Повышение хладостойкости сварных соединений труб малого и среднего диаметра, выполненных сваркой токами высокой частоты тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Сорокин Александр Евгеньевич

• Сорокин Александр Евгеньевич
• кандидат наук
• 2026

Оглавление диссертации кандидат наук Сорокин Александр Евгеньевич

СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Требования к сварным соединениям труб, выполненных сваркой

токами высокой частоты

1.2. Общие представления о высокочастотной сварке труб

1.3. Состояние вопроса исследования процессов сварки труб токами высокой частоты

1.4. Влияние технологических параметров высокочастотной сварки

1.5. Оценка имеющихся систем управления высокочастотной сваркой

1.5.1. Общие сведения о системах управления

1.5.2. Описание систем управления, основанных на выделении информации

о сварочных перемычках

Выводы по Главе

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Химический состав сталей

2.2. Определение механических свойств

2.3. Металлографические исследования сварных соединений

2.4. Имитация процесса сварки токами высокой частоты

2.5. Исследование процессов, проходящих вблизи точки сварки

2.6. Исследование технологических параметров

Выводы по Главе

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ, УДАРНОЙ ВЯЗКОСТИ И ФАКТОРОВ, ОХРУПЧИВАЮЩИХ СВАРНОЕ СОЕДИНЕНИЕ

3.1. Исследование структурообразования сварного соединения труб

3.1.1. Микроструктура сварного соединения

3.1.2. Кристаллографическая структура сварного соединения

3.1.3. Микротекстура сварного соединения

3.2. Ударная вязкость основного металла и сварного соединения

3.3. Особенности разрушения сварного соединения при испытании на ударный изгиб

3.4. Результаты испытаний сварного соединения со смещением надреза от линии сплавления

3.5. Факторы, охрупчивающие сварное соединение

Выводы по Главе

ГЛАВА 4. ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ ТРУБ, ВЫПОЛНЕННОГО СВАРКОЙ ТОКАМИ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ

4.1. Имитация процесса сварки токами высокой частоты

4.2. Процессы, проходящие вблизи точки схождения

4.3. Механизм образования сварочных перемычек

Вывода по Главе

ГЛАВА 5. ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ СВАРКИ НА КАЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ

5.1. Сварка труб на режиме с образованием перемычек

5.1.1. Определение причин нерегулярных отклонений от установившегося процесса высокочастотной сварки

5.2. Сварка труб с увеличенным углом схождения кромок

5.3. Влияние частоты сварочного тока при сварке труб

5.4. Влияние осадки кромок при сварке труб

5.4. Влияние термообработки на ударную вязкость сварных соединений

Вывода по Главе

ГЛАВА 6. РАЗРАБОТКА СПОСОБА УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СВАРКИ ТРУБ ТОКАМИ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ

6.1. Общие требования к способу управления процессом сварки

6.2. Разработка способа управления процессом высокочастотной сваркой

6.3. Разработка устройства управления процессом сварки труб

Выводы по Главе

ГЛАВА 7. КОНЦЕПЦИЯ ВЫБОРА СПОСОБА СВАРКИ, ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ТРУБ МАЛОГО И СРЕДНЕГО ДИАМЕТРА НА АО «ВЫКСУНСКИЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ЗАВОД»

7.1. Концепция выбора режима сварки труб токами высокой частоты

7.2. Опробование системы мониторинга процесса высокочастотной сварки

7.3. Освоение производства труб с повышенными требованиями к холодостойкости сварного соединения

Выводы по Главе

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ТВЧ Сварка труб токами высокой частоты

СС Сварное соединение

ЛС Линия сплавления

ОМ Основной металл

УСК Угол схождения кромок

ЛТО Локальная термообработка шва

ОТО Объемная термообработка

О Отпуск

Н Нормализация

ЗО Закалка с отпуском

НВ Неметаллические включения

ТЦ Термический цикл

ЗТВ Зона термического влияния

ЗТМВ Зона термомеханического влияния

НИОКР Научно исследовательская и опытно-конструкторская работа

НВП Новый вид продукции

ТЭСА Трубоэлектросварочный агрегат

ТЭСЦ Трубоэлектросварочный цех

ВРИЧ Сигнал временного ряда изменения частоты

ФАПЧ Фазовая амплитудная подстройка частоты

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение хладостойкости сварных соединений труб малого и среднего диаметра, выполненных сваркой токами высокой частоты»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Основными достоинствами метода контактной сварки давлением с нагревом токами высокой частоты (ТВЧ) являются высокая скорость сварки и меньший, по сравнению с дуговой сваркой, удельный расход электроэнергии, низкое тепловложение и высокая производительность.

В последние годы к хладостойкости и вязкости сварных соединений (СС) труб, выполненных сваркой ТВЧ предъявляются повышенные требования при испытании поперечных образцов на ударный изгиб. Анализ нормативных документов показывает постоянное ужесточение требований к испытаниям СС в сторону отрицательных температур. На сегодняшний день практически все основные компании топливно-энергетического комплекса Российской Федерации (ТЭК РФ) предъявляют требования к проведению испытаний СС на поперечных образцах при пониженной температуре и их количество, постоянно увеличивается.

При ужесточении требований к качеству СС труб, в особенности изготовленных из низколегированных и коррозионностойких марок стали, сваренных ТВЧ, повышаются и требования к стабильности сварочного процесса. Речь при этом, как правило, уже не идёт о грубых отклонениях, приводящих к появлению в швах непроваров и трещин, способных возникать в них при холодной сварке и перегреве кромок. Современные трубоэлектросварочные агрегаты позволяют практически избегать появления этих макро-дефектов. А если даже они и появляются, то достаточно надёжно отбраковываются средствами неразрушающего контроля (НК). Иначе обстоит дело с дефектами типа неметаллических включений (НВ). Их наличие в СС может приводить к провалам испытаний на сплющивание, загиб, ударную вязкость, коррозионную стойкость. Размеры НВ, как правило, таковы, что они не выявляются средствами НК на предусмотренных стандартами режимах.

Для максимального снижения количества включений в швах труб, сваренных ТВЧ, необходимо с одной стороны правильно выбирать химический состав и свойства исходного металла, а с другой стороны устанавливать и поддерживать оптимальный сварочный режим. В заводской практике, однако, нередки случаи, когда влияние одного из этих факторов неоправданно выпячивается, что затрудняет поиск истинных причин ухудшения качества швов.

Указанную выше проблему можно было бы максимально снизить при наличии устройств, позволяющих достаточно точно оценивать характер протекания сварочного процесса. К сожалению, имеющееся на сегодняшний день в цехах завода и мировой практике сварочное оборудование, не способно достаточно надёжно решить эту задачу.

В связи с вышеизложенным, в условиях трубоэлектросварочных цехов АО «ВМЗ» необходимо разработать технологию сварки и термообработки, обеспечивающие отсутствие НВ в СС труб ТВЧ, а также разработать и внедрить устройства мониторинга процесса высокочастотной сварки для повышения хладостойкости СС.

Начиная с 2013 года в АО «ВМЗ» проводится высокоскоростная видеосъёмка сварочных процессов в цехах, производящих трубы с нагревом кромок ТВЧ. За прошедшее с этого момента время получена достаточно обширная информация о деталях этих процессов. Выводы, полученные после обработки этой информации, позволили приступить и к выполнению работ по данной теме.

Целью настоящей работы является повышение хладостойкости СС за счёт установления закономерностей их формирования при высокочастотной сварке, взаимосвязи параметров высокочастотной сварки с качественными характеристиками СС, разработка и внедрение способов управления высокочастотной сваркой.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. установить структурные механизмы, определяющие хладостойкость и вязкость СС, полученных сваркой ТВЧ;

2. установить взаимосвязь параметров образования сварочных перемычек, в том числе частоты их образования, интервалов между последовательными перемычками, с качественными показателями СС;

3. установить характер процессов, проходящих при различных типах сварки ТВЧ, установить особенности и закономерности формирования СС труб;

4. установить влияние технологических параметров высокочастотной сварки на свойства СС;

5. разработать способ и устройство, позволяющие получать информацию об особенностях процессов, проходящих вблизи точки схождения свариваемых кромок в промышленных условиях;

6. разработать и внедрить в АО «Выксунский металлургический завод» технологию производства труб малого и среднего диаметра с гарантированной ударной вязкостью СС.

Объектом исследований являлся процесс высокочастотной сварки труб из углеродистых и низколегированных сталей и СС, выполненные из них.

Предмет исследований:

- процессы, происходящие при высокочастотной сварке, в том числе, явление образования сварочных перемычек и их взаимосвязи с качественными характеристиками и свойствами СС;

- параметры высокочастотной сварки труб, в том числе после сварочная термообработка СС;

- способы, позволяющие осуществлять мониторинг процесса высокочастотной сварки.

