BR9916572B1 - método de assentar uma tubulação subaquática e aparelho de soldagem para soldar seções de tubo. - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO DEASSENTAR UMA TUBULAÇÃO SUBAQUÁTICA E APARELHO DE SOLDAGEM PARA SOLDAR SEÇÕES DE TUBO".

A presente invenção refere-se a um aparelho e a um métodopara soldar tubos juntos. Mais especificamente, a invenção refere-se à sol-dagem a arco de seções de tubo juntas, quando assentar tubulações sobágua, especialmente no mar.

Quando assentar uma tubulação no mar, é costume soldar emuma barcaça de assentamento,as seções de tubo individuais em uma fileirade tubos (a fileira de tubos conduzindo para o fundo do mar). O método desoldagem ocorre na barcaça de assentamento. As seções de tubo podemconsistir em uma pluralidade de peças de tubo cada qual soldada junta emuma barcaça de assentamento para formar seções de tubo, quando neces-sário.

A fileira de tubo, ao ser assentada, está sob uma grande tensãoe juntas soldadas devem, naturalmente, ser suficientemente fortes para su-portar altas forças impostas nas juntas soldadas. A cada tempo,um tubo ésoldado a um outro tubo e testes extensivos são feitos para assegurar que aqualidade da junta soldada formada é suficiente. A resistência de uma juntasoldada depende de vários fatores, um sendo a geometria do trajeto traçadopelo ponto de contato do arco em relação às superfícies dos tubos a seremunidos. Se o ponto de contato do arco estiver fora do alvo tão pouco quantoum décimo de um milímetro, a qualidade da junta deve ser reduzida o bas-tante que a junta de tubo é rejeitada, quando testada, como se não fosse desuficiente qualidade. É, portanto, importante que o metal de solda seja as-sentado na região da junta com grande precisão.

Além disso, a distância radial do eletrodo com relação aos tubosdeve mudar em relação à profundidade da junta soldada. Quando a regiãoda junta entre os tubos for enchida com metal soldado, a superfície do metalsoldado fica mais próxima ao maçarico de soldagem.

Existem portanto considerações especiais que devem ser leva-das em conta, quando projetar um aparelho para soldar tais tubos juntos.Um método conhecido de soldagem de dois tubos juntos podeser descrito como segue. Os tubos a serem unidos são preparados antes dométodo de soldagem pela bizelagem das extremidades dos tubos de tal mo-do que, quando os tubos são dispostos imediatamente antes do método de soldagem começar (coaxialmente um em relação a outro), um sulco circunfe-rencial externo é definido entre os dois tubos. Os tubos são posicionadosprontos para soldagem. A guia de transporte é montada em um dos tubospara movimento em torno da circunferência dos tubos a serem unidos. Ummaçarico de soidagem é montado na guia de transporte e o aparelho é dis- posto de modo que a extremidade do eletrodo de metal do maçarico fiqueoposta e relativamente próxima ao sulco circunferencial. A guia de transporteem torno da circunferência do tubo e o maçarico é operado de modo que umarco seja direcionado para o sulco. O arco é guiado manualmente e/ou porvários sensores mecânicos para guiar o arco tão precisamente quanto pos-sível ao longo do comprimento do sulco. O método de soldagem geralmentetoma vários passos. No método acima descrito, a resolução dos sensoresmecânicos é tal que um operador humano é requerido para auxiliar no méto-do de soldagem para guiar o arco com suficiente precisão.

O tempo que se toma para assentar um dado comprimento da tubulação é, a uma grande extensão, determinado pelo tempo que se tomapara realizar todas as operações de soldagem necessárias. Há, portanto, umbenefício na redução do tempo que se toma para soldar dois tubos juntos.Qualquer tentativa para acelerar o método de soldagem não conduzirá, to-davia, a uma redução significativa na qualidade da junta soldada.

Um objetivo da presente invenção é proporcionar um aparelho eum método para soldagem de tubos juntos que mitiga pelo menos algumasdas desvantagens acima mencionadas associadas com o método e aparelhoconhecidos acima descritos. Um outro objetivo da presente invenção é pro-porcionar um aparelho e um método para soldar tubos juntos que é mais rápido na soldagem de tubos juntos do que o método e aparelho conhecidosacima descritos, porém sem reduzir significativamente a qualidade da juntade solda.De acordo com a invenção, é provido um aparelho de soldagempara soldagem de seções de tubo juntas para formar uma tubulação suba-quática, o aparelho de soldagem sendo disposto para soldar seções de tubojuntas,quando elas estão geralmente em um sentido ereto com o fundo deuma seção de tubo superior em contato com o topo de uma seção de tuboinferior que define a extremidade da tubulação, o aparelho de soldagem in-cluindo:

um retentor de equipamento rotativo montado para rotação emtorno de um eixo geralmente vertical e tendo uma abertura central, atravésda qual seções de tubo são capazes de passar quando uma tubulação é as-sentada,

uma pluralidade de cabeças de soldagem angularmente espa-çadas em torno do retentor de equipamento rotativo, cada cabeça sendoassociada com um respectivo setor do retentor de equipamento rotativo, e

um conjunto de guia de cabeça de soldagem para fixação emtorno de uma seção de tubo, o conjunto de guia incluindo uma trilha guiapara guiar o movimento de cada uma das cabeças de soldagem em torno daseção de tubo, o respectivo setor do retentor de equipamento rotativo sendocapaz de revolver-se em torno da seção de tubo quando a cabeça de solda-gem associada revolver-se em torno da seção de tubo.

A invenção torna possível operar uma pluralidade de cabeças desoldagem simultaneamente em torno da tubulação, deste modo possibilitan-do o método de soldagem a ser acelerado até consideravelmente. Ao mes-mo tempo, a provisão do retentor de equipamento rotativo torna possíveloperar uma pluralidade de cabeças de soldagem sem um risco de uma ca-beça de soldagem interferir na operação de uma outra.

