Технологии сварки трубопроводов: новейшие разработки и проверенная классика
Сварка — один из важнейших этапов строительства трубопроводов, где особенно важны точность и отсутствие ошибок. И здесь встаёт сразу ряд вопросов. Какие технологии пользуются наибольшим спросом? Каким образом осуществляется сварка в экстремальных условиях? И как отрасль перенесла санкции? Ищем ответы вместе с экспертами отрасли.
Новое как хорошо забытое старое
На данный момент существует сразу несколько способов сварки трубопроводов. Их принято классифицировать на термические, термомеханические и механические. По словам директора департамента сварки и неразрушающего контроля АО «Газстройпром» Никиты Лапшина, сегодня преимущественно используют термические способы. Речь идёт о ручной дуговой сварке покрытым электродом, ручной аргонодуговой сварке неплавящимся электродом, автоматической аргонодуговой сварке и автоматической сварке плавящимся электродом.
«С 2023 года мы дополняем этот ряд технологией гибридной лазерной сварки. С их помощью мы уже выполняем более 95% всех сварных соединений на наших объектах», — отмечает г-н Лапшин.
При этом эксперт подчёркивает, что нельзя говорить, что какой-то вид сварки «лучше» и «современнее». Конкретный пример: в 2021 году АО «Газстройпром» совместно ПАО «Газпром» «реанимировали» технологию контактно-стыковой сварки оплавлением, которая относится к термомеханическим способам.
Её разработали ещё в 60-е годы ХХ века и теперь успешно применяют при обустройстве Харасавэйского газоконденсатного месторождения. Сейчас с помощью этого способа выполнено более 6000 стыков. Также изготовлены две новые машины, которые начнут применяться уже в этом году.
В свою очередь, академик РАН, директор ФГУ НУЦ «Сварка и контроль» при МГТУ им. Н. Э. Баумана Николай Алёшин в интервью порталу «Центр сварки 21» отметил, что, несмотря на наивысшую производительность среди известных способов сварки стыков трубопроводов, этот метод имеет и свои ограничения.
В первую очередь это высокие энергозатраты при сварке толстостенных труб. В качестве варианта решения проблемы академик в своё время предлагал комбинированный метод, когда для утолщённого корня применяли контактную сварку оплавлением, а оставшуюся часть разделки заполняли автоматической дуговой.
Но, так или иначе, этот метод получил своё второе рождение, лишний раз доказав, что иногда новое — это хорошо забытое старое.
Автоматическая vs ручная
Способы сварки также можно подразделять на ручные, полуавтоматические и автоматические.
«Каждая из приведённых выше технологий оптимальна для конкретного вида и типоразмера трубопровода, поэтому выделять их достоинства и недостатки не имеет смысла. Если обобщить, то ручные способы применимы для всего спектра сварных соединений, в том числе с разным типом кромки, но не производительны.
Автоматические способы сварки, напротив, позволяют выполнить большой объём работы в короткий срок, но при их использовании необходимо соблюдать однотипность свариваемых элементов, обеспечивать более высотную точность сборки и создавать специальные условия для минимизации внешних факторов, что делает данные технологии максимально пригодными для укрупнительной сборки технологических трубопроводов», — считает Никита Лапшин.
В свою очередь, руководитель отдела продаж в нефтегазовом секторе ООО «Велдинг Групп Самара» Владимир Андреев отмечает, что ручную дуговую сварку используют в основном при строительстве трубопроводов диаметром до 530 мм.
Если размер больше, то этот способ применяют при монтаже крановых узлов, захлёстов, а также для ремонта и формирования корневого слоя шва. При этом эксперт обращает внимание на то, что, помимо низкой производительности, ручная дуговая сварка предъявляет более высокие требования к квалификации сварщика. То есть здесь выше влияние пресловутого человеческого фактора.
«При строительстве трубопроводов чаще всего применяют полуавтоматическую сварку. Она обеспечивает высокую производительность: средняя скорость составляет 8-20 стыков за смену (в зависимости от диаметра труб и толщины стенки) за счёт непрерывного процесса горения дуги.
