Инженерный портал ТЕСВАР

База знаний и инженерный справочник

Научно-практические материалы, методики расчета и отраслевые стандарты сварочного инжиниринга от кафедры МТ7 МГТУ им. Н.Э. Баумана и экспертов ООО «ТЕСВАР».

Научные публикации Формулы и расчеты Стандарты и регламенты Инженерный глоссарий Частые вопросы (FAQ)
Раздел 1. Научные статьи

Публикации и прикладные исследования

Результаты исследований в области металлургии сварки, кинетики охлаждения и механики разрушения под руководством к.т.н. Сажаева А.А.

Все публикации блога
Раздел 2. Математический аппарат

Инженерные формулы и методики расчёта

Ключевые зависимости теории сварочных процессов академика Н.Н. Рыкалина и Международного института сварки (IIW), применяемые инженерами ТЕСВАР при разработке карт pWPS/WPS.

1

Время охлаждения зоны термического влияния ((t_{8/5}))

Оценка кинетики фазовых превращений и склонности к закалке
Схема трехмерного теплоотвода (массивное тело, (s > 16) мм):
$$t_{8/5} = rac{q_p}{2 pi lambda} left( rac{1}{500 - T_0} - rac{1}{800 - T_0} ight)$$
Схема двумерного теплоотвода (тонкая пластина, (s le 16) мм):
$$t_{8/5} = rac{(q_p / s)^2}{4 pi lambda c ho} left[ left( rac{1}{500 - T_0} ight)^2 - left( rac{1}{800 - T_0} ight)^2 ight]$$
  • (q_p) — эффективная мощность дуги ((q_p = eta cdot U cdot I)), Вт или Дж/с;
  • (s) — толщина свариваемой стенки трубы или пластины, мм;
  • (T_0) — температура предварительного подогрева стали, °C;
  • (lambda, c ho) — теплопроводность и объемная теплоемкость стали.
Критерий качества шва:

Для трубных сталей К60–К65 критический коридор составляет (5 le t_{8/5} le 25) с. При (t_{8/5} < 5) с образуется закалочный мартенсит (твердость ЗТВ > 350 HV); при (t_{8/5} > 25) с падает ударная вязкость при –70 °C.

2

Углеродный эквивалент свариваемости ((C_{экв}))

Методика Международного института сварки (IIW / ГОСТ Р 54384)
Формула Международного института сварки (IIW):
$$C_{экв} = C + rac{Mn}{6} + rac{Cr + Mo + V}{5} + rac{Ni + Cu}{15} quad [%]$$
Параметр трещиностойкости Ито–Бессио (для низкоуглеродистых сталей):
$$P_{cm} = C + rac{Si}{30} + rac{Mn + Cu + Cr}{20} + rac{Ni}{60} + rac{Mo}{15} + rac{V}{10} + 5B quad [%]$$
  • (C_{экв} le 0{,}40%): Хорошая свариваемость без технологического подогрева при температуре выше 0 °C.
  • (0{,}41% le C_{экв} le 0{,}45%): Удовлетворительная свариваемость; при толщине стенки более 20 мм требуется подогрев до 100–120 °C.
  • (C_{экв} > 0{,}45%): Ограниченная свариваемость; обязателен предварительный и сопутствующий подогрев 150–200 °C с термообработкой шва.
Практическое значение:

Значения химического состава берутся из сертификата качества на партию труб. По (C_{экв}) и (P_{cm}) рассчитывается минимальная температура предварительного подогрева в соответствии с ГОСТ Р 58904.