В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:

1. Показано, что ТЦ сварки труб ТВЧ из низкоуглеродистой стали не ухудшает ударную вязкость, а деформационное воздействие и изгиб волокон

металла, характерный для сварки ТВЧ - приводит к рассеянию результатов испытаний на ударный изгиб.

2. Установлены два способа сварки труб улучшающие качество СС, которые можно использовать в зависимости от состава технологического оборудования и сортамента изготавливаемых труб:

- отчистка СС от оксидных включений путём управления закономерностями движения перемычек (частота, интервалы между перемычками);

- удаление оксидных включений при увеличении угла схождения за счёт увеличения скорости осадки, уменьшении времени нагрева и соответствующее снижении толщины окисной плёнки.

3. В технологии сварки ТВЧ установлены детали процессов, проходящие вблизи точки схождения кромок, характеризующие особенности и закономерности формирования СС труб ТВЧ:

- установлено наличие взаимосвязи частоты образования перемычек с типом сварочного процесса и качественными характеристиками СС. Показано, что наилучшие результаты ударной вязкости достигаются в случае сварки с частотой образования перемычек 200-300 Гц.

- установлена связь нерегулярности движения перемычек с наличием неметаллических включений в СС. При увеличении интервала между последовательными перемычками в СС появляются короткие участки, на которых не было очищающего действия быстро движущихся перемычек, а заполнение зазора на этих участках происходит за счёт возврата в него окислённого металла с кромок.

- выявлена связь увеличенного интервала между перемычками с их образованием вдали от точки схождения. На частоту образования отклонений от стандартного интервала между перемычками влияет, прежде всего, величина сварочной мощности, которую целесообразно выбирать и контролировать с учётом наличия и/или отсутствия отклонений.

- Экспериментально установлено снижение уровня ударной вязкости СС при увеличении временного интервала между образованием перемычек Проведённые исследования показали, что на участках, на которых интервалы между последовательными перемычками превышают 8 мс, в СС остаются сварочные оксиды, которые могут приводить к снижению ударной вязкости СС.

4. Установлено, что сварка труб с углом схождения кромок 70 позволяет практически полностью устранить сварочные оксидные НВ в СС. Показано, что капли жидкого металла появляются на кромках только за 5-10 мм до их смыкания (в отличие от сварки при угле схождения 40 - 50-70 мм), уменьшая тем самым время нагрева. Снижение времени нагрева способствует уменьшению толщины окисной плёнки на поверхности металла перед сваркой.

Практическая значимость и реализация результатов работы.

Разработанные технические решения (система мониторинга сварки ТВЧ, сварка при оптимальном характере и движении перемычек, сварка с оптимальной частотой тока генератора, сварка с повышенными УСК, оптимальная последовательность параметров локальной (ЛТО) и объемной термообработки (ОТО) успешно внедрены в трубоэлектросварочных цехах АО «ВМЗ», в частности при производстве труб на ТЭСА 60-178, ТЭСА 114-245 и ТЭСА 203-530. При этом обеспечена ударная вязкость СС при температуре до -600С.

По разработанному комплексу технических решений произведено и отгружено для ПАО «Газпром», ПАО «Траснефть» и ПАО «Новатек» свыше 100 тыс. т. хладостойких нефтегазопроводных труб и обсадных труб диаметром 114530 мм с толщиной стенки 5-12,7 мм. Экономический эффект составил 150 млн. руб.

Достоверность результатов. Достоверность результатов исследований обеспечивается их проведением на современном сертифицированном оборудовании, с применением современных методов исследований механических свойств стали и СС. Обоснованность выводов и результатов экспериментальных исследований подтверждена большим объёмом

выполненных экспериментов, а также результатами производства промышленных партий труб в АО «ВМЗ».

По представленной работе на защиту выносится:

1. Установленные закономерности формирования СС труб, выполненных высокочастотной сваркой;

2. Выявленные механизмы возникновения НВ в СС, связанные с нерегулярностью движения перемычек и разработанные методы мониторинга процессов высокочастотной сварки;

3. Предложенные методы улучшения ударной вязкости СС за счёт оптимизации параметров сварки;

4. Разработанная технология термической обработки СС труб, выполненных высокочастотной сваркой;

5. Сформулированная концепция управления процессом сварки ТВЧ, структурой и свойствами сварного соединения труб малого и среднего диаметра;

6. Положительные результаты производства промышленных партий труб с обеспечением требований к хладостойкости СС.

Личный вклад автора. Автор непосредственно участвовал в постановке работы, формулировке задач, планировании, организации исследований, разработке методик и проведении экспериментов, обработке и анализе экспериментальных данных, установлении закономерностей формирования СС, а также участвовал во внедрении разработок.

Апробация работы. Основные результаты и положения диссертации были доложены и обсуждены на 8 конференциях: 2-ой конференции молодых специалистов «Металлургия XXI века», г. Москва, АХК ВНИИМЕТМАШ, 2006 г.; 2-ой Научно-практической Конференции молодых специалистов ОМК, г. Выкса, 2009 г.; XI Научно-практической Конференции молодых специалистов ОМК им С.З. Афонина, г. Выкса, 2018 г; V Международной научной конференции «Сварка и родственные технологии для изготовления оборудования специального и ответственного назначения», ГНЦ РФ «НПО ЦНИИТМАШ», г. Москва, 2023 г.; XXV Международной научно - практической

конференции «Трубы 2023», г. Челябинск, 2023 г.; 23-ей Научно - практической конференции «Новые перспективные материалы, оборудование и технологии для их получения», г. Москва. 2024 г.; I Всероссийской научно - технической конференции (с международным участием) «Сварка и диагностика», МГТУ им Н.Э. Баумана, г. Москва, 2024 г.; Научно - практической конференции «Сварка и родственные технологии при изготовлении изделий, работающих в экстремальных и особых условиях», НИЦ «Курчатовский институт» - ЦНИИ КМ «Прометей, г. Санкт - Петербург, 2025 г.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 1 3 научных работах, 6 из которых в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК РФ, а также получено 3 патента на изобретение РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 7 глав, общих выводов, списка литературы из 140 наименований, содержит 172 страницы машинописного текста, 95 рисунков, 16 таблиц.

Автор выражает глубокую благодарность и признательность научному руководителю, доктору технических наук Эфрону Леониду Иосифовичу. Автор

выражает признательность сотрудникам АО «ВМЗ» Ефимову И.В.| за поддержку, определение направлений исследований, ценные теоретические и методические советы. Пейгановичу И.В., Краснову А.В., Рощину Д.В., Багмету О.А. за помощь в проведении экспериментов и исследований по диссертационной работе.

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Требования к сварным соединениям труб, выполненных сваркой

токами высокой частоты

Электросварные прямошовные трубы, сваренные высокочастотной сваркой, уже давно используются во многих отраслях промышленности и машиностроения. Электросварные ТВЧ трубы нашли широкое применение при строительстве нефтегазопроводов, обустройстве скважин и при добыче углеводородов [1]. Сварка ТВЧ существенным образом отличается от дуговой сварки под флюсом скоротечностью процесса, отсутствием присадочных материалов, механизмом формирования СС [2-3]. В последние годы к свойствам СС труб ТВЧ предъявляются повышенные требования в части эксплуатационной надёжности при температурах эксплуатации.

Основные требования к надёжности СС труб включают следующие показатели: временное сопротивление разрыву, ударная вязкость поперечных образцов с острым (Шарпи) и круглым (Менаже) надрезами, выполненными по центру шва, доля вязкой составляющей в изломе образцов с острым надрезом (Шарпи), твёрдость, загрязнённость металла шва неметаллическими включениями, стойкость СС к деформациям при загибе и сплющивании [4]. Ужесточение условий добычи и транспортировки углеводородов подталкивают российские отраслевые институты, такие как ООО «ГазпромВНИИГаз, ООО «ТННЦ», ООО «НИИТранснефть» и др. ужесточать показатели надёжности СС труб ТВЧ.

Примером повышенных требований к СС обсадных труб ТВЧ может является стандарт СТО Газпром 2-4.1-158-2007 [5], предусматривающий проведение испытаний СС на поперечных и продольных образцах Шарпи при температуре -400С с определением доли вязкой составляющей, а также на

поперечных и продольных образцах Менаже при температуре -600С, причём данные требования предъявляются и к трубам повышенных классов прочности. В Таблице 1 приведены требования к механическим свойствам обсадных электросварных труб ТВЧ [5].

