BR112015029273B1

BR112015029273B1 - sistema para alinhar e unir por soldagem dois segmentos de um tubo

Info

Publication number: BR112015029273B1
Application number: BR112015029273-9A
Authority: BR
Inventors: Shankar Rajagopalan; Siddharth Mallick; Jose C. Bouche
Original assignee: Crc-Evans Pipeline International, Inc.
Priority date: 2013-05-23
Filing date: 2014-05-22
Publication date: 2021-07-06
Also published as: US10040141B2; CN105358288A; WO2014190156A1; MX2015016055A; RU2015154971A; EP2999569A4; ZA201508552B; AU2014268528B2; CA2912600C; US20140346163A1; CN105358288B; EP2999569B1; EP2999569A1; AU2014268528A1; MY177433A; RU2015154971A3; RU2692540C2; BR112015029273A2; CA2912600A1

Abstract

SISTEMA E MÉTODO PARA ALINHAR E UNIR POR SOLDAGEM DOIS SEGMENTOS DE UM TUBO A presente invenção é direcionada a um sistema for unir por soldagem os segmentos de uma tubulação. O sistema inclui um mecanismo de alinhamento externo para externamente suportar e manipular a orientação dos segmentos de tubo de modo a alinhar segmentos relativos. O sistema também inclui um mecanismo de soldagem interna para aplicar a solda ao lado de dentro da junta dianteira de dois segmentos de tubo em contato entre si. O mecanismo de soldagem interna que inclui o maçarico para aplicar a solda, um laser para a leitura do perfil da solda e a orientação de uma porção de cabeça articulada do maçarico, e uma câmera para a inspeção visual da solda após a solda são aplicados.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA AOS PEDIDOS RELACIONADOS

[001]O presente pedido reivindica prioridade, sob 35 U.S.C. § 119 (a) - (d), ao Pedido provisório US No. 61/826628, depositado em 23 de Maio de 2013, os conteúdos do qual estão incorporados aqui por referência em sua totalidade.

Campo da Invenção

[002]A presente invenção é direcionada a um sistema para alinhar e conectar dois segmentos de tubo juntos por soldagem.

Antecedentes da Invenção

[003]Soldagens internas convencionais com frequência incluem mecanismos de alinhamento interno que se expandem radialmente para fora para entrar em contato com o interior do tubo. O alinhamento dos dois segmentos de tubo é realizado a partir de dentro, quando os membros de extensão de um membro central entram em contato o interior do tubo relativamente próximo ao elemento de junta do segmento de tubo, estão voltados para qualquer lado do elemento de junta como mostrado na Patente U.S. No. 3,461,264; 3,009,048; 3,551,636; 3,612,808 e GB 1261814 (que está cada um dos quais incorporado aqui por referência em sua totalidade). De modo a soldar o elemento de junta, a estrutura do expansor deve permitir um espaço suficiente para acomodar um maçarico giratório. Seria, portanto vantajoso se proporcionar um alinhamento interno que permite espaço suficiente para um maçarico giratório ou articulado ou para alinhar os segmentos de tubo externamente de modo a eliminar a necessidade de um expansor interno que pode criar uma significante desordem interna.

[004]Adicionalmente, o processo de soldagem interna convencional em geral envolve o alinhamento interno ou externo e a inserção do elemento soldador interno de modo que os maçaricos se alinham com a face do elemento de junta. No referido processo é algumas vezes difícil se avaliar a precisão do posicionamento do elemento soldador interno em geral e o maçarico em particular. É ainda mais difícil se avaliar a precisão da posição do maçarico na medida em que o maçarico atravessa o interior do tubo ao longo de seu trajeto orbital durante a soldagem. Seria, portanto vantajoso se proporcionar um sistema de rastreio da estrutura de ou o posicionamento das bordas de tubo na interface do tubo de modo a controlar o maçarico por uso da condição rastreada da interface. Especificamente, seria vantajoso primeiro se rastrear um perfil da interface com um laser antes de enviar um sinal a um controlador eletrônico para direcionar a posição e a orientação do maçarico de soldagem com relação à interface rastreada do perfil do tubo.

