Product/Gasvoerend lassen. Inleiding De wereld is een continu bedrijf, werken en leven gaat dag en nacht door, dus ook de levering van water, elektriciteit en gas. Om te zeker te stellen dat de levering van de basisvoorzieningen gewaarborgd blijft kan niet zomaar een transportleiding uit bedrijf worden genomen om wat wijzigingen door te voeren. Ook in het bedrijfsleven zijn de kosten van het uit bedrijf nemen voor het uitvoeren van een wijziging of reparatie vaak dusdanig hoog dat een alternatieve methode financieel interessant kan zijn. In dit document wordt een overzicht gegeven van de ontwikkeling en mogelijkheden van het gasvoerend lassen aan transportleidingen. Op basis van dit overzicht kan ook voor lassen aan andere productvoerende onderdelen een eerste analyse worden gemaakt van mogelijke testen en punten die van belang zijn bij kwalificatie. Wat maakt productvoerend lassen anders. Het grootste verschil is dat je niet alle parameters die van belang zijn bij een goede en integere las kunt beïnvloeden op de manier die je graag wilt. Dat betekend dat je door de juiste keuzes te maken op punten die je kunt beïnvloeden moet gaan compenseren voor de zaken die niet beïnvloed kunnen worden. Dus als je niet kunt voorwarmen, gebruik een lasmethode en of lastoevoegmateriaal waardoor dit niet hoeft. Als de constructie kans heeft op grote spanningen, pas de constructie en/of lasvolgorde zodanig aan dat deze spanningen worden geminimaliseerd. Het belangrijkste is echter de normen die in het algemeen gebruikt worden voor lasmethode kwalificatie gaan uit van constructie in een werkplaats of in het veld zonder de aanwezigheid van een product in leiding of vat. Dat betekend dat alleen een LMK volgens ISO 15614 of ASME IX onvoldoende is om productvoerend te kunnen lassen. Welke normen zijn er beschikbaar/van toepassing. Als je gaat zoeken bij CEN( http://esearch.cen.eu/esearch/) of ISO (http://www.iso.org/iso/search.htm) met als zoekterm in-service welding komt CEN met niets en ISO met normen waar in de samenvatting of welding of in-service staat, kortom geen lasnorm beschikbaar. Ten minste dat zou je denken op basis van deze zoekactie, ga je echter met google aan de slag, dan zie je door de bomen bijna het bos niet meer. Want het is een praktijk die veel wordt toegepast, maar vooral in de olie en gas industrie. Vanuit deze invalshoek zoeken levert wel relevante informatie op. Maar de meeste publicaties zijn echter recommended practices of algemene publicaties, natuurlijk verkrijgbaar tegen een gepast tarief. Wel is het mogelijk om het rapport pipeline repair manual op de website van de national transportation library te downloaden. Daarin staat veel informatie over parameters voor in-service welding. De meest toegepaste normen met een bijlage over in-service welding zijn EN 12732: 2012, ISO DIS 13847:2011 en API 1104. De bijlagen van deze normen over dit onderwerp zijn
echter informatief. Dit betekend meestal dat binnen het panel van deskundigen van de normcommissie geen overeenstemming is over de opgeschreven werkmethode. De werkwijze van de norm EN 12732 is toegelicht in de artikelen in lastechniek van februari en maart 2012. Dit is in principe de werkwijze zoals toegepast door de N.V. Nederlandse Gasunie. Echter binnen Europa worden ook andere werkwijzen en andere keuzes voor het toe te passen lasmetaal gemaakt. Door de toezichthouders an bijvoorbeeld geëist worden dat voldaan moet worden aan de eisen van ISO 15641-1 of worden zelfs overmatching eisen gesteld. In de 2012 versie van de norm is toegevoegd dat er ander lasmetaal dan genoemd in de bijlage kan worden toegepast als met passend onderzoek aangetoond is dat dit mogelijk is. De ISO DIS 13847:2011 is algemener van opzet en laat meer vrijheid bij het kiezen en uitwerken van de methodes van lassen. Deze bijlage is gebaseerd op de API 1104 en kan beschouwd worden als een richtinggevend document voor de minimum vereiste voorwaardes en testen die nodig zijn. De bepalende factoren bij product/gasvoerend lassen Bij de uitvoering van een product/gasvoerende las moet rekening worden gehouden met in ieder geval de volgende elementen: - technisch ontwerp van de nok of aftakking - restricties en beperkingen - vaststellen van kritische lasparameters - kwalificatie met inachtneming van de kritische parameters - methode van inspectie en onderzoek Het technisch ontwerp van de nok of aftakking heeft invloed op de spanningsconcentratie die ontstaat bij overgangen in de constructie. Wat bij deze keuze ook van belang is, wat zijn de krachten die op de aansluiting komen te staan. Is er alleen inwendige druk, dan kan een lasnok voldoende zijn. Worden er echter reactiekrachten vanuit de aansluitende leiding verwacht dan zal een gedeeld T-stuk met voldoende wanddikte de te kiezen methode zijn. Indien het gaat om het herstel van een corrosie of beschadiging van een leiding of vat, dan is het plaatsen van een schaal voldoende. Schalen voor versterking van circumferentiële defecten
Restricties en beperkingen Restricties en beperkingen komen vanuit de omgeving. Kan er wel veilig gewerkt worden. Is de plaats goed bereikbaar en kan de lasser wel zijn las leggen. Wellicht moet er een tent met conditionering om de te lassen plaats gelegd worden om bijvoorbeeld condensvorming op de buis of het vat te voorkomen. Vaststellen van kritische lasparameters. Voor het ontwikkelen van een robuuste lasprocedure is het nodig om vast te stellen wat de procesparameters zijn die in de productvoerende las een rol spelen. In het algemeen zijn de volgende punten mee te nemen in deze analyse: - basismateriaal o Wanddikte o Samenstelling, Ceq o Warmtebehandeling nodig o Gevoeligheid voor defecten zoals koudscheuren of reheat scheuren - Medium o Corrosief o Invloed laswarmte op corrosievastheid o Invloed laswarmte op scheurvorming o Invloed stroming o Invloed verwarming - Lastoevoegmateriaal o Waterstofgehalte o Mechanische eigenschappen in gelaste toestand o Specifieke besteleisen bij aanschaf o Eisen aan gas en/of andere hulpstoffen - Uitvoering o werkomgeving o opslag en behandeling lastoevoegmateriaal o fit-up o lasvolgorde o aard en tijdstip niet destructief onderzoek Als deze analyse gemaakt is moet met relevante proeven voor de gekozen constructie situatie bepaald worden wat de kritische grenzen zijn. Uitvoeren van proeven Een aantal mogelijke proeven zijn, bepalen van minimaal vereist wanddikte, maximale tussenlaag temperatuur, maximaal te lassen koolstofequivalent en vaststellen benodigde mechanische waardes.
Las met gaatje door inwendige druk Wanddikte Voor het bepalen van de minimaal vereist wanddikte is het goed om te realiseren dat hier bij meer factoren in het spel zijn. Van invloed zijn natuurlijk de werkelijke wanddikte, maar of tijdens lassen een lek zal optreden is ook afhankelijk van andere factoren. Een belangrijke factor is de warmte inbreng, maar daarin speelt ook de tussenlaag temperatuur en de inwendige druk een rol. Wel of geen stroming in de leiding heeft invloed op de afkoeling, dus stroming kan ervoor zorgen dat je op een dunnere wand toch een las kunt leggen. Dus om doorbrandrisico te testen kan je een stuk representatief materiaal met in trappen afnemende diktes pakken. Door daarop proefrupsen te maken met een vast te leggen warmteinbreng en tussenlaag temperatuur, bij de gewenste belasting door bijvoorbeeld inwendige druk, de kritische dikte bepalen Koudscheuren Het koolstof equivalent heeft invloed op het risico van koudscheuren. Dus om de grenzen van de lasmethode te bepalen moet je proeven uitvoeren. Van belang is om tijdens deze proeven alle factoren mee te nemen die invloed hebben op de vorming van koudscheuren. Dus dat betekent, representatief materiaal, representatieve spanningstoestand en representatief, te verwachten, waterstofgehalte. Om de testen representatief te krijgen zal het proefstuk wel in dezelfde of een vergelijkbare spanningstoestand moeten zijn als de werkelijke situatie. Dit kan bijvoorbeeld met een trekbank op veilige wijze worden uitgevoerd. Een test die ook gebruikt kan worden is de CTS beproeving, deze kan wat betreft materialen en afkoeling aangepast worden om een representatieve krimpverhindering te geven. Dit geeft een indicatie wat de invloed van vooropening kan zijn op de uivoering van de las.