Таблица 1

Требования к СС обсадных труб [5]

Наименование показателя Значение показателя, в зависимости от группы прочности

основной металл сварное соединение

Дс Ес Лс Мс Дс Ес Лс Мс

Ударная вязкость, Дж/см2, не менее:

на продольных образцах 50 70 50 70

на поперечных образцах 35 35

Доля вязкой составляющей в изломе продольных образцов, %, не менее 50 50

Твёрдость Н^, не более - 22 23 - - 22 23 -

Примечание - Значение ударной вязкости при испытаниях на ударный изгиб на продольных и поперечных образцах с У-образным надрезом при температуре испытаний минус 40 °С и на продольных и поперечных образцах с Ц-образным надрезом при температуре испытаний минус 60 °С.

СС нефтегазопроводных труб ТВЧ в соответствии с ЕТТ № П4-06.03 ЕТТ 0111 (ПАО «Роснефть»), версия 2 [6], должны отвечать требованиям к обеспечению вязко-пластичных свойств при испытании поперечных образов (Таблица 2). Так же к ним предъявляются повышенные требования по загрязнённости линии сплавления (ЛС) неметаллическими включениями [6].

Таблица 2

Требования к СС НГП труб [6]

Уровень исполнения Температура проведения испытаний, °С Ударная вязкость (кси), не менее, Дж/см2 Ударная вязкость (КСУ), не менее, Дж/см2

У Минус 20 - 34

У Минус 40 39 -

УХЛ Минус 40 - 29

В соответствии с международными стандартами [7, 8] СС труб ТВЧ, помимо механических, вязкопластических и коррозионных свойств, должны обладать повышенной стойкостью СС к деформациям при загибе и сплющивании (Таблица 3).

Таблица 3

Критерии сплющивания и загиба образцов [7, 8]

Параметр Критерии

Сплющивание труб из сталей марок >Х60 Не должно происходить раскрытие СС до расстояния между пластинами меньше 66% от начального наружного диаметра. Для всех других марок стали меньше 50% от начального наружного диаметра.

Не должно быть при знаков расслоения или выжигания металла во время всего испытания до того, как встретятся противоположные стенки трубы

Загиб При испытании не должно быть трещин по ЛС, ЗТВ, и в ОМ.

1.2. Общие представления о высокочастотной сварке труб

Процесс производства труб токами высокой частоты выглядит следующим образом [9]: стальная заготовка (рулонный прокат) разматывается, выравнивается и пропускается через формовочные ролики, которые постепенно формируют заготовку. В зоне сварки высокочастотный ток подаётся на кромки заготовки. Скорость и мощность сварки регулируются таким образом, чтобы обе кромки имели необходимую температуру в точке сварки. Открытые края трубной заготовки сводятся вместе для формирования формы У-образного сечения до тех пор, пока края не соприкоснутся в вершине У-образного сечения, где образуется СС [10, 11]. Расплавленный металл, выталкивается сварочными валками из зоны соединения и затвердевает в виде наружного и внутреннего грата.

Контактная сварка давлением с нагревом ТВЧ использует два физических явления: поверхностный эффект и эффект близости [12, 13].

Поверхностный эффект проявляется в неравномерном распределении переменного тока по сечению проводника. Наибольшая плотность тока наблюдается у его наружной поверхности. По мере удаления от наружной поверхности плотность тока плавно уменьшается. Снижение тем быстрее, чем выше частота тока [13-16].

Глубина проникновения в металл А зависит от частоты тока по формуле

(1.1):

А = (р / 3,14*£*цо*ц)05 (1.1)

где р - удельное электросопротивление, ом*м; f - частота тока, Гц;

ц0 = 4п*10-7- магнитная проницаемость вакуума, гн/м; ц - относительная магнитная проницаемость.

При протекании тока в поверхностном слое выделяется тепловая энергия и его температура растёт. В слои металла расположенные ближе к поверхности поступает большая энергия и его температура растёт быстрее чем у более глубоких слоёв. Поэтому появляется разность температур и начинается передача энергии от поверхностных слоёв к слоям, расположенным в глубине. Процесс теплопередачи снижает температуру наружных и повышает температуру внутренних слоёв металла. Влияние теплопередачи тем сильнее, чем выше время нагрева и коэффициент теплопроводности.

Углеродистые и низколегированные стали при нормальной температуре являются ферромагнетиками с высокими значениями магнитной проницаемости «ц». При повышении температуры до точки Кюри (около 700 °С) сталь переходит в парамагнитное состояние с магнитной проницаемостью чуть больше 1. В связи с этим различают «холодную» и «горячую» глубину проникновения переменного тока в сталь.

При температуре стали 20 °С (ц = 40, р = 20*10-8 ом*м, ц0 = 4 п*10-7 гн/м) «холодная» глубина проникновения равна 1,5 мм для частоты 500 Гц, 1,1 мм для частоты 1000 Гц, 0,2 мм для частоты 220 кГц. «Горячая» глубина проникновения тока равна 22 мм при частоте 500 Гц, 16 мм при частоте 1000 Гц и около 1 мм при частоте 220 кГц.

Эффект близости — это явление, при котором в поперечном сечении двух проводников плотность тока, текущего в противоположных направлениях, неравномерна — большее значение на участках сближения проводников [17-19].

Подвод тока к кромкам трубной заготовки осуществляется двумя способами (Рисунок 1.1): индукционным (Рисунок 1.1 а) и контактным (Рисунок 1.1 б). При контактном способе ток проходит двумя путями: 1) от первого контакта вдоль одной кромки трубной заготовки до точки схождения и вдоль другой кромки до второго контакта; 2) от одного контакта к другому по наружной и внутренней поверхности трубной заготовки (шунтирующий ток). Величина тока, протекающего по кромкам трубной заготовки и по периметру

заготовки, определяется соотношением сопротивлений каждой из рассматриваемых цепей нагрузки [13, 20].

а) б)

Рисунок 1.1.

Способы подвода электрического тока к кромкам заготовки:

а) индукционный; б) контактный

Для того, чтобы проанализировать воздействие различных факторов на качество СС труб, сваренных токами высокой частоты, рассмотрим, прежде всего, характер процессов, происходящих в зоне нагрева кромок при нормальном их протекании. За счёт одновременного действия поверхностного эффекта и эффекта близости ток высокой частоты, передаваемый в металл контактами или с помощью индукционной катушки, концентрируется, в основном, на свариваемых кромках, нагревая их. Вблизи точки схождения металл кромок, как правило, доводится до расплавления.

На Рисунке 1.2 а показаны, кроме силы тяжести, силы, действующие на расплавленный металл, вблизи точки схождения кромок.

Рисунок 1.2.

Силы, действующие на жидкий металл при сварке ТВЧ: а) предварительный

разогрев; б) перед осадкой кромок

Этими силами являются:

- силы электромагнитного выталкивания металла из сварочного зазора (Б), направление действия которых определяется по правилу левой руки (силовые линии магнитного поля должны входить в ладонь, пальцы ладони должны указывать направление тока, направление силы покажет большой палец), а величина которых пропорциональна произведению силы тока и напряженности магнитного поля;

- силы поверхностного натяжения, удерживающие металл от растекания на кромках, определяемые коэффициентом поверхностного натяжения расплавленного металла,

Индуктивное сопротивление вокруг трубной заготовки увеличивается с ростом диаметра заготовки и при установке внутрь заготовки на участке сварки сердечника из ферромагнитного материала. Применение таких сердечников особенно эффективно при сварке труб малого диаметра, Наличие ферритового сердечника увеличивает электрический к. п. д. и способствует большей концентрации энергии в кромках заготовки, за счёт перераспределения туда части шунтирующего тока [13].

Сварка труб токами высокой частоты с индукционным способом подвода энергии с помощью кольцевого индуктора, охватывающего трубную заготовку

используется чаще контактного, на Рисунке 1.3 приведена схема протекания тока по поверхности трубной заготовки. Шунтирующий ток последовательно проходит наружную и внутреннюю поверхности заготовки [13].

На Рисунке 1.4 приведена схема замещения индукционного способа сварки: Яд - активное сопротивление индуктора, Хвн - индуктивное сопротивление рассеяния индуктора в окружающем пространстве, Хб -индуктивное сопротивление рассеяния зазора между индуктором и трубой, Ят -активное сопротивление трубы, Якр и Хкр - активное и индуктивное сопротивления кромок, 7м - комплексное сопротивление внутренней полости трубной заготовки [13].

Рисунок 1.3.

Схема протекания тока по поверхности трубной заготовки [13]

Рисунок 1.4.