[005]Ademais, sistemas convencionais de soldagem de tubulação que empregam mecanismos de alinhamento externo tipicamente suportam dois segmentos em rolos e manipulam a posição e a orientação dos segmentos até que o alinhamento seja satisfatório. Para um alinhamento ser satisfatório tipicamente depende, por exemplo, dos calibres altos e baixos aceitáveis na indústria que são razoavelmente precisos, mas são manualmente operados e posicionados em locais distintos e não sobre toda a interface do tubo. Em qualquer caso, o perfil ou a estrutura da interface como observada a partir de dentro do tubo não é tipicamente uma consideração para a qualidade do alinhamento. Portanto, seria vantajoso se proporcionar um sistema de alinhamento no qual a informação sobre o perfil de interface como lido pelo laser é usado como um parâmetro de entrada durante o processo de alinhamento externo. Especificamente, seria vantajoso se proporcionar a informação a partir de um laser de controle de maçarico ao controlador que utilizaria a informação no controle dos mecanismos de alinhamento externo.

[006]Ademais, sistemas de tubulação convencionais para a soldagem de segmentos de tubo tipicamente faltarão da capacidade de inspecionar visualmente a solda aplicada pelo maçarico. Portanto seria vantajoso se proporcionar uma câmera que siga a aplicação de solda pelo maçarico e uma tela para mostrar uma imagem da solda de modo a que um operador inspecione visualmente a qualidade da solda.

[007]Outras vantagens da presente descrição serão aparentes pela revisão da presente descrição. As vantagens patenteáveis no são limitadas às ressaltadas nessa seção.

Sumário da Invenção

[008]O sistema da presente invenção para alinhar e soldar junto as faces de dois segmentos de tubo inclui um mecanismo de alinhamento externo e um mecanismo de soldagem. Os mecanismos de alinhamento externo podem ser tão sofisticados quanto os módulos de alinhamento mostrados nos desenhos ou tão simples quanto uma presilha do tipo tipton como ilustrado na patente US No. 1,693,064. Os mecanismos usados podem também ser adequado para construção em tubulação na costa ou ao largo da costa. A patente US No. 1,693,064 está incorporada aqui por referência em sua totalidade. Independente de qual mecanismo é empregado, o mecanismo de alinhamento externo suporta e posiciona de modo ajustável cada segmento de modo que os segmentos são substancialmente colineares ou axialmente alinhados ao longo de seus eixos longitudinais.

[009]O mecanismo de alinhamento externo pode suportar um segmento de tubo e pode incluir características motorizadas que permitem que a posição e a orientação do tubo sejam ajustadas. Especificamente, o mecanismo de alinhamento externo pode incluir rolos que permitem que o tubo se mova longitudinalmente. O tubo pode também ser suportado por rolos que permitem que o tubo seja rotacionado em torno do eixo longitudinal e movido para cima e para baixo. Os ajustes de posição e de orientação podem ser automáticos como por energia a motor ou energia hidráulica controlada em uma estação do operador ou alimentada em um controlador central que automaticamente controla e alinha os segmentos com base em predeterminados parâmetros de alinhamento ou feedback a partir de uma leitura de laser interno de um perfil de interface ou de elemento de junta.

[010]O mecanismo de soldagem é preferivelmente uma máquina de soldagem interna que aplica a solda (por exemplo, uma solda de arco de metal de gás “GMAW”) a partir de dentro dos segmentos de tubo para a face ou borda do elemento de junta do segmento e dentro de uma abertura em forma de v formada por bordas chanfradas de dois segmentos de tubo (outros formatos de seção transversal diferentes de um V podem ser usados também). O mecanismo de soldagem inclui um carrinho capaz de engatar as paredes internas do tubo para fixar ou travar a si mesma dentro do tubo em uma posição fixada e a porção de soldagem suportada de modo rotacional a partir do carrinho dentro do tubo. Especificamente, o elemento soldador interno é localizado dentro do tubo alinhado e então posicionado longitudinalmente de modo que a porção de cabeça de soldagem ou maçarico está em proximidade longitudinal com relação ao elemento de junta de borda. O mecanismo de soldagem também inclui um mecanismo giratório para girar a porção de soldagem com relação ao carrinho. A porção de cabeça de soldagem ou maçarico é suportado de modo rotacional na porção de soldagem em torno do eixo longitudinal do tubo de modo que o maçarico pode seguir proximamente todo o elemento interior de interface de junta em uma rotação orbital. Especificamente, durante a soldagem, o maçarico da porção de cabeça articulada segue o elemento de junta de borda em torno de todo a circunferência interior do tubo que aplica material de solda. Adicionalmente à rotação circular com relação ao carrinho, vários elementos de controle podem mover a porção de cabeça de soldagem axialmente ao longo do tubo com relação ao carrinho, radialmente em direção de e em afastamento a partir do elemento de junta, e pivotavelmente sobre um ponto ou eixo (por exemplo, um eixo paralelo ou perpendicular ao eixo longitudinal do tubo A-A). Um controlador pode direcionar os maçaricos pivotantes. Os referidos graus de liberdade de articulação permitem que uma porção de cabeça de soldagem seja muito eficaz e eficiente em preencher os perfis de interface de modo ideal e onde necessário.

