1
Ilmenauer schweißtechnisches Symposium22. Oktober 2013
Dr.-Ing. Wolfgang Scheller
Schweißtechnische Aspekte im
Großrohr- und Pipelinebau
SZ
MF
, ED
WF
, Fol
ie 2
, 20.
10.2
013
Inhalt
Schweißtechnische Aspekte im Großrohr- und Pipelinebau
• Einleitung
• Herstellungsverfahren für Großrohre
• Hochfrequenz-Induktionsschweißen
• Spiralnaht geschweißte Rohre
• UP-Längsnaht geschweißte Großrohre
• Pipelineverlegetechniken
• Zusammenfassung
2
SZ
MF
, ED
WF
, Fol
ie 3
, 20.
10.2
013
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)
SA
LZG
ITT
ER
DU
ISB
UR
G
SZ
MF
, ED
WF
, Fol
ie 4
, 20.
10.2
013
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
3
SZ
MF
, ED
WF
, Fol
ie 5
, 20.
10.2
013
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
SZ
MF
, ED
WF
, Fol
ie 6
, 20.
10.2
013
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
4
SZ
MF
, ED
WF
, Fol
ie 7
, 20.
10.2
013
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
SZ
MF
, ED
WF
, Fol
ie 8
, 20.
10.2
013
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
5
SZ
MF
, ED
WF
, Fol
ie 9
, 20.
10.2
013
Stauchlinien und Ferritlinie
Charakteristisch für den Schweißprozess
Beurteilung der Schweißnaht
Schweißtechnische Aspekte im Großrohr- und Pipelinebau
ED
WF
, Wie
be, F
olie
10,
16/
10/1
3
HFI- geschweißte Konstruktionsrohre
Anwendungen - Konstruktionsrohr
BauwesenFußballstadion GelsenkirchenDanzig
6
ED
WF
, Wie
be, F
olie
11,
16/
10/1
3
HFI- geschweißte Konstruktionsrohre
Anwendungen - Konstruktionsrohr
LandmaschinenEURO Titan Plug (Lemken)
Drillmaschine (Horsch)
SZ
MF
, ED
WF
, Fol
ie 1
2, 2
0.10
.201
3
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
7
SZ
MF
, ED
WF
, Fol
ie 1
3, 2
0.10
.201
3
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
SZ
MF
, ED
WF
, Fol
ie 1
4, 2
0.10
.201
3
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
8
SZ
MF
, ED
WF
, Fol
ie 1
5, 2
0.10
.201
3
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
SZ
MF
, ED
WF
, Fol
ie 1
6, 2
0.10
.201
3
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)
9
SZ
MF
, ED
WF
, Fol
ie 1
7, 2
0.10
.201
3
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
SZ
MF
, ED
WF
, Fol
ie 1
8, 2
0.10
.201
3
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
10
SZ
MF
, ED
WF
, Fol
ie 1
9, 2
0.10
.201
3
Längsnaht UP-Schweißtechnik
Schweißtechnische Aspekte im Großrohr- und Pipelinebau
SZ
MF
, ED
WF
, Fol
ie 2
0, 2
0.10
.201
3
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
11
20.1
0.20
13E
DW
F21
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)
SZ
MF
, ED
WF
, Fol
ie 2
2, 2
0.10
.201
3
Rohrverlegetechniken Onshore
Schweißtechnische Aspekte im Großrohr- und Pipelinebau
• Werkstoffe: bis X80, selten X100• Prozess in mehreren Stationen• spezialisierte Schweißer
12
SZ
MF
, ED
WF
, Fol
ie 2
3, 2
0.10
.201
3
Rohrverlegetechniken Onshore
Schweißtechnische Aspekte im Großrohr- und Pipelinebau
• Wurzel und „hot-pass“:Cel-Elektrode fallend
• Füll-, Decklagen:basische Elektrode steigendMAG fallend
SZ
MF
, ED
WF
, Fol
ie 2
4, 2
0.10
.201
3
Offshore-Verlegetechniken: S-lay, J-lay
Schweißtechnische Aspekte im Großrohr- und Pipelinebau
Quelle: Heerema
• Werkstoffe: max. X70• Sauergas: X65 (C und Mn reduziert)
13
SZ
MF
, ED
WF
, Fol
ie 2
5, 2
0.10
.201
3
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
SZ
MF
, ED
WF
, Fol
ie 2
6, 2
0.10
.201
3
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
14
SZ
MF
, ED
WF
, Fol
ie 2
7, 2
0.10
.201
3
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
SZ
MF
, ED
WF
, Fol
ie 2
8, 2
0.10
.201
3
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
Top Related