Схема замещения индукционного способа сварки [13]

Как уже было сказано выше для увеличения 7м применяют ферритовый сердечник - импедер. Основной функцией импедера является увеличение сопротивления для шунтирующего тока вокруг трубы и направления за счёт этого большего количества энергии в сварочную область "Уее". Импедер также концентрирует магнитный поток, так что большее количество энергии передаётся на кромки трубы. Конструкция и расположение импедера являются одними из наиболее важных областей, за счёт которых может быть повышена эффективность сварки [21].

Наиболее важным компонентом в импедере является феррит. Ферриты импедера должны иметь максимально возможные значения индукции насыщения и магнитной проницаемости, и, в то же время, должны иметь достаточно низкие электрические и магнитные потери, чтобы требования к их охлаждению оставались разумными. Иногда эти параметры являются взаимоисключающими, так что выбор правильного сорта феррита требует тщательного знания работы генератора и дизайна магнитной цепи. Импедер является наиболее эффективным, если он расположен близко под свариваемыми кромками. К сожалению, такое положение наиболее уязвимо к повреждениям, так что некоторый компромисс, как правило, необходим. Хорошее правило установить импедер на одну толщину полосы ниже внутренней поверхности трубы. Минимальная длина импедера может быть найдена путём сложения диаметра трубы с длиной катушки. Использование импедера который является слишком коротким вызовет резкое падение эффективности сварки [21].

Недостаток индукционного подвода энергии состоит в том, что по периметру проходит полный сварочный ток и в связи с этим происходит повышенный расход электроэнергии. Отсюда, в отличие от контактного подвода, увеличение диаметра заготовки приводит к увеличению потерь энергии [64].

Сварка труб с контактным подводом энергии требует более качественной заготовки, тщательной настройки формовочного и сварочного стана, постоянного наблюдения за состоянием контактов и частой их сменой. Однако потребляемая мощность при получении труб малого диаметра и с малой

толщиной стенки примерно в два раза меньше, чем при индукционном подводе энергии [64].

Общий характер протекания процессов при высокочастотной сварке труб был впервые достаточно подробно описан в классических работах Хага, Аоки и Сато опубликованных в 1980, 1981 годах [22, 23]. В своих работах авторы ссылаются на исследования, проведённые в ИЭС им. Е.О. Патона с помощью аппарата для скоростной фотосъёмки сварочного процесса опубликованные в 1961 [24] и в 1974 годах [25] и отмечают, что самые заметные достижения в этих работах заключаются в изучении явлений, происходящих при сварке в зоне между точкой схождения и местом контакта кромок трубной заготовки [24-25].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Сорокин Александр Евгеньевич, 2026 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Opportunities to access the benefits of high-frequency welded (HFW) pipes for a wider scope of oil and gas industry applications / Tadjiev Т. [et al] // Pipeline technology journal. 2021. №2. Р. 11-23.

2. Гривняк И. Свариваемость сталей / Пер. со словацкого Гончаренко Л.С.; под ред. Э.Л. Макарова. М.: Машиностроение, 1984. 215 с.

3. Грабин В.Ф., Денисенко А.В. Металловедение сварки низко- и среднелегированных сталей. К.: Наукова думка, 1978. 276 с.

4. ГОСТ 31447-2012. Трубы стальные сварные для магистральных газопроводов, нефтепроводов и нефтепродуктопроводов. Технические условия. М.: Стандартинформ, 2013. 49 с.

5. СТО Газпром 2-4.1-158-2007. Технические требования к обсадным трубам для месторождений ПАО «Газпром». М.: ИРЦ Газпром, 2007. 30 с.

6. Единые технические требования № П4-06.03 ЕТТ 0111. Трубная продукция для промысловых и технологических трубопроводов, трубная продукция общего назначения. М.: ПАО «НК «Роснефть», 2022. 119 с.

7. ISO 3183-2019. Нефтяная и газовая промышленность - Трубы стальные для трубопроводно - транспортных систем. 4-е издание. ISO copyright office, 2019. 30 с.

8. API Spec 5L. Магистральные трубы. 46-я редакция. API, 1220 L Street, N.W., Washington, D.C, 20005-4070, 2018. 205 с.

9. Серебряков А.В., Павлов Д.А. Технология производства сварных труб : учебное пособие. Екатеринбург: Издательство Уральского университета. 2020. 104 с.

10. The use of optimized ERW technique to improve low temperature fracture toughness of welded pipes / Rashid M. [et al] // Proceedings of the 13-th international pipeline conference. 2020 - [электронный ресурс] URL: https://10.1115/ipc2020-9649 (дата обращения: 18.03.2024).

11. Технология производства электросварных труб. Матвеев Ю.М. [и др.]. М.: Металлургия, 1967. 164 c.

12. Mold temperature control using high-frequency proximity effect induced heating / Chen S.C. [et al] // International Communications in Heat and Mass Transfer. 2012. № 39. Р. 216-223.

13. Шамов А.Н., Лунин И.В., Иванов В.Н. Высокочастотная сварка металлов. Л.: Машиностроение, 1977. 196 c.

14. Rudnev V., Loveless D., Cook R.L. Handbook of induction heating. Taylor and Francis Group, 2017. 772 р.

15. Baumer R., Adonyi Y. Transient high-frequency welding simulations of dual-phase steels // Welding Journal. 2009. №88. Р. 193-201.

16. Технология трубного производства. Данченко В.Н. [и др.]. М.: Интерметинжиниринг, 2002. 640 c.

17. Paul Scott. Getting the most from your Thermatool CFI solid State welder // Thermatool Corp. Publication. 1996. Р. 1-12.

18. Development of welding heat pattern model at ERW 16 inch mill / Toyoda T. [et al/] // Current Advances in Materials and Processes. 1990. № 3. Р. 542-543.

19. Numerical analysis of welding phenomena in high-frequency electric resistance welding / Takatoshi O. [et al] // Key Engineering Materials. 2014. Р. 525531.

20. Okabe T., Kenmochi K., Sakata K. Electro Magnetic and heat conductive FE analysis on high frequency tube welding process // Tetsu-to-Hagane. 2007. № 93. Р. 373-378.

21. Robert K. Nichols. High frequency welding - the process and application // Thermatool Corp. Publication. 1999. P. 1-8.

22. Haga H., Aoki K., Sato T. Welding phenomena and welding mechanisms in high-frequency electric resistance welding-1st report // Welding Journal. 1980. № 59. P. 208-212.

23. Haga H., Aoki K., Sato T. The mechanisms of formation of weld defects in high-frequency electric resistance welding // Welding Journal. 1981. № 60. P. 104-109.

24. Кирдо И. В., Скачко Ю. Н., Алейник И. К. Продольные швы труб сваренных высокочастотной сваркой // Автоматическая сварка. 1961. № 14. C. 512.

25. Лебедев В. К. Высокочастотная сварка стали 17Г1С толщиной до 15 мм // Автоматическая сварка. 1974. № 27. C. 44-47.

26. Manufacture of alloy steel tube by high-frequency electric resistance welding / Ichihara H. [et al] // Transactions of the Iron and Steel Institute of Japan. 1986. № 26, P. 468-475.

27. Оптимизация режима высокочастотной сварки труб с использованием скоростной видеосъёмки / Белов Е.В. [и др.] // Развитие технологий производства стали, проката и труб на Выксунской производственной площадке. М.: Металлургиздат, 2016. С. 306-314.

28. Penetrator formation mechanisms during high-frequency electric resistance welding / Choi J.H. [et al] // Welding Journal. 2004. №83. Р. 27-31.

29. Development of a new optical monitoring system for HF-ERW welding processes / Hasegawa N. [et al] // Nippon Steel and Sumitomo Metal Technical Report. 2015. № 107. Р. 114-120.

30. Development of new inspection methods for pipes welded by electric resistance welding under high frequency currents (HF-ERW) / Fukami T. [et al] // Tube and Pipe Osaka. 2015. Р. 156-161.

31. Матвеев Ю. М., Зайончик Л. И., Цыкалов В. Ф. Критическая скорость сварки и улучшение качества сварных труб // Совершенствование технологии производства труб высокочастотной сваркой. М.: Металлургия, 1972. С. 94-98.

32. Recent progress in techniques of manufacturing small diameter electric -resistance weld tubes / Watanabe S [et al] // Kawasaki steel technical report. 1981. №4. Р. 84-96.

33. Федотова А.В. Коррозионно - механическое разрушение соединительных деталей нефтепромысловых трубопроводов: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва. 2023. 19 с.

34. Современная высокотехнологичная сталь 05ХГБ, предназначенная для изготовления электросварных нефтегазопроводных труб повышенной эксплуатационной надежности / Кудашов Д.В. [и др.] // Бурение и нефть. 2016. № 4. C. 48-52.

