Verhalen over lastoepassingen

Berg Steel Pipe: Meerdraads lassen levert een hogere productiviteit en hoge kwaliteit op
 

Lastechniek produceert hogere voortloopsnelheid en verbetert mechanische eigenschappen

Innovatieve lassystemenDe key supplier voor het Gulfstream Pipe Project, Berg Steel Pipe Corporation uit Panama City, Florida, zag zich geplaatst voor de uitdaging pijpen te leveren van hoge kwaliteit en zonder gebreken op een top productiviteitsniveau. Om dit te bewerkstelligen paste het bedrijf een aantal innovatieve lassystemen toe, waaronder een continue naadvolgsysteem en pijplasstations voor meerdraads lastechniek voor de binnen- (ID) en buitendiameter (OD).

In vergelijk met tweedraads O.P. lassystemen (SAW) haalt Berg's techniek voortloopsnelheden die drie keer hoger zijn voor het lassen van de ID en vier keer hoger voor het lassen van de OD op 0.820" dikke pijp. Daarbij werd de totale warmte-inbreng met 25 procent verminderd en werden de algemene mechanische laseigenschappen door deze systemen verbeterd. Door toepassing van meerdraads lassen slaagde Berg Steel erin 40 voet lang 0.820" dikke pijp te produceren in een aantal van 14 pijpen per uur.

In 2001 bouwde Berg voor het Gulfstream Project een aardgaspijpleiding, die begint bij Pascagoula, Mississippi en dwars door de Golf van Mexico loopt naar Manatee County, Florida. Aan land loopt de pijpleiding door Zuid- en Midden- Florida naar Palm Beach County. Deze aardgaspijpleiding bedient openbare voorzieningen en elektriciteitscentrales in Florida en levert 1.1 billion cubic feet aardgas per dag - voldoende om 4,5 miljoen huishoudens van electriciteit te voorzien.

Voor Fase Een van dit project, het offshore deel, leverde Berg Steel Pipe samen met haar moedermaatschappij, Europipe GmbH in Duitsland 443 mijl pijp in slechts zes maanden. In Fase Twee zal Berg 292 mijl produceren voor de onshore pijpleiding.

Onshore Pipeline fabricage

Een 40 voet lange plaat wordt in de schaafmachine geladen voor de randpreparatie.

Transformatie
Berg Pipe's lassystemen zijn geleverd door The Lincoln Electric Company en haar Duitse dochter en systeemontwerper Uhrhan& Schwill. Deze systemen helpen Berg een hoog productieniveau te bereiken. Op gebied van lastechnologie en innovatie kent dit bedrijf nauwelijks een gelijke.

"Lastechnologie maakte het mogelijk een bedrijf, dat in 1980 was gebouwd voor de productie van 5,000 ton pijp per maand om te bouwen naar een bedrijf, dat meer dan 40,000 ton per maand produceerde voor het Gulfstream Project," zei John Burton, algemeen directeur productie, Berg Steel Pipe Corporation. "We moesten de meerdraads processen invoeren omdat we niet voldoende vierkante meters hebben om extra lasstations toe te voegen. We moeten van deze technologie gebruik maken om de meest efficiënte fabriek te zijn op de ons beschikbare oppervlakte."

Berg kan klanten van dienst zijn, die actief zijn op het gebied van olie- en gastransport en pijpleveranciers. Het bedrijf met 275 werknemers produceert ook constructie heipalen en is zelfs gekwalificeerd om pijpen te produceren met arctische specificaties met lasmetaal Charpy eisen tot -50° F. Berg Steel Pipe Corporation kan een brede range klanten beleveren door zijn drierols buigproces, dat een uniek voordeel biedt om snel te kunnen wisselen, zodat het bedrijf zowel kleine als grote projecten kan hanteren.
Er is niet alleen variatie in grote van projecten, maar ook in het type geproduceerde pijp. Berg kan diameters van 24" tot 64" en wanddiktes van 0.250" tot 1.500 produceren". Gradaties die Berg kan hanteren zijn API Grade B tot X80.

Voor dit artikel zullen we aandacht schenken aan de pijp die is geproduceerd voor het Gulfstream Project in het bijzonder en de productiviteit en efficiency die bij het lassen van de pijp door Berg is behaald. Het merendeel van de offshore pijp was 36" diameter, 0.820" (20.8 mm) dik API 5L Grade X70 geproduceerd in 40-foot nominale lengte. 

Voorbereiding van platen
Vóór het lassen planeerde Berg de platen nauwkeurig tot de gewenste breedte en schuinde de randen af ten behoeve van longitudinaal naadlassen. Dit afschuinen voorziet de plaatranden van een dubbele V naad verbinding voor de komende laswerkzaamheden. Na de voorbereiding van de plaatrand, wordt de plaat in een ruwe buisvorm gevormd door een drierols buigmachine (pyramid roll). De uiteindelijke buisvorming geschiedt door afronden van de longitudinale kanten van de plaat tussen een hydraulisch gedempte top bal een bijpassende zandlopervormige rol.

