Schweißtechnische Herausforderungen am Beispiel ... · DNV OS C401 (Fabrication and testing of offshore structures) DIN EN 10225 (Schweißgeeignete Baustähle für feststehende...

Schweißtechnische Herausforderungen amgBeispiel dickwandiger Rohrverbindungen –Qualifikation und Herstellung von Längs-

und RundnähtenDr. J. Wiebe

Berlin, den 12. Mai 2016

Qualifikation und Herstellung von Längs- und Rundnähten

Inhalt

Einleitung

Großrohrherstellung SpiralnahtLängsnaht

Besonderheiten der UP-MehrdrahttechnologieAnlagenübersicht UP-Mehrdrahtanlage SZMF Schweißguteigenschaften Lage /GegenlagenahtSchweißguteigenschaften Lage-/Gegenlagenaht

RundnahtherstellungMotivation

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MotivationHerausforderungen

Zusammenfassung

Firm

a, A

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lung

,

g


Forschung und Entwicklung (FuE)g g ( )

Produkte MärkteW K ltb d A t bili d t i• Warm- u. Kaltband • Automobilindustrie

(Karosserie, Fahrwerk)

• KonsumgüterindustrieGIT

TER

• Bauindustrie(Dach, Wand, Klima)S

ALZ

G

• Rohr

• Grobblech

• Automobilindustrie(Antriebsstrang)

RG

• Profil • Maschinen- u. Anlagenbau

• Energieindustrie

DU

ISB

UR

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/16• Bauindustrie

(Tragwerk, Spundwand)

D

Firm

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lung

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


Salzgitter Mannesmann Forschungg g

F&E Aktivitäten für Salzgitter AG und externe Kunden

• Werkstoff- und ProzessentwicklungWerkstoff und Prozessentwicklung

• Produkt- und Verfahrensentwicklung

• Material- und BauteilcharakterisierungMaterial und Bauteilcharakterisierung

• Oberflächen- und Anwendungstechnik

• Bauteilauslegung Simulation EngineeringBauteilauslegung, Simulation, Engineering

• Umform- und Fügetechnik

• Automatisierung und PrüftechnikAutomatisierung und Prüftechnik

• Fehler- und Schadensanalysen

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,


Herstellungg

Geschweißte Spiralrohre Durchmesser: 400 - 1700 mm,W ddi k 5 25Wanddicke: 5 - 25 mm

Längsnahtgeschweißte Durchmesser: 500 - 1500 mm, Rohre Wanddicke: 7 40 mmRohre Wanddicke: 7 - 40 mm

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,


UP-Spiralnaht geschweißte Rohrep g

Decoiling Leveling Skelp endwelding

Skelp and edgeUltrasonic testing

Edge trimmingand bevelling

Forming and tack welding

Flying cutoff

Inside cleaning

Internal and externalsubmerged-arc welding

Tack weld inspection

Inside cleaning

Inspection of submerged-arc welding

Stand for skelp and repair welding

Sampling and destructive testing

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/16Bevelling of

pipe endsWeld seam removal at pipe ends

Hydrostatic testing

Ultrasonic testingof spiral weld

X-ray weld inspection / filmless radiography

Final inspection Generation of certificates

Firm

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,

ProductionQuality controlProduction steps may vary slightly between production lines


UP-Längsnaht geschweißte Rohre (UOE)g g ( )

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

Pipe identification

Mechanical expansion

Outside seam welding

Inside seam welding

Sampling and destructive testing

Internal/external pipe inspection

Initial ultrasonic weld inspection

Initial X-ray weld inspection/filmless radiography

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1/05

/16Final ultra-

sonic weld inspection

Hydrostatic 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

Firm

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,

ProductionQuality controlProduction steps may vary slightly between production lines


Qualitätsansprüche an Linepipe-Rohrep p p

Schweißeignung (Kohlenstoff-Äquivalent)Schweißeignung (Kohlenstoff-Äquivalent)

Zähigkeit (CVN)

Festigkeit Verformbarkeit (Streckgrenze Festigkeit Streckgrenzen VerhältnisFestigkeit, Verformbarkeit (Streckgrenze, Festigkeit, Streckgrenzen-Verhältnis, Dehnung)