De preferência, as cabeças de soldagem são dispostas para seracionadas em torno do conjunto de guia. Tal um conjunto possibilita o trajetodo movimento de cada cabeça de soldagem ser cuidadosamente controladoe também possibilita um controle cerrado da velocidade rotacional de cadacabeça de soldagem, possibilitando que todas as cabeças sejam giradas namesma velocidade.Em uma modalidade da invenção descrita abaixo com referênciaaos desenhos, o conjunto de guia de cabeça de soldagem é fixado em tornodo tubo imediatamente abaixo da junta a ser soldada (naquele caso,o con-junto é fixado no topo da tubulação); uma abordagem alternativa,que podealgumas vezes ser preferida, é fixar o conjunto em torno do tubo imediata-mente acima da junta a ser soldada (naquele caso, o conjunto é fixado nofundo da nova seção de tubo sendo adicionada à tubulação).

O número preciso das cabeças de soldagem e sua disposiçãoangular em torno da tubulação pode ser escolhido tendo considerado as ne-cessidades de uma aplicação particular. Geralmente, será preferível que pe-lo menos duas cabeças sejam angularmente espaçadas distantes uma daoutra, de modo que elas podem prontamente ser operadas sem interferiruma com a outra. As cabeças de soldagem são de preferência eqüiangular-mente espaçadas e em uma modalidade da invenção descrita abaixo trêscabeças de soldagem são providas. Em outros aplicações,podem, de prefe-rência, empregar duas ou quatro cabeças de soldagem.

De preferência, o equipamento de alimentação de gás e/ou forçapara cada cabeça de soldagem é montado no respectivo setor do retentor deequipamento rotativo com o que a cabeça de soldagem é associada. Em talcaso, o equipamento de alimentação é capaz de girar no retentor de equi-pamento rotativo em sincronismo com a rotação das cabeças de soldagemem torno da tubulação. De preferência, a conexão de cada cabeça de solda-gem a seu equipamento de alimentação é provida por um membro de cone-xão umbilical flexível. O membro de conexão flexível é capaz de compensarqualquer movimento rotativo relativo entre a cabeça de soldagem e seu e-quipamento de alimentação (tal movimento rotativo não sendo muito grande)e também de compensar o movimento relativo radial da cabeça de soldageme do equipamento de alimentação causado pela inclinação da tubulação. Oequipamento de alimentação é de preferência localizado em torno de umaregião externa do retentor de equipamento rotativo. A região interna acima eou abaixo do retentor de equipamento rotativo então permanece livre paraum operador.O aparelho é de preferência disposto para ser capaz de soldarseções de tubo juntas, quando elas estão geralmente no sentido ereto, po-rém em uma inclinação para vertical e para o eixo de rotação do retentor deequipamento rotativo. Tal exigência é comumente requerida, quando usaruma técnica de "assentamento em J" do assentamento de tubo.

Os detalhes da construção da cabeça de soldagem não são ge-ralmente uma parte significativa da presente invenção. Embora seja possívelempregar uma construção em que cada cabeça de soldagem compreendeum maçarico de soldagem simples, é preferível que, cada cabeça de solda-gem compreenda uma pluralidade de maçaricos de soldagem porque istonovamente possibilita que a velocidade de soldagem seja maior. Em umamodalidade da invenção descrita abaixo,cada cabeça de soldagem compre-ende dois maçaricos de soldagem. Os maçaricos de soldagem da mesmacabeça de soldagem estão, de preferência, dispostos para ser movidos emtorno das seções de tubo em uma relação fixa entre si; é, todavia, possívelque haja algum movimento relativo limitado dos maçaricos de soldagem per-tencentes a mesma cabeça de soldagem.

De preferência, cada cabeça de soldagem é montada em umaguia de transporte disposta para ser acionada em torno do conjunto de guiae uma unidade de controle é provida para facilitar a orientação automáticade um arco de soldagem em torno do conjunto de guia, a unidade de contro-le que recebe os sinais representando características elétricas da soldagemcom relação a ambas as seções de tubo, superior e inferior e controla o mo-vimento do arco em dependência com os sinais recebidos pela unidade desoldagem. Tal disposição possibilita uma soldagem acurada a ser realizadae que novamente facilita a operação de uma pluralidade de cabeças de sol-dagem.

O retentor de equipamento rotativo pode ser provido acima ouabaixo do equipamento: por exemplo, o retentor de equipamento rotativopode ser uma plataforma no topo do que o equipamento de alimentação degás e/ou força é suportado; alternativamente, o retentor de equipamento ro-tativo pode ser um carrossel aéreo sobre o qual equipamento de alimenta-ção de gás e/ou força é suportado. No caso em que um carrossel aéreo éprovido, o aparelho de preferência ainda inclui uma plataforma abaixo docarrossel para suportar pessoas usando cabeças de soldagem; a plataformanão precisa ser montada para rotação em torno de quaisquer eixos verticais.

O retentor de equipamento rotativo é de preferência capaz deser movido em e fora da posição em torno do tubo sem interferir nas seçõesde tubo a serem soldadas juntas. -

De acordo com a invenção, é também provido um método deassentar uma tubulação sob água, em que as seções de tubo são soldadasjuntas para formar a tubulação, o método incluindo as seguintes etapas:

provisão de um retentor de equipamento rotativo montado pararotação em torno de um eixo geralmente vertical e tendo uma abertura cen-tral através da qual as seções de tubo são capazes de passar quando umatubulação é assentada,

provisão de uma pluralidade de cabeças de soldagem angular-mente espaçadas em torno da mesa rotativa, cada cabeça sendo associadacom um respectivo setor do retentor de equipamento rotativo,

posicionamento do topo de uma tubulação sobre o qual uma se-ção de tubo deve ser soldada na região do meio do retentor de equipamentorotativo,

colocação do fundo de uma seção de tubo no topo da tubulação,uso simultâneo de mais que uma das cabeças de soldagem paraefetuar uma ação de soldagem nas regiões angularmente espaçadas da jun-ção entre o fundo da seção de tubo e o topo da tubulação e simultaneamen-te movendo as cabeças de soldagem em torno da junção, e

rotação do retentor de equipamento rotativo durante o uso simul-tâneo das cabeças de soldagem.

A rotação do retentor de equipamento rotativo possibilita qual-quer variação na posição de cada cabeça de soldagem relativa ao retentorde equipamento rotativo a ser reduzido ou ser eliminado.