Als de plaat in de juiste buisvorm is gebogen wordt de longitudinale las in drie lagen voltooid, te beginnen met een continue hechtlas. Voor het Gulfstream Project waren de longitudinale lasprocedures gekwalificeerd voor zowel ASME Section IX en de interne normen van Berg.

Longitudinaal naadlassen

De 40 foot lange plaat wordt in een buis gevormd door de drierols buigmachine van Berg.

 Hechtlassen
Het hechtlassysteem is ontworpen om de lasnaden in de juiste lijn te brengen voor het lassen en om een continue smeltbadbeveiliging te bieden voor het daaropvolgende O.P. - lassen. Dit proces wordt afgerond met een lassysteem, dat twee jaar eerder was gekocht om een knelpunt op te lossen in het productieproces.

In 1999 had Berg één DC 1500 stroombron. Voor iedere wissel van diameter had het systeem 45 minuten nodig om de kooi, die de plaateinden positioneerde voor het lassen, om te wisselen. Om dit te verhelpen riep Berg de deskundigheid van The Lincoln Electric Company in. Vanwege een 21 jaar lange relatie met Lincoln wendde Berg zich tot Lincoln voor innovatieve oplossingen voor de lasuitdagingen en om een manier te vinden om tot een hogere lasproductiviteit te komen. Op voorstel van Lincoln installeerde Berg een continue hechtlassysteem met twee DC 1000 stroombronnen en een NA-5 besturing. Deze nieuwe CNC-bestuurde hechtlasser heeft hydraulische cilinders, die zich automatisch repositioneren als men van pijpdiameter wisselt. Dit systeem heeft de omwisseltijd tot ongeveer vijf minuten teruggebracht. Dit nieuwe systeem heeft ook enkele problemen met het sluiten van de afschuining voor het lassen opgelost, waar Berg Pipe met zijn oudere systeem mee te kampen had.

Longitudinaal naadlassen

De gevormde buis wordt gehecht in het lasergestuurde continue hechtlasstation.

 

Deze twee DC 1000 leveren een continue hechtnaad met een open boog MIG lasproces (GMAW) met een hoge snelheid van 260 inches per minuut. Dit proces wordt gewoonlijk "ondergedompelde boog genoemd"en wordt gekenmerkt door lage spanning, korte booglengte en een zeer hoge voortloopsnelheid, waarmee diepe penetratie met lage warmte-inbreng mogelijk is.

HechtlassenTijdens het hechtlassen houden hydraulische rollers aan het systeem de pijpnaad bijelkaar. Een lasergeleidesysteem van Uhrhan & Schwill wordt gebruikt om de boog in de lasnaad te geleiden en een radiale uitlijning van de plaatranden te handhaven. Omdat het oude hechtlassysteem niet beschikte over deze lasergeleiding, bespaart het nu op de tijd die de operator vroeger nodig had om de las te stoppen en deze zaken handmatig aan te passen.

Sommige concurrenten gebruiken afwisselende hechtlassen, maar Berg Steel Pipe Corporation ziet voordelen in een continue hechttechniek om de pijpcilinder voor het lassen te sluiten. "Afwisselend hechtlassen vereist het gebruik van een backing flux of een koperen backing balk bij het opvolgende o.p.-lassen, terwijl ons systeem dat niet nodig heeft," zei Fred Hafner, PE, Hoofd Metallurg/QA Manager van Berg Steel Pipe Corporation. "Hierdoor bereiken we een hogere productiviteit want de backing van de continue hecht levert de middelen voor hoge voortloopsnelheden en diepe penetratie in ID-lassen."

Het proces van de verborgen boog elimineert lasspatten - typisch voor druppeloverbrenging - omdat de boog "ondergedompled is" in het smeltbad. Voor dit proces is CO2 beschermgas nodig, dat goedkoper is dan argongas.

Voor het hechtlassen van 0.820" dikke pijp gebruikt Berg Steel Pipe Corporation Lincoln L-50™ 5/32" diameter lasdraad op 1.500 A.


HechtlassenSinds de opbouw van het nieuwe systeem is Berg buitengewoon tevreden met de resultaten. "Ons hechtlassysteem is zeer betrouwbaar en verminderde het probleem van de booguitval," zei Burton. "We pasten ook CNC besturingen toe die data van een bijzondere wanddikte kunnen opslaan, zodat we snel konden wisselen door gewoon eerder opgeslagen informatie op te roepen."