Schweißnaht-GeometrieSchweißnaht-Geometrie

Rohr Geometrie

Korrosionsbeständigkeit (HIC SSC)Korrosionsbeständigkeit (HIC, SSC)

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,


Besonderheiten UP-Mehrdrahttechnologieg

Einsatzbereich UP Mehrdrahttechnologie: Herstellung geschweißter Großrohre (DSAW/LSAW)Herstellung geschweißter Großrohre (DSAW/LSAW)

5 D ht5-DrahtHohe Abschmelzleistung undProduktivität erreichbar!

Abschmelzleistungen bis 90 kg/h bei UP 5-Drahteinsatz erreichbar!

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,



Lage-/ Gegenlagetechnik Mehrlagentechnik

VorteileWirtschaftlich, da hohe Schweißgeschwindigkeiten

VorteileGeringere Wärmeeinbringung

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SchweißgeschwindigkeitenVs bis 220 cm/min (f(Wanddicke))

Nachteile

Bessere mech.-tech. WEZ Eigenschaften

NachteileLängere Schweißzeiten

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,

Hohe Wärmeeinbringung (geringe Abkühlraten)

Längere Schweißzeiten (Beispiel Makro 17 Schweißraupen)



Charakteristika Lage-/Gegenlage(4/5 Drähte): hohe Wärmeeinbringung: bis zu 90 kJ/cm (abh von Wanddicke)hohe Wärmeeinbringung: bis zu 90 kJ/cm (abh. von Wanddicke)Hohe Abkühlzeiten (t8/5): 40s – 70s hohe Aufmischung (bis zu 2/3 mit Grundwerkstoff) –ungünstig bei höherfestenGüten (bspw. X100)

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Definition der t8/5 Zeit


Anlagenübersicht UP-Mehrdrahtanlage SZMF g g

Schweißköpfe

Fahrwagen

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MessdatenerfassungPC SteuerungEingabe der

UP 5-Drahtanlage SZMF

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, Schweißdaten


Technische Daten 5 Draht UP-Anlageg

Lincoln Power Wave AC/DC 1000DC offset Time balance

7 Stromquellen (Inverter) mit AC oder DC Wahlweise 1 bis 5 Draht-SchweißungenDrahtdurchmesser: 2,4 bis 5 mmMaximale Stromstärken:

1. u. 2. Schweißkopf bis 2000 AErhöhung des Einbrandverhaltens

Verringerung der Abschmelzleistungp3. – 5. Schweißkopf bis 1000 A

Gleichstrom: Polung + oder -W h l t Si d / d R ht kf

Verringerung der Abschmelzleistung

DC offset Time balance

Wechselstrom: Sinus- und / oder RechteckformOffset und Balance Anteile variierbarStartprozess steuerbar

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Startprozess steuerbarComputersteuerung I

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,

Erhöhung der AbschmelzleistungVeringerung Einbrandverhaltens


Schematischer Aufbau Lage-/Gegenlagenahtg g g

260Notch position: weld metal outside

180

200

220

240

ct e

nerg

y [J

]

120

140

160

180

Char

py im

pac

WEZ Charakteristiken einer DSAW S h iß ht typ CVN Energien UP Schweißgut

100-70 -60 -50 -40 -30 -20 -10

temperature [°C]

DSAW Schweißnaht

Kritische WEZ Bereiche

typ. CVN Energien UP Schweißgut

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Grobkornzone (geringe Zähigkeitseigenschaften) Interkritisch wiedererwärmte Bereiche

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,


Schweißguteigenschaften Lage-/Gegenlagenahtg g g g g

Typische Zusatzwerkstoffe (Güten bis einschließlich X80 (L555MB)):Schweißpulver:p

agglomerierte aluminat-basische Pulver (BI 1,3 – 1,5)(Bsp. DIN EN 760 - S A AB 1 67 AC H5)

Drahtelektroden (oder Kombinationen):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)Zähigkeitsverlust durch erhöhte N Gehalte ( 50 ppm N)

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acicularer Ferrit


Schweißguteigenschaften Lage-/Gegenlagenahtg g g g g

☺ ☹☺ ☹

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Nadelferritisches Gefüge Netzwerk voreutektoider Ferrit

