х100 / Zhou Min, Yi Hai-long, Du Lin-xiu, Liu Xiang-hua // Dongbei daxue xuebao. Ziran kexue ban = J. Northeast. Univ. Natur. Sci. - 2010. - № 3. - С. 385-388. - Кит.; рез. англ.

18. Численный анализ остаточных напряжений в толстых листах из стали категории прочности Х65 для производства труб для магистральных трубопроводов / Zhang De-feng, Lu Jian-sheng, Lu Jian-guo, Song Peng // Cailiao kexue yu gongyi = Mater. Sci. and Tecnol. - 2012. - № 5. - С. 101-105. - Кит.; рез. англ.

19. Лупин, В.А. Концентрация напряжений в сварных трубах большого диаметра / В.А. Лупин, А.О. Струин, С.И. Ярославцев // Трубы-2006: сборник докладов XIV международной научно -технической конференции. - Челябинск: РосНИТИ, 2006. - С. 245-253.

20. Кояма, С. Высокопрочные стали для магистральных трубопроводов с высоким сопротивлением деформированию / С. Кояма // Трубы - 2009: сборник докладов XVII международной научно -технической конференции. - Челябинск: РосНИТИ, 2009. - С. 97-102.

21. Shiniyea, T. Development of high deformability linepipe with resistance to strain-aged hardening by heat treatment on-line process / T. Shiniyea, N. Ishikawa, M. Okatsu, S. Endo, N. Shikanai, J. Kondo // The Proceedings of the 17 International Offshore and Polar Engineering Conference. - 2007. - P. 2963-2968.

22. Suzuki, N. Compressive strain limits of X80 high-strain line pipes / N. Suzuki, S. Igi // The Proceedings of the 17 International Offshore and Polar Engineering Conference. - 2007. - P. 3246-3253.

23. Ishikawa, N. Development of ultra-high strength linepipes with dual-phase microstructure for high strain application / N. Ishikawa, N. Shikanai, J. Kondo // JFE Technical Report. - 2008. - №12. - P. 15-19.

24. Гэртнер, А. Трубопроводы будущего / А. Гэртнер // Сварка и диагностика. - 2008. - №№ 4. - С. 14-16.

25. Разработка круглых стальных труб класса прочности 780 МПа с низким отношением предела текучести к временному сопротивлению для строительных конструкций // Новости черной металлургии за рубежом. - 2011. - N°5. - С. 56-57.

26. Влияние термомеханического упрочнения на механические свойства стали Х80 для магистральных трубопроводов / Liu Jian -bing, Xiong Xiang-jiang, Xia Zheng-hai, Wu Qing-ming, Chen Qi-ming, Li Zhong-ping // Jinshu rechuli = Heat Treat. Metals. - 2010. - №№ 12. - С. 55-58. - Кит.; рез. англ.

27. Сыч, О.В. Структура и свойства стали категории прочности Х90-Х100 / О.В. Сыч, А.А. Круглова, В.В. Орлов // Современные металлические материалы и технологии: сборник докладов международной научно -технической конференции. - СПб: СПбГПУ, 2009. - С. 527-528.

28. Europipe about X100 large-diameter pipe // Stahl und Eisen. 2007. - №11. -

P. 515.

29. Microstructure and mechanical properties of X80/X100 grade plates and pipes / Seo Dong-Han, Kim Choong-Myeong, Yoo Jang-Yong, Kang Ki-Bong // The Proceedings of the 17 International Offshore and Polar Engineering Conference. -

2007. - Р. 3301-3306.

30. Исследование технологии производства прямошовных труб категорий Х90 и Х100 / Li Yanfeng, Zheng Lei, Chen Xiaowei // Gang guan = Steel Pipe. -

2008. - № 5. - С. 30-34. - Кит.; рез. англ.

31. Пышменцев, И.Ю. Особенности структуры и свойств опытных партий труб категории прочности К65 (Х80), изготовленных для комплексных испытаний / И.Ю. Пышменцев, В.И. Столяров, А.М. Гервасьев, В.В. Харионовский, В.Я. Великоднев // Наука и техника в газовой промышленности. -

2009. - №1. - С. 56-61.

