Schweißtechnische Aspekte im Großrohr- und Pipelinebau

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1 Schweißtechnische Aspekte im Großrohr- und Pipelinebau Ilmenauer schweißtechnisches Symposium 22. Oktober 2013 Dr.-Ing. Wolfgang Scheller Inhalt Einleitung Herstellungsverfahren für Großrohre Hochfrequenz-Induktionsschweißen Spiralnaht geschweißte Rohre UP-Längsnaht geschweißte Großrohre Pipelineverlegetechniken Zusammenfassung SZMF, EDWF, Folie 2,

2 Arbeitsfelder Forschung und Entwicklung (FuE) SALZGITTER Produkte Warm- u. Kaltband Märkte Automobilindustrie (Karosserie, Fahrwerk) Konsumgüterindustrie Bauindustrie (Dach, Wand, Klima) DUISBURG Rohr Grobblech Profil Automobilindustrie (Antriebsstrang) Maschinen- u. Anlagenbau Energieindustrie Bauindustrie (Tragwerk, Spundwand) Interdisziplinäre Forschung für Ihre strategischen Ziele, von der Simulation bis zum Fertigprodukt SZMF, EDWF, Folie 3, 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 SZMF, EDWF, Folie 4,

3 Herstellprozesse Nahtlose Rohre Durchmesser: mm Wanddicke: mm HFI-geschweißte Durchmesser: mm Pipeline- und Wanddicke: 3-20 mm Konstruktionsrohre Schweißgeschwindigkeit: bis 40 m/min SZMF, EDWF, Folie 5, Herstellprozesse Geschweißte Spiralrohre Durchmesser: mm Wanddicke: 5-25 mm Längsnahtgeschweißte Durchmesser: mm Rohre Wanddicke: 7-43 mm SZMF, EDWF, Folie 6,

4 Bandverbindungsnaht Ausgangsmaterial: Warmband auf Coils Zweck: kontinuierliche Produktion Nutzung eines Bandspeichers Nahtvorbereitung: Scherenschnitt Drahtelektrode: Ø 2,4 mm, G3Si1 Typische MAG-Schweißdaten: 850 A, 40 V SZMF, EDWF, Folie 7, HFI Schweißen Press-Schweißverfahren Rohr Impeder Induktor Generatorleistung bis zu kw typische Frequenz: 100 khz Schweißgeschwindigkeit bis zu 40 m/min SZMF, EDWF, Folie 8,

5 Stauchlinien und Ferritlinie Charakteristisch für den Schweißprozess SZMF, EDWF, Folie 9, Beurteilung der Schweißnaht HFI- geschweißte Konstruktionsrohre Anwendungen - Konstruktionsrohr Bauwesen EDWF, Wiebe, Folie 10, 16/10/13 Fußballstadion Gelsenkirchen Danzig 5

6 HFI- geschweißte Konstruktionsrohre Anwendungen - Konstruktionsrohr Landmaschinen EURO Titan Plug (Lemken) Drillmaschine (Horsch) EDWF, Wiebe, Folie 11, 16/10/13 Herstellprozesse HTS Helical Seam Two Step - Prozess Kontinuierliche Rohreinformung und MAG Heftnahtprozess UP-Schweißung: innen und außen Entcoilen, Richten, US-Prüfung Bandverbindungsnaht SZMF, EDWF, Folie 12,

7 Bandverbindungsnaht Vorbereitung: V-Fuge durch spanende Bearbeitung Wurzel: MAG Strom: ca. 400 A, Spannung: ca. 30 V Drahtdurchmesser: 2 mm Schutzgas: CO 2 oder 18% CO 2, Rest Argon Zweite Lage: 3-Draht-UP Strom: A, Spannung: V Drahtdurchmesser: 3-4 mm SZMF, EDWF, Folie 13, Rohrformung mit kontinuierlicher Heftnaht Vorbereitung: DY-Naht durch Fräsen, Steg mind. 5 mm, 2x 40 Prozess: MAG Strom: A, Spannung: ca V Drahtdurchmesser: 4 mm Schutzgas: CO 2 Schweißgeschwindigkeiten ca. 8 m/min Drei-Rollen Biegesystem Außenrollenkäfig SZMF, EDWF, Folie 14,

8 UP-Innen- und Außennaht drei Schweißstationen Rohr wird gedreht und in Längsachse vorgeschoben innen und außen 180 versetzt innen: 2-4 Köpfe außen: 2-3 Köpfe SZMF, EDWF, Folie 15, UP-Innen- und Außennaht Strom: A innen, bis A außen Spannung: V Drahtdurchmesser: 3 4 mm Schweißgeschwindigkeit: 1,2 2,5 m/min Wanddicken bis 25,4 mm SZMF, EDWF, Folie 16, Werkstoff: bis X80 (550 MPa) 8

