Schweißtechnische Herausforderungen am Beispiel dickwandiger Rohrverbindungen Qualifikation und Herstellung von Längsund Rundnähten

Transkript

1 Schweißtechnische Herausforderungen am Beispiel dickwandiger Rohrverbindungen Qualifikation und Herstellung von Längsund Rundnähten Dr. J. Wiebe Berlin, den 12. Mai 2016

2 Inhalt Einleitung Großrohrherstellung Spiralnaht Längsnaht Besonderheiten der UP-Mehrdrahttechnologie Anlagenübersicht UP-Mehrdrahtanlage SZMF Schweißguteigenschaften Lage-/Gegenlagenaht Rundnahtherstellung Motivation Herausforderungen Zusammenfassung Folie 2, 11/05/16

3 Forschung und Entwicklung (FuE) SALZG GITTER Produkte Märkte Warm- u. Kaltband Automobilindustrie t i (Karosserie, Fahrwerk) Konsumgüterindustrie Bauindustrie (Dach, Wand, Klima) DUISBUR RG Rohr Grobblech Profil Automobilindustrie (Antriebsstrang) Maschinen- u. Anlagenbau Energieindustrie Bauindustrie (Tragwerk, Spundwand) Interdisziplinäre Forschung für Ihre strategischen Ziele, von der Simulation bis zum Fertigprodukt Folie 3, 11/05/16

4 Salzgitter Mannesmann Forschung F&E Aktivitäten für Salzgitter AG und externe Kunden Werkstoff- und Prozessentwicklung Produkt- und Verfahrensentwicklung Material- und Bauteilcharakterisierung Oberflächen- und Anwendungstechnik Bauteilauslegung, Simulation, Engineering Umform- und Fügetechnik Automatisierung und Prüftechnik Fehler- und Schadensanalysen Folie 4, 11/05/16

5 Herstellung Geschweißte Spiralrohre Durchmesser: mm, Wanddicke: 5-25 mm Längsnahtgeschweißte Durchmesser: mm, Rohre Wanddicke: 7-40 mm Folie 5, 11/05/16

6 UP-Spiralnaht geschweißte Rohre Decoiling Leveling Skelp end welding Skelp and edge Ultrasonic testing Edge trimming and bevelling Forming and tack welding Flying cutoff Sampling and destructive testing Stand for skelp and repair welding Inspection of submerged-arc welding Inside cleaning Internal and external submerged-arc welding Tack weld inspection Inside cleaning Weld seam removal at pipe ends Bevelling of pipe ends Hydrostatic testing Ultrasonic testing of spiral weld X-ray weld inspection / filmless radiography Final inspection Generation of certificates Folie 6, 11/05/16 Quality control Production Production steps may vary slightly between production lines

7 UP-Längsnaht geschweißte Rohre (UOE) Plate infeed Edge planing Crimping U-ing O-ing Tack welding of the slit pipe Pipe identification Sampling and destructive testing Mechanical expansion Initial X-ray weld inspection/filmless radiography Initial ultrasonic weld inspection Internal/external pipe inspection Outside seam welding Inside seam welding Hydrostatic testing Final ultrasonic weld inspection Final X-ray weld inspection/ filmless radiography Bevelling of pipe ends Magnetic particle and ultrasonic inspection of both pipe ends Final inspection of surfaces and pipe geometry Generation of certificates Folie 7, 11/05/16 Quality control Production Production steps may vary slightly between production lines

8 Qualitätsansprüche an Linepipe-Rohre pp Schweißeignung (Kohlenstoff-Äquivalent) Zähigkeit (CVN) Festigkeit, Verformbarkeit (Streckgrenze, Festigkeit, Streckgrenzen-Verhältnis, Dehnung) Schweißnaht-Geometrie Rohr Geometrie Korrosionsbeständigkeit (HIC, SSC) Folie 8, 11/05/16

9 Besonderheiten UP-Mehrdrahttechnologie Einsatzbereich UP Mehrdrahttechnologie: Herstellung geschweißter Großrohre (DSAW/LSAW) Hohe Abschmelzleistung und Produktivität erreichbar! 5-Draht Abschmelzleistungen bis 90 kg/h bei UP 5-Drahteinsatz erreichbar! Folie 9, 11/05/16

10 Besonderheiten UP-Mehrdrahttechnologie Lage-/ Gegenlagetechnik Mehrlagentechnik Vorteile Wirtschaftlich, da hohe Schweißgeschwindigkeiten Vs bis 220 cm/min (f(wanddicke)) Nachteile Hohe Wärmeeinbringung (geringe Abkühlraten) Vorteile Geringere Wärmeeinbringung Bessere mech.-tech. WEZ Eigenschaften Nachteile Längere Schweißzeiten (Beispiel Makro 17 Schweißraupen) Folie 10, 11/05/16

11 Besonderheiten UP-Mehrdrahttechnologie Charakteristika Lage-/Gegenlage(4/5 Drähte): hohe Wärmeeinbringung: bis zu 90 kj/cm (abh. von Wanddicke) Hohe Abkühlzeiten (t 8/5 ): 40s 70s hohe Aufmischung (bis zu 2/3 mit Grundwerkstoff) ungünstig bei höherfesten Güten (bspw. X100) Definition der t 8/5 Zeit Folie 11, 11/05/16

12 Anlagenübersicht UP-Mehrdrahtanlage SZMF Schweißköpfe Fahrwagen UP 5-Drahtanlage SZMF PC Steuerung Eingabe der Schweißdaten Messdatenerfassung Folie 12, 11/05/16