32. Виноградов, О.В. Исследование сопротивления деформированию и разрушению металла штрипса и труб категории прочности Х80, изготовленного

методом ТМО / О.В. Виноградов, А.В. Ильин, В.В. Орлов, Е.И. Хлусова, Р.В. Сулягин // Металлург. - 2009. - №4. - С. 47-52.

33. Горянин, И.В. Характеристики работоспособности и перспективы применения штрипса и труб категории прочности Х80, Х90, Х100 / И.В. Горянин, А.В. Ильин, В.В. Орлов, Е.И. Хлусова // Трубы - 2009: сборник докладов XVII международной научно -технической конференции. - Челябинск: РосНИТИ, 2009. - С. 87-91.

34. Митин, А.С. Перспективы применения высокопрочных труб для сооружения магистральных газопроводов с учетом результатов исследований опытной партии труб производства ОАО «ВМЗ» категории прочности Х100 / А.С. Митин // Трубы - 2010: сборник докладов XVIII международной научно -технической конференции. - Челябинск: РосНИТИ, 2010. - Ч. 1. - С. 99-107.

35. Колясникова, Н.В. Международная научно -техническая конференция «Производство, испытания и практическое использование труб большого диаметра категорий прочности Х80/Х90» / Н.В. Колясникова, О.Н. Чевская // Проблемы черной металлургии и материаловедения. - 2011. - .№2. - С. 101-103.

36. Разработка и применение труб большого диаметра UOE SAWL категории прочности Х80 / Xie Shiqiang, Gui Guangzheng, Zheng Lei, Zhang Bei // Gang guan = Steel Pipe. - 2011. - №2 4. - С. 29-36. - Кит.; рез. англ.

37. Симбухов, И.А. Влияние индукционного нагрева на свойства стали категории прочности Х120 для газопроводных труб / И.А. Симбухов // Сталь. -2013. - №1. - С. 63-67.

38. Влияние легирующих элементов и термообработки на механические свойства TRIP-сталей категории 1000 МПа / Wang Chao, Ding Hua, Yao Chun-fa, Tang Zheng-you // Dongbei daxue xuebao. Ziran kexue ban = J. Northeast. Univ. Natur. Sci. - 2012. - № 7. - С. 953-957. - Кит.; рез. англ.

39. Ордин, В.Г. Требования к высокопрочным сталям для газопроводных труб большого диаметра категорий прочности Х90-Х100 / В.Г. Ордин, Ю.И Матросов, М.Б. Клюквин, Г.Н. Коновалов, Н.В. Колясникова // Проблемы черной металлургии и материаловедения. - 2013. - №1. - С. 48-53.

40. Макаров, Г.И. Нормативные требования к вязкости разрушений трубных сталей / Г.И. Макаров // Сварочное производство. - 2010. - №5. -С. 36-39.

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

42. Амосов, А.П. Вязкость разрушения в оценке распространения хрупкой трещины в стальных конструкциях при пониженной температуре / А.П. Амосов, Г.С. Амосов // Сварочное производство. - 2008. - №6. - С. 3-9.

43. Макаренко, В.Д. Нейросетевой метод анализа показателей трещиностойкости сварных соединений трубных сталей / В.Д. Макаренко, А.А. Синкевичюс // Сварочное производство. - 2010. - №2. - С. 7-12.

44. Фарбер, В.М. Фрактографическая диагностика трещиностойкости труб группы прочности Х80 (К65) по результатам испытаний ударной вязкости / В.М. Фарбер, В.А. Хотинов, А.Н. Журавкова, Е.Н. Чусова, А.Б. Арабей, И.Ю. Пышменцев // Трубы - 2010: сборник докладов XVIII международной научно-технической конференции. - Челябинск: РосНИТИ, 2010. - Ч. 1. - С. 108-110.

45. Фарбер, В.М. Фрактографический критерий трещиностойкости труб группы прочности Х80 / В.М. Фарбер, А.Б. Арабей, И.Ю. Пышменцев, В.А. Хотинов // Производство проката. - 2011. - №3. - С. 7-11.

46. Лупин, В.А. Определение трещиностойкости труб большого диаметра при натурных гидроиспытаниях / В.А. Лупин, В.Н. Кузнецов, Р.Б. Назмиев // Трубы - 2010: сборник докладов XVIII международной научно -технической конференции. - Челябинск: РосНИТИ, 2010. - С. 17-18.