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,

CVN Werte > 180 J @ -30°C CVN Werte > 40 J @ -28°C


Motivation

Schweißeigenschaften neuer Werkstofflegierungen

Im Auftrag des Rohrherstellers (z.B. im Rahmen von Pipeline-Projekten)Nachweis Erfüllung KundenanforderungenKundenanforderungen

Meist unter strengen Bedingungen

Schmelze mit demSchmelze mit dem höchsten CEGeringe und hohe Streckenenergie (mit engen Toleranzen)Besondere Naht-vorbereitungenAbnehmer

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Abnehmer

Rohrverleger: eigene schweißtechnische Qualifizierung Th C t S i i th H j fi ld ft l i t t l f 114 k i li

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, Qualifizierung The Castoro Sei in the Hejre field after laying a total of 114 km pipelinesQuelle: http://www.hejre.com/en/news/articles/hejre-newsletter-august-2014


Normen und Standards (Leitungsrohre)( g )

API 1104 (Welding of Pipelines and Related F iliti )Facilities)

DNV OS F101 (Submarine Pipeline Systems)

BS 4515-1 (Spezifikation zum Schweißen von Stahlrohrleitungen über Land und unter Wasser - Kohlenstoff und KohlenstoffmanganKohlenstoff und Kohlenstoffmangan Stahlrohre)

ISO 13847 (Erdöl- und Erdgasindustrie -( gPipeline-Transportsysteme - Schweißen von Pipelines)

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…

Kundenspezifikationen (basieren meist auf den b ä hli h N it

Quelle: DNV OS F101

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, gebräuchlichen Normen mit kundenspezifischen Anpassungen)


Normen und Standards (Offshore Konstruktionen)( )

API RP 2Z (Recommended Practice for Preproduction Qualification for St l Pl t f Off h St t )Steel Plates for Offshore Structures)

DNV OS C401 (Fabrication and testing of offshore structures)

DIN EN 10225 (Schweißgeeignete Baustähle für feststehende Offshore-Konstruktionen - Technische Lieferbedingungen)

…

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Herausforderungeng

Schweißtest in Anlehnung an API RP 2Z

St il ht b it ( ö li h t k iti h üf kö )Steilnahtvorbereitung (um möglichst kritisch prüfen zu können)HV-NahtK-NahtK Naht

UP-ProzessStreckenenergie: 1,6 kJ/mmg ,

GefügeVorgabe des Anteils des nicht gumgewandelten Schweißgutesneben der Schmelzlinie Optimierung durch Lagenaufbau

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Optimierung durch Lagenaufbau

CTOD-PrüfungAbstand zur Schmelzlinie

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≤ 0,3 mm über 50% der Riss-länge


Herausforderungeng

Schweißtest in Anlehnung an API RP 2Z

UP PUP-ProzessStreckenenergie: 1,6 kJ/mmStrom Spannung undStrom, Spannung und Schweißgeschwindigkeit werden aufgezeichnetTatsächliche StreckenTatsächliche Strecken-energie wird online angezeigt

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Zusammenfassungg

Großrohrherstellung Spiralnaht- und Längsnaht geschweißte RohreHerstellung in Lage-/Gegenlagetechnik

Besonderheiten der UP MehrdrahttechnologieBesonderheiten der UP-MehrdrahttechnologieHohe AbschmelzleistungHoher WärmeeintragHoher WärmeeintragTechnisch höchst anspruchsvoller Prozess (Vielzahl von Parametern)

Rundnahtherstellung (mittels UP-Schweißprozess)g ( )Qualifizierung von Werkstoffen nach vorgegebenen SpezifikationenHohe Anforderungen hinsichtlich der Geradheit der Schmelzlinie, um z.B. die CTOD Prüfungen kritisch durchführen zu können

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CTOD-Prüfungen kritisch durchführen zu können

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,


Was auch immer Sie vorhaben …

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Danke für Ihre

Firm

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lung

, Danke für Ihre Aufmerksamkeit!

Schweißtechnische Herausforderungen am Beispiel ... · DNV OS C401 (Fabrication and testing of offshore structures) DIN EN 10225 (Schweißgeeignete Baustähle für feststehende...

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