Сварка нефтегазовых сооружений

В.А. Щекин, Д.В. Рогозин

СВАРКА НЕФТЕГАЗОВЫХ 

СООРУЖЕНИЙ

Допущено ФУМО по университетскому политехническому 
образованию в качестве учебного пособия для студентов  
высших учебных заведений, обучающихся  
по направлению подготовки 15.00.00 «Машиностроение»

Москва Вологда
«Инфра-Инженерия»
2021

УДК 621.791.7 (075.8)  
ББК 34.641
 
Щ38

Рецензенты:

доктор технических наук, профессор Н.Г. Дюргеров (РГУПС, г. Ростов-на-Дону)главный сварщик АО «Черномортранснефть» (г. Новороссийск) В.С. Бутовглавный инженер ООО «Монтажтехстрой» (г. Краснодар) И.Н. Остроух

Научный редактор:

академик РИА, доктор технических наук, профессор В.Ф. Лукьянов

 
Щекин, В.А.
Щ38 
Сварка нефтегазовых сооружений : учебное пособие / В.А. Щекин, 
Д.В. Рогозин. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2021. – 176 с. : 
ил., табл. 
 
 
ISBN 978-5-9729-0649-9

Рассмотрена технологическая схема изготовления магистральных трубопроводов 

и конструктивных узлов резервуаров. Перечислены основные требования к источникам 

питания дуги и сварочным материалам, дано описание технологических операций и способов 

сварки трубопроводов. Показаны особенности сварки при пониженных температурах воз
духа. Уделено внимание проверке качества сварных соединений, неразрушающим методам 

контроля и ремонту сварных швов. 

Для студентов сварочных направлений подготовки и специалистов сварочного дела, 

работающих в различных отраслях нефтедобывающей промышленности. Материал по
собия может быть использован при аттестации специалистов сварочного производства 

и технологий сварки.
УДК 621.791.7 (075.8)
ББК 34.641

ISBN 978-5-9729-0649-9 
© Щекин В.А., Рогозин Д.В., 2021

 
© Издательство «Инфра-Инженерия», 2021

 
© Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2021

ЧАСТЬ I. МАГИСТРАЛЬНЫЕ 
ТРУБОПРОВОДЫ

1. Введение

В настоящее время в нашей стране реализована большая программа 
проектирования и строительства крупных российских и транснациональных трубопроводных систем. Это газопроводы «Южный поток», 
«Турецкий поток», «Северный поток», «Сила Сибири», нефтепроводы 
«ВСТО – Восточная Сибирь – Тихий Океан» и др. Проекты были ориентированы на сооружение магистральных трубопроводов нового поколения, как класса капитальных сооружений высокого уровня безопасности, надежности и эффективности. В то же время развитие нефтяной 
и газовой промышленности, транспортировка продуктов на большие 
расстояния требуют строительства большого количества резервуаров 
емкостью от 20 000 до 100 000 м3.
В ближайшее время будут строиться магистральные трубопроводы 
диаметром 1020...1420 мм с толщиной стенки до 41 мм на давление: 
• сухопутные газопроводы – 10...12 МПа; 
• сухопутные нефтепроводы – 10...14 МПа;
• морские газопроводы – до 20...22 МПа.
Для прокладки магистральных трубопроводов предусматривается 
использование труб из сталей класса прочности К54 (Х60), К55-К60 (Х70) 
и К65 (Х80). Определяющий техническую политику в проектировании 
и строительстве СНиП 2.05.06-85* «Магистральные трубопроводы» распространяется на системы с рабочим давлением до 10 МПа. Для трубопроводов высокого давления (выше 10 МПа) разрабатываются новые 