47. Пышменцев, И.Ю. К вопросу определения трещиностойкости высокопрочных труб большого диаметра / И.Ю. Пышменцев, А.О. Струин, Н.А. Мартынова, М.А. Валов, Е.Р. Насыбулина // Сталь. - 2011. - №2. - С. 49-52.

48. Столяров, В.И. Исследование результатов натурных испытаний труб большого диаметра 1420х21,6 мм на рабочее давление 9,8 МПа / В.И. Столяров, И.Ю. Пышменцев, В.А. Лупин, А.И. Губин, А.О. Струин, А.В. Бойко, И.Л.

Пермяков, В.К. Беляев, Е.Н. Кардаев // Трубы - 2007: сборник докладов

XV международной научно -технической конференции. - Челябинск: РосНИТИ,

2007. - С. 280-283.

49. Арабей, А.Б. Сопротивление сталей класса прочности Х80 распространению вязких трещин в магистральных газопроводах / А.Б. Арабей, И.Ю. Пышменцев, М.А. Штремель и др. // Известия ВУЗов. Черная металлургия. - 2009. - № 9. - С. 3-8.

50. Иги, С. Анализ динамического вязкого разрушения для трубопроводов большого диаметра из стали Х80 / С. Иги // Трубы - 2008: сборник докладов

XVI международной научно -технической конференции. - Челябинск: РосНИТИ,

2008. - С. 49-56.

51. Имамова, Э.И. Метод оценки трещиностойкости металла труб низкотемпературным воздействием / Э.И. Имамова, Р.И. Мурзагулова, Р.А Харисов, Ш.З. Исаев // Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа: сборник материалов научно-практической конференции. - Уфа, 2012. - С. 155-156.

52. Арабей, А.Б. Влияние состава коррозионной среды на скорость роста трещины в трубной стали Х70 / А.Б. Арабей, Р.И. Богданов, В.Э. Игнатеноко, Т.А Ненашева, А.И. Маршаков // Физикохимия поверхности и защита материалов. -2011. - Т.47, №2. - С. 208-217.

53. Стеклов, О.И. Надежность магистральных газопроводов в условиях интенсификации процессов коррозии и старения / О. И. Стеклов // Сварочное производство. - 2010. - №5. - С. 40-43.

54. Выбойщик, Л.М. Структурный фактор коррозионно -механической прочности сварных соединений нефтепромысловых труб / Л.М. Выбойщик, Р.С. Лучкин, С.Ю. Платонов // Сварочное производство. - 2008. - №6. - С. 12-16.

55. Завьялов, В.В. Причины и факторы, определяющие локальное коррозионное разрушение трубопроводов на месторождениях Западной Сибири / В.В. Завьялов // Трубы - 2007: сборник докладов XV международной научно -технической конференции. - Челябинск: РосНИТИ, 2007. - Ч. 1. - С. 136-137.

56. Деулин, Е.А. Исследование причин появления «водородной болезни» в материале труб магистральных газопроводов и разработка вакуумных методов их устранения / Е.А. Деулин, С.С. Машуров, А.М. Мирзоев, А.М. Мирзоев // Конверсия в машиностроении. - 2007. - №3. - С. 32-36.

57. Трубы нефтяного сортамента из сверхвысокопрочной низколегированной стали с повышенной стойкостью в сернистой среде // Новости черной металлургии за рубежом. - 2010. - №1 (73). - С. 57-61.

58. Проникновение водорода и водородное растрескивание в высокосернистых средах // Новости черной металлургии за рубежом. - 2012. -№4. - С. 76-79.

59. Походня, И.К. Индуцированные водородом холодные трещины в сварных соединениях высокопрочных низколегированных сталей / И.К. Походня, А.В. Игнатенко, А.П. Пальцевич, В.С. Синюк // Автоматическая сварка. - 2013. -№5. - С. 3-14.

60. Ефименко, Л.А. Исследование свариваемости высокопрочных трубных сталей категории прочности Х80 / Л.А. Ефименко, О.Ю. Елагина, О.Е. Капустин, Е.М. Вышемирский // Сварочное производство. - 2009. - №2. - С. 3-7.