13 Technische Daten 5 Draht UP-Anlage Lincoln Power Wave AC/DC Stromquellen (Inverter) mit AC oder DC Wahlweise 1 bis 5 Draht-Schweißungen Drahtdurchmesser: 2,4 bis 5 mm Maximale Stromstärken: 1. u. 2. Schweißkopf bis 2000 A Schweißkopf bis 1000 A Gleichstrom: Polung + oder - Wechselstrom: Sinus- und d/ oder Rechteckform Offset und Balance Anteile variierbar Startprozess steuerbar Computersteuerung I DC offset Time balance Erhöhung des Einbrandverhaltens Verringerung der Abschmelzleistung DC offset Time balance Erhöhung der Abschmelzleistung Veringerung Einbrandverhaltens Folie 13, 11/05/16

14 Schematischer Aufbau Lage-/Gegenlagenaht g g Notch position: weld metal outside Charpy impac ct energy [J] WEZ Charakteristiken einer DSAW Schweißnaht ht temperature [ C] typ. CVN Energien UP Schweißgut Kritische WEZ Bereiche Grobkornzone (geringe Zähigkeitseigenschaften) Interkritisch wiedererwärmte Bereiche Folie 14, 11/05/16

15 Schweißguteigenschaften g Lage-/Gegenlagenaht g g Typische Zusatzwerkstoffe (Güten bis einschließlich X80 (L555MB)): Schweißpulver: agglomerierte aluminat-basische Pulver (BI 1,3 1,5) (Bsp. DIN EN S A AB 1 67 AC H5) Drahtelektroden (oder Kombinationen): typischerweise Mo, Ti, B (mikro) legierte Drähte Ziel: Einstellung eines nadelferritischen Gefüges Kennzeichnung: sehr gute Tieftemperatur- Zähigkeitseigenschaften Herausforderung: Zähigkeitsverlust durch erhöhte N Gehalte (> 50 ppm N) acicularer Ferrit Folie 15, 11/05/16

16 Qualifikation und Herstellung von Längs- und Rundnähten Schweißguteigenschaften g g Lage-/Gegenlagenaht g g g Nadelferritisches Gefüge Netzwerk voreutektoider Ferrit CVN Werte > C CVN Werte > C Folie 16, 11/05/16

17 Motivation Schweißeigenschaften neuer Werkstofflegierungen Im Auftrag des Rohrherstellers (z.b. im Rahmen von Pipeline-Projekten) Nachweis Erfüllung Kundenanforderungen Meist unter strengen Bedingungen Schmelze mit dem höchsten CE Geringe und hohe Streckenenergie (mit engen Toleranzen) Besondere Nahtvorbereitungen Abnehmer Rohrverleger: eigene schweißtechnische Qualifizierung The Castoro Sei in the Hejre field after laying a total of 114 km pipelines Quelle: Folie 17, 11/05/16

18 Normen und Standards (Leitungsrohre) API 1104 (Welding of Pipelines and Related Facilities) DNV OS F101 (Submarine Pipeline Systems) BS (Spezifikation zum Schweißen von Stahlrohrleitungen über Land und unter Wasser - Kohlenstoff und Kohlenstoffmangan Stahlrohre) ISO (Erdöl- und Erdgasindustrie - Pipeline-Transportsysteme - Schweißen von Pipelines) Kundenspezifikationen (basieren meist auf den gebräuchlichen bä h Normen mit kundenspezifischen Anpassungen) Quelle: DNV OS F101 Folie 18, 11/05/16

19 Normen und Standards (Offshore Konstruktionen) API RP 2Z (Recommended Practice for Preproduction Qualification for Steel Plates for Offshore Structures) t DNV OS C401 (Fabrication and testing of offshore structures) DIN EN (Schweißgeeignete Baustähle für feststehende Offshore- Konstruktionen - Technische Lieferbedingungen) Folie 19, 11/05/16

20 Herausforderungen Schweißtest in Anlehnung an API RP 2Z Steilnahtvorbereitung it (um möglichst kritisch prüfen zu können) HV-Naht K-Naht UP-Prozess Streckenenergie: 1,6 kj/mm Gefüge Vorgabe des Anteils des nicht umgewandelten Schweißgutes neben der Schmelzlinie Optimierung durch Lagenaufbau CTOD-Prüfung Abstand zur Schmelzlinie 0,3 mm über 50% der Risslänge Folie 20, 11/05/16

21 Herausforderungen Schweißtest in Anlehnung an API RP 2Z UP-ProzessP Streckenenergie: 1,6 kj/mm Strom, Spannung und Schweißgeschwindigkeit werden aufgezeichnet Tatsächliche Streckenenergie wird online angezeigt Folie 21, 11/05/16

22 Zusammenfassung Großrohrherstellung Spiralnaht- und Längsnaht geschweißte Rohre Herstellung in Lage-/Gegenlagetechnik Besonderheiten der UP-Mehrdrahttechnologie Hohe Abschmelzleistung Hoher Wärmeeintrag Technisch höchst anspruchsvoller Prozess (Vielzahl von Parametern) Rundnahtherstellung (mittels UP-Schweißprozess) Qualifizierung von Werkstoffen nach vorgegebenen Spezifikationen Hohe Anforderungen hinsichtlich der Geradheit der Schmelzlinie, um z.b. die CTOD-Prüfungen kritisch durchführen zu können Folie 22, 11/05/16

23 Was auch immer Sie vorhaben Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Folie 23, 11/05/16