Schweißtechnische Aspekte im Großrohr-und Pipelinebau · PDF fileFinal ultra-sonic...

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1 Ilmenauer schweißtechnisches Symposium 22. Oktober 2013 Dr.-Ing. Wolfgang Scheller Schweißtechnische Aspekte im Großrohr- und Pipelinebau SZMF, EDWF, Folie 2, 20.10.2013 Inhalt Schweißtechnische Aspekte im Großrohr- und Pipelinebau Einleitung Herstellungsverfahren für Großrohre Hochfrequenz-Induktionsschweißen Spiralnaht geschweißte Rohre UP-Längsnaht geschweißte Großrohre Pipelineverlegetechniken Zusammenfassung

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Ilmenauer schweißtechnisches Symposium22. Oktober 2013

Dr.-Ing. Wolfgang Scheller

Schweißtechnische Aspekte im

Großrohr- und Pipelinebau

SZ

MF

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, 20.

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Inhalt

Schweißtechnische Aspekte im Großrohr- und Pipelinebau

• Einleitung

• Herstellungsverfahren für Großrohre

• Hochfrequenz-Induktionsschweißen

• Spiralnaht geschweißte Rohre

• UP-Längsnaht geschweißte Großrohre

• Pipelineverlegetechniken

• Zusammenfassung

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Arbeitsfelder

Forschung und Entwicklung (FuE)

Interdisziplinäre Forschung für Ihre strategischen Ziele,von der Simulation bis zum Fertigprodukt

Produkte Märkte

• Warm- u. Kaltband • Automobilindustrie(Karosserie, Fahrwerk)

• Konsumgüterindustrie

• Bauindustrie(Dach, Wand, Klima)

• Rohr

• Grobblech

• Profil

• Automobilindustrie(Antriebsstrang)

• Maschinen- u. Anlagenbau

• Energieindustrie

• Bauindustrie(Tragwerk, Spundwand)

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DU

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Salzgitter Mannesmann Forschung

Schweißtechnische Aspekte im Großrohr- und Pipelinebau

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

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Herstellprozesse

Schweißtechnische Aspekte im Großrohr- und Pipelinebau

• Nahtlose Rohre Durchmesser: 25 - 700 mmWanddicke: 3 - 100 mm

• HFI-geschweißte Durchmesser: 100 – 600 mm Pipeline- und Wanddicke: 3 - 20 mmKonstruktionsrohre Schweißgeschwindigkeit: bis 40 m/min

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Herstellprozesse

Schweißtechnische Aspekte im Großrohr- und Pipelinebau

• Geschweißte Spiralrohre Durchmesser: 400 - 1700 mmWanddicke: 5 - 25 mm

• Längsnahtgeschweißte Durchmesser: 500 - 1500 mm Rohre Wanddicke: 7 - 43 mm

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Bandverbindungsnaht

Schweißtechnische Aspekte im Großrohr- und Pipelinebau

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

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HFI Schweißen – Press-Schweißverfahren

Schweißtechnische Aspekte im Großrohr- und Pipelinebau

Impeder

Induktor

Rohr

Generatorleistung bis zu 1.800 kW

typische Frequenz: 100 kHz

Schweißgeschwindigkeit bis zu 40 m/min

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Stauchlinien und Ferritlinie

Charakteristisch für den Schweißprozess

Beurteilung der Schweißnaht

Schweißtechnische Aspekte im Großrohr- und Pipelinebau

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HFI- geschweißte Konstruktionsrohre

Anwendungen - Konstruktionsrohr

BauwesenFußballstadion GelsenkirchenDanzig

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HFI- geschweißte Konstruktionsrohre

Anwendungen - Konstruktionsrohr

LandmaschinenEURO Titan Plug (Lemken)

Drillmaschine (Horsch)