61. Глинер, Р.Е. Технологичность сварки современной высокопрочной листовой стали / Р.Е. Глинер // Сварочное производство. - 2009. - №11. -С. 26-34.

62. Ефименко, Л.А. Особенности подхода к оценке свариваемости низкоуглеродистых высокопрочных трубных сталей / Л.А. Ефименко, О.Ю. Елагина, Е.М. Вышемирский // Сварочное производство. - 2010. - №5. - С. 5-11.

63. Клюквин, М.Б. Толстолистовая сталь для газопроводных труб Х80 с высокой ударной вязкостью / М.Б. Клюквин, В.Г. Ордин, Ю.И. Матросов, В.И. Левченко, Р.И. Сагиров, Т.Ю. Иванова, Н.В. Колясникова // Металлург. - 2012. -№6. - С. 53-58.

64. Кархин, В.А. Анализ химической макронеоднородности вблизи границы сплавления при сварке плавлением / В.А. Кархин, П.Н. Хомич, П. Раямяки // Сварочное производство. - 2008. - №8. - С. 3-8.

65. Столяров, В.И. Улучшение свойств сварного соединения труб большого диаметра путем оптимизации состава стали / В.И. Столяров, С.А Голованенко, И.И. Франтов, А.В. Терентьев // Сталь. - 1982. - № 5. - С. 70-73.

66. Клюквин, М.Б. Изменение механических свойств толстолистовой стали Х80 в процессе изготовления труб / М.Б. Клюквин, В.Г. Ордин, Ю.И. Матросов, А.Ю. Лоскутов, Ю.А. Зинченко, Н.В. Колясникова, В.И. Левченко, Р.И. Сагиров, Г.Н. Коновалов // Металлург. - 2012. - №8. - С. 54-59.

67. Морозов, Ю.Д. Исследование влияния композиции химического состава на комплекс механических свойств и микроструктуру листового проката класса прочности К65 (Х80) / Ю.Д. Морозов, А.А. Науменко // Металлург. -2009. - №11. - С. 51-55.

68. Овчинников, Д.В. Влияние микролегирования бором на структуру и свойства высокопрочных труб нефтяного сортамента / Д. В. Овчинников, О. А. Софрыгина, С. Ю. Жукова, И. Ю. Пышменцев, С. М. Битюков // Сталь. - 2011. -№4. - С. 64-68.

69. Пат. 2461636 Российская Федерация, МПК С2Ш8/02. Способ получения толстолистовой стали и стальных труб для ультравысокопрочного трубопровода / Т. Хара, Т. Фудзисиро, Йо. Терада, Я. Синохара, А. Симидзу, Ю. Утида. - №2011119110/02; заявл. 06.11.2009; опубл. 20.09.2012. Бюл. №26.

70. Пат. 2463375 Российская Федерация, МПК C22C38/58. Высокопрочная стальная труба типа UOE с великолепной деформируемостью и ударной вязкостью при низких температурах в зоне термического воздействия при сварке / Н. Такахаси, А. Ямамото, М. Хамада - № 2010143545/02; заявл. 24.03.2009; опубл. 10.10.2012. Бюл. №28.

71. Пат. 2434070 Российская Федерация, МПК C22C38/00. Высокопрочная сварная стальная труба, металл сварочного шва которой обладает высоким сопротивлением холодному растрескиванию, и способ ее изготовления / Н. Хаякава, С. Сакагути, Ф. Кавабата, М. Окацу, М. Ота, С. Нисияма, К. Нагатани, К. Исизаки - № 2009139659/02; заявл. 19.03.2008; опубл. 20.11.2011. Бюл. №32.

72. Беленький, Б.З. Стали с ванадием для толстолистового проката / Б.З. Беленький, Л.А. Смирнов, П.С. Митчелл, И.М. Срогович, В.А. Ровнушкин, С.А. Спирин // Проблемы производства и применения сталей с ванадием: материалы международного научно -технического семинара. - Екатеринбург, 2007. -С. 209-222.

73. Производство нефтяных труб из стали класса N80, микролегированной V и N, без закалки и отпуска / Yan Ling, Wang Chang-shun, Dong En-long, Xu Yong-mei // Gang tie fan tai = Iron Steel Vanadium Titanium. - 2004. - 25, № 3. - С. 60-63. - Кит.; рез. англ.