O método descrito acima pode ser realizado empregando umaparelho de soldagem tendo qualquer uma das características acima descri-tas.

O aparelho e o método da invenção podem ser de vantagemparticular no caso em que o fundo da seção de tubo e o topo da tubulaçãosão perfilados de tal modo que a colocação do fundo da seção de tubo notopo da tubulação define um sulco circunferencial externo entre os mesmose a largura do sulco é substancialmente constante ao longo da sua profundi-dade. Em tal caso, a quantidade de material de solda requerida para preen-cher uma dada extensão do sulco por uma dada profundidade permanecesubstancialmente constante ao longo do enchimento no sulco. É então pos-sível dispor para que a velocidade rotacional das cabeças de soldagem se-jam substancialmente constante ao longo da soldagem da junta.

De preferência, a velocidade rotacional do movimento das cabe-ças de soldagem em torno da junção entre o fundo da seção de tubo e o to-po da tubulação é substancialmente a mesma que a velocidade rotacional doretentor de equipamento rotativo. Embora possa ser possível proporcionar amesma máquina motriz tanto para acionar as cabeças de soldagem em tor-no do tubo como para acionar o retentor de equipamento rotativo, usualmen-te será preferível ter acionadores separados. O meio de controle para sin-cronização dos drives pode ser provido.

A invenção ainda proporciona uma tubulação subaquática inclu-indo uma série de seções de tubo soldadas juntas por um método como a-cima definido.

Por meio do exemplo, uma modalidade da invenção será a se-guir descrita com referência aos desenhos anexos, do que:

Figura 1 é uma vista seccional através da parede lateral dotopo de uma tubulação e do fundo de uma seção de tubo a ser unida à tubu-lação, as paredes sendo perfiladas para definir um sulco de forma conven-cional,

Figura 2 é uma vista seccional através das paredes do topode uma tubulação e do fundo de uma seção de tubo a ser unida à tubulação,as paredes sendo perfiladas para definir um sulco de forma especial,

Figura 3 é uma vista lateral mostrando o fundo de uma seçãode tubo sendo soldada no topo de uma tubulação usando um retentor deequipamento rotativo na forma de uma mesa rotativa que suporta vários e-quipamentos,

Figura 4 é uma vista em planta de uma mesa rotativa durantea soldagem mostrada na Figura 3,

Figura 5 é uma vista lateral similar à Figura 3, porém ilustran-do o uso de um carrossel aéreo como um retentor de equipamento rotativo,

Figura 6 é uma vista em planta do carrossel aéreo durante asoldagem mostrada na Figura 5,

Figura 7 é uma vista lateral esquemática de um aparelho desoldagem incluindo dois maçaricos de soldagem (apenas um dos quais émostrado para a finalidade de clareza),

Figura 8 é um diagrama em bloco esquemático ilustrando osistema de orientação automático do aparelho de soldagem da Figura 7, e

Figura 9 é uma vista em perspectiva esquemática de umaforma modificada do aparelho de soldagem incluindo dois maçaricos de sol-dagem.

A Figura 1 mostra uma junta convencional típica, antes da sol-dagem, entre o fundo de uma seção de tubo 2 e o topo de uma tubulação 1 (ela própria formada de uma série de seções de tubo que já haviam sido sol-dadas juntas). Será visto que as paredes do tubo são bizeladas, de modoque um sulco circunferencial 3 é formado em uma face (a face externa) dasparedes. Na face interna, um sulco 4 em forma de V muito menor é formado.As extremidades topejantes das paredes de tubo são bizeladas,de modo que o sulco 3 é conificado e é relativamente estreito na sua extremidade maisinterna 3 A, porém relativamente larga na sua extremidade mais externa3B;nas juntas convencionais, o ângulo de inclinação de cada parede da ex-tremidade está tipicamente na faixa de 5o a 30°, de modo que o ângulo totaldefinido entre as paredes opostas do sulco 3 fica na faixa de 10° a 60°. Pela provisão de um sulco alargado deste tipo, a inserção do material soldado nofundo do sulco é facilitada.

Durante a soldagem, o material de solda é assentado no sulcopor um maçarico de soldagem que passa em torno do sulco e em um casotípico, o maçarico de soldagem passa sobre a mesma parte do sulco maisdo que uma vez a fim de assentar mais material e, finalmente, encher todo osulco 3 e proporcionar uma solda forte entre as duas seções de tubo. Natu-ralmente, quando o material de solda é assentado, o fundo eficaz do sulcomove-se para fora e, quando isso acontece, a largura do sulco no seu fundoaumenta. Quando a largura do fundo do sulco aumenta, assim, a velocidadeótima do deslocamento do maçarico de soldagem em torno do sulco se re-duz; naturalmente, a velocidade ótima inicial (quando o primeiro que inicia opreenchimento do sulco 3) pode ser mais do que duas vezes a velocidadeótima final (quando o sulco 3 é quase cheio).

A Figura 2 mostra uma forma diferente da junta, antes da solda-gem, entre o fundo de uma seção de tubo e o topo de uma tubulação e osmesmos números de referência são usados na Figura 2 para indicar as par-tes correspondentes. Como pode ser visto do desenho, no caso da junta es-pecial mostrada na Figura 2, o sulco 3 é de largura constante ao longo detoda sua profundidade (distante do seu fundo extremo que é arredondado).Com tal um sulco, a largura do fundo do sulco permanece constante quandoé enchida e conseqüentemente a velocidade ótima de deslocamento de ummaçarico de soldagem em torno do sulco permanece constante ao longo dométodo de soldagem; por exemplo, é o mesmo no início do método, quandoa soldagem está ocorrendo na região mais interna 3A quando está no finaldo método quando a soldagem está ocorrendo na região mais externa 3B.Uma junta da solda que pode ser otimamente formada por um maçarico desoldagem que desloca a velocidade constante ao longo do método de solda-gem é de particular vantagem quando usada com uma forma particular doaparelho de soldagem que será, a seguir, descrita com referência às Figuras3 e 4.