3

Эффективная погонная энергия сварочной дуги ((q_p))

Количество тепловой энергии, вводимой на единицу длины сварочного шва
Расчетная формула:
$$q_p = eta cdot rac{U cdot I}{v_{св}} quad left[ rac{ ext{кДж}}{ ext{мм}} ight]$$
где (U) — напряжение дуги (В), (I) — сила тока (А), (v_{св}) — скорость сварки (мм/с), (eta) — термический КПД процесса.
Способ сварки (по ГОСТ Р ИСО 4063) КПД дуги ((eta)) Рекомендуемый диапазон погонной энергии
111 (РД / SMAW) — ручная дуговая штучным электродом 0,75 – 0,80 0,8 – 1,4 кДж/мм (корневой слой)
135/136 (МП / GMAW) — механизированная в защитных газах 0,80 – 0,85 0,9 – 1,6 кДж/мм (заполняющие проходы)
121 (АФ / SAW) — автоматическая под слоем флюса 0,90 – 0,95 1,4 – 2,4 кДж/мм (стыки и обечайки)
141 (РАД / GTAW) — аргонодуговая вольфрамовым электродом 0,60 – 0,70 0,6 – 1,1 кДж/мм (прецизионный корень)
Раздел 3. Нормативная база

Отраслевой классификатор стандартов

Нормативно-технические документы, регламентирующие сварочное производство, неразрушающий контроль и оценку ресурса на объектах ТЭК и ОПО.

Свидетельства и допуски
Газпром Магистральный транспорт

СТО Газпром 2-2.2-136-2007

Инструкция по технологиям сварки при строительстве и ремонте промысловых и магистральных газопроводов. Требования к механическим свойствам КСС.

Ключевой критерий: (KCV ge 34{,}3) Дж/см² при температуре –40 °C / –60 °C.
Транснефть Нефтепроводы и резервуары

ОР-03.120.00-КТН-037-18

Порядок квалификации и аттестации технологий сварки на объектах магистрального нефтепроводного транспорта. Регламент неразрушающего контроля.

Ключевой критерий: 100% контроль стыков методами РК + УЗК (PAUT) и аттестация ЛНК.
Ростехнадзор НАКС / СДАНК

РД 03-615-03 / СДАНК-01-2020

Порядок применения сварочных технологий при изготовлении, монтаже и ремонте технических устройств для ОПО. Правила аккредитации ЛНК.

Ключевой критерий: Протокол аттестации технологии НАКС и свидетельство лаборатории ЛНК.
ECA / FFS Механика разрушения

ГОСТ Р 58920-2020 / BS 7910

Оценка допустимости трещиноподобных несплошностей методами механики разрушения. Построение двухпараметрической диаграммы FAD (CTOD / J-интеграл).

Применение: Обоснование безопасной эксплуатации конструкций с дефектами без вырезки.
DNV Шельф и подводные системы

DNV-OS-F101 / DNV-RP-F108

Подводные трубопроводные системы (Submarine Pipeline Systems). Спецификация квалификации сварных процедур и трещиностойкости в агрессивных средах.

Практика ТЕСВАР: Опыт инжинирингового надзора на участках проекта Nord Stream.
ГОСТ Механические испытания

ГОСТ 6996-66 / ГОСТ 9454-78

Сварные соединения. Методы определения механических свойств: статическое растяжение, статический изгиб, ударная вязкость Шарпи ((KCV, KCU)).

База испытаний: Аккредитованная испытательная лаборатория разрушающего контроля ТЕСВАР.
Раздел 4. Терминология

Инженерный глоссарий и аббревиатуры

Стандартизированные определения и профессиональные термины, используемые в отечественной и международной практике сварочного инжиниринга.

WPS Процедура
Welding Procedure Specification

Операционная технологическая карта сварки: официальный производственный документ, регламентирующий пространственное положение, разделку кромок, силу тока, напряжение, скорость сварки и температуру подогрева.

WPQR Протокол
Procedure Qualification Record

Протокол аттестации сварочной процедуры: протокол, удостоверяющий, что контрольное сварное соединение (КСС) сварено по технологии и выдержало все разрушающие и неразрушающие испытания.

pWPS Проект
Preliminary WPS

Предварительная технологическая инструкция сварки: расчетный проект технологии, разрабатываемый инженером-технологом ТЕСВАР до проведения квалификационных сварочных работ.

ЗТВ (HAZ) Металлургия
Зона термического влияния

Участок основного металла, прилегающий к зоне сплавления, не расплавленный при сварке, но претерпевший структурные и фазовые превращения в результате высокотемпературного термического цикла.