[011]O mecanismo de soldagem também inclui um mecanismo de rastreio a laser que funciona em conjunto com o maçarico da porção de soldagem para fazer a leitura do perfil do elemento de junta de interface e/ou perfil do material de solda para aplicar material de solda ao elemento de junta de borda no local apropriado e quantidade. O mecanismo a laser faz um levantamento da solda e envia um sinal ao controlador da porção de cabeça de soldagem articulada para controlar o movimento da porção de cabeça em torno de todo o elemento de junta de borda. Especificamente, o maçarico segue o laser na medida em que o sistema de controle da porção de cabeça de soldagem recebe de modo contínuo informação do perfil de solda a partir do elemento de junta de borda. A informação é então usada para ajustar de modo contínuo o maçarico para alcançar a desejada estrutura de solda.

[012] Adicionalmente ao mecanismo de rastreio a laser, o sistema pode incluir uma câmera 2D para inspeção visual da solda. A câmera 2D é montada na porção de soldagem e segue o maçarico de modo que um operador pode inspecionar a solda tão logo a mesma é criada pelo maçarico. Um sinal visual é enviado a uma tela de um operador externo. Por exemplo, a câmera 2D pode ser uma câmera de cor e uma mudança na coloração pode indicar um defeito na solda ao operador. Uma mudança percebida no perfil pode também indicar um defeito.

Breve Descrição dos Desenhos

[013]A figura 1 ilustra uma vista em perspectiva de um sistema de soldagem de tubo da presente invenção que mostra dois segmentos de tubo externamente alinhados suportados em mecanismos de alinhamento.

[014]A figura 2 ilustra uma vista externa ampliada da interface do tubo de dois segmentos a serem soldados usando o sistema da figura 1.

[015]A figura 3 ilustra o sistema da figura 1 que mostra um mecanismo de soldagem inserido em um segmento de acordo com a figura 1.

[016]A figura 4 ilustra uma vista ampliada de uma seção de figura 3 que mostra a porção de soldagem do mecanismo de soldagem posicionado para a soldagem em um segmento de tubo de acordo com a figura 1.

[017]A figura 5 ilustra uma vista em seção transversal de figura 4 cortada através de B-B que mostra o arranjo de vários elementos de porção de solda.

[018]As figuras 6 e 7 ilustram vistas laterais do mecanismo de soldagem da figura 1.

[019] A figura 8 ilustra uma vista em perspectiva do sistema da figura 1 em uma configuração que mostra a primeira etapa de uso na qual um segmento de tubo é disposto em um mecanismo de alinhamento externo.

[020]A figura 9 ilustra uma vista em perspectiva do sistema de figura 1 em uma configuração que mostra a etapa subsequente da figura 8 na qual um mecanismo de soldagem é inserido em um segmento de tubo.

[021]A figura 10 ilustra uma vista lateral de uma porção de soldagem do sistema da figura 1.

[022]A figura 11 ilustra uma vista ampliada em perspectiva de uma seção da porção de soldagem do sistema da figura 1.

[023]A figura 12 ilustra outro vista em perspectiva ampliada de uma seção da porção de soldagem do sistema da figura 1.

[024]A figura 13 ilustra uma vista ampliada em perspectiva do mecanismo giratório do sistema de figura 1.

[025]Numerais de referência similares foram usados para identificar elementos similares através da descrição.