A Figura 3 é uma vista lateral de uma estação de soldagem emum navio que é projetado para assentar tubulações pela técnica conhecidacomo "assentamento em J". Naquela técnica, a tubulação é disposta paradeixar o navio que está assentando-a em um sentido substancialmente eretoe a tubulação então se encurva para um sentido horizontal no fundo do mar.No assentamento em J1 embora a tubulação possa estar completamentevertical no navio, é mais comum que a mesma esteja inclinada para o verti-cal, especialmente se a profundidade da água na qual a tubulação está sen-do assentada não for relativamente muito grande. No assentamento em J, énecessário adicionar seções de tubo extra à tubulação com as seções detubo orientadas verticalmente; assim, não é possível ter uma série toda deestações de soldagem ao longo do comprimento da tubulação e é importanteque o método de soldar uma outra seção de tubo (que ela própria podecompreender uma pluralidade de pedaços de tubo individuais soldados jun-tos) na tubulação pode ser realizado tão rapidamente quanto possível.

Na Figura 3, o número de referência 1 indica a extremidade su-perior da tubulação estando assentada e o número de referência 2 indica aextremidade inferior de uma seção de tubo 2 que está sendo soldada à tubu-lação 1. A tubulação 1 é mantida na posição relativa ao navio por uma com-binação apropriada de prendedores e/ou roletes tensionadores (não mostra-dos) montados no navio e, durante o método de soldagem, a tubulação 1 émantida em uma posição fixa relativa ao navio. A seção de tubo 2 é retidapor prendedores em alinhamento coaxial com a extremidade superior da tu-bulação 1 e com o fundo da seção de tubo 2 e o topo da tubulação 1 emcontato uma em relação a outra e definindo um sulco circunferencial 3 emtorno do exterior da sua junção como já descrito com referência à Figura 2.

Uma mesa rotativa 5 é provida em torno da tubulação 1 até a-baixo da junção com a seção de tubo 2. A mesa 5 tem uma abertura central5A através da qual a tubulação 1 passa. A mesa 5 é montada para rotaçãoem torno de um eixo vertical 8 que intersecta o eixo longitudinal 1A da ex-tremidade superior da tubulação 1 e é inclinada para ela. No exemplo parti-cular ilustrado, o ângulo de inclinação é 20°, porém será apreciado que esteângulo pode variar. A mesa 5 é montada em uma armação 6 que é fixada nonavio e meios de guiar e acionar 7 é provida na armação 6 para girar a mesa5 em tomo do eixo 8.

Um conjunto de soldagem 11 é fixado em torno do topo da tubu-lação 1. O conjunto de soldagem compreende uma trilha guia circular 14 quese estende em torno da tubulação até abaixo do sulco 3 e, neste exemplo,duas cabeças de soldagem 12 nas posições diametricamente opostas. Ascabeças de soldagem 12 são montadas para movimento em torno da trilhaguia 14 e seu movimento é controlado de modo cuidadoso. Cada cabeça desoldagem é ela própria de especial construção como descrito abaixo comreferência às Figuras 7 a 9.

Cada cabeça de soldagem 12 é conectada por um conector fle-xível umbilical 15 a seu próprio equipamento de alimentação 16 que é mon-tado em uma região externa da mesa rotativa. O equipamento de alimenta-ção inclui equipamento de alimentação de gás e força elétrica e o conector15 estende-se em um plano radial substancialmente vertical entre o equipa-mento 16 e a cabeça de soldagem 12, e.como mostrado na Figura 3, o co-nector 15 é retido bem acima da mesa 5 por um braço telescópico 17 fixadona mesa, de modo que um operador de soldagem 18 não é afetado pelomesmo.

A Figura 4 é uma vista em planta da mesa rotativa. O ajustemostrado na Figura 4 difere daquele da Figura 3 em que três cabeças desoldagem 12A, 12B e 12C (não mostradas) são providas de modo equiangu-larmente espaçado em torno da mesa rotativa.

Cada cabeça de soldagem 12A, 12B, 12C é provida com seupróprio equipamento de alimentação compreendendo cilindros de gás 19A,19B, 19C (incluindo alguns contendo argônio e alguns contendo dióxido decarbono), equipamento gerador de eletricidade 20A, 20B e 20C para propor-cionar a força elétrica requerida por cada cabeça de soldagem e outro equi-pamento quando requerido. Tal outro equipamento pode incluir uma fonte defio de soldagem que é alimentada para respectiva cabeça de soldagem atra-vés do conector 15.

O procedimento para soldagem da seção de tubo 2 no topo datubulação 1 será, a seguir, descrito, a partir da situação mostrada na Figura3 em que a extremidade superior da tubulação 1 é fixada na posição mos-trada e a seção de tubo 2 é retida por prendedores (não mostrados) em con-tato com e coaxialmente alinhada com a extremidade superior da tubulação1 e, conjunto de soldagem 11 é fixado na posição mostrada na Figura 3 detal modo que os maçaricos de soldagem das cabeças de soldagem 12 sãoalinhados com o sulco 3 na junção das seções de tubo 1 e 2.

A solda entre as seções de tubo pode ser formada em uma ope-ração contínua. Cada uma das cabeças de soldagem 12 é acionada nas su-as respectivas guias de transporte em torno da trilha guia 14 na mesma ve-locidade rotacional constante. Ao mesmo tempo, a mesa rotativa 5 é aciona-da na mesma velocidade rotacional em torno do eixo 8. Assim, o equipamen- to de alimentação 16 para cada cabeça 12 permanece radialmente alinhadocom sua cabeça; como resultado da inclinação da tubulação, há algum mo-vimento da cabeça para e distante do equipamento 16 porém que é acomo-dada pelo movimento do conector flexível 15. Inicialmente, como já descrito,o material soldado é assentado na porção mais interna 3A do sulco, porémquando a rotação continua e uma cabeça de soldagem chega para uma par-te do sulco que já havia sido passado por uma outra cabeça, a solda é mon-tada na porção mais externa 3B. Durante todo o método, a velocidade rota-cional de ambas, as cabeças de soldagem 12 e a mesa 5 pode ser constan-te. Se desejado, a direção da rotação das cabeças de soldagem e da mesa 5 pode ser revertida periodicamente, embora seja entendida que tal reversãonão é necessária do ponto de vista de manutenção das cabeças de solda-gem adjacentes a seu respectivo equipamento de alimentação.