74. Разработка низкоуглеродистых Nb-Ti-B-сталей для высокопрочных труб большого диаметра // Новости черной металлургии за рубежом. - 2006. -№2. - С. 57-60.

75. Effects of contents of Nb and C on hot deformation behaviors of high Nb X80 pipeline steels / Q. Gui-ying, X. Fu-ren, Z. Xiao-bing, C. Ya-bin, L. Bo // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. - 2009. - №6. - P. 1395-1399.

76. Effect of Nb content on strength of Nb micro-alloyed steels / Y. Xiangqian, X. Peng, K. Wei, J. Sihai // Vaosteel Techn. Res. - 2011. - №3. - P. 38-41.

77. Deposit properties and the Ti-O-B-N balance in submerged arc welding / Z. Liu, T. Lau, T.H. North. - Intern. Inst. Of Welding (Doc. II-A-713-87), 1987. - 24 p.

78. Horii, Y. Study on the toughness of large-heat input weld metal for low temperature-service TMCP steel / Y. Horii, S. Ohkita, M. Wakabayashi, M. Namura // Nippon Steel Techn. Rep. - 1988. - №37. - P. 1-9.

79. Measures for toughness improvement of heavy-walled UOE pipe's submerged arc weld metal / F. Kawabata, S. Sacaguchi, J. Matsuyama, N. Nishiyama. -Intern. Inst. Of Welding (Doc. XII-953-86 II-A-713-87), 1987. - 22 p.

80. Подгаецкий, В.В. О влиянии химического состава шва на его микроструктуру и механические свойства (Обзор) / В.В. Подгаецкий // Автоматическая сварка. - 1991. - №2. - С. 1-9.

81. Походня, И.К. Влияние кислорода на образование структуры игольчатого феррита в низколегированном металле сварных швов. (Обзор) / И.К.

Походня, В.В. Головко, Л.В. Денисенко, В.Ф. Грабин // Автоматическая сварка. -1999. - №2. - С. 3-11.

82. Волобуев, Ю. С. Состояние и перспективы развития производства и применения сварочных флюсов в отечественной промышленности / Ю.С. Волобуев, Н.Н. Потапов, Е.Г. Старченко, О.С. Волобуев // Сварочное производство. - 2008. - №12. - С. 29-32.

83. Бублик, О.В. Преимущества и недостатки керамических флюсов по сравнению с плавлеными флюсами аналогичного назначения / О. В. Бублик, С. В. Чамов // Сварочное производство. - 2009. - №2. - С. 27-30.

84. Головко, В.В. Особенности агломерированных флюсов при сварке /

B.В. Головко, Н.Н. Потапов // Сварочное производство. - 2010. - №6. - С. 29-34.

85. Винклер, Ф. Эффективное применение порошковых проволок при дуговой сварке / Ф. Винклер // Сварочное производство. - 2008. - №1. - С. 41-44.

86. Маковецкая, О.К. Основные тенденции на рынке сварочной техники в 2008-2011 гг. и прогноз его развития / О.К. Маковецкая // Автоматическая сварка. - 2012. - №6. - С. 44-50.

87. Гаврилов, С.Н. Металлопорошковые проволоки для механизированной и автоматической сварки в защитных газах низкоуглеродистых и низколегированных сталей / С.Н. Гаврилов, О.В. Хицов, В.Б. Дмитриев, Д.Л. Поправка, В.Г. Лозовой, В.М. Дзюба // Сварочное производство. - 2013. - №3. -

C. 27-29.

88. Походня, И.К. Сварка порошковой проволокой: монография / И.К. Походня, А.М. Суптель, В.Н. Шлепаков. - Киев: Наукова думка, 1972. - 223 с.

89. Производство порошковой проволоки: учебное пособие / И.К. Походня, В.Ф. Альтер, В.Н. Шлепаков и др. - Киев: Вища школа, 1980. - 231 с.

90. Романюк, В.С. Высокопроизводительная сварка неповоротных стыков труб порошковой проволокой с принудительным формированием шва / В.С. Романюк, В.Д. Ковалев, С.А. Резник, А.М. Семененко // Сварщик. - 2011. - №2. -С 32-33.