 

Binnendiameter lassen
Nadat het hechtproces is afgerond, worden er lastabs aan de randgebieden van beide pijpuiteinden aangebracht met handmatig MIG lassen. Hierdoor kunnen de ID en OD systemen starten en stoppen met lassen op de tabs in plaats van op de pijp zelf. Zo heeft de grote hoeveelheid lasmetaal aan het begin van de meerdraads proces geen invloed op de pijplas en blijft er geen gebogen gebied over aan het eind van de las. Na het lassen wordt de tab verwijderd en blijft de best mogelijke las op de pijp achter en niet het ongewenste lasmetaal van de start of einde van het lassen.

Berg heeft drie vierdraads ID lassystemen met Lincoln AC 1200 stroombronnen en NA-4 laskoppen. Het O.P.-proces met sterktes tot 1.000 A, kan grote rupsen produceren in een enkele laag. Hoewel er één stroombron per boog is zijn alle vier de draden in één lijn opgesteld en worden ze in één smeltbad toegevoegd. Omdat bij meerboog lassen de ene boog kan worden afgebogen door de andere, is het belangrijk ervoor te zorgen dat zulke afbuigingen aan het lasprofiel ten goede komen. Bij Berg wordt ID O.P.-lassen uitgevoerd met een constante stroom AC stroombron, zodanig ingesteld, dat inkomende wisselstroom 90 graden uit fase is.

Tijdens het binnenzijde lassen loopt de pijp naar voren, terwijl alle lasapparatuur is vast gemonteerd op een kolom, waardoor beweging over de lengte van de 40 foot pijp mogelijk is. De bogen liggen ondergedompeld onder het gegranuleerde poeder.


Inwendig 4 draads lassen Voor de ID las loopt een V-vormig geleidewiel in de naad om ervoor te zorgen dat de laskop goed uitgelijnd in de lasnaad komt. De ID las dringt door in de eerder gelegde continue hechtlas, die nu fungeert als backing.

 Het vierdraads proces op de ID las levert hogere voortloopsnelheden - tot 68 ipm op de Gulfstream pijp- en de mechanische eigenschappen worden verbeterd, omdat er per boog minder warmte wordt ingebracht.

 Op dit station worden, afhankelijk van de specificaties van de klant, verschillende types draad gebruikt. Voor het Gulfstream Project" zijn Lincoln 1/8 L-61 en poeder 761 de toevoegmaterialen. Dit poeder 761 is een speciale versie van het standaard poeder Lincoln 761 met deeltjes van andere afmetingen om een betere aanvloeiing te krijgen, beter lasuiterlijk en een beter edge tie-in om de naad aan de binnenkant van de pijp te vullen.

Buitendiameter
In de laatste fase van het lasproces gebruikt Berg twee, vijfdraads O.P.-stations om OD-lassen te krijgen die doordringen in de ID en de hechtlas geheel verbruiken.

Afgewerkte pijpen

Afgewerkte pijpen worden voor transport op een sloep gelegd.

Het vijfdraads proces kent drie voordelen: 1) hogere lassnelheden - het proces is vier keer sneller dan het standaard tweedraads proces; 2) minder warmte-inbreng, waardoor grovere kristalstructuren in de door de warmte getroffen zone optreden; en 3) verontreinigingen als slak of porositeit kunnen vóór stolling ontsnappen door het grote smeltbad.

Het OD systeem van Berg maakt gebruik van een gelijkstroom kabel om volledige penetratie te verkrijgen terwijl de spoor bogen wisselstroom zijn ter wille van de vulling en de lassnelheid. Op één lastation gebruikt Berg twee Lincoln DC-1000 eenheden parallel met een Lincoln NA-3 laskop. Bij een ander station worden twee Lincoln DC-1500 eenheden gebruikt met dezelfde NA-3. In alle gevallen wordt de AC trailing draad gelast met AC-1200 eenheden van Lincoln en NA-4 laskoppen.

Een laser naadvolgsysteem op de OD zorgt ervoor dat de las correct in de lasnaad is gepositioneerd. Deze apparatuur zorgt voor de positionering van de laskop, want de uitlijning is niet zichtbaar, omdat de boog onder het poeder is gedompeld.

Voor de 0.820" (20.83 mm) dikke Gulfstream pijp wordt met de 3/16" DC lead gelast op 1.550 A met een lasnelheid van 90 ipm. De toevoegmaterialen waren een combinatie van L-61 en L-70 draad en 995 laspoeder. (L-70 draden worden gebruikt als hogere lasmetaal Charpy kerfslagwaarden zijn vereist - de toevoeging van 0.5 procent Mo geeft de L-70 draad een hoger aciculair ferrietgehalte in de las, en dit verbetert het lasmetaal Charpy kerfslagenergie).