Uma vez, a junta soldada foi completada, o conjunto de solda-gem 11 pode ser liberado da tubulação, um outro pedaço de tubulação dei- xado passar fora do navio e o método repetido com o topo da seção de tubo23 então definindo o topo da tubulação 1.

Com referência às Figuras 5 e 6 é mostrada uma forma modifi-cada do aparelho das Figuras 3 e 4 em que as partes correspondentes sãoindicadas pelos mesmos números de referência. A descrição que se refere às Figuras 5 e 6 será confinada principalmente às diferenças entre a dispo-sição mostrada aí e a disposição já descrita com referência às Figuras 3 e 4.

No caso do aparelho mostrado nas Figuras 5 e 6, o equipamentode alimentação 16 é suspenso de um carrossel aéreo 25 que é girável nomesmo modo que a mesa rotativa 5 nas Figuras 3 e 4. Neste caso, há aindauma plataforma abaixo do carrossel sobre a qual os usuários do equipamen-to podem ficar, tal plataforma sendo indicada por número de referência 51 naFigura 5. Neste caso, todavia, a plataforma 51 permanece estacionáriaquando as cabeças de soldagem e equipamento de alimentação suspensodo carrossel giram, de modo que um usuário desejando ver uma cabeça desoldagem deve caminhar em volta da plataforma 51.

Como pode ser visto mais facilmente na Figura 6, o carrosselaéreo 25 é montado em uma armação 52 que é deslizavelmente montadavia rodas 53 em uma armação de suporte fixo 54 mostrada em traçado ponti-Ihado na Figura 6, pelo que o carrossel 25 pode ser movido horizontalmentedistante de sua posição operativa, mostrado nas Figuras 5 e 6, para umaposição evidente da tubulação 1. Isto pode ser útil, por exemplo, se for dese-jado realizar outras operações na junta de tubulação.

A armação 52 carrega uma trilha guia circular 55 interrompidaem uma região 56 para permitir a trilha guia ser retirada horizontalmente emuma armação 52, mesmo quando existe uma seção de tubo que passa verti-calmente através da trilha. O carrossel 25 é montado para rotação na trilhaguia 55 pelas rodas 57 a maioria das quais giram em torno dos eixos hori-zontais porém duas das quais (referidas como 57A na Figura 6) giram emtorno do eixo vertical. Será entendido que, embora a trilha guia se estendaem torno apenas da parte da seção de tubo, o carrossel 25 é capaz de giraratravés de um 360° completo.

O carrossel 25 mostrado na Figura 6 é equipado para a opera-ção de quatro maçaricos de soldagem (neste exemplo particular, duas cabe-ças de soldagem, cada qual tem dois maçaricos). O carrossel assim temquatro jogos de equipamento de alimentação incluindo cilindros de gás 19A,19B, 19C e 19D para cada uma das cabeças de soldagem, equipamento decontrole e/ou gerador elétribo 20A, 20B, 20C e 20D e alimenta fio de solda-gem 21A, 21B, 21C e 21D>

Como será entendido, o aparelho mostrado nas Figuras 5 e 6opera substancialmente no mesmo modo que o aparelho das Figuras 3 e 4 eaquela operação não será ainda descrita aqui. Deverá também ser entendi-do que embora várias modificações tenham sido descritas com referência àsFiguras 5 e 6, é possível proporcionar um aparelho que incorpore apenasalgumas daquelas modificações. Por exemplo, o carrossel 25 pode ser pro-vido como um carrossel aéreo sem provisão de um arranjo para possibilitar ocarrossel a ser retirado enquanto uma seção de tubo está ainda presente eestendendo-se verticalmente através do mesmo.

Com referência, a seguir, à Figura 7, é mostrada em seçãotransversal parcial as extremidades dos tubos 102, 104 a serem soldadasjuntas e uma vista lateral esquemática de um aparelho de soldagem 110tendo dois maçaricos de soldagem de arco voltaico 101 (apenas um dosquais pode ser visto na Figura 1) para soldagem de topo dos tubos 102, 104juntos. O maçarico de soldagem é do tipo já conhecido como "soldagem dearco de metal a gás" (GMAW) e pode ser do tipo usado em soldagem por"gás ativo de metal" (MAG) ou do tipo usado na soldagem por "gás inerte demetal" (MIG). O gás usado pode, por exemplo ser dióxido de carbono. Deve-rá ser entendido que o aparelho de soldagem 110 corresponde a uma dascabeças de soldagem 12 mostradas nas Figuras 3 a 6 e que os tubos 102,104 correspondem à tubulação e à seção de tubo 2, respectivamente, dasFiguras 1 a 6.

Os tubos 102, 104 são dispostos com seus eixos alinhados esuas extremidades 126, 127 uma em seguida da outra. As extremidades126, 127 dos tubos são bizeladas, de modo que quando trazer juntos, elasdefinem um sulco externo que se estende circunferencialmente 128.

Uma trilha 106 (correspondente à trilha 14 das Figuras 3 e 5) éfixamente montada como uma unidade simples no tubo do lado esquerdo102 (quando visto na Figura 7). A trilha 106 estende-se circunferencialmenteem torno do tubo 102. A trilha 106 tem duas trilhas guias 129, 130, que seestendem em torno do eixo 102. O aparelho de soldagem 110 é montadopara movimento ao longo da trilha 106. As rodas 105 são rotativamentemontadas em uma placa base 107 do aparelho de soldagem 110. As rodas105 engatam-se com as trilhas guias 129, 130 e facilitam o movimento guia-do do aparelho 110 ao longo da trilha 106. Uma das trilhas 130 também pro-porciona uma cremalheira que se estende em torno do tubo. Uma roda depinhão (não mostrada), montada para engate com a cremalheira, é aciona-da,de modo que o aparelho pode ser acionado em torno do tubo 102. A rodade pinhão acionada pode ser girada via uma correia acionada, que é por suavez acionada por um motor escalonado ou fonte de acionamento similar (nãoilustrada). A trilha 106 é assim posicionada no tubo 102 que os maçaricos101 do aparelho 110 são cada qual posicionados diretamente sobre o sulco128. Tais métodos de posicionar uma trilha e um aparelho de soldagem emum tubo, de modo que um maçarico do aparelho de soldagem é corretamen-te posicionado sobre a junta soldada a ser formada são bem-conhecidos e,portanto, não serão descritos aqui em maiores detalhes.