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Herstellprozesse HTS

Schweißtechnische Aspekte im Großrohr- und Pipelinebau

Entcoilen, Richten, US-PrüfungBandverbindungsnaht

UP-Schweißung:innen und außen

Helical Seam Two Step - Prozess

Kontinuierliche Rohreinformungund MAG Heftnahtprozess

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Bandverbindungsnaht

Schweißtechnische Aspekte im Großrohr- und Pipelinebau

Vorbereitung: V-Fuge durch spanende Bearbeitung

Wurzel: MAGStrom: ca. 400 A, Spannung: ca. 30 VDrahtdurchmesser: 2 mmSchutzgas: CO2 oder 18% CO2, Rest Argon

Zweite Lage: 3-Draht-UPStrom: 450 – 800 A, Spannung: 30 – 37 VDrahtdurchmesser: 3 - 4 mm

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Rohrformung mit kontinuierlicher Heftnaht

Schweißtechnische Aspekte im Großrohr- und Pipelinebau

Drei-Rollen BiegesystemAußenrollenkäfig

Vorbereitung: DY-Naht durch Fräsen, Steg mind. 5 mm, 2x 40°

Prozess: MAGStrom: 600 - 1.400 A, Spannung: ca. 18 - 24 VDrahtdurchmesser: 4 mmSchutzgas: CO2

Schweißgeschwindigkeiten ca. 8 m/min

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UP-Innen- und Außennaht

Schweißtechnische Aspekte im Großrohr- und Pipelinebau

drei Schweißstationen

Rohr wird gedreht und in Längsachse vorgeschoben

innen und außen 180°versetzt

innen: 2 - 4 Köpfe

außen: 2 - 3 Köpfe

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UP-Innen- und Außennaht

Schweißtechnische Aspekte im Großrohr- und Pipelinebau

Strom: 400 – 800 A innen, bis 1.200 A außen

Spannung: 31 – 36 V

Drahtdurchmesser: 3 – 4 mm

Schweißgeschwindigkeit: 1,2 – 2,5 m/min

Wanddicken bis 25,4 mm

Werkstoff: bis X80 (550 MPa)

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UP-Längsnaht geschweißte Rohre (UOE)

Schweißtechnische Aspekte im Großrohr- und Pipelinebau

Plate infeed Edge planing Crimping U-ing O-ing Tack weldingof the slit pipe

Pipe identification

Final ultra-sonic weld inspection

Hydrostatic testing

Mechanical expansion

Outside seam welding

Inside seam welding

Sampling and destructive testing

Bevelling of pipe ends

Final X-ray weld inspection/ filmless radiography

Magnetic particle and ultrasonic inspection ofboth pipe ends

Final inspection of surfaces and pipe geometry

Generation of certificates

Internal/external pipe inspection

Initial ultrasonic weld inspection

Initial X-ray weld inspection/filmless radiography

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Heftnahtschweißen

Schweißtechnische Aspekte im Großrohr- und Pipelinebau

• Durchgängige Schweißung

• Durchmesser Drahtelektrode: 4mm

• Schweißstrom: ca. 1.300 A (Beispiel: 20 mm Wanddicke)

• Schweißspannung: ca. 22 V

• Schweißgeschwindigkeit: 5-7 m/min

• Schweißschutzgas: 100% CO2

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Längsnaht UP-Schweißtechnik

Schweißtechnische Aspekte im Großrohr- und Pipelinebau

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Großrohr UP-Schweißtechnik

Schweißtechnische Aspekte im Großrohr- und Pipelinebau

• Schweißparameter (abhänging von Wanddicke)

• Kopf 1 und 2: 30-40 V, ca. 1.500 A

• Kopf 3-5: 35-40 V, ca. 700 A

• Schweißgeschwindigkeit: 120 – 220 cm/min

• Zusatzwerkstoff: Ø 3-5 mmLabor SZMF

Produktion EUROPIPE

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Prozesstechnische Einflüsse

Schweißtechnische Aspekte im Großrohr- und Pipelinebau

Charakteristika Lage-/Gegenlage (4/5 Drähte):

hohe Wärmeeinbringung: bis zu 90 kJ/cm (abh. von Wanddicke)

