Das vollautomatische Schweißen von dickwandigen Rohrleitungen mit großem Durchmesser (über 21 mm) erfordert häufig U-förmige oder kombinierte Schweißnähte. Da die Bearbeitung von Typ-1-Nuten und kombinierten Schweißnähten zeit- und arbeitsaufwändig ist, wird die Effizienz des Rohrleitungsschweißens eingeschränkt. Die Bearbeitung von V-förmigen Schweißnähten ist einfacher und spart Zeit und Aufwand. Bei der automatischen Schweißung von V-förmigen Schweißnähten an dickwandigen Rohrleitungen mit großem Durchmesser führt jedoch eine falsche Wahl der Fügeparameter zu Schweißfehlern.
Da die Festigkeitsklasse der in der Rohrleitungsfertigung verwendeten Stahlrohre auf X70- und X80-Niveau gestiegen ist und sich Rohrdurchmesser und Wandstärke erhöht haben, wird die automatische Schweißtechnik seit 2003 schrittweise im Rohrleitungsbau eingesetzt. Die automatische Rohrleitungsschweißtechnik bietet aufgrund ihrer Vorteile wie hoher Schweißeffizienz, geringem Arbeitsaufwand und geringerer Beeinflussung des Schweißprozesses durch menschliche Faktoren großes Potenzial für den Bau von Rohrleitungen mit großem Durchmesser und dicken Wänden.
Die automatische Rohrleitungsschweißtechnologie meines Landes befindet sich jedoch noch in der Entwicklungsphase, und einige Probleme beim Verbinden, wie z. B. nicht verschmolzene Wurzeln und Seitenwände sowie komplexe Nuten, sind noch nicht vollständig gelöst. Für das automatische Schweißen von Rohrleitungen mit großem Durchmesser und dicken Wänden werden häufig Gefälle vom Typ 1 verwendet. Unterstützende Anlagen wie Rohr- oder Verbundnutenformen und Rohrendnutformmaschinen sind noch nicht ausgereift. Daher ist die Erforschung der automatischen Schweißtechnologie für geformte Nuten in Rohren mit großem Durchmesser und dicken Wänden von großer Bedeutung.
Die Verbindungsleitung Zhongwei-Jingbian der zweiten West-Ost-Gaspipeline hat eine Gesamtlänge von ca. 345 km. Die Qing Construction Engineering Corporation führte eine vollautomatische Kaltwalz-Schweißmaschine ein, die für das 21,0 m dicke Rohr im Abschnitt 1B der Verbindungsleitung verwendet wurde.
Schweißverfahren, Ausrüstung, Werkstoffe
Das Schweißverfahren verwendet STT-Wurzelschweißen in Kombination mit einer automatischen Schweißanlage CRC-F260 für Heißschweißen, Füllschweißen und Deckschweißen. Verwendete Schweißgeräte: Lincoln STT-Schweißanlage, Lincoln DC-400, automatische Schweißanlage CRC-F260. Schutzgas: STT-Wurzelschweißen: 100 % CO₂; automatisches Schweißen: 80 % Ar + 20 % CO₂.
Profilnuten werden häufig beim automatischen Schweißen eingesetzt, wobei Profilnuten auch bei Rohrleitungen mit geringen Wandstärken Anwendung finden. Ihr gemeinsames Merkmal ist der geringe Nutspalt. Die Wandstärke der zweiten West-Ost-Gaspipeline beträgt 21,0 mm, und die obere Breite der Y-förmigen Nut liegt bei etwa 22 m. Diese Breite entspricht nahezu dem maximalen Schwenkbereich der Schweißpistole CRC-P260. Der Einsatz dieser Nutart stellt eine große Herausforderung für das automatische Schweißen dar. Die Schweißprozessparameter für den automatischen Schweißversuch wurden erfahrungsbasiert ermittelt.
Die oben genannten Parameter wurden für automatische Schweißversuche verwendet. Dabei zeigte sich, dass automatische Schweißnähte anfällig für Fehler wie mangelnde Verschmelzung zwischen den Lagen, mangelnde Seitenwandverschmelzung, dichte Poren und übermäßige Höhe im Überkopfschweißbereich sind.