Em uso, o aparelho 110 é acionado em torno dos tubos 102, 104e os maçaricos de soldagem 101 são operados e controlados, de modo queeles depositam material de solda no centro do sulco 128 para formar umajunta de solda 103. Os maçaricos de solda são dispostos um em seguida aoutro. Quando o aparelho dá partida, o primeiro maçarico (o maçarico nafrente em relação à direção inicial do movimento dos maçaricos) é operadoprimeiro e o outro maçarico não é operado até atingir o início da solda as-sentada pelo primeiro maçarico. Então, quando o aparelho 110 passa aolongo do sulco 128, o material de solda é depositado no sulco pelo primeiromaçarico para formar a junta de solda 103 e logo em seguida outro materialde solda é depositado no topo da junta de solda 103 pelo segundo maçarico.O aparelho 110 realiza vários passos depositando mais camadas de materialde solda no sulco para unir os tubos juntos. O aparelho de soldagem 110gira em ambas as direções em torno da circunferência dos tubos 102, 104. Oaparelho de soldagem 110 move-se em torno dos tubos 102, 104 em umadireção (isto é, na direção dos ponteiros do relógio ou na direção contrária ados ponteiros do relógio) até ter movido em torno de toda circunferência dostubos pelo menos uma vez.

Ambos os maçaricos 101 funcionam em um modo similar. Adescrição seguinte refere-se a apenas um dos dois maçaricos e seu sistemade orientação, porém será entendido que o outro maçarico funciona subs-tancialmente no mesmo modo.

O fio de soldagem 109 é continuamente alimentado de um carre-tel 111 de fio para o maçarico 101. O fio de soldagem 109 é desenrolado docarretei de fio 111 por meio de um dispositivo de empuxo 114 que transportao fio 109 via um tubo guia 108 para um dispositivo tensor 112, do qual o fio éalimentado no maçarico 101.

A soldagem dos tubos 102 e 104, pelo maçarico de soldagem é controlada por um sistema de orientação automático. O guia do sistema ori-enta o maçarico de soldagem averiguando valores do parâmetro elétrico re-lativos a impedância de arco voltaico. A impedância de arco depende, interalia, da posição do arco de soldagem em relação às paredes que definem osulco 128. Se o arco fica no meio plano central imaginário (contendo a linhacentral do sulco 128) entre as paredes do sulco 128,então a influência da-quelas paredes nos parâmetros elétricos acima é praticamente idêntica. Poroutro lado, se o arco do maçarico voltaico 101 não for posicionado direta-mente no centro do sulco 128,a influência das paredes do sulco nos valoresde parâmetro elétrico será diferente. A monitoração das magnitudes de umparâmetro elétrico averiguado possibilita a unidade de controle (não mostra-da na Figura 7) do aparelho para calcular o desvio da posição central do ar-co do maçarico 101 no sulco 128. Mais especificamente, a magnitude dosvalores de voltagem, corrente e impedância (V1I1R) relativos a uma parededo sulco 128 é comparada com aqueles referentes a outra parede do sulcodurante o movimento contínuo do maçarico 101. A voltagem e a corrente doarco são medidas com um equipamento provido em ou no maçarico de sol-dagem e a impedância de arco pode então ser calculada usando aquelesvalores medidos. O método de averiguar aqueles valores com respeito auma dada parede do sulco 128 é explicado abaixo com referência à Figura2.

Se o arco estiver em uma posição fora do centro, naquele arco,a extremidade do fio 109 e o banho de soldagem ficam mais próximos a umadas paredes do sulco e haverá uma redução na impedância de arco voltaicocom relação à parede oposta, uma vez que o aparelho de soldagem é talque o valor de tensão é levado a decrescer e a intensidade da corrente élevada a aumentar. Correções na orientação e posição do maçarico 101 emrelação ao sulco 128 e a solda 103 são realizadas com o sistema de orienta-ção automático no tempo real.

O diagrama em bloco da Figura 8 ilustra esquematicamente osistema de orientação automático do aparelho de soldagem (ilustrado porFigura 7). Cada maçarico é provido com um sistema de orientação, porém osistema é ilustrado e descrito com referência a um maçarico simples apenaspara efeito de simplificação.

O sistema de orientação avalia periodicamente os valores deparâmetro elétrico de voltagem, intensidade da corrente e impedância dearco voltaico relativos à parede direita e parede esquerda que definem o sul-co 128 (ver Figura 1). O maçarico de soldagem é oscilado de modo que aposição do arco oscila com uma pequena amplitude (menos que um décimode um milímetro) em uma direção substancialmente paralela ao eixo do tubo(de modo que o arco move-se para e longe de cada parede). A voltagem e acorrente de arco são medidas de modo prático, continuamente, e sinais cor-respondentes àqueles valores medidos são passados do maçarico 101 viaum cabo 125 a uma unidade reguladora 115. A unidade reguladora 115 in-clui meios de processamento, que processam os sinais. A unidade regulado-ra 115 envia sinais representativos dos valores de parâmetro elétrico medi-dos para as paredes esquerda e direita para dois filtros digitais 116, 118, umfiltro 116 para gerar sinais relativos à parede direita e um filtro 118 para aparede esquerda. A unidade reguladora 115 e os filtros 116, 118 são assimcapazes de eficazmente extrair, a partir dos sinais do maçarico 101, os si-nais correspondentes aos valores dos parâmetros medidos com relação aoarco em relação à parede esquerda e parede direita, respectivamente, dosulco 128. Os sinais de saída são assim produzidos pelos filtros 116, 118relativos à valores de voltagem, corrente e impedância relativos as suas res-pectivas paredes do sulco.Uma unidade de diferença 119 calcula uma indicação da posiçãono sulco do arco do maçarico pelo cálculo das diferenças nos valores relati-vos às paredes esquerda e direita, respectivamente, determinados dos si-nais recebidos dos filtros 116, 118. Os cálculos, que são feitos de modo pra-tico e continuamente, são usados no tempo real para controlar a posição eorientação do maçarico 101 em relação ao sulco 128.