ECA Экспертиза
Engineering Critical Assessment

Инженерный критический анализ дефектов методами механики разрушения (BS 7910, API 579, ГОСТ Р 58920). Позволяет оценить допустимость выявленных трещин без проведения дорогостоящего ремонта.

Hot Tapping Спецметод
Врезка под давлением

Технологический комплекс по приварке муфт, штуцеров и врезке ответвлений в действующие магистральные трубопроводы под давлением без стравливания и остановки транспортировки среды.

PAUT / TOFD Контроль
Фазированные решетки и дифракция

Передовые методы ультразвукового контроля: фазированные решетки (PAUT) и дифракционно-временной метод (TOFD), позволяющие точно определять координаты, длину и высоту плоскостных дефектов.

ЛНК / СДАНК Аттестация
Лаборатория неразрушающего контроля

Аккредитованная по СДАНК-01-2020 лаборатория, уполномоченная выполнять визуально-измерительный, ультразвуковой, радиационный и магнитный контроль на опасных производственных объектах.

Раздел 5. Вопросы и ответы

Инженерный FAQ

Разбор ключевых производственных и научно-технических вопросов, с которыми сталкиваются главные сварщики, инженеры технадзора и руководители проектов.

Не нашли ответ на ваш вопрос?

Свяжитесь напрямую с экспертами бюро «ТЕСВАР» для консультации по вашей технической задаче.

Задать вопрос эксперту

Риск прожога полностью исключается строгим математическим расчетом допустимой погонной энергии дуги на первом (корневом) проходе по модели Battelle и гидродинамическим расчетом отвода тепла потоком транспортируемой среды. При толщине стенки менее 6,4 мм сварка проводится со снижением давления или импульсно-дуговыми процессами (STT / RMD). Температура внутренней поверхности стенки не должна превышать 980 °C в процессе всего цикла.

Согласно нормам ГОСТ Р 58920-2020 и BS 7910, дефект признается допустимым к безопасной эксплуатации, если расчетная точка нагружения на диаграмме предельной оценки разрушения (FAD) лежит внутри безопасной зоны с учетом нормативных коэффициентов запаса по хрупкому разрушению ((K_r)) и пластическому коллапсу ((L_r)). Кроме того, расчет кинетики подроста дефекта по закону Пэриса подтверждает, что за остаточный межремонтный период размер трещины не достигнет критического значения.

Для микролегированных термомеханически упрочненных сталей диапазон (t_{8/5}) жестко ограничен интервалом от 5 до 25 секунд. Время менее 5 секунд провоцирует закалку с образованием низкоотпущенного мартенсита и холодное водородное растрескивание (HIC). Охлаждение медленнее 25 секунд приводит к рекристаллизации и росту зерна аустенита, снижая ударную вязкость при криогенных температурах до –70 °C ниже нормируемых СТО Газпром значений.

В отличие от рентгеновской пленки, дающей лишь двумерную проекцию без информации о высоте дефекта в сечении шва, метод PAUT/TOFD обеспечивает трехмерную реконструкцию несплошности с определением ее глубины залегания и высоты с точностью до 0,5 мм. Это критически необходимо для обоснования ресурса по методике ECA. Кроме того, метод безопасен для окружающего персонала (отсутствует радиоактивное излучение) и не требует остановки смежных строительных работ на объекте.

Да, согласно Федеральным нормам и правилам (ФНП) в области промышленной безопасности и РД 03-615-03, аттестации подлежат все сварочные технологии, применяемые при изготовлении, монтаже и реконструкции технических устройств и несущих строительных конструкций (группа СК) опасных производственных объектов. Сварка без действующего свидетельства НАКС влечет предписание Ростехнадзора о приостановке работ и отказ в приемке объекта в эксплуатацию.
Научно-инженерный консалтинг

Требуется расчет сварочного процесса или квалификация технологии?

Инженеры и ученые ООО «ТЕСВАР» выполнят математическое моделирование термодеформационных циклов, разработают pWPS/WPS и проведут аттестационные испытания на соответствие вашим ТУ и отраслевым стандартам.

Направить инженерный запрос Оформить заявку онлайн