Beim Testschweißen mit einem Strom von 210–235 A, einer Spannung von 21–23 V, einer Drahtvorschubgeschwindigkeit von 420–480 Zoll/min und einer Schweißgeschwindigkeit von 1215 Zoll/min zeigte sich, dass sich an den Schweißnähten F1, F2 und F3 nahezu keine Schicht bildete. Es gab keine Verschmelzung zwischen den Zwischenräumen, keine Verschmelzung in den Fugen und zahlreiche Poren. Die Analyse ergab, dass die Fugenbreite der Schweißnähte F1, F2 und F3 gering und der Gasschutz ausreichend war, sodass keine Stickstofflöcher entstanden. Die geringe Fugenbreite führt zu einem geringen und gleichzeitig hohen Schwingwinkel des Schweißbrenners. Bei einer bestimmten Drahtvorschubgeschwindigkeit verschmolzen Grundwerkstoff und Zusatzwerkstoff vollständig, wodurch die Wahrscheinlichkeit von Verklebungen gering war. Die Schweißnahtverstärkung im Überkopfbereich war gering. Bei einem Strom von 200–250 A, einer Spannung von 18–22 V, einer Drahtvorschubgeschwindigkeit von 400–500 Zoll/min und einer Schweißgeschwindigkeit von 12–16 Zoll/min wurde während der Testschweißung festgestellt, dass die vertikalen Schweißpositionen F4, F5 und F6 Zwischenlagenverschmelzungen und Fugen aufwiesen. Die Schweißnaht war nicht vollständig verschmolzen, es traten jedoch keine Poren auf, und die Verstärkung im Überkopfbereich war gering. Eine Schweißnaht ohne Zwischenlagenverschmelzung und Fugenverschmelzung entstand, wenn der Schweißstrom unter 220 A, die Spannung unter 21 V, die Drahtvorschubgeschwindigkeit unter 450 Zoll/min, die Schweißgeschwindigkeit über 15 Zoll/min und die Schwenkfrequenz der Schweißpistole unter 90 Hüben/min lag, um den Drahtvorschub zu erhöhen. Drehzahl, Stromstärke und Spannung (Anpassung der Drahtvorschublänge) wurden optimiert. Der Schwenkbereich der Schweißpistole wurde erhöht, eine höhere Schwenkfrequenz gewählt und die Schweißgeschwindigkeit im vertikalen Bereich kontrolliert. Nach den Prüfungen F4, F5 und F6 wurden keine fehlenden Verbindungen zwischen den Lagen festgestellt. Die Schweißnaht war nicht verschmolzen. Bei einer Stromstärke von 220–250 A, einer Spannung von 20–22 V, einer Drahtvorschubgeschwindigkeit von 450–500 Zoll/min und einer Schweißgeschwindigkeit von 1416 Zoll/min war die Decknaht nicht verschmolzen, jedoch überschritt die Höhe der Decknaht in Überkopfposition die zulässige Grenze. Die Analyse ergab eine Breite der Decknaht von ca. 18–22 mm, was nahe am maximalen Schwenkbereich der Schweißpistole CRC-P260 liegt. Die breite Schweißnaht, der große Schwenkbereich der Schweißpistole und die hohe Schwenkfrequenz führen zu einer langen Verweildauer des Schmelzbades, das bei der Pistolenbewegung freiliegt. Das Schmelzbad bewirkt eine Rührwirkung, und das Schweißgut in Überkopfposition sackt unter dem Einfluss von Schwerkraft, elektromagnetischen Kräften usw. ab, was zu einer über die Norm hinausgehenden Schweißnahtverstärkung in dieser Position führt.
Um eine gute Deckschichtbildung zu gewährleisten, sollte beim Deckschichtschweißen eine geringere Schweißgeschwindigkeit und eine möglichst niedrige Schweißpistolen-Schwenkfrequenz gewählt werden, um eine dünne und breite Deckschicht zu erzielen. Dadurch wird die Verweildauer des Schmelzbades verkürzt und die Position von Yu Gao angehoben. Basierend auf den Schweißversuchsergebnissen und deren Analyse wurden die Prozessparameter für das vollautomatische Wurzelschweißen (STT) mit anschließender Kaltverfüllung und Deckschichtversiegelung (CRC) der Verbindungsleitung der zweiten West-Ost-Gaspipeline festgelegt. Die Schweißung erfolgte gemäß den Parametern in Tabelle 3. Die Schweißnaht wurde geprüft und wies keine Mängel wie Poren, Risse oder mangelnde Verschmelzung auf. Die Schweißnahtoberfläche ist in gutem Zustand und die makroskopische Metallographie ist einwandfrei. Die mechanischen Eigenschaften der Schweißnähte wurden vom Schweißtechnologiezentrum des Chinesischen Forschungsinstituts für Erdöl- und Erdgasleitungen geprüft. Alle Indikatoren erfüllen die Bauanforderungen für die Verbindungsleitung der zweiten West-Ost-Gaspipeline. Die erfolgreiche Anwendung der automatischen Schweißtechnik STT-Wurzelschweißung + CRC-P260 an dickwandigen Rohren mit großem Durchmesser (V-Nut) spiegelt die hohe Qualität, Effizienz und geringe Arbeitsintensität der automatischen Schweißtechnik voll und ganz wider.
Die oben genannten Parameter wurden für automatische Schweißversuche verwendet. Während der Schweißversuche zeigte sich, dass automatische Schweißnähte anfällig für Fehler wie mangelnde Verschmelzung zwischen den Lagen, mangelnde Seitenwandverschmelzung, dichte Poren und übermäßige Höhe im Überkopfschweißbereich sind.
Während des Testschweißprozesses, bei einem Strom von 210–235 A, einer Spannung von 21–23 V, einer Drahtvorschubgeschwindigkeit von 420–480 Zoll/min und einer Schweißgeschwindigkeit von 12215 Zoll/min, wurde festgestellt, dass an den Schweißnähten F1, F2 und F3 nahezu keine Schweißung stattfand. Es gab keine Verschmelzung zwischen den Lagen, keine Verschmelzung der Schweißfugen und dichte Poren. Die Analyse ergab, dass die Fugenbreite der Schweißnähte F1, F2 und F3 gering und der Gasschutz ausreichend war, sodass keine Stickstofflöcher entstanden. Die geringe Fugenbreite führt zu einem geringen und gleichzeitig hohen Schwingungsumfang der Schweißpistole. Bei einer bestimmten Drahtvorschubgeschwindigkeit sind Grundwerkstoff und Zusatzwerkstoff vollständig verschmolzen, wodurch die Wahrscheinlichkeit von Verwicklungen gering ist. Die Schweißnahtverstärkung im Überkopfbereich ist gering. Bei einem Strom von 200-250 A, einer Spannung von 18-22 V, einer Drahtvorschubgeschwindigkeit von 400-500 Zoll/min und einer Schweißgeschwindigkeit von 12-16 Zoll/min wurde während des Testschweißens festgestellt, dass die vertikalen Schweißpositionen F4, F5 und F6 eine Zwischenlagenverschmelzung aufwiesen und die Schweißnaht nicht verschmolzen war, jedoch keine Poren vorhanden waren.
Veröffentlichungsdatum: 18. Januar 2024