Сварка нефтегазовых сооружений

общероссийские нормативные документы. Для каждого проекта сухопутных трубопроводов высокого давления составляются специальные 
технические условия.
В более выигрышном положении оказалась прокладка морских трубопроводов, для которых ПАО «Газпром» утвердил в 2006 г. норвежский 
стандарт DNV-05-F 101 «Подводные трубопроводные системы» как стандарт СТО Газпром 2-3-7-050-2006. 
В связи с резким возрастанием фронта сварочных работ в этой области ощущается острый недостаток специалистов-сварщиков, знакомых 
со спецификой этой отрасли (способами сварки, требованиями к сварным 
соединениям и т.д.).
В данном учебном пособии содержаться сведения из нормативно-технической документации (НТД) на объекты «Нефтегазодобывающее оборудование» по ПАО «Транснефть» и ПАО «Газпром». Порядок изложения 
материала в пособии соответствует нормативным документам отраслей, 
это сделано для лучшего усвоения всего объема материала. 
Необходимо отметить, что порядок изложения материала в НДТ ПАО 
«Транснефть» и ПАО «Газпром» одинаков, однако имеется незначительная 
разница в цифровых значениях по областям применения способов сварки, режимам сварки и т.д., что касается применяемых способов сварки 
и технологии, то они одинаковы.
Целью настоящего учебного пособия является изложение материала, 
способствующего практической работе будущих инженеров-сварщиков 
в данных отраслях с объяснением назначения операций и действий, которые позволяют повысить качество сварных соединений.

Часть I. Магистральные трубопроводы

2. Характеристика труб и деталей 
трубопроводов

Трубы на объекты магистральных трубопроводов поставляются 
по техническим условиям поставщиков и ГОСТ. Каждая партия труб 
должна иметь сертификат качества (паспорт) завода-изготовителя, оформленный в установленном порядке с указанием регламентируемых техническими условиями приемо-сдаточных характеристик. 
Все трубы и детали трубопроводов, применяемые в процессе выполнения сварочных работ, объединяются в группы по классам прочности, 
табл. 1.
Таблица 1
Группы по классам прочности труб и деталей трубопроводов

Номер 
группы
Класс прочности
Нормативное значение временного сопротивления 
разрыву основного металла, МПа

1
До К54 включительно
До 530 включительно

2
К55...К60
539...590

3.1
К65
640

3.2
К70
690

При строительстве нефтепровода «Восточная Сибирь – Тихий Океан» 
в нормативный документ введено понятие – «уровень качества трубы», 
который определяет требования к трубной стали и заводским сварным 
швам. В зависимости от условий прокладки нефтепровода (рельефа местности, сейсмичности района, подземной или надземной прокладки) применяются трубы 3 уровней качества. В районах с сейсмичностью более 
8 баллов применяются трубы третьего уровня качества, имеющие более 
высокие пластические свойства.
Максимальная величина эквивалента углерода (Сэкв) поставляемых 
труб не должна превышать 0,43 % для труб первого и второго уровня 
качества и 0,41 % для труб третьего уровня качества. 
Эквивалент углерода определяется по формуле: 

Сэкв = С + Mn / 6 + (Cr + Mo + V) / 5 + (Cu + Ni) / 15,

где C, Mn, Cr, Mo, V, Cu, Ni – массовые доли (%) элементов в металле 
трубной стали. 

Сварка нефтегазовых сооружений

Для сооружения и ремонта линейной части магистральных трубопроводов применяются сварные прямошовные и спиральношовные 
трубы диаметром от 530 до 1220 мм (для нефти) и 1420 мм (для газа), 
изготовленные из низколегированных сталей. 
Сварные трубы диаметром 159...426 мм с толщиной стенки от 4 
до 12 мм могут поставляться по ГОСТ 20295, а диаметром 42...426 мм 
с толщиной стенки от 3 до 14 мм – по ГОСТ 10704, ГОСТ 10705 и техническим условиям, разработанным и утвержденным в установленном 
порядке. Металл трубы – спокойная или полуспокойная углеродистая 
или низколегированная сталь. Показатели механических свойств устанавливаются в соответствии с классами прочности, которые регламентированы ГОСТ 20295 или техническими условиями на поставку труб 
и приведены в табл. 2.