Hohe Abkühlzeiten (t8/5): 40s – 70s

hohe Aufmischung (bis zu 2/3 mit Grundwerkstoff)

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Rohrverlegetechniken Onshore

Schweißtechnische Aspekte im Großrohr- und Pipelinebau

• Werkstoffe: bis X80, selten X100• Prozess in mehreren Stationen• spezialisierte Schweißer

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Rohrverlegetechniken Onshore

Schweißtechnische Aspekte im Großrohr- und Pipelinebau

• Wurzel und „hot-pass“:Cel-Elektrode fallend

• Füll-, Decklagen:basische Elektrode steigendMAG fallend

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Offshore-Verlegetechniken: S-lay, J-lay

Schweißtechnische Aspekte im Großrohr- und Pipelinebau

Quelle: Heerema

• Werkstoffe: max. X70• Sauergas: X65 (C und Mn reduziert)

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Schweißen im Offshore-Betrieb

Schweißtechnische Aspekte im Großrohr- und Pipelinebau

Quelle: Heerema

J-lay Technik:

• MAG-Mehrbrenner Prozess

• Engspaltschweißen

• Clamping mit Kupferschuh

• Zyklus-Zeiten: 30-60 min

Double joint:

• MAG-Prozess

• UP-Schweißen

• Clamping (mit Kupferschuh)

• kein Bottleneck

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Schweißtechnische Aspekte im Großrohr- und Pipelinebau

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 pWPSSchweißprozess

Streckenenergie

Zusatzwerkstoff

Prüfung (NDT und zerstörend)

Schweißen und PrüfenMit Überwachung, Abnehmer

Bericht als Teil des Auftrags

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Schweißtechnische Aspekte im Großrohr- und Pipelinebau

Weldability Test Beispiel

RohrwerkstoffPipe material

P650

Durchmesser/RohrlängeDiameter/ min. pipe length

245 mm (min. 500 mm of each pipe segment)

WanddickeWall thickness

12.5 mm

VorwärmtemperaturPreheating Temperature

min. 50°C

SchweißprozessWelding process

Root: GMAW (coldArc©); hot and filler passes: GMAW

Elektroden / DrahtElectrodes / wire

Root, hot pass, filler and cap passes: see table on page 2

GasGas

Root: DIN EN ISO 14175 C1; hot pass, filler passes: DIN EN ISO 14175 M21-ArC-18

Schweißposition und –richtungWelding position and direction

1G (PA) (pipe horizontal and rotated)

Zwischenlagen-TemperaturInterpass temperature

max. 120°C

FixierungClamping

Tack welding

Passes Electrodes Aimed welding Electrode Aimed

AWS type name

dia.in

mm

parameters pol. heat input

in kJ/mm

Root pass ER90S-G Union MoNi 1.0 140 – 180A DC+ 0.8Hot pass ER100S-G Union NiMoCr 1.2 200 - 240A DC+ 0.8

Filling passes ER100S-G Union NiMoCr 1.2 200 - 240A DC+ 0.8

Capping passes

ER100S-G Union NiMoCr 1.2

200 - 240A DC+ 0.8

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Zusammenfassung

Schweißtechnische Aspekte im Großrohr- und Pipelinebau

HFI-SchweißenEinsatz von Warmbandsehr hohe Produktivität

Verfahren nur in Rohrfertigung

Spiralnaht-GroßrohrEinsatz von Warmbandmittlere Wanddicke

quasi kontinuierlicher Prozess

Längsnaht-GroßrohrEinsatz von TM-Grobblechgroße Wanddickenhohe Festigkeiten

VerlegetechnologienOnshore: Verlegung in „Einzelstationen“, Standardverfahren E-Hand, MAG

Offshore: MAG-Engspalt, UP (double joints), J-lay und S-lay