Se o cálculo feito indicar que a diferença na posição desejada doarco e na posição real do arco for maior do que uma distância de limiar fixa epré-ajustada,então um sinal é gerado que leva uma unidade de ganho 121 aativar um sinal de comando, que por meio de um amplificador 122, leva umaunidade acionadora 123 em associação com uma unidade de regulação dacentralização 124 a mover o maçarico de soldagem 101, de modo que o ar-co é movido para o local desejado (a linha central do sulco).

Se os cálculos feitos (pela unidade de diferença 119) indicar quea diferença na posição desejada do arco e na posição real do arco é menosque ou igual à distância de limiar pré-ajustada, a unidade de ganho 121 nãolevará o maçarico a ser movido. Todavia, os sinais representando os valoresde diferença calculados pela unidade de diferença 119 são enviados a umaunidade integradora 120 que é também provida para regular o posiciona-mento do maçarico 101 durante o método de soldagem. Se a posição doarco permanecer próxima à linha central do sulco 128, e a soma das distân-cias para a esquerda da linha for praticamente igual, durante o passar dotempo, em relação a soma das distâncias para a esquerda da linha, o inte-grador 120 não gerará qualquer sinal de comando de movimento de centrali-zação através do amplificador 122. Todavia, se a posição do arco, emborapermanecendo dentro da faixa tolerada das distâncias da linha central dosulco, for constatada estar predominantemente para um lado da linha, entãoo integrador 120 ativa um sinal de comando, que por meio do amplificador122, leva a unidade acionadora 123 e a unidade de regulação de centraliza-ção 124 a moverem o maçarico de soldagem 101, de modo que o arco émovido para o local desejado (a linha central do sulco).

Os cálculos realizados pelo sistema de orientação automáticopodem incluir a realização de comparações entre os valores calculados rela-tivos ao estado real do sistema de soldagem e valores de amostra mantidosna memória do sistema de orientação. Tais valores de amostra podem serintroduzidos na memória manualmente pelo teclado.

A Figura 9 mostra esquematicamente uma forma modificada deaparelho de soldagem 210. O aparelho 210 opera em uma maneira similardaquela do aparelho 110 descrito acima. Os maçaricos de soldagem 201são alinhados, de modo que, quando o aparelho 210 é montado em um tubo(não mostrado na Figura 9),eles apontam para a mesma linha circunferencialimaginária que se estende em torno do tubo. As rodas 205 são providas paraengatar com uma trilha guia (não mostrada na Figura 9) que, em uso, se es-tende em torno de um dos tubos a serem soldados.

As diferenças principais entre o aparelho 210 e o aparelho 110serão a seguir descritas.

O fio de soldagem (não mostrado) do aparelho 210 não é provi-do na parte móvel do aparelho, mas preferivelmente é montado em um localremoto do aparelho e alimentado daquele local remoto, via um tubo guia (oconector 15) ao aparelho de solda quando se move em torno do tubo.

Os maçaricos 201 são cada qual resfriados à água. A água ébombeada em torno de um sistema de resfriamento (não mostrado) incluindoas partes do maçarico. A água aquecida pela operação do maçarico passapara um trocador de calor tal como um radiador, de modo que a mesma éresfriada.

O meio de controle apropriado pode ser provido para sincronizara rotação da mesa rotativa 5 e o conjunto de soldagem 11 e será visto que,se desejado, o grau do envolvimento do operador no método pode ser muitolimitado. O número de cabeças de soldagem 12 usadas em qualquer tempoé de preferência pelo menos duas, porém três ou mais podem ser usadas.Se três cabeças são providas, então mesmo que uma delas fosse danifica-da, as outras duas podem ser usadas simultaneamente e que sozinha pos-sibilita um aumento considerável na velocidade de soldagem a ser realizada.

Claims (26)

1. Método de assentar uma tubulação subaquática, em que asseções de tubo (2) são soldadas juntas para formar a tubulação (1), o méto-do incluindo as seguintes etapas:proporcionar uma pluralidade de cabeças de soldagem (12);proporcionar um retentor de equipamento tendo uma aberturacentral através da qual as seções de tubo (2) são capazes de passar quandouma tubulação (1) é assentada, a pluralidade de cabeças de soldagem (12)sendo angularmente espaçadas em torno do retentor de equipamento;posicionar o topo de uma tubulação (1) na qual uma seção detubo (2) deve ser soldada na região do meio do retentor de equipamento;colocar o fundo de uma seção de tubo (2) sobre o topo da tubu-lação (1);usar de forma simultânea mais do que uma das cabeças de sol-dagem (12) para efetuar uma ação de soldagem nas regiões angularmenteespaçadas da junção entre o fundo da seção de tubo (2) e o topo da tubula-ção (1); emover simultaneamente as cabeças de soldagem (12) em tornoda junção;caracterizado pelo fato de que o retentor de equipamento é umretentor de equipamento rotativo montado para rotação em torno de um eixogeralmente vertical (8), cada cabeça de soldagem (12) estando associadacom um respectivo setor do retentor de equipamento rotativo; eo retentor de equipamento rotativo é girado durante o uso simul-tâneo das cabeças de soldagem (12) para limitar qualquer variação na posi-ção de cada cabeça de soldagem (12) relativa ao retentor de equipamentorotativo.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que a etapa de colocar o fundo da seção de tubo (2) no topo da tu-bulação (1) define um sulco circunferencial externo (3) entre os mesmos e alargura do sulco (3) é substancialmente constante ao longo de sua profundi-dade.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizadopelo fato de que a velocidade rotacional de mover as cabeças de soldagem(12) em torno da junção entre o fundo da seção de tubo (2) e o topo da tubu-lação (1) é substancialmente a mesma da velocidade rotacional do retentorde equipamento rotativo.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-3, caracterizado pelo fato de que a velocidade rotacional das cabeças desoldagem (12) é substancialmente constante ao longo de toda a soldagemda junta.