Las met thermokoppel voor vaststellen afkoeltijd Lastoevoegmateriaal Geschiktheid van het lastoevoegmateriaal is op verschillende manieren vast te stellen. Allereerst natuurlijk, wat zijn de minimaal vereiste mechanische waardes. Er kan gesteld worden dat lasmetaal naar mate de vereiste sterkte hoger wordt, moeilijker lasbaar wordt en gevoeliger wordt voor bijvoorbeeld waterstofscheuren of andere defectinvloeden. Voor N.V. Nederlandse Gasunie is in de jaren 80 bepaald middels vermoeiingsproeven en barstproeven dat voor de verbindingslas tussen schalen en pijpstukken met een rekgrens van 450 MPa een lasmetaal met een rekgrens van 400 MPa voldoende was. Ook heeft deze lage rekgrens een positieve invloed op de spanningen die in het basismateriaal worden veroorzaakt. Ook de productvorm van het lastoevoegmateriaal heeft invloed. Als de las wordt uitgevoerd met beklede elektrode is er waterstof pick-up te verwachten die afhankelijk van de atmosferische omstandigheden. Evenzo is er voor andere lasprocessen ook een analyse te maken wat de bronnen van waterstof kunnen zijn, bij GMAW en FCAW bijvoorbeeld uit schermgas en smeermiddel van de draad. Een snelle of langzame afkoeltijd heeft invloed op vorming van ongewenst structuren, dus bij productvoerend lassen met snelle afkoeling zal de snelle afkoeling ook meegenomen moeten worden in de testen. Als er echter op een warme leiding of een warm vat gelast gaat worden zal ook deze afkoeltijd representatief moeten zijn. De beste methode om de juiste afkoeltijd vast te stellen is door een thermokoppel in het lasbad te stoppen. Bij het vaststellen van de werkomstandigheden en werkwijze zijn zaken bijvoorbeeld zaken als bescherming tegen weersinvloeden en uitvoering van het lasproces van belang. Een koude leiding of een koud vat kan condensatie krijgen, dit is te voorkomen door bijvoorbeeld op de werkplek een tent te zetten met luchtdrogers. Dit kan weer een postieve invloed hebben op waterstof pick-up uit de omgeving. Dit is dus te testen met een proefstuk dat met stromend water wordt afgekoeld, dit geeft namelijk de meest extreme afkoeling. Of in het geval van een warm oppervlak kan met verwarmingsmatten het proefstuk op de gewenste temperatuur worden gebracht.