Descrição Detalhada da Invenção

[026]Com referência às figuras 1-3, o sistema para a soldagem de segmentos de tubulação juntos é descrito como a seguir. A figura 1 mostra um mecanismo de alinhamento externo 10A e 10B que é capaz de suportar, posicionar, e reposicionar múltiplos comprimentos de tubulação. Cada mecanismo 10A e 10B pode incluir suportes (por exemplo, rolos) sobre os quais um comprimento de tubulação pode ser suportado. Um rolo longitudinal 12 suporta de modo móvel o segmento de tubulação 105 de modo que o segmento 105 pode ser reposicionado ao longo de sua direção longitudinal definida pela seta A. Adicionalmente, os rolos rotacionais 14 são giratórios em torno de um eixo paralelo ao eixo A-A do segmento de suporte 105 em cada lado do segmento 105 permitindo que os mesmos girem ou ajustem a orientação angular do segmento 105 em torno do eixo A-A. O mecanismo de alinhamento externo 10 é capaz de automaticamente manipular os múltiplos segmentos em várias posições e orientações via motores, hidráulicos, etc. Por exemplo, os segmentos podem ser elevados, abaixados, girados, inclinados, pivotados, etc.

[027]Como mostrado na figura 1, os mecanismos de alinhamento externo 10A e 10B suportam múltiplos segmentos 105, 110 e ajustam a sua posição e orientação até que os segmentos 105, 110 são ambos alinhados de modo que os seus eixos longitudinais A-A são colineares e uma extremidade de cada um dos segmentos 105, 110 se tocam nas bordas de interface. Especificamente, a figura 2 ilustra uma vista ampliada de detalhe 100 da figura 1 na qual as bordas formam a interface do tubo 120 (conhecida como um elemento de junta “adaptado”).

[028]O sistema de alinhamento e soldagem da tubulação da presente invenção aplica a solda ao interior da interface 120 a partir de dentro dos segmentos montados 105, 110. Para aplicar a solda ao interior do elemento de junta 120, um mecanismo de soldagem interna 300 é rotacionado dentro de uma extremidade de um dos segmentos 105 como mostrado na figura 3. Um segundo segmento 110 é então disposto no mecanismo de alinhamento externo 10B e manipulado até que ambos os segmentos 105, 110 estejam satisfatoriamente alinhados. Uma força externa pode então ser aplicada a uma haste de alcance 345 do mecanismo de soldagem interna 300 ou o mecanismo pode incluir meios de autopropulsão automáticos para ajustar a sua posição axial dentro dos segmentos alinhados 105, 110.

[029]Como mostrado nas figuras 4 -7, o mecanismo de soldagem 300 inclui um carrinho 301 e uma porção de soldagem 302. O carrinho 301 inclui pelo menos um mecanismo de alinhamento 340A, 340B que pode se expandir radialmente para engatar a superfície interna dos segmentos 105 ou 110. A referida expansão e engate não só fixa o posicionamento axial/longitudinal do mecanismo de soldagem 300 com relação ao segmento 105, 110 mas também alinha ou radialmente centraliza o mecanismo de soldagem 300 dentro dos segmentos 105, 110. O carrinho 301 também inclui uma porção de corpo 311 na qual o mecanismo giratório 335 é suportado. A porção de corpo 311 é compreendida de múltiplos membros de suporte estrutural alongados que se estendem entre os mecanismos de alinhamento 340A e 340B. Como discutido abaixo a porção de soldagem 302 inclui uma estrutura similar correspondente 313.

[030]A porção de soldagem 302 é conectada de modo rotacional ao carrinho 301 e se estende a partir de uma extremidade do carrinho 301. A rotação relativa entre o carrinho 301 e a porção de soldagem 302 é facilitada por um mecanismo giratório 335. O mecanismo giratório 335 é fixado ao carrinho 301 e automaticamente (por meio de um motor e de engrenagens) gira a porção de soldagem 302 com relação ao carrinho 301 em torno do eixo longitudinal A. A porção de soldagem 302 pode ser em balanço a partir de carrinho 301 ou pode ser suportada por um mecanismo de alinhamento adicional 340C localizado de modo que o maçarico 305 é posicionado entre os mecanismos de alinhamento 340B e 340C. Quando o mecanismo de alinhamento 340C é proporcionado, a porção de soldagem 302 é giratória com relação a e entre ambos os mecanismos de alinhamento 340B e 340C quando os mecanismos de alinhamento 340B e 340C se expandem para fixar a si mesmos ao interior de um segmento. Adicionalmente, o carrinho 301 pode incluir uma haste de alcance 345 que pode ser estruturada como uma extensão alongada a partir do carrinho 301 que um operador pode pegar para inserir / empurrar ou retrair / puxar o mecanismo de soldagem 300 para axialmente posicionar o mesmo dentro de um segmento 105, 110.