То есть не затрачивается время на остановки для замены штучного электрода на новый, как при ручной дуговой сварке. Кроме этого, полуавтоматическая сварка позволяет получить качественные швы с высокими механическими показателями, а значит, и сократить затраты на ремонт. Этот метод подходит для труб диаметром 325-1420 мм», — рассказывает Владимир Андреев.
А вот при строительстве трубопроводов большого диаметра (630-1420 мм) и протяжённостью 50 и более километров используют автоматическую сварку. Также этот способ подходит для строительства морских трубопроводов.
«Этот метод отличается скоростью сварки (40-80 стыков за смену) и высокими механическими показателями сварного шва. Из минусов — затраты на покупку автоматического комплекса и обучение операторов, но впоследствии их компенсирует высокая скорость строительства трубопровода», — отмечает представитель «Велдинг Групп Самара».
«Мы применяем автоматическую сварку на трубопроводах диаметром от 325 до 1420 мм. Для строительства объектов линейных участков диаметром от 57 до 325 мм мы полностью готовы к применению установок контактно-стыковой сварки оплавлением. В настоящий момент две новые установки КСО проходят приемочные испытания на заводе в г. Пскове.
Дополнительно «Газстройпром» автоматизирует сварку стыков технологических трубопроводов. До недавнего времени применяли ручной труд в 100% случаев. Сейчас мы задействовали аргонодуговые комплексы «ОКА» производства НПП «Технотрон» и французские Polysoude. Также совместно с ООО НПК «УТС Интеграция» первыми в России запустили гибридную лазерную сварку для укрупнительной сборки трубных узлов диаметром от 57 до 159 мм.
Это снижает трудозатраты и увеличивает производительность на подготовительном этапе работ, когда монтируют сваи и фундаменты. Отдельно выделю сварку под слоем флюса для трубопроводов средних и крупных диаметров с толщинами стенок более 12 мм, с качеством, значительно превышающим все вышеприведённые», — говорит Никита Лапшин.
Ещё одна интересная технология связана с применением самозащитной порошковой проволоки. Её используют для горячих, заполняющих и облицовочных слоёв.
«В этом случае не применяют защитный газ, следовательно, исключены затраты на его приобретение и доставку в отдалённые районы. Низкий уровень разбрызгивания позволяет максимально эффективно использовать сварочную проволоку и сократить время на зачистку деталей. Ещё одно преимущество сварки самозащитной порошковой проволокой — она проста в освоении», — перечисляет особенности технологии Владимир Андреев.
Сварка под водой и в вечной мерзлоте
Большая часть месторождений углеводородов в России находится в районах Крайнего Севера. Это ставит перед строителями трубопроводов дополнительные задачи. Эксплуатация элементов инфраструктуры в условиях вечной мерзлоты накладывает особые требования к сварным соединениям.
«При аттестации технологий сварки мы подбираем параметры и режимы, которые при формировании сварных швов будут отвечать прочностным свойствам при эксплуатации от -40 °С и ниже. Проверяем корректность подобранных режимов, испытывая контрольные сварные соединения (КСС) в лаборатории механических испытаний.
Образцы обрабатывают в криокамере и помещают в специальные станки, которые создают на них определённые нагрузки. Разрушения должны наступать при нагрузках, в разы превышающих проектные значения.
На подбор этих параметров напрямую влияет сварочный материал, который сплавляет металл с кромок труб. Мы используем только материалы, прошедшие квалификационные испытания в лаборатории ООО «Газпром ВНИИГАЗ» и подтвердившие своё качество», — рассказывает Никита Лапшин.
Ну и, конечно, во время работ необходимо неукоснительно соблюдать аттестованные технологии.
Ещё один вызов для строителей — это сварка под водой. По словам Владимира Андреева, здесь существует два способа.
В первом случае применяют специальный электрод, который образует газовый пузырь и плавит металл. Это позволяет защищать сварочную ванну от воздействия воды.
Второй вариант: сварку проводят в камере, из которой предварительно откачивают воду. Созданная под водой сухая среда позволяет гарантированно получить качественный шов.
«Надо понимать, что эти два метода применяют исключительно для ремонта трубопровода. Сварку трубопровода в плеть проводят на барже с последующей укладкой на морское дно», — уточняет г-н Андреев.