35. Современная высокотехнологичная сталь 05ХГБ, предназначенная для изготовления электросварных нефтегазопроводных труб повышенной эксплуатационной надежности / Кудашов Д.В. [и др.] // Инженерная практика. 2015. №10. С. 20-26.

36. Oxide formation during electric resistance welding of low carbon steels / Khvan A. V. [et al] // Journal Materials Science and Technology. 2016. №6. Vol. 32, P. 556-567.

37. API X 70 Grade HR Coils for ERW Pipes / Santosh K. [et al/] // International Journal of Metallurgical Engineering. 2013. №2. Vol. 2, P. 179-187.

38. Characterization of bond line discontinuities in high-Mn TWIP steel pipe welded by HF-ERW / Park G. [et al] // Materials Characterization. 2018. №118. Р. 1421.

39. Tackling the toughness of steel pipes produced by high frequency induction welding and heat-treatment / P. Yan [et al] // Materials Science and Engineering. 2011. 528 (29-30). P. 8492-8499.

40. Charpy toughness of ERW seam welds / Xu S. [et al] // The Journal of Pipeline Engineering. 2017. №3. Vol, 16. P. 149-167.

41. Fracture Toughness of Contemporary EW Seam Welds for EW Specification / Xu S. [et al] // Proc. 13-th International Conference on the Mechanical Behaviour of Materials. 2019. Р. 322-331

42. Effects of strain rate on strength, and of orientation on toughness, of modern high-strength pipe steels / Xu S. [et al] // The Journal of Pipeline Engineering. 2015. №3. Vol. 14, Р. 211-224.

43. Hong, H.U., Lee J.B., Choi H.J. Improvement of resistance to hydrogen induced cracking in electric resistance welded pipes fabricated with slit coils // Metals and Materials International. 2009. Vol. 15, Р. 133-139.

44. Hong H. U., Kim C. M., Lee J.B. Characteristics of pressure reversal fracture in electric resistance welded seams of API-X70 Steel // Posco technical report. 2006. №1. Vol. 10, Р. 41-48.

45. Saad M. Al-Muaili, Mohammed Al-Anezi, Khalid A. Barakri. HFW pipe seam screening test for susceptibility to hydrogen embitterment // Proceedings of the MECC. 2023. P. 1-12.

46. Effect of hydrogen on the fracture toughness of X65 high-frequency welded pipeline / Xu L.Y. [et al] // Welding World. 2019. P. 75-86.

47. Tabas A.K., Beidokhti B., Kiani-Rashid A.R. Comprehensive study on hydrogen induced cracking of electrical resistance welded API X52 pipeline steel // International Journal Hydrogen Energy. 2021. P. 1012-1022.

48. Leis B.N., Nestleroth J.B. Battelle's Experience with ERW and flash weld seam failures: causes and implications // Battelle Memorial Institute. 2012. 99 P.

49. Robert K. Nichols. Common HF Welding Defects // Thermatool Corp. Publication. 1994. Р. 1-12.

50. Susanne Hohler, Hossein Karbasian. Pipe features identified during inline inspection using MLF pigs // Salzgitter Mannesmann Forschung GmbH. 2019 -[электронный ресурс] URL: https://api.semanticscholar.org/CorpusID:220702755 (дата обращения: 18.03.2024).

51. A Study of Metallurgical Factors for Defect Formation in Electric Resistance Welded API Steel Pipes / Joo M. S [et al] // Metallurgical and Materials Transactions. 2015. №2. Vol. 2, P. 119-130.

52. API Bulletin on Imperfection Technology. API Bul. 5T1 (R2017). 2017. 65 р. [электронный ресурс] URL: https://standards.globalspec.com/std/10185662/api-bull-5t1 (дата обращения: 18.03.2024).

53. Sima A. Y., Hossein E., Mehrdad F. Hook crack in electric resistance welding line pipe steel // Australian Institute for Innovative Materials. Papers. 2003 -[электронный ресурс] URL: https://ro.uow.edu.au/aiimpapers/1409 (дата обращения: 18.03.2024).

54. Non-metallic inclusions and hook cracks of high-frequency induction welded pipes / Kazakov A. A. [et al] // Metal Science and Metallography CIS Iron and Steel Review. 2022. Vol. 24. Р. 49-59

55. Hook Crack reduction in ERW line pipe steel / Eaves G. N. [et al] // Steelmaking Conference proceedings. 1992. Р. 521-528.

56. Study on Defect Formation Mechanisms in ERW for API Steel / Shin M. H. [et al] // Proceedings of Biennale International Pipeline Conference IPC. 2014. Vol. 3,

5 p.

57. Tiratsoo J. Managing pipeline threats. Editor QR 11-9. Hook cracking. -[электронный ресурс] URL: https://pipeline-threats.com/plthreats/qr-11-9-hook-cracking (дата обращения: 18.03.2024).

58. Analysis of Micro Cracks near weld line in ERW pipe of API 5L X70M Grade / Kyada T. [et al] // Journal of Failure Analysis and Prevention. 2015. Vol. 15, P. 344-350

59. Kopparthi Ravikiran, Peiquan Xu, Leijun Li. A critical review on high-frequency electric-resistance welding of steel linepipe // Journal of Manufacturing Processes. 2024. Р. 753-777.

60. Степанов П.П. Роль микроструктурных факторов в сопротивлении хрупкому разрушению сварных соединений стальных труб: автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Москва. 2024. 48 с.

61. Controlling and monitoring of welding parameters for micro-alloyed steel pipes produced by high frequency electric welding / Petru Simion [et al] // Advanced Materials Research. 2014. Vol. 1036, P. 464-469.

62. Automatic welding control system for electric-resistance weld tube mill / Kyogoku T. [et al] // Transactions of the Iron and Steel Institute of Japan. 1984. Vol.24, Р. 847-856.

63. Myeong C., Kim J. The effect of heat input on the defect phases in high frequncy electric resistance welding // Metals and Materials International. 2009. № 1. Vol. 15, Р. 141-148.

64. Высокочастотная сварка труб. Под редакцией Robert K. Nichols, 1-е издание. P.O. Box 7B9, East Haven: Thermatool Corp. Publication, 1994. 169 с.

65. Udall H.N., Nichols R.K. High frequency welding of stainless steel tubes // Thermatool Corp. Publication. 2019. Р. 1-12.

66. B. Grande J. I. Asperheim. Factors influencing heavy wall tube welding // Tube & Pipe technology. 2003. P. 86-88.

67. Theoretical analysis of current distribution in electric resistance welding / Saito M. [et al/] // Transactions of the Iron and Steel Institute of Japan. 1986. .№5. Vol. 26, Р. 461-467.

68. John Wright. Optimizing efficiency in HF tube welding processes // Tube & Pipe Technology. 1999. P. 1-4.

69. Scott P.F. Making HF welded tube for demanding applications // Tube & Pipe Technology. 2005. Р. 127-130.

70. Scott P.F. The effects of frequency in high frequency welding // Transactions of Tube 2000. Toronto. 2000. Р. 1-14.

71. Scott P.F. Key parameters of high frequency welding // Tube Toronto Conference. 1996. P. 11-14.

72. Morin T., Scott P.F. Modern methods of high frequency welding used to produce consistent quality // Thermatool Corp. Publication. 1996. Р. 1-14.

73. Kannan R., Li L., Guo L., Anderson N. Bond formation mechanism for resistance welding of x70 pipeline steel // Welding Journal. 2020. P. 209-230.

74. Выбойщик Л.М. Обеспечение прочностных и коррозионных свойств сварных соединений нефтепромысловых труб на уровне свариваемого металла: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Тула. 2009. 24 с.

75. Robert K. Nichols. The Metallurgical Effects of Weld Seam Heat Treating. // Thermatool Corp. Publication. №116. 1999. P. 1-8.

76. Varbai B. Adonyi Y., Nagy E. Bondline characterization in high frequency welding of steels. 2020. 32 p. - [электронный ресурс] URL: https://doi.org/10.13140/RG.2.2.20347.13600 (дата обращения: 18.03.2024).

77. Maksuti Rr. Effect of plastic deformation on the microstructure and plasticity of high frequency electric resistance welding // International scientific journal Machines. Technologies. Materials. 2016. №8. Vol. 10, Р. 45-48.

78. Maksuti Rr. Microstructural changes in the forge weld area during high-frequency electric resistance welding, scientific proceedings // International congress Machines. Technotogies. Materials. 2016. Vol. 1, Р. 59-62.

79. Maksuti Rr., Mehmeti H., Oettel H. The influence of the plastic deformation on the metal flow during high frequency Electric resistance welding of longitudinally welded pipes // 3-rd International Conference Deformation Processing and Structure of Materials. Serbia. 20-22 September 2007. P. 1-6.