[031]A Figura 4 mostra uma vista ampliada de seção 200 da figura 3 na qual apenas o segmento 105 está presente e o segmento 110 está ausente. Como mostrado na figura 4, a porção de soldagem 302 inclui um grupo de soldagem 303 que compreende o maçarico 305, a sensores de laser 310, e uma câmera de cor 320. A porção de soldagem 302 adicionalmente tem uma porção de corpo 313 na qual um maçarico 305, sensores de laser 310, e câmera de cor 320 são suportados. O laser 310 rastreia um elemento de junta interior de segmentos 105, 110, e detecta um perfil de interface a ser usado para posicionar o maçarico 305 na aplicação da solda ao elemento de interface de junta. A porção de corpo 313 se estende entre o mecanismo de alinhamento 340B e 340C. A seção 200 mostra o mecanismo de soldagem 300 localizado dentro do segmento 105 com o maçarico 305 em geral apontado em uma direção radialmente para fora e posicionado para aplicar a solda à junta dianteira 120. A figura 5 mostra uma modalidade de uma vista em geral esquemática em seção transversal do mecanismo de soldagem 300 através da seção B-B que mostra o grupo de soldagem 303 voltado na direção de inserção de mecanismo de soldagem 300. A figura 5 também mostra a direção D de rotação de grupo de soldagem 303 quando o mesmo é girado pelo mecanismo giratório 335. Portanto, a ação de soldagem em um ponto particular ao longo do elemento de junta de soldagem 120 será primeiro acionado por sensores de laser 310 seguido pelo maçarico 305 e finalmente pela câmera de inspeção 2D 320.

[032]As Figuras 10 - 12 ilustram múltiplas perspectivas da porção de soldagem 302. A figura 10 mostra um sistema de envio de fio 322. O sistema de envio de fio 322 inclui um carretel de armazenamento de fio 323, um elemento alisador de fio opcional 325, e um mecanismo de alimentação de fio 330 que é automaticamente controlado para enviar a quantidade adequada de fio ao maçarico 305. Na medida em que o mecanismo giratório 335 gira a porção de soldagem 302, o fio é alimentado ao maçarico 305 pelo mecanismo de envio de fio 322.

[033]Como mencionado acima, o maçarico 305 pode ser posicionado e orientado em múltiplos modos por múltiplos mecanismos. O maçarico 305 é suportado em um elemento de manipulação. O elemento de manipulação inclui um elemento de posicionamento radial, um elemento de posicionamento axial e um elemento pivô. Especificamente, um elemento de posicionamento radial 307 (por exemplo, uma cremalheira e pinhão) no qual o maçarico 305 é suportado é capaz de mover o maçarico radialmente em direção a e em afastamento a partir da superfície interna dos segmentos 105, 110. Em outras palavras, em direção a e em afastamento a partir da interface de segmentos 105, 110 a serem soldados. Adicionalmente, um elemento de posicionamento axial 309 (por exemplo, a cremalheira e pinhão) pode mover o maçarico 305 axialmente dentro dos segmentos 105, 110. O elemento de manipulação também inclui um elemento pivô 308 que permite que o maçarico pivote (por exemplo, em torno de um eixo paralelo ao eixo longitudinal do segmento A-A). O movimento pivotal pelo elemento pivô 308 pode ser acionado por um motor e engrenagens 306. Por exemplo, o motor pode ser um motor de passo.

[034]Um elemento de manipulação de maçarico pode compor os movimentos de manipulação dos elementos acima mencionados por suportar de modo dependente os elementos. Por exemplo, a porção de corpo 313 pode suportar o elemento de posicionamento axial que por sua vez suporta o elemento de posicionamento radial que por sua vez suporta o elemento pivô que por sua vez suporta o maçarico. De modo similar, o elemento de posicionamento axial pode ser suportado pelo elemento de posicionamento radial. Adicionalmente, qualquer orderm de suporte pode ser empregada.

[035] Os elementos do elemento de manipulação são controlados por um controlador que recebe como entrada, uma série de sinais que incluem um sinal a partir de laser 310 e então processa a informação antes de transmitir um sinal a pelo menos o elemento de posicionamento radial 307, o elemento de posicionamento axial 309, o elemento pivô 308, e o sistema de envio de fio 322. O maçarico 305 é então reposicionado e reorientado de modo contínuo de acordo com predeterminados parâmetros do controlador com base em sinais a partir do laser de leitura de perfil 310.