Возрождая славные традиции
Рассуждая о технологиях сварки, нельзя обойти тему оборудования. А здесь, в свою очередь, мы не можем пройти мимо санкций и их влияния на отрасль.
Сразу отметим, что сварка трубопроводов не входит в «красную зону», где зависимость от импорта сильнее всего. Советская сварочная школа была одной из лучших в мире. В частности, в СССР создали уникальные на тот момент комплексы для контактной сварки неповоротных стыков труб.
Кроме этого, внедрили оригинальную технологию автоматической сварки неповоротных стыков труб самозащитной порошковой проволокой с принудительным формированием шва, рассказал в интервью порталу «Центр сварки 21» Николай Алёшин.
Однако удержать лидирующие позиции не удалось. После распада СССР объёмы строительства магистральных трубопроводов на какое-то время сильно снизились. Тогда же на российский рынок хлынуло импортное оборудование.
«Лидирующее положение в этой нише заняли системы двухсторонней автоматической сварки фирмы CRCEvans (США). Нашёл промышленное применение и способ управления переносом капли через дуговой промежуток за счёт сил поверхностного натяжения (Surface Tension Transfer — STT-процесс), предложенный фирмой Lincoln Electric (США).
Использование двух дуг в одной сварочной горелке реализовала фирма Serimax (Франция). Тандемное перемещение двух сварочных горелок одной сварочной головкой стали использовать фирмы Lincoln Electric (США) и ESAB (Швеция)», — приводит слова Николая Алёшина портал «Центр сварки 21».
«Доля иностранного оборудования и материалов составляет примерно 70%. В основном это автоматические комплексы американских и французских производителей, самозащитные порошковые проволоки и сварочные материалы для труб класса прочности К65. Соответственно, доля российского оборудования и материалов занимает около 30%.
В разработке оборудования для сварки принимают участие такие предприятия, как ООО «Технотрон», АО «НПФ ИТС». Сварочные материалы производят компании ООО «ЭСАБ», «Судиславский завод сварочных материалов» и другие», — в свою очередь отмечает Владимир Андреев.
Понятно, что при такой высокой доле импорта санкции не могли не сказаться на деятельности компаний. Помимо того, что теперь западное оборудование стало недоступным или в лучшем случае очень дорогим, стоит вопрос обслуживания уже имеющейся техники.
«Флагманами на рынке сварочного оборудования являлись импортные производители Kemppi, ESAB, Lincoln. Эти марки и сейчас основные в парке нашей группы компаний. Мы стараемся поддерживать работоспособность их оборудования, своевременно закупая запасные части, но сроки поставки с каждым днём становятся всё больше.
Например, бесспорным лидером оборудования для сварки линейной части магистральных трубопроводов по технологии двухсторонней автоматической аргонодуговой сварки плавящимся электродом является широко известный комплекс CRC-Evans AW.
В 2022 году с помощью этой техники специалисты нашей группы компаний выполнили 122 378 стыков, а это больше 1 400 км линейной части. Но сейчас «Газстройпром» работает с вариантами по импортозамещению данного оборудования и проводит испытания отечественных комплексов «Луч» и «Русь», — рассказывает Никита Лапшин.
Так что в «Газстройпроме» стараются воспринимать санкции не как ограничения, а как время возможностей для всё большего вовлечения в работу отечественного оборудования.
«Такие производители, как АО «Уралтермосвар», АО «НПФ ИТС», ООО «НПФ «Технотрон», уже стали постоянными партнёрами строительной организации, они участвуют в закупках и замещают импортную технику. Наши сварщики активно используют их оборудование при механизированной и ручной дуговой сварке.
Коллеги приняли наши условия: реорганизовали производство, выпуская оборудование, отвечающее нашим климатическим условиям, удовлетворили наши пожелания по сервису. Именно сервису мы отдаем первостепенное значение, так как поддержание постоянной работоспособности оборудования — немаловажный фактор выполнения работ в директивные сроки», — говорит руководитель департамента АО «Газстройпром».