80. Особенности формирования микроструктуры в сварных соединениях труб при высокочастотной сварке и последующей локальной термической обработке / Багмет О.А. [и др.] // Чёрная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2022. № 2. С. 135-149

81. Ткачук М.А., Багмет О.А. Методика определения оптимальной температуры нагрева при локальной термической обработке сварного шва труб, сваренных токами высокой частоты // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2015;81(5). С. 39-43.

82. Ткачук М.А., Багмет О.А., Степанов П.П. Определение оптимальных температур нагрева при локальной нормализации сварного шва труб из низколегированных марки сталей // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2016;82(7). С. 26-29.

83. Головин Г.Ф., Зимин Н.В. Технология термической обработки металлов с применением индукционного нагрева. Л.: Машиностроение, 1990. 87 с.

84. Материаловедение. Арзамасов Б.Н. [и др.]. М.: Машиностроение, 1986.

384 c.

85. Смирнов М.А., Счастливцев В.М., Журавлев Л.Г. Основы термической обработки стали. Екатеринбург: УрО РАН, 1999. 88 с.

86. Лившиц Л.С., Хакимов А.Н. Металловедение сварки и термическая обработка сварных соединений. М.: Машиностроение, 1989. 78 с.

87. Aspects of steel microstructure evolution in induction tube welding and seam heat treatment / John Inge Asperheim [et al] // EFD Induction. 2015. Р. 1-10.

88. Moon J., Lee J., Lee C. Prediction for the austenite grain size in the presence of growing particles in the weld HAZ of Ti - micro-alloyed steel // Materials Science and Engineering. 2007. Vol. 459, Р. 40-46.

89. Calculation of hardness distribution in the HAZ of micro-alloyed steel / Rahman M. [et al] // Welding in the World. 2014. №6. Vol. 58, Р. 763-770.

90. Shome M., Mohanty O.N. Continuous cooling transformation diagrams applicable to the heataected zone of HSLA-80 and HSLA-100 steels // Metallurgical and Materials Transactions. 2006. Vol. 37, Р. 2159-2169.

91. M. Militzer, F. Fazeli, H. Azizi-Alizamini. Modelling of microstructure evolution in advanced high strength steels // La Metallurgia Italiana. 2011. №4. Р. 3541.

92. Imao Tamura. Some fundamental steps in thermomechanical processing of steels // Transactions of the Iron and Steel Institute of Japan. 1987. №27. Р. 763-779.

93. Militzer M., Pandi R., Hawbolt E.B. Ferrite nucleation and growth during continuous cooling. // Metallurgical Transactions. 1996. Vol.27, Р. 1547-1556.

94. Microstructure of X52 and X65 pipeline steels / Wang J. Q. [et al] // Journal of Materials Science. 1999. Vol. 34, Р. 1721-1728.

95. Investigations into the microstructure-toughness relation in high frequency Induction welded pipes / Gungor, O. [et al] // Engineering Materials Science. 2010. P. 577-585.

96. Formation of ferrite from control-rolled austenite / Speich G. R. [et al] // Phase Transformations in Ferrous Alloys. 1984. P. 341-389.

97. Imao Tamura. Some fundamental steps in thermomechanical processing of steel // Transactions of the Iron and Steel Institute of Japan.1987. №27. P.763-779.

98. Davis C. L., King J. E. Effect of cooling rate on intercritically reheated microstructure and toughness in high strength low alloy steel // Journal of materials science and technology. 1993. №1. Vol. 9, P. 8-15.

99. Bodnar R. L., Hansen S. S. Effects of austenite grain size and cooling rate on widmanstatten ferrite formation in low alloy steels // Metallurgical and Materials Transactions A. 1994. №25. P. 665-675.

100. Jones S., Bhadeshia D. H. Kinetics of the simultaneous decomposition of austenite into several transformation products // Acta Materialia. 1997. №7. P. 29112920.

101. S. Jones, H. K. D. H. Bhadeshia. Competitive formation of inter- and intragranularly nucleated ferrite // Metallurgical and Materials Transactions A. 1997. №28. Р. 2005-2103.

102. Properties of the X70 high-frequency electric-resistant welded pipes / Tian P. [et al] // Advances in Materials Science and Engineering. 2018. P.1-10.

103. Microalloyed steel welds by HF-ERW technique: Novel PWHT cycles, microstructure evolution and mechanical properties enhancement / Khalaja H. [et al] // International Journal of Pressure Vessels and Piping. 2017. Р. 15-26.

104. A significant toughness enhancement, and microstructural evolution of an electric resistance welded (ERW) microalloyed steel / Mousavi Anijdan S.H. [et al] // Journal of materials research and technology. 2021. Vol. 15, Р. 5776-5786.

105. Control of microstructures and the practical properties of API X80 grade heavy-wall high-frequency electric resistance-welded pipe with excellent low-temperature toughness / Goto S. [et al] // Metallurgical and Materials Transactions. 2017. Vol. 48, P. 5075-5084.

106. Zhang W., Zhao G., Fu Q. Study on the effects and mechanisms of induction heat treatment cycles on toughness of high-frequency welded pipe welds // Materials Science & Engineering A. 2018 - [электронный ресурс] URL: https://doi.org/10.1016/j.msea.2018.09.004 (дата обращения: 18.03.2024).

107. Role of cube texture on toughness variation of electric resistance welded steel / Mousavi Anijdan S. H. [et al] // Science and technology of welding and joining,

2017 - [электронный ресурс] URL: https://doi.org/10.1080/13621718.2017.1401337 (дата обращения: 18.03.2024).

108. Microstructure and crystallographic texture of high frequency electric resistance welded X65 pipeline steel / Ravikiran K. [et al] // Materials Chemistry and Physics. 2023. P. 1-13.

109. Crystallographic texture of induction-welded and heat-treated pipeline steel / Yan P. [et al/] // Advanced Materials Research. 2010. Vol. 89-91, P. 651-656

110. Induction welding and heat treatment of steel pipes: evolution of crystallographic texture detrimental to toughness / Yan P. [et al] // Science and Technology of Welding and Joining. 2010. № 2. Vol. 15, Р.137-141.

111. Патент №2448820 Российская Федерация, МПК В23К 13/08. Способ и система управления кузнечной сваркой : №2008109199/02 : заявл. 07.08.2006; опубл. 27.04.2012. / Скотт Пол Ф. [и др.].

112. Патент №7683288 США, МПК В23 К13/08. System and method of computing the operating parameters of a forge welding machine : заявл. 12.04.2005; опубл. 23.03.2010 / Paul F. Scott [et al.].

113. Paul Scott. Controlling the heat affected zone (HAZ) in HF pipe and tube welding // Thermatool Corp. Publication. 2000. P. 1-12.

114. Estimation of weld quality in high-frequency electric resistance welding with Image processing / Kim D. [et al/] // Welding Journal. 2007. Р. 71-79.

115. Патент №2012-228724 Япония, МПК B23K 13/00, G01N 29/04, B23K 13/02, B23K 31/00, B21C 37/08, B21C 51/00. Method of detecting weld defect and method of producing electric resistance welded tube, and welded product : заявл. 27.04.2011; опубл. 22.11.2012 / Okabe Yoshitomo [et al].

116. Патент № 2020-011259 Япония, МПК B23K 13/00, B21C 37/08, B23K 13/08, B23K 101/06. Electro-resistance-welded small diameter pipe welding operation management method and welding method : заявл. 17.07.2018; опубл. 23.06.2020 / Sugibashi Atsushi [et al].

117. Патент № 2019-198877 Япония, МПК B23K 13/08, B23K 13/00, B21C 37/08, B21C 51/00. Monitoring method, monitoring system, and monitoring program

for electric resistance welding : заявл. 16.05.2018; опубл. 21.11.2019 / Fukami Shunsuke [et al].

118. Патент №2017-225995, МПК B23K 13/08, B23K 13/00. Device and method for monitoring welding of electroseamed steel pipe : заявл. 23.06.2016; опубл. 28.12.2017 / Hasegawa Noboru [et al].

119. Патент № 2019-141900 Япония, МПК B23K 13/06, B23K 13/08. Welding operation monitoring system and welding operation monitoring method : заявл. 23.02.2018; опубл. 29.08.2019 / Sugibashi Atsushi [et al].

120. Патент №2016-078056 Япония, МПК B21C 37/08, B21C 51/00, B23K 13/00, B23K 13/08, B23K 13/02, G01N 21/892. Electric resistance weld operation management device and electro resistance weld operation management method : заявл. 14.10.2014; опубл. 16.05.2016 / Hasegawa Noboru [et al].