Таблица 2
Классы прочности* и механические свойства металла 
труб из углеродистых и низколегированных сталей 
по ГОСТ 20295

Класс
прочности

Механические свойства (не менее)

Временное сопротивление 
разрыву, МПа
Предел текучести, 
МПа
Относительное 
удлинение,  %

К34
333 
206 
24

К38
372 
235 
22

К42
412 
245 
21

К50
490 
343 
20

К52
510 
353 
20

К55
539 
372 
20

В табл. 3 приведены марки сталей труб магистральных трубопроводов.

* 
Номер класса прочности соответствует минимально допустимому (нормативному) 
значению временного сопротивления разрыву основного металла труб в кгс/мм2. 
Для труб, поставляемых по техническим условиям, дополнительно к классам прочности, указанным в таблице, могут быть установлены также классы прочности К46, 
К48, К54, К56, К58, К60.

Часть I. Магистральные трубопроводы

Таблица 3
Стали для труб магистральных трубопроводов

Класс 
прочности

Временное 
сопротивление разрыву, 
МПа

Марка стали
Примечание

К42, К46
420, 460
ВСт.3сп, 
Ст. 10, 
Ст. 20, 19Г

Упрочнение за счет повышенного 
 содержания С, Мn; низкая ударная 
вязкость

К52
520
09Г2С, 17Г1С, 
17Г1С-У

Упрочнение за счет Si, Мn при  пониженном 
содержании серы (S < 0,02 %); ударная 
 вязкость повышена

К55, К60
(Х-70)
560, 600
14Г2САФ, 
17Г2АФ, 13ГС, 
10Г2ФБ, 09Г2БТ

Микролегирование ванадием и азотом 
(N до 0,025 %) повышает ударную вязкость

К65 
(Х-80)
640
03Г2БТР, 
08Г2МФБ, 
09Г2ФБЮ

С игольчатым ферритом, ферритно- 
бейнитной структурой

К70 
(Х-80)
700
12ГСБ, 12Г2СБ, 
10Г2СБ
Получены электрошлаковым переплавом

Бесшовные трубы поставляются по ГОСТ 8731, 8732 (группа В – с нормированием механических свойств и химического состава), ГОСТ 8733 
(группа В), ГОСТ 8734, ГОСТ 9567, ГОСТ 550, а также по техническим 
условиям разработанным и утвержденным в установленном порядке. 
Диапазон диаметров – от 14 до 426 мм из спокойной или полуспокойной 
углеродистой или низколегированной стали. Бесшовные трубы по ГОСТ 
8731 и ГОСТ 8733 с толщиной стенки от 5 до 20 мм должны иметь фаску 
под углом от 35° до 40° и притупление от 1 до 3 мм.
Для строительства и ремонта трубопроводов не связанных с транспортировкой нефти, нефтепродуктов и газа допускаются к применению трубы 
из аустенитных высоколегированных сталей изготовленных по ГОСТ 
9941-81, ГОСТ 9940-81, ГОСТ 24030-80, а также трубы с силикатно-эмалевым покрытием изготовленных в соответствии в соответствии с общими 
техническими требованиями на трубы с силикатно-эмалевым покрытием.
Соединительные детали трубопроводов диаметром от 530 до 1220 
(1420) мм прочностных классов от К42 до К60 включительно должны 
соответствовать общим и специальным техническим требованиям ПАО 
«Транснефть» или ПАО «Газпром». Для строительства и ремонта трубопроводов применяются такие конструкции соединительных деталей 

Сварка нефтегазовых сооружений

(фитингов), как тройники, переходы и отводы разной конструкции,  днища 
(заглушки) эллиптические.
Тип и конструкция запорной арматуры (задвижек, обратных клапанов) определяются требованиями проектной документации. Запорная 
арматура номинальным диаметром более 300 мм должна поставляться 
с приваренными переходными кольцами.