9 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 SZMF, EDWF, Folie 17, Heftnahtschweißen Durchgängige Schweißung Durchmesser Drahtelektrode: 4mm Schweißstrom: ca A (Beispiel: 20 mm Wanddicke) Schweißspannung: ca. 22 V Schweißgeschwindigkeit: 5-7 m/min Schweißschutzgas: 100% CO 2 SZMF, EDWF, Folie 18,

10 Längsnaht UP-Schweißtechnik SZMF, EDWF, Folie 19, Großrohr UP-Schweißtechnik Schweißparameter (abhänging von Wanddicke) Kopf 1 und 2: V, ca A Kopf 3-5: V, ca. 700 A Schweißgeschwindigkeit: cm/min Zusatzwerkstoff: Ø 3-5 mm Labor SZMF SZMF, EDWF, Folie 20, Produktion EUROPIPE 10

11 Prozesstechnische Einflüsse 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) EDWF Rohrverlegetechniken Onshore Werkstoffe: bis X80, selten X100 Prozess in mehreren Stationen spezialisierte Schweißer SZMF, EDWF, Folie 22,

12 Rohrverlegetechniken Onshore Wurzel und hot-pass : Cel-Elektrode fallend Füll-, Decklagen: basische Elektrode steigend MAG fallend SZMF, EDWF, Folie 23, Offshore-Verlegetechniken: S-lay, J-lay Werkstoffe: max. X70 Sauergas: X65 (C und Mn reduziert) Quelle: Heerema SZMF, EDWF, Folie 24,

13 Schweißen im Offshore-Betrieb J-lay Technik: MAG-Mehrbrenner Prozess Engspaltschweißen Clamping mit Kupferschuh Zyklus-Zeiten: min Double joint: MAG-Prozess UP-Schweißen Clamping (mit Kupferschuh) kein Bottleneck Quelle: Heerema SZMF, EDWF, Folie 25, Weldability Test Ziel: Überprüfung des Werkstoffverhaltens (WEZ) beim Schweißen Motivation: Offizieller Teil eines Auftrags Ablauf vorläufige Schweißanweisung API 1104, DNV OS F101 EN 10225:2001 Kundenspezifikation Inhalt der pwps Schweißprozess Streckenenergie Zusatzwerkstoff Prüfung (NDT und zerstörend) Schweißen und Prüfen Mit Überwachung, Abnehmer Bericht als Teil des Auftrags SZMF, EDWF, Folie 26,

14 Weldability Test Beispiel Rohrwerkstoff Pipe material Durchmesser/Rohrlänge Diameter/ min. pipe length Wanddicke Wall thickness Vorwärmtemperatur Preheating Temperature Schweißprozess Welding process Elektroden / Draht Electrodes / wire Gas Gas Schweißposition und richtung Welding position and direction Zwischenlagen-Temperatur Interpass temperature Fixierung Clamping P mm (min. 500 mm of each pipe segment) 12.5 mm min. 50 C Root: GMAW (coldarc ); hot and filler passes: GMAW Root, hot pass, filler and cap passes: see table on page 2 Root: DIN EN ISO C1; hot pass, filler passes: DIN EN ISO M21-ArC-18 1G (PA) (pipe horizontal and rotated) max. 120 C Tack welding Passes Electrodes Aimed welding Electrode Aimed dia. parameters pol. heat in AWS type name mm input in kj/mm Root pass ER90S-G Union MoNi A DC+ 0.8 Hot pass ER100S-G Union NiMoCr A DC+ 0.8 Filling passes ER100S-G Union NiMoCr A DC+ 0.8 Capping passes ER100S-G Union NiMoCr A DC+ 0.8 SZMF, EDWF, Folie 27, Zusammenfassung HFI-Schweißen Einsatz von Warmband sehr hohe Produktivität Verfahren nur in Rohrfertigung Spiralnaht-Großrohr Einsatz von Warmband mittlere Wanddicke quasi kontinuierlicher Prozess Längsnaht-Großrohr Einsatz von TM-Grobblech große Wanddicken hohe Festigkeiten Verlegetechnologien Onshore: Verlegung in Einzelstationen, Standardverfahren E-Hand, MAG Offshore: MAG-Engspalt, UP (double joints), J-lay und S-lay SZMF, EDWF, Folie 28,