91. Engindeniz, E. Unterpulver - HochleistungsschweiBen mit Fulldrahtelektroden / E. Engindeniz // Oerlikon Schweissmitteilungen. - 1994. - №130, April. - S. 11-20.

92. Походня, И.К. Влияние легирования на механические свойства сварных швов, выполненных порошковыми проволоками / И.К. Походня, Л.Н. Орлов, Г.А Шевченко, В.Н. Шлепаков // Автоматическая сварка. - 1985. - №7. - С. 8-11.

93. Фрумин, И.И. Легирование наплавленного металла при сварке под флюсом / И.И. Фрумин // Автоматическая сварка. - 1952. - №1 (22). - С. 3-19.

94. Шлепаков, В.Н. Легирование сердечника порошковой проволоки при сварке сталей с различным уровнем прочности / В.Н. Шлепаков, Г.А. Шевченко // Металлургические и технологические проблемы сварки порошковой проволокой: Докл. I Междунар. шк. стран-членов СЭВ «Сварка порошковой проволокой». -Киев: Наукова думка, 1986. - С. 84-88.

95. Шлепаков, В.Н. Основы построения композиций порошковых проволок с высокой производительностью сварки / В.Н. Шлепаков, Ю.А. Гаврилюк, А.С. Котельчук, С.М. Науменко // Сварочные материалы. Разработка. Технологии. Производство. Качество. Конкурентоспособность: сборник докладов V международной конференции. - Киев, 2010. - С. 172-178.

96. Шлепаков, В.Н. Порошковые проволоки с металлическим сердечником для сварки в защитных газах / В.Н. Шлепаков, А.В. Билинец // Автоматическая сварка. - 2003. - №3. - С. 53-54.

97. Походня, И.К. Сварка порошковой проволокой и перспективы ее развития / И.К. Походня // Сварочное производство. - 1967. - №11. - С. 43-45.

98. Шлепаков, В.Н. Физико -металлургические и сварочно -технологические свойства газозащитных порошковых проволок для сварки конструкционных сталей / В.Н. Шлепаков // Автоматическая сварка. - 2014. - №6-7. - С. 56-59.

99. Походня, И.К. Исследования и разработки ИЭС им. Е.О. Патона в области электродуговой сварки и наплавки порошковой проволокой / И.К. Походня, В.Н. Шлепаков, С.Ю. Максимов, И.А. Рябцев // Автоматическая сварка. - 2010. - №12. - С. 34-42.

100. Рыкалин, Н.Н. Расчеты тепловых процессов при сварке / Н.Н. Рыкалин. - М.: Машгиз, 1951. - 296 с.

101. Раямяки, П. Определение основных характеристик температурного поля для оценки типа затвердевания металла шва при сварке плавлением / П. Раямяки, В.А. Кархин, П.Н. Хомич // Сварочное производство. - 2007. - №2. -С. 3-7.

102. Донченко, Е.А. Расчет максимальных температур при автоматической сварке и наплавке / Е.А. Донченко // Сварочное производство. - 2009. - №6. -С. 15-18.

103. Коробейников, С.Н. Исследование и моделирование формирования структуры ЗТВ низколегированных сталей / С.Н. Коробейников, А.С. Бабкин // Сварочное производство. - 2009. - №11. - С. 3-8.

104. Бушма, В.О. Моделирование физических процессов при дуговой сварке неподвижным плавящимся электродом / В.О. Бушма // Сварочное производство. - 2010. - №5. - С. 15-22.

105. Черных, И.В. Имитационное моделирование процесса нагрева труб в зоне сварного шва / И.В. Черных, С.А. Рачков // Сварочное производство. -2010. - №10. - С. 30-32.

106. Кархин, В.А. Модели источников теплоты для прогнозирования тепловых полей при сварке плавлением / В.А. Кархин, Н.П. Хомич, С.Ю. Иванов // Известия ТулГУ. Технические науки. - 2010. - Вып. 4., Ч. 1. -С. 241-254.

107. Кархин, В.А. Решение обратной задачи теплопроводности с учетом теплоты плавления и кристаллизации / В.А. Кархин, А.С. Ильин, В.В. Плошихин // Сварочное производство. - 2003. - №7. - С. 3-6.