Заглянем в будущее
Как мы видим, процесс импортозамещения в части оборудования для сварки трубопроводов в России запущен и успешно развивается. Однако, решая насущные задачи сегодняшнего дня, не стоит забывать о дне завтрашнем. В каком направлении будут развиваться технологии сварки магистральных трубопроводов? От того, насколько верно ответят на это вопрос российские компании, напрямую зависит их успех в будущем.
«Нам кажется, что в ближайшие пять лет сварку магистральных газопроводов будет выполнять уже ставшая классической технология автоматической аргонодуговой сварки плавящимся электродом оборудованием CRC-Evans AW. Она хорошо изучена и отработана, главная задача здесь — замена оборудования на отечественные и китайские аналоги.
Если говорить о более отдалённой перспективе, то сейчас разрабатывают методы по неповоротной лазерной сварке и контактно-стыковой сварке оплавлением труб большого диаметра. Однако они требуют более детального изучения, испытаний в заводских и полевых условиях.
Параллельно с этим необходимо время на отработку организационных моментов по непосредственному выполнению работ, таких как оснащение сварочных колонн строительной техникой и оптимизация порядка взаимодействия персонала для минимизации простоев», — рассказывает Никита Лапшин.
Сразу несколько важных векторов развития выделяет Николай Алёшин. В первую очередь это всё более широкое применение цифровых технологий, что позволит минимизировать влияние человеческого фактора на качество сварки.
Следующий момент, на который нужно обратить внимание, — это комбинированные технологии сварки. Здесь, по мнению академика, российские учёные не только не уступают, а даже в чём-то превосходят своих зарубежных коллег. Однако работы по гибридной сварке проводят и в других странах: Германии, Австрии, Швеции. Та страна, где гибридные технологии будут внедрены в промышленных масштабах, станет новым лидером отрасли, полагает Николай Алёшин.
Высоко оценивает перспективы российских производителей и Владимир Андреев.
«Мы считаем, что при строительстве трубопроводов будет преобладать автоматическая сварка. В ближайшие годы перспективными направлениями будут контактная стыковая сварка труб и лазерная сварка с присадочным материалом. Данными разработками занимаются российские компании, которые имеют большие шансы нарастить долю рынка в сфере строительства трубопроводов», — говорит представитель «Велдинг Групп Самара».
И здесь важно, что российские сварщики располагают не только мастерством и большим опытом, но и современным оборудованием. Парк западной техники, закупленной до санкций, продолжает выполнять свои задачи, быстро подтягиваются и российские производители. По некоторым направлениям уже удалось добиться полного импортозамещения.
То же касается и технологий сварки, можно сказать, что российские компании располагают последними достижениями прогресса. Впрочем, иногда оказывается, что и разработки наших дедов тоже показывают отличный результат в новых условиях.
И тот факт, что в отрасли думают не только о насущных задачах, но и продолжают разработку перспективных технологий, — лучшее свидетельство того, что отрасль чувствует себя достаточно уверенно даже в нынешние кризисные времена.
Владимир Андреев, руководитель отдела продаж в нефтегазовом секторе ООО «Велдинг Групп Самара»
«Сегодня строительство трубопроводов с применением комплексов для автоматической сварки — одна из ведущих технологий.
Со стороны заказчиков стабильно растёт интерес к автоматическим комплексам, которые мы предлагаем: наружным сварочным системам, внутренним пневматическим центраторам для сварки, а также станкам для подготовки кромок труб. Этому есть простое объяснение.
Компании, которые работают на рынке строительства систем трубопроводного транспорта, стремятся повысить качество сварных соединений, сократить сроки проведения работ за счёт увеличения производительности, снизить затраты и устранить влияние человеческого фактора на результат. Всего этого можно достичь с применением автоматических комплексов для сварки».
Никита Лапшин, директор департамента сварки и неразрушающего контроля АО «Газстройпром»
«Перечень квалифицированных способов сварки приведён в отраслевых нормативных документах. Однако в проектах строительства, капитального ремонта и реконструкции их конкретным образом не прописывают.
В каждом случае мы делаем выбор, руководствуясь такими факторами, как тип трубопровода, условия монтажа, необходимый темп, погодные условия, рельеф местности».
Текст: Андрей Халбашкеев
https://nprom.online/technology/tehnologii-svarki-truboprovodov-novejshie-razrabotki-i-proverennaya-klassika/