Часть I. Магистральные трубопроводы

3. Требования к сварочному 
оборудованию и сварочным 
материалам

3.1. Требования к источникам 
питания дуги

Сварочное оборудование и сварочные материалы, применяемые 
для реализации технологии сварки при строительстве и ремонте трубопроводов, должны выпускаться в соответствии с действующими государственными стандартами и специальными техническими условиями 
(ТУ) на каждую марку сварочного оборудования и сварочных материалов. 
Они должны быть аттестованы на группу «Нефтегазодобывающее оборудование», в соответствии с требованиями РД 03-613-03, РД 03-614-03, 
иметь соответствующие свидетельства об аттестации и входить в реестр 
ТУ и ПМИ ПАО «Транснефть» или ПАО «Газпром». 
Для сварки магистральных трубопроводов применяются источники 
питания дуги только постоянного тока. В настоящее время в сварочных 
источниках питания дуги (выпрямителях, инверторах) проявляются 
следующие тенденции:
• универсальность источников, предназначенных для разных способов сварки,
• наличие «горячего старта»,
• возможность регулирования наклона внешних характеристик,
• цифровая индикация режимов сварки,
• переход с обратной на прямую полярность,
• возможность регулирования индуктивности.
Для многопостовой сварки (методами ММА, МАГ и ТИГ) вместо 
балластных реостатов применяются конверторы марок КСУ-320,  КСУ-400 
и КСУ-500, которые имеют лучшие показатели по расходу электроэнергии, 
уменьшают потери металла на разбрызгивание и повышают технологические свойства дуги.
Подробно сварочное оборудование (источники питания дуги, полуавтоматы и автоматические аппараты) будут рассмотрены при описании 
технологии сварки различными способами.

Сварка нефтегазовых сооружений

3.2. Требования к сварочным материалам

Для сварки кольцевых стыков трубопроводов применяются следующие сварочные материалы: 
• электроды с основным и целлюлозным видами покрытия для ручной дуговой сварки; 
• флюсы плавленые и агломерированные для автоматической сварки 
поворотных стыков; 
• сварочные проволоки сплошного сечения; 
• самозащитные порошковые проволоки; 
• порошковые проволоки для сварки в среде активных газов и смесях; 
• защитные газы – аргон, углекислый газ и их смеси.
В качестве защитного газа для сварки используются: аргон высшего сорта по ГОСТ 10157-2016; углекислота техническая высшего сорта 
по ГОСТ 8050; готовая смесь Ar + СО2. Используемые в смеси защитные 
газы должны соответствовать требованиям ГОСТ 8050 для сорта «Высший» (углекислый газ) и ГОСТ 10157-2016 для сорта «Высший» (аргон). 
Выбор электродов для сварки кольцевых швов производится по следующей схеме: 
• для корневого слоя по сварочно-технологическим свойствам;
• для заполняющих и облицовочного слоев по пределу прочности 
трубы. 
Так, например, при сварке труб класса прочности К55...К60 для корневого слоя применяются электроды типа Э50А, а для остальных слоев – Э60. Это связано с необходимостью получения в корне шва металла 
с более высокими пластическими свойствами. Применение электродов 
с целлюлозным покрытием для корневого слоя объясняется большей 
их проплавляющей способностью, что способствует формированию 
обратного валика.
При применении элементов трубопровода с различными классами 
прочности выбор сварочных материалов производится:
• при одинаковой толщине стенки деталей – по материалу детали 
меньшей прочности;
• при различной толщине детали – по материалу детали имеющей 
меньшую толщину по НТД ПАО «Транснефть» (и по большему 
классу прочности по НТД ПАО «Газпром»);
• при выполнении угловых швов – по материалу привариваемой 
к основной трубе детали по НТД ПАО «Транснефть» (и по классу 
прочности металла основной трубы по НТД ПАО «Газпром»).