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-4, caracterizado pelo fato de que ainda compreende a etapa de:fixar um trilho de guia de cabeça de soldagem (14) em torno dee a ambos a seção de tubo (2) e a tubulação (1) em que a etapa de moversimultaneamente as cabeças de soldagem (12) em torno da junção é reali- zada movimentando-se simultaneamente as cabeças de soldagem (12) aolongo do trilho guia (14).

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-5, caracterizado pelo fato de que o eixo (8) do retentor de equipamentorotativo é inclinado em relação ao eixo (1A) da seção de tubo.

7. Aparelho de soldagem para soldar seções de tubo (2) juntaspara formar uma tubulação subaquática (1), adequado para uso no métodoconforme definido na reivindicação 1, o aparelho de soldagem sendo dispos-to para soldar seções de tubo (2) juntas, quando elas estão em uma orienta-ção geralmente vertical com o fundo de uma seção de tubo superior (2) em contato com o topo de uma seção de tubo inferior que define a extremidadeda tubulação (1), o aparelho de soldagem incluindo:uma pluralidade de cabeças de soldagem (12),um conjunto de guia de cabeça de soldagem para fixar em tornode uma seção de tubo, o conjunto de guia incluindo um trilho guia (14) para guiar o movimento de cada uma das cabeças de soldagem (12) em torno daseção de tubo (2), eum retentor de equipamento tendo uma abertura central, atravésdo qual as seções de tubo (2) são capazes de passar quando uma tubulação(1) é assentada, a pluralidade de cabeças de soldagem (12) sendo angular-mente espaçadas em torno do retentor de equipamento;caracterizado pelo fato de que o retentor de equipamento é umretentor de equipamento rotativo montado para rotação em torno de um eixogeralmente vertical (8), cada cabeça da pluralidade de cabeças de soldagem(12) sendo associada com um respectivo setor do retentor de equipamentorotativo, eo respectivo setor do retentor de equipamento rotativo sendocapaz de revolver-se em torno da seção de tubo (2) quando a cabeça desoldagem associada (12) revolve-se em torno da seção de tubo (2).

8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 7, caracterizadopelo fato de que as cabeças de soldagem (12) são dispostas para seremacionadas em torno do conjunto de guia/

9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 8, caracterizadopelo fato de que cada cabeça de soldagem (12) é montada em uma guia detransporte disposta para ser acionada em torno do conjunto de guia e umaunidade de controle é proporcionada para facilitar uma orientação automáti-ca de um arco de soldagem em torno do conjunto de guia, a unidade de con-trole recebendo sinais representando características elétricas da soldagemcom relação a ambas as seções de tubo superior e inferior (1, 2) e contro-lando o movimento do arco em dependência com os sinais recebidos pelaunidade de soldagem.

10. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7a 9, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de cabeças de soldagem(12) inclui uma primeira cabeça de soldagem e uma segunda cabeça de sol-dagem angularmente espaçadas mais do que 90° distante em torno do eixode rotação do retentor de equipamento rotativo.

11. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7a 10, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de cabeças de solda-gem (12) consiste em duas, três ou quatro cabeças eqüiangularmente espa-çadas.

12. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7a 11, caracterizado pelo fato de que o equipamento de alimentação de gáse/ou força (16) para cada cabeça de soldagem é montado no respectivo se-tor do retentor de equipamento rotativo com o que a cabeça de soldagem(12) é associada.

13. Aparelho, de acordo com a reivindicação 12, caracterizadopelo fato de que a conexão de cada cabeça de soldagem (12) a seu equi-pamento de alimentação (16) é proporcionada por um membro de conexãoumbilical flexível (15).

14. Aparelho, de acordo com a reivindicação 12 ou 13, caracte-rizado pelo fato de que o equipamento de alimentação (16) é localizado emtorno de uma região externa do retentor de equipamento rotativo.

15. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7a 14, caracterizado pelo fato de que o aparelho é disposto para ser capazde soldar seções de tubo (1, 2) juntas, quando elas estão em uma orienta-ção geralmente vertical, porém em uma inclinação com relação à vertical eao eixo (8) de rotação do retentor de equipamento rotativo.

16. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7a 15, caracterizado pelo fato de que cada cabeça de soldagem (12) com-preende um único maçarico de soldagem.

17. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7a 15, caracterizado pelo fato de que cada cabeça de soldagem (12) com-preende uma pluralidade de maçaricos de soldagem.

18. Aparelho, de acordo com a reivindicação 17, caracterizadopelo fato de que os maçaricos de solda da mesma cabeça de soldagem(12) são dispostos para serem movidos em torno das seções de tubo (1, 2)em uma relação fixa uma à outra.

19. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7a 18, caracterizado pelo fato de que o retentor de equipamento rotativo éuma plataforma (5) no topo do que o equipamento de alimentação de gáse/ou força (16) é suportado.

20. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7a 18, caracterizado pelo fato de que o retentor de equipamento rotativo (5,- 25) é um carrossel aéreo (25) sobre o qual um equipamento de alimentaçãode gás e/ou força (16) é suportado.

21. Aparelho, de acordo com a reivindicação 20, caracterizadopelo fato de que ainda inclui uma plataforma (51) abaixo do carrossel (25)para suportar pessoal (18) usando as cabeças de soldagem (12).

22. Aparelho, de acordo com a reivindicação 21, caracterizadopelo fato de que a plataforma (51) não é montada para rotação em torno dequalquer eixo geralmente vertical.

23. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7a 22, caracterizado pelo fato de que o retentor de equipamento rotativo écapaz de ser movido para dentro e para fora da posição em torno do tubo (1, 2) sem interferir com as seções de tubo (1, 2) que estão para ser soldadasjuntas.

24. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7a 23, caracterizado pelo fato de que o trilho guia (14) é configurado paraser fixado ao tubo (1, 2) para guiar o movimento de cada uma das cabeçasde soldagem (12) em torno da seção de tubo (2).

25. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7a 24, caracterizado pelo fato de que máquinas motrizes separadas sãoproporcionadas para acionar as cabeças de soldagem (12) em torno da se-ção de tubo (2) e para acionar o retentor de equipamento rotativo.

26. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7a 25, caracterizado pelo fato de que o aparelho é disposto de modo que,em uso, o eixo (8) de rotação do retentor de equipamento rotativo é capazde ser inclinado para o eixo (1A) da seção de tubo.