108. Кархин, В.А. Основы теплопередачи при сварке и пайке: учебное пособие / В.А. Кархин. - Санкт-Петербург: Изд-во СПбПУ, 2011. - 95 с.

109. Рыбаков, А.А. Влияние химического состава микролегированной стали и скорости охлаждения металла ЗТВ сварных соединений труб на его

структуру и ударную вязкость / А.А. Рыбаков, Т.Н. Филипчук, В.А. Костин, В.В. Жуков // Автоматическая сварка. - 2013. - №9. - С. 10-18.

110. Величко, А.А. Взаимосвязь тепловых процессов с морфологией сварных соединений и перспективные виды сварки применительно к толстостенным электросварным трубам / А.А. Величко, А.Н. Борцов, И.П. Шабалов, И.И. Франтов, И.Ю. Уткин // Металлург. - 2014. - №3. - С. 72-77.

111. Лившиц, Л.С. Металловедение для сварщиков / Л.С. Лившиц. - М.: Машиностроение, 1979. - 253 с.

112. Рыкалин, Н.Н. Тепловые основы сварки / Н.Н. Рыкалин. - М.: Изд-во АН СССР, 1947. - 271 с.

113. Рыкалин, Н.Н. Тепловые процессы при сварке, их теория и инженерные расчеты / Н.Н. Рыкалин. - Л., 1958. - 264 с.

114. Негода, Е.Н. Тепловые процессы при сварке / Е.Н. Негода. -Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2008. - 125 с.

115. Применение системы ANSYS к решению задач геометрического и конечно-элементного моделирования: учебно-методические материалы / сост. А.В. Жидков. - Нижний Новгород: Изд-во ННГУ, 2006. - 115 с.

116. Басов, К.А. ANSYS: справ. пособие / К.А. Басов. - М.: ДМК-Пресс, 2012. - 639 с.

117. Теория сварочных процессов: учебное издание / под. ред. В.М. Неровного. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. - 752 с.

118. Попков, А.М. Тепловые и энергетические расчеты при электрической дуговой сварке: учебное пособие / А.М. Попков. - Изд. 2-е, перераб. и доп. -Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2006. - 75 с.

119. Акулов, А.И. Технология и оборудование сварки плавлением: учебник / А.И. Акулов, Г.А. Бельчук, В.П. Демянцевич. - М.: Машиностроение, 1977. - 432 с.

120. Излучательные свойства твердых материалов: справочник / под. ред. А.Е. Шейндлина. - М.: Энергия, 1974. - 472 с.

121. Цветков, Ф.Ф. Тепломассообмен: учебник для вузов / Ф.Ф. Цветков, Б. А. Григорьев. - М.: МЭИ, 2011. - 559 с.

122. Шоршоров, М.Х. Металловедение сварки стали и сплавов титана / М.Х. Шоршоров. - М.: Наука, 1965. - 337 с.

123. Ефименко, Л.А. Исследование свариваемости высокопрочных трубных сталей категории прочности Х80 / Л.А. Ефименко, О.Ю. Елагина, О.Е. Капустин, Е.М. Вышемирский // Сварочное производство. - 2009. - №2. - С. 3-7.

124. Иванов, А.Ю. Формирование структуры в зоне термического влияния и свойства сварных соединений трубных сталей классов прочности Х80, Х90, К70 / А.Ю. Иванов, Р.В. Сулягин, В.В. Орлов, А.А. Круглова // Сталь. - 2007. -№7. - С. 85-90.

125. Файнберг, Л.И. Микролегирование швов титаном и бором при многодуговой сварке газонефтепроводных труб большого диаметра / Л.И Файнберг, А.А. Рыбаков, А.Н. Алимов, Р. Розерт // Автоматическая сварка. -2007. - №5. - С. 20-25.

126. Шахматов, М.В. Технология изготовления и расчет сварных оболочек / М.В. Шахматов, В.В. Ерофеев, В.В. Коваленко. - Уфа: Полиграфкомбинат, 1999. - 272 с.

127. Шахматов, М.В. Производство сварных конструкций / М.В. Шахматов, Д.М. Шахматов. - Челябинск: «ЦПС Сварка и Контроль», 2009. -181 с.