Op pijp dunner dan 14.3 mm (0.56”) wordt een vierdraads proces gebruikt; alle vijfdraads wordt gebruikt voor grotere wanddiktes.

Omdat de vereisten van de klant wisselen van draad of poeder voorschreven, wendde Berg Steel Pipe Corporation zich tot Lincoln Electric om testen uit te voeren in de hoofdvestiging in Cleveland, waar voor dit doel een vijfdraads lasstation staat. Op deze wijze hoeft Berg geen kostbare machinetijd te verdoen aan productontwikkeling.

Voltooiing
Na het lassen worden de tabs handmatig verwijderd met oxy-acetyleen snijden. De slak wordt over de lengte van de longitudinale las met een lasborstel verwijderd.

Berg Pipe Corporation kalibreert de pijpeinden tussen de tegenover liggende zandlopervormige rollen om gelijkmatige diameters en rondheid te krijgen, hetgeen essentieel is voor doelmatige constructies in het terrein. Daarna schuint Berg de beide pijpeinden tegelijkertijd af voor het omtreklassen in het veld. Een stencil machine voorziet iedere pijp van een uniek label en streepjescode vóór aflevering per schip of trein aan Gulfstream.

Inspectie
Omdat het voor de hoge druk aardgas toepassingen belangrijk is pijpen zonder fouten af te leveren, worden de pijpen aan allerlei niet-destructive testen onderworpen. Bij Berg Steel Pipe omvat testen ook een geautomatiseerde ultrasonische inspectie van de lasnaad en een gefilmde radiografie van de lasnaad vlakbij de uiteinden van de pijp. Voor de API 5L specificatie worden X70 pijpen minimaal tien seconden hydrostatisch getest met een druk gelijk aan tenminste 90 procent van de gespecificeerde minimale treksterkte. Bij het Gulfstream project werden pijpen met hogere druk getest – minimaal 20 seconden met een druk gelijk aan 100 procent van de gespecificeerde minimale treksterkte. Verder werden er volledige visuele inspecties uitgevoerd, intern en extern, op elke lengte pijp.

Om een hoge productie te krijgen was het volgens Burton zeer belangrijk de pijp meteen goed te lassen. "In onze fabriek verdringt een pijp, die herbewerking nodig heeft, een nieuwe pijp uit het productieproces," zei Burton. "Het verwijderen of tegenhouden van een nieuwe pijp uit de productie om een probleem op te lossen kan erg kostbaar zijn."

Service
"Wij zijn zeer tevreden over Lincoln Electric en de hoge graad van service, die wij van onze plaatselijke vertegenwoordiger, Troy Gurkin, ontvangen," merkt Hafner op. "Hij is altijd beschikbaar als we een probleem hebben en we kunnen ook altijd de hulp inroepen van de pijplas specialisten van Lincoln. Een ander voordeel dat Lincoln ons levert, is dat zij een veiligheidsvoorraad toevoegmaterialen aanhoudt in Atlanta. Dit betekent dat we altijd een grote voorraad in de buurt hebben."

 

Onder hydrostatische druk getest pijp

Elke voltooide pijp wordt hydrostatisch onder druk getest om de intactheid van het laswerk te verzekeren. 

 

Berg Steel Pipe is van plan zijn landurige relatie met Lincoln voort te zetten. "Het bedrijf groeit en begeeft zich op nieuwe terreinen; Lincoln zal direct bij alle fasen worden betrokken," zegt Burton. Momenteel ontwikkelt het bedrijf lasnaadprocedures en procesbesturingen voor X80 pijp. Berg erkent dat het Surface Tension Transfer® (or STT®) proces van Lincoln voordelen heeft voor lassen in het veld van deze gradatie en zal deze gradatie voor nieuwe pijpleidingen bekend gaan maken.

"Berg is een van de meest vooruitstrevende bedrijven waarmee ik heb gewerkt," zei Troy Gurkin, de plaatselijke vertegenwoordiger van Lincoln Electric. "Het bedrijf zoekt steeds naar nieuwe producten die de efficiency vergroten."

Verschillende medewerkers van Berg hebben zelfs cursussen preventief onderhoud gevolgd in het kantoor van Lincoln in Birmingham.

Toekomst
"Wij verwachten dat in de toekomst O.P.-systemen worden vervangen door software bestuurde inverter lassystemen, waarmee volledige beheersing van de boogvorm en elektronische fasering mogelijk is. Dan kunnen we de boogvorm voor elke draad veranderen," zei Hafner. "Dergelijke systemen geven nog betere controle over de laspenetratie en de boogafwijking met een hogere productiviteit."

Meerdraads OP lassen van de binnenkant van de pijp

Meerdraads O.P.-lassen van de binnenkant van de pijp.

 

 

Oorspronkelijk geschreven op 31/01/2002