[036]A operação do sistema de soldagem interna da presente invenção será agora descrito. As figuras 1, 8 e 9 ilustram o processo de posicionamento e de soldagem de segmentos 105 e 110 juntos. Em operação, uma ou mais das etapas enumeradas a seguir pode ser executada de modo que: a) um segmento de tubo 105 é disposto em um suporte de dispositivo/tubo de alinhamento 10A; b) máquina de soldagem interna 300 é então inserida dentro do segmento de tubo 105; c) um segundo segmento de tubo 110 é então alinhado com segmento de tubo 105 e o mecanismo de soldagem 300 é puxado para frente pela haste de alcance 345 ou automaticamente acionado de modo que o maçarico 305 em geral se alinha com o elemento de junta dianteiro 120 dos segmentos de tubo 105, 110; d) mecanismos de alinhamento 340A, 340B (e se necessário 340C) são então engatados para fixar o mecanismo de soldagem 300 dentro dos segmentos de tubo 105, 110; e) em uma modalidade (opcional), o mecanismo giratório 335 gira a porção de cabeça de soldagem 305 para realizar uma leitura inicial de elemento de junta de interface 120 de segmentos de tubo 105, 110 por dispositivos sensores de laser 310 para garantir um ótimo encaixe; f) se necessário, as etapas (c), (d) e (e) podem ser repetidas, isto é, os segmentos de tubo 105, 110 são realinhados / girados e feita nova leitura por laser 310, para aprimorar “encaixe”; g) opcionalmente, o mecanismo de alinhamento interno 340C na parte de trás do mecanismo de soldagem 300 é engatado para reter a posição axial do mecanismo de soldagem 300 com relação a ambas as seções de tubo 105, 110; h) com o mecanismo de soldagem 300 fixo nos segmentos de tubo 105 e 110, o ciclo de solda raiz (primeira solda) se inicia de modo que o laser 310 faz a leitura da interface do tubo 120, o maçarico 305 segue o laser 310, e a saída a partir do laser 310 é usada para controlar a posição do maçarico articulado 305, onde a posição e a orientação do maçarico 305 com relação à interface 120 são controladas de modo a produzir a solda de melhor qualidade; i) adicionalmente a um sinal a partir do laser 310, através do monitoramento de corrente de arco pode também ser usado para o direcionamento da posição do maçarico; j) após a conclusão de uma solda de 360°, a porção de cabeça de soldagem 305 é girada de volta para a posição original; k) o perfil (que usa laser 310) e as inspeções visuais (com câmera de cor 2D 320) são realizadas seja na etapa anterior (j) em uma rodada de inspeção separada; l) após a inspeção, os mecanismos de alinhamento 340A-C são liberados e o mecanismo de soldagem 300 é puxado ou acionado para frente em direção na medida em que a extremidade aberta de tubo soldado 105, 110 e com a porção de nariz de mecanismo de soldagem 300 exposta, tal como em (b), o segmento de tubo 110 é disposto no mecanismo de alinhamento externo 10B e avançado par o próximo elemento de junta; m) as etapas (c) a (l) são então repetidas para toda a rodada de produção.

[037]Em uma modalidade, um sinal a partir dos sensores de laser 310 é enviado a um controlador eletrônico do mecanismo de alinhamento externo 10 para automaticamente reposicionar um ou ambos os segmentos 105, 110 para um arranjo mais desejável da junta dianteira 120. Adicionalmente, as etapas podem ser executadas na ordem determinada. Entretanto, variações na ordem são também contempladas.

[038]Em outra modalidade, em vez de parar após a primeira solda de 360°, a rotação é continuada para dispor outra passagem de solda, o laser pode ser usado para inspecionar & rastrear simultaneamente ao mesmo tempo em que a câmera de cor 2D traseira continua a inspeção após a segunda solda.

[039]Em ainda outra modalidade, em vez de soldagem de uma solda completa de 360°, a solda é realizada em duas metades de 180° com a mesma posição de partida. Essa implementação pode requerer ou múltiplos sensores de lasers para o rastreio ou um mecanismo para fisicamente oscilar o laser e/ou o maçarico de modo a manter a posição dianteira do sensor de leitura em ambas as direções de rotação (isto é, girar o maçarico e o laser de modo que os mesmos oscilem as posições).