128. Сварка в машиностроение: справочник в 4 т. / под редакцией Н.А. Ольшанского. - М.: Машиностроение, 1978. - Т. 1. - 504 с.

184

Приложение А (справочное)

Акт внедрения технологии сварки порошковой проволокой основных швов электросварных труб большого диаметра и их ремонта на

ОАО «ЧТПЗ»

УТВЕРЖДАЮ Начальник управления по «ЧТПЗ» В.В. Головин

___2015 г.

V/ -

АКТ

внедрения технологии сварки порошковой проволокой основных швов электросварных труб большого диаметра и их ремонта на ОАО «ЧТПЗ»

Освоение технологии изготовления электросварных труб большого диаметра из сталей класса прочности К65 (Х80) с толщиной стенки более 25,0 мм с применением порошковой проволоки в качестве присадочного материала выполнялось Центром исследований и разработок ОАО «ЧТПЗ» (ЦИиР ОАО «ЧТПЗ», г. Челябинск) на лабораторном сварочном комплексе КДС-03 в рамках научно-исследовательской работы №1.3.3 плана НИОКР ОАО «ЧТПЗ».

Цель работы: повышение качества и механических характеристик сварных соединений электросварных труб большого диаметра из современных высокопрочных сталей класса прочности К65 (Х80) и выше с толщиной стенки более 25,0 мм.

В результате выполненного исследования получили внедрение следующие результаты:

1. Разработанная математическая модель процесса многодуговой сварки, учитывающая ввод тепловой энергии отдельно для каждой дуги, расстояние между смежными дугами, зависимость теплофизических свойств от температуры и теплопередачу с внешних поверхностей. При этом проведено численное моделирование нелинейных тепловых процессов при многодуговой сварке внутренних и наружных швов электросварных труб, которое показало, что данная математическая модель с достаточной для практики точностью описывает геометрию и температурные поля сварного соединения.

2. Важным показателем внедрения является разработанная методика анализа термических циклов в зоне крупного зерна и на участке перегрева сварных соединений. В частности установлено, что использование в многодуговом сварочном процессе порошковой проволоки на второй дуге приводит к уменьшению протяженности участков перегрева и крупного зерна, снижению времени пребывания металла при температурах выше 1100°С и, как следствие уменьшению величины зерна на участке перегрева. При этом установлено, что для сварных соединений из стали класса прочности К65 (Х80) сочетание проволок сплошного сечения и порошковых проволок способствует получению благоприятной бейнитной структуры участка крупного зерна обладающей более высоким уровнем ударной вязкости.

3. Проведенные исследования впервые показали области эффективного и рационального применение порошковых проволок при многодуговой сварке, которые позволяют установить необходимый уровень микролегирования шва для улучшения его структуры и механических характеристик, снизить погонную энергию сварки, увеличить скорость охлаждения металла зоны термического влияния, что особенно важно при сварке высокопрочных толстостенных труб.

4. На основании теоретических и экспериментальных данных разработана технология многодуговой сварки под слоем флюса продольных сварных соединений электросварных труб большого диаметра с использованием порошковой проволоки. Разработанная технология рекомендована к использованию на ОАО «ЧТПЗ» при производстве труб из сталей класса прочности К65 (Х80) и выше с толщиной стенки более 25,0 мм.

Разработанные технические решения и предложения по использованию порошковых проволок при изготовлении электросварных труб большого диаметра на территории ОАО «ЧТПЗ» позволяют получать сварные соединения с высоким уровнем прочностных и пластических свойств за счет снижения общей погонной энергии сварки и возможности микролегирования металла шва в широких пределах.

Выполненная научно-исследовательская работа №1.3.3 является важным вкладом в выполнении плана НИОКР ОАО «ЧТПЗ» по созданию, освоению и внедрению новых технологий производства труб из современных высокопрочных сталей и является составной частью кандидатской диссертации инженера-исследователя ОАО «ЧТПЗ» Д.С. Яковлева.

Начальник управления новых видов сварных труб и технологических материалов

Начальник центра исследований и разработок

А.Н. Маковецкий

Начальник группы технологии сварки центра исследований и разработок

С.В. Шандер