Gedeeld T-stuk na barstproef. Lasopbouw Bij de lasvolgorde kan ook invloed uitgeoefend worden op de uiteindeljke hardheid, door gebruik te maken van de temperbead methode zal de hardheid in het basismateriaal aanzienlijk terug kunnen vallen. Maar ook hier is het van belang om met beproevingen de grenzen voor het specifieke lasproces te bepalen voor de beste afstand voor de temperbead. Wat een goede afstand is voor de temperbead gelegd met een elektrode hoeft niet de goede afstand te zijn voor een massieve draad of gevulde draad. Dit is te testen door op een materiaal wat een representatieve harding geeft, dus koolstofpercentage is meer van invloed dan koolstof equivalent, een aantal rupsen met verschillende temperbead afstand te lassen Niet destructief onderzoek Als dan na alle onderzoeken en evaluaties een las gemaakt is komt de volgende stap, uitvoeren van niet destructief onderzoek. Oppervlakte onderzoeken zal meestal geen probleem zijn. De uitdaging ligt meestal in het onderzoeken van het lasvolume van noklassen en verbindingslassen tussen schaal en leiding of vat. Voor de meeste lassen is het bijna altijd wel mogelijk om met UT of met RT een beeld te krijgen van de laskwaliteit van de diverse lasnaden. Met meer geavanceerde technieken zoals Phased Array ultrasoon is ook de verbindingslas tussen schaal en leiding of vat te onderzoeken. Voor stompe naden is er echter bekend wat de keurcriteria zijn, maar voor hoeklas verbindingen in dit soort constructies is de vraag wat zijn de criteria voor goed of afkeur. Hiervoor zijn op dit moment geen normen. Daarom zal dit per geval gebaseerd moeten worden op analyse van de krachten op de lasverbinding en het toepassen van bijvoorbeeld een fit for purpose analyse. Gasvoerend lassen bij N.V. Nederlandse Gasunie In de afgelopen 40 jaar heeft Gasunie al talloze malen onder gasvoerende condities nokken gedeelde schalen en gedeelde T-stukken geplaatst. Voor aansluitingen, herstel van integriteit
of om bij calamiteiten toch gebieden niet zonder aardgas te hoeven zetten. Een voorbeeld van en calamiteit was in september 2011 waar een loonwerker tijdens het ploegen een 4 40 bar gasleiding aanploegde. Door het lassen van gedeelde T-stukken op deze leiding en het plaatsen van afsluitingen met een noodleiding is de gasstroom gestopt zonder dat het achterliggende gebied zonder aardgas gezet hoefde te worden. Gasleiding geraakt door ploeg. De eerste ontwikkelingen van het gasvoerend lassen bij Gasunie dateren van begin jaren 70. Al doende is in de 15 jaar daarna een procedure en een bijpassende elektrode ontwikkeld. Met uitgebreide proefnemingen en testen is in de loop van de jaren vastgesteld dat met deze werkwijze onder volle gasdruk( maximaal 80 bar) en flow veilig gasvoerend gelast kan worden. Maar nog wel steeds met de elektrode, dat betekend dat bij een 48 gedeeld T-stuk er heel veel lasuren nodig zijn om een verbindingslas met een lengte van 3,8 meter en een opbouwhoogte van 30 mm te maken. Dus dat vraagt om automatisering, maar om dat zorgvuldig met alle randvoorwaarden zoals in dit stuk vermeld uit te voeren heeft circa 4 jaar gekost. Tijdens de ontwikkeling van het geautomatiseerd lassen heeft het vinden van de juiste FCAW lasdraad voor het de gewenste wijze kunnen leggen van een las in de 5G positie de meeste tijd gekost. Want de randvoorwaarden voor het lasmetaal zijn, beperkte inbranding, een lasprofiel dat een goede hoeklasopbouw mogelijk maakt. In gelaste toestand met een afkoeltijd dt */5 van 2 seconden wel voldoende mechanische eigenschappen. Als dan het lasmetaal gekozen is en een visueel acceptabel las wordt geproduceerd zal er een analyse moeten worden uitgevoerd op de kritische parameters. Dus gevoeligheid voor atmosferische omstandigheden, wijzigingen in de gaskwaliteit binnen de specificatie van het gas. Invloed van uitsteeklengte op waterstof in het lasmetaal.
Uitvoeren FCAW gasvoerend lassen FCAW gelast gedeeld T-stuk Al deze onderzoeken en testen hebben er in geresulteerd dat de afdeling Speciale Opdrachten van N.V. de Nederlandse Gasunie in september van dit jaar de eerste productie lassen op een gedeeld T-stuk 36 gasleiding met een gemechaniseerd lassysteem hebben gemaakt.