[040]Embora a presente invenção tenha sido descrita em detalhes e com referência a modalidades específicas da mesma, será aparente para aqueles versados na técnica que várias mudanças e modificações podem ser produzidas na mesma sem se desviar a partir do espírito e âmbito da mesma. Assim, é pretendido que a presente invenção cubra as modificações e as variações da presente invenção desde que elas se insiram dentro do âmbito das reivindicações em anexo e de suas equivalentes. Deve ser entendido que os termos tais como “topo”, “fundo”, “dianteiro”, “traseiro”, “lateral”, “altura”, “comprimento”, “largura”, “superior”, “inferior”, “interior”, “exterior”, e semelhante como podem ser usados aqui, meramente descrevem pontos de referência e não limitam a presente invenção a qualquer orientação ou configuração particular.

Claims

1. Sistema para alinhar e unir por soldagem dois segmentos de um tubo, compreendendo: um mecanismo de soldagem configurado para aplicar uma solda a uma junta de face dos dois segmentos, o mecanismo de soldagem incluindo um maçarico de articulação, um sensor de laser configurado para ler um perfil da junta de face, e um controlador eletrônico configurado para receber sinais de informação a partir do sensor de laser para controlar uma posição ou orientação, ou ambas a posição e a orientação do maçarico; e um mecanismo de alinhamento externo configurado para manipular orientação de um eixo longitudinal de pelo menos um dos segmentos com relação ao outro, em que o mecanismo de soldagem inclui adicionalmente uma porção de soldagem e um carrinho, o carrinho tendo um mecanismo de alinhamento interno, em que o mecanismo de soldagem é móvel dentro de pelo menos um primeiro dos dois segmentos de modo que o maçarico fique alinhado com a junta de face entre os dois segmentos e de modo que o mecanismo de alinhamento interno então se expande radialmente para engatar uma superfície interior do tubo para manter uma posição longitudinal do mecanismo de soldagem no lugar, CARACTERIZADO pelo fato de que: a porção de soldagem é configurada para rotacionar em relação ao carrinho dentro do tubo ao redor do eixo longitudinal de pelo menos um dos dois segmentos, e o maçarico e o sensor de laser são suportados rotacionalmente pela porção de soldagem de modo que, durante a soldagem, o maçarico segue o sensor de laser ao longo da junta de face.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o mecanismo de soldagem inclui adicionalmente, uma câmera para a detecção ótica da junta de face.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a câmera segue o maçarico ao longo de um trajeto da junta de solda, a câmera enviando um sinal para uma tela da estação de operação para permitir um operador inspecionar uma imagem de uma porção da solda.

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o movimento de articulação de uma cabeça do maçarico no maçarico inclui um ou mais dentre movimentos de translação radial que se aproximam e se afastam da junta de face, movimento de translação em uma direção do eixo longitudinal, movimento pivotante em relação ao mecanismo de soldagem ao redor de um eixo que é paralelo ao eixo longitudinal, e movimento pivotante em relação à cabeça de maçarico ao redor de um eixo que é perpendicular ao eixo longitudinal.

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o mecanismo de soldagem rotaciona dentro e em relação a um interior da junta de face dos dois segmentos de modo que o maçarico segue o sensor de laser, o sensor de laser fornecendo dados do perfil da junta de face contínuos ao controlador eletrônico que por sua vez direciona de modo contínuo o posicionamento do maçarico.

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que manter a posição longitudinal do mecanismo de soldagem no tubo compreende um bloqueio da posição longitudinal do mecanismo de soldagem em relação aos dois segmentos enquanto a porção de soldagem rotaciona.

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a articulação do maçarico inclui movimentos de translação radial que se aproximam e se afastam da junta de face, um movimento de translação axial em uma direção do eixo longitudinal, e um movimento pivotante em relação ao mecanismo de soldagem ao redor de um eixo que é paralelo ao eixo longitudinal ou em relação a uma cabeça de maçarico no maçarico ao redor de um eixo que é perpendicular ao eixo longitudinal.

8. Sistema para alinhar e unir por soldagem dois segmentos de um tubo, compreendendo: um mecanismo de soldagem configurado para aplicar uma solda a uma junta de face dos dois segmentos, o mecanismo de soldagem incluindo: um maçarico de articulação, um sensor de laser configurado para ler um perfil da junta de face, um carrinho, uma porção de soldagem, um segundo mecanismo de alinhamento interno, e um controlador eletrônico configurado para receber sinais de informação a partir do sensor de laser para controlar uma posição ou orientação, ou ambas a posição e a orientação, do maçarico, em que o carrinho é configurado para manter uma posição longitudinal do mecanismo de soldagem no tubo, o carrinho incluindo um primeiro mecanismo de alinhamento interno configurado para se expandir radialmente em uma primeira lateral do maçarico para engatar uma superfície interior de um primeiro dos dois segmentos, CARACTERIZADO pelo fato de que: a porção de soldagem é configurada para rotacionar em relação ao carrinho dentro do tubo, o segundo mecanismo de alinhamento interno é configurado para se expandir radialmente em uma segunda lateral do maçarico, oposta à primeira lateral, para engatar uma superfície interior de um segundo dos dois segmentos, e o maçarico e o sensor de laser são suportados rotacionalmente pela porção de soldagem de modo que, durante a soldagem, o maçarico segue o sensor de laser ao longo da junta de face conforme o maçarico rotaciona ao redor de um eixo longitudinal.