121. Патент №2722957 Российская Федерация, МПК В23К 13/02, В23К 101/06, В21С 37/08. Способ управления процессом высокочастотной сварки труб и устройство для его осуществления : №2019120312 : завял. 27.06.2019; опубл. 05.06.2020. Бюл. 16 / Степанов П.П. [и др.].

122. Патент №335889 СССР, МПК В23К 13/02. Способ автоматического регулирования процесса высокочастотной сварки : опубл. 25.06.1978. Бюл. №23 / Скачко Ю.Н. [и др.].

123. Патент №61-135490 Япония, МПК В23К 11/24, В23К 13/02. Automatic control device of high frequency welding heat input : / заявл. 06.12.1984; опубл. 23.06.1986 / Sannomiya S., Miyata S.

124. An automatic power input control system in high-speed frequency electric resistance welding / Watanabe N. [et al] // Transactions of the Iron and Steel Institute of Japan. 1986. Vol. 26, P. 453-460.

125. ГОСТ 1497-2023. Металлы. Методы испытаний на растяжение. М.: Российский институт стандартизации, 2024. 54 с.

126. ASTM A370-24. Стандартные методы испытаний и определения для проведения механических испытаний стальных изделий. United States: ASTM International, 2024. 51 с.

127. ГОСТ 6996-66. Сварные соединения. Методы определения механических свойств. М.: Стандартинформ, 2006. 45 с.

128. ГОСТ 9454-78. Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах. М.: ИПК Издательство стандартов, 2008. 12 с.

129. Tankoua F., Cooreman S., Thibaux P. Quantitative investigation of brittle out-of-plane fracture in X70 pipeline steel // Procedia Materials Science. 2014. Р. 1149 -1154.

130. Quantification and microstructural origin of the anisotropic nature of the sensitivity to brittle cleavage fracture propagation for hot-rolled pipeline steels / Tankoua F. [et al] // International Journal of Fracture. 2018. Р. 143-166.

131. Охрупчивающие факторы при разрушении сварных соединений ТВЧ трубы из низкоуглеродистой низколегированной стали по результатам испытаний на ударный изгиб / Степанов П.П. [и др.] // Металлург. 2024. № 11. С.31-39.

132. Bunge H.-J. Texture analysis in materials science. ISBN: 0408106425. 1982. 308 р.

133. Lucon E. Estimating dynamic ultimate tensile strength from Instrumented charpy // Materials design. 2016. 1466 p.

134. Cleavage initiation in steel: Competition between large grains and large particles / Ghosh A. [et al] // Materials Science and Engineering, 2013. № 561, P. 126135.

135. Ghosh A., Kundu S., Chakrabarti D. Effect of crystallographic texture on the cleavage fracture mechanism and effective grain size of ferritic steel // Scripta Materialia. 2014. №81. Р. 8-11.

136. Кантор М.М., Судьин В.В., Солнцев К.А. Анализ связи между динамической кривой разрушения и характеристиками излома низколегированной стали с помощью нейронных сетей // Материаловедение. 2019. №12. С. 11-20.

137. Ефимов И. В., Степанов П. П., Сорокин А. Е. Исследование процесса высокочастотной сварки труб с применением скоростной съёмки // Проблемы чёрной металлургии и материаловедения. 2020. №1 С. 12-20.

138. Влияние технологических параметров высокочастотной сварки на микроструктуру и хладостойкость сварного соединения стальных труб малого и среднего диаметра / Ефимов И.В. [и др.] // Металлург. 2023. №2 С. 76-85

139. Сорокин А.Е., Степанов П.П., Эфрон Л.И. Исследование процесса сварки труб токами высокой частоты и разработка способа управления им на заводе ОМК в Выксе // Сборник трудов конференции «Трубы-2023». Челябинск. 13-15 сентября 2023. С. 176-182.

140. Патент №2750921 Российская Федерация, МПК В23К 13/02, В23К 101/06, В21С 37/08. Способ управления процессом высокочастотной сварки : №2020139413 : заявл. 30.11.2020; опубл. 06.07.2021. Бюл. 19 / Степанов П.П. [и др.].

ПРИЛОЖЕНИЕ

Приложение 1

ВЫКСУНСКИЙ

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ

ЗАВОД

Акционерная- аЙЩвСТРО сВык : у не* ин мс Т 5 л лур I и чсч;и й 11Н№

И иже н ерно-технол огичес ки й центр

АКТ

09.07. 2018

О внедрении научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработок

№200302-03-72/1 &

УТВЕРЖДАЮ Директор инженерно-технологического центра

П.П. Степанов

2018 г.

Утвержден 200Э02-СЗ-72Л 8 от 09.07.2018 г.

Настоящий акт составлен в том, что работы по теме №19-2017: «Исследование причин нерегулярных отклонений от установившегося процесса высокочастотной сварки».

начаты в марте 2017 г.

завершены в июле 2018 г.

Участники выполнения работ:

Ефимов И.В., Сорокин А.Е., Краснов А.Б., Пейганович И.В.

Цель работ:

Выполнение экспериментов направленных на установление связи нерегулярных отклонений от установившегося процесса высокочастотной сварки с качественными характеристиками сварных соединений, уточнение зависимости частоты образования сварочных перемычек от возможных колебаний сварочной мощности, величины осздки, положения кромок перед сваркой, углов схождения, свойств рулонного проката и других возможных факторов.

Результаты работ:

1. Проведены исследования по выявлению особенностей протекания процессов высокочастотной сварки труб, приводящих к образованию неметаллических включений в сварных соединениях.

2. Установлена взаимосвязь между замедлением образования перемычек и появлением оксидов в сварных соединениях. Показано, чтю на участках, на которых происходило замедление, может снижаться величина ударной вязкости сварных

соединений. Замедление процессов образования перемычек происходит в случае ил возникновения на максимально удаленном от точки сварки расстоянии. При сварке по типу 2' на процесс образования перемычек могут влиять отклонения характеристик металла.

3. Существенное влияние на процессы оказывает нестабильность работы генератора ВЧ.

4. Наилучшие результаты по ударной вязкости швов могут быть получены при амплитуде интервалов между перемычками в пределах 2-5 млсек. Для стабилизации процесса сварки необходимо применение эффективной системы автоматического регулирования, использование высокочувствительного УЗК для мониторинга появления оке вдов в шве.

Рекомендации по результатам работы:

1. Строга соблюдать рекомендации по подготовке и содержанию сварочного оборудования, выбору и аттестации сварочного режима, полученные в ходе выполнения работы.

2. В соответствии с рекомендациями фирмы EFD Induction произвести в системе управления генератором замену на плату с модификацией MBAC ZBO, номер части #13994391 с замедленной реакцией на изменение мощности

3. Аетивизировать работу по выбору системы автоматического регулирования с варочного режима.

Заключение:

1. Считать результаты работ положительными

2. Использовать результаты работы при изготовлении труб в ТЭСЦ-3 ДНГПТ.

Начальник отдела по технологии производства труб И.В. Пейганович

малого и среднего диаметра инженерно-технологического центра

Начальник управления по технологии трубного С А Гришин

производства инженерно-технологического центра

Директор по технологии и развитию дивизиона Е.А. Кудряков

нефтегазопро водных труб

Акционерное общество «Выксунский металлургический завод»

ВЫКСУНСКИЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ

Инженерно-технологический центр

ЗАВОД

АКТ

20

№ ¿'Ж?Ж- А -

^" Директор инженерно-технологического центра

УТВЕРЖДАЮ

О внедрении научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработок

П.П. Степанов

^^ 2018 г.

Настоящий акт составлен в том, что работы по теме: «Разработка и освоение производства обсадных труб группы прочности «Е» в хладостойком исполнении (до -60"С) в условиях АО «ВМЗ».

Участники выполнения работ:

Пейганович И.В., Сорокин А.Е., Романов O.K., Косцова З.И., Ключников Д.Е., Корчагин А.И., Сомов С.А., Подтелков В В., Ермаков Д.И., Солдатов Е.А.

Цель работ:

Разработка химического состава, технологии производства рулонного проката и труб, обеспечивающих выполнение требований к ударной вязкости основного металла и сварного соединения на поперечных образцах KCV при температуре испытаний -60°С.

Результаты работ:

1. Разработан химический состав и температурные режимы производства стали марки 22ГФ, обеспечивающие получение механических свойств, соответствующих группе прочности Д. Произведена опытная выплавка стали марки 22ГФ в объеме 150 т.

2. Произведена сварка обсадных труб размером 168,3x8,94 мм в ТЭСЦ-5 ДНГПТ. Определены режимы сварки и локальной термообработки, обеспечивающие удовлетворительные результаты испытаний на сплющивание.