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente: um mecanismo de alinhamento externo configurado para manipular uma orientação de um dos dois segmentos em relação ao outro ao longo do eixo longitudinal por contato com um exterior do um segmento.

10. Sistema, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que o controlador eletrônico recebe um sinal a partir do sensor de laser de modo que o mecanismo de alinhamento externo, em resposta ao sinal, ajusta as posições relativas dos dois segmentos com base em parâmetros de alinhamento predeterminados.

11. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que o carrinho inclui um terceiro mecanismo de alinhamento interno configurado para se expandir radialmente para engatar a superfície interior ao primeiro dos dois segmentos.

12. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que o sensor de laser é posicionado entre dois dos mecanismos de alinhamento interno.

13. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que o maçarico é rotativo pela porção de soldagem através de uma solda de 360°.

14. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que o maçarico é posicionado entre o primeiro e o segundo mecanismos de alinhamento interno.

15. Sistema, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente um terceiro mecanismo de alinhamento configurado para se expandir radialmente para engatar uma superfície interior de um dos dois segmentos.

16. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que manter a posição longitudinal do mecanismo de soldagem no tubo compreende um bloqueio da posição longitudinal do mecanismo de soldagem em relação aos dois segmentos enquanto a porção de soldagem rotaciona.

17. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que a articulação do maçarico inclui movimentos de translação radial que se aproximam e se afastam da junta de face, um movimento de translação axial na direção do eixo longitudinal, e um movimento pivotante em relação ao mecanismo de soldagem ao redor de um eixo que é paralelo ao eixo longitudinal ou em relação a uma cabeça de maçarico no maçarico ao redor de um eixo que é perpendicular ao eixo longitudinal.

18. Sistema para alinhar e unir por soldagem dois segmentos de um tubo, compreendendo: um mecanismo de soldagem configurado para aplicar uma solda a uma junta de face dos dois segmentos, o mecanismo de soldagem incluindo um maçarico articulado, um sensor de laser configurado para ler um perfil da junta de face, e um controlador eletrônico configurado para receber sinais de informação a partir do sensor de laser para controlar uma posição ou orientação, ou ambas a posição e a orientação, do maçarico; um mecanismo de alinhamento configurado para manipular uma orientação de um eixo longitudinal de pelo menos um dos dois segmentos em relação ao outro; em que o controlador eletrônico recebe um sinal a partir do sensor de laser de modo que o mecanismo de alinhamento ajusta as posições relativas dos dois segmentos em resposta ao sinal, CARACTERIZADO pelo fato de que: o mecanismo de soldagem inclui adicionalmente um carrinho para manter uma posição longitudinal do mecanismo de soldagem no tubo e uma porção de soldagem configurada para rotacionar em relação ao carrinho dentro do tubo, e o maçarico e o sensor de laser são suportados rotacionalmente pela porção de soldagem de modo que, durante a soldagem, o maçarico segue o sensor de laser ao longo da junta de face.

19. Sistema, de acordo com a reivindicação 18, CARACTERIZADO pelo fato de que o carrinho inclui pelo menos um primeiro mecanismo de alinhamento interno configurado para se expandir radialmente em uma primeira lateral do maçarico para engatar uma superfície interior de um primeiro dos dois segmentos, e em que o mecanismo de soldagem inclui um segundo mecanismo de alinhamento interno configurado para se expandir radialmente em uma segunda lateral do maçarico, oposta à primeira lateral, para engatar uma superfície interior de um segundo dos dois segmentos.

20. Sistema, de acordo com a reivindicação 18, CARACTERIZADO pelo fato de que o maçarico rotaciona ao redor do eixo longitudinal, e em que uma cabeça de maçarico no maçarico se move axialmente ao longo do tubo em relação ao carrinho.