3. Произведена термообработка труб в ТЭСЦ-3 ДНГПТ по режиму закалка с отпуском. Определен режим закалки, обеспечивающий выполнение требований API

начаты в июле 2017 г.

завершены в январе 2018 г.

SSS М М 2OOOXOEXHZMW

SSSMM2000XOEXHZMW

5СТ/ГОСТ Р 53366 к прокаливаемое™ стали. Подобрана температура отпуска, обеспечивающая получения механических свойств, соответствующих группе прочности Е/Ы800, а также ударной вязкости основного металла и сварного соединения на образцах КС\/ при температуре испытаний -60°С.

Заключение:

Разработан химический состав и технология производства рулонного проката и труб из стали 22ГФ, с механическими свойствами, соответствующими группе прочности Е, и ударной вязкостью основного металла и сварного соединения на образцах КСУ при температуре испытаний -60°С не ниже 50 Дж/см2.

Считать результаты выполненных работ положительными, а цель достигнутой,

Начальник отдела по технологии производства труб И.В. Пейганович

малого и среднего диаметра инженерно-технологического центра

Начальник управления по технологии трубного С.А. Гришин

производства инженерно-технологического центра

Директор по технологии и развитию дивизиона нефтегазопроводных труб

Е.А. Кудряков

ОБЪЕДИНЕННАЯ МЕТАЛЛУРГИ Ч ECKАЯ КОМПАНИИ

А к: [1Н Гян н |j «'нч ш й-:': г у iji

^Н 1, -:[.уч|.кнк

mi: м ■ "ifl г нчм::к.1н ч^I:■,-,-:-

Сйафшанппо

продучаьжж

(НШММЙ

АКТ

17. П.¿022

N"

О внедрении научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработок

УТБ=РЖДАЮ Директор инженерно-тем - Оли ги I и:о "i центра

П.П. Степанов _2Öi3

Настоящий акт составлен о том, чта работы по теме: процессов сирин труб ТНЧ происходящих при различных углах схождения свариваемых кромок»

начаты в январе 2Ü2D г.

завершены в январе 7021 г.

Участники выполнения работ: Сорокин А.Е.Г П1ейганович И.В., Краснов А.Et., Белов Е.В.Г Романов O.K.

Цель работ: Не исследовано достаточно полно влияние угла аождения на наличие в сварном соединении остатков неметаллических включений снижающих качество труб, изготовленных с использованиеи 7 04. На новых станах ТЭСЦ П? 1 н ТЭСЦ N?S появилась возможность такую работу провести.

По результатам исследований предложить углы схождения оггшиальные для сварки труб различного сортамента.

Результаты работ:

- Проведены эксперименты по сварке груб 6U, 146 и 159 чч из сталей 2inOr йЭГСФ в ТЭСЦ-1 и груб 325, 426 мм иа сталей L41S и [ЙГСФ в ТЭСЦ-З с углами схождения около на режиме с образованием перемычек и с углами саождения около 7еСез образования переиычек;

- Установлено благоприятное влияние повышения угла вождения кромок с ■1D до 7° на загрязненность сварного соединения оксидными включениямиг образующимися при высокотемпературной окислении металла во время сварочного разогрева кромок трубы перед осадкой;

- повышеннопо угла схождения и пониженного эффекта близости разогрев кроиок происходит на ограниченной длине, снижение времени нагрева может способствовать уненьшению толщины оксидной пленки на поверхности металла перед сваркой,, а повышенная скорость осадки кромок позволяет

SSSI

полностью удалить жидкий металл с кромок, содержащий оксидные неметаллические включения в грат;

-Лощина возможность обеспечен» угла схождения кроио*с моле 7 градусе* и получение правильной фюрмы крои«, при использований валка шовонаправляющеи ¿пеги увеличенной на 1)0-15 ни шириной в зависимости от диаметра свариваемы* труь в ТЭСц-З.

Заключение: Считать результаты выполним мы к раЬот положительными, [рсн полезного нспйлысвания! 3 года.

Руководитель темы: А.Е, Сорокин

Главный специалист ОТПТМСД УТТП ИТЦ

СТО.20-55.4

ао «выксунский металлургический завод» /

уГ / у/

УТВЕРЖДАЮ У Директор ДНГГ1Т

У//

у О.В. Федотов

«/>>>/ 2017 г.

АКТ № УУЬ (редакция 0)

освоения (включение в каталог освоенной продукции) нового вида продукции по теме: «Рулонный прокат и трубы из него для изготовления свай (выполнение требований к

ударной вязкости)» НГПТ-16-07

1. Наименование освоенного вида продукции: Рулонный прокат и трубы из него для изготовления свай (выполнение требований к ударной вязкости).

2. Сортамент продукции:

• прокат толщиной 6,00 - 12,70 мм;

• трубы электросварные ТЭСЦ-3 диаметром 219-530, толщиной 6,00-12,70 мм.

3. Нормативная документация:

на прокат: ТУ 0908-005-99637759-2007 (09Г2С), ТУ 0908-070-73797897-2014

(С345);

• на трубы производства ТЭСЦ-3: ГОСТ 20295-85, ГОСТ 10705-80 с дополнительными требованиями к ударной вязкости КС\/-20, КС11-40, КС11-60 или КСУ-40, ТУ 1380-123-05757848-2014.

4. Область применения: трубы стальные электросварные прямошовные применяемые в качестве свай.

5. Рулонный прокат и штрипс производства ЛПК ДНГПТ. Сортамент в соответствии с требованиями ТУ 0908-001-73797897-2011.

6. Химический состав освоенного продукта

Марка Уров ень С Мп Р в № Сг Си А1 Т1 1МЬ N

09Г2С М1п 0,050 0,50 1,30 0,020 0.009

Иот 0,060 0,52 1,32 0,025 0,011

Мах 0,070 0,60 1,40 0,010 0,005 0,30 0,15 0,30 0,030 0,012 0,013 0,011

С345 Мт 0,060 0,16 1,00 0,020 0,025

Мот 0,060 0,20 1,05 0,025 0,030

Мах 0,064 0,25 1,10 0,015 0.005 0,15 0,30 0,30 0,035 0,012 0,035 0,010

7. Механические свойства соответствуют:

для проката: ТУ 0908-005-99637759-2007 (09Г2С), ТУ 0908-070-737978972014 (С345);

• для труб производства ТЭСЦ-3: ГОСТ 20295-85, ГОСТ 10705-80, ТУ 1380123-05757848-2014 с дополнительными требованиями к ударной вязкости на поперечных образцах КС\/-20 не менее 34,0 Дж/см2, КС\/-40 не менее 34,0 Дж/см2, КС11-40 не менее 40 Дж/см2, КСи-60 не менее 34,0 Дж/см2.

СТО.20-55.4

8. Объемы и период производства освоенного продукта

Цех Период производства Объем производства (ГКР/штрипс), (труба), т

ТЭСЦ-3 ГОСТ 20295, ГОСТ 10705 проэкт Ямал СПГ 01.09.2016-01.12 2016 2900

ТЭСЦ-3 ТУ 1380-12305757848-2014 01.01.2017-17.07.2017 14000

9. Технологическая документация на производство освоенной продукции: Прокат: 09Г2С-ТК. 11-58.003.005-35 (ред.1), С345-ТК.11-58.003.070-79

(ред. 0);

Трубы ТЭСЦ-3: ТИ 37-ТР.ТС-03.1-2009 ред. 4, ТИ 37-ТР.ТС-03.2-2009 ред. 3, ТК 37-05-01-2009 ред. 5.

10. Технологию производства рулонного проката и для изготовления свай считать освоенной. Фактически достигнутые показатели при освоении представленны в таблице:

Фактические показатели, достигнутые при освоении продукта

Марка ЛПЦ ТЭСЦ-3

Выход годного (по товарному рулону / по штрипсу), % СРКМ рулон, т/т Выход годного, % СКРМ, кг/т*

09Г2С В соответствии с утвержденными нормами 93,90 219-1037,3 273-1053,3 325-1029,3 426-1044,8 530-1054,6

С345 94,88

'Указаны нормативные значения. Превышения нормативов не отмечено

12 Выводы:

12.1 Механические свойства рулонного проката соответствуют требованиям ТУ 0908-005-99637759-2007 (09Г2С), ТУ 0908-070-99637759-2014 (С345).

12.2 Механические свойства труб, изготовленных из рулонного проката 09Г2С, С345 соответствуют ГОСТ 20295-85, ГОСТ 10705-80, ТУ 1380-123-05757848-2014 с дополнительными требованиями к ударной вязкости.