DE7809497U1

DE7809497U1 - Vorrichtung zum Abstützen von zu verschweißenden Pipelineabschnitten

Info

Publication number: DE7809497U1
Application number: DE7809497U
Authority: DE
Original assignee: BOC Ltd Great Britain; Saipem SpA
Current assignee: BOC Ltd Great Britain; Saipem SpA
Priority date: 1974-04-11
Filing date: 1975-04-11
Publication date: 1978-11-16
Also published as: CA1025951A; FI68184B; JPS5236944B2; NL163976B; IE43297L; NL163976C; DE2515925B2; NO149643B; FI68184C; DK146013C; EG12034A; DE2559532B2; JPS50143744A; SE401631B; DK146013B; AR210467A1; US4001543A; YU37487B; DE2559532A1; NO149643C

Description

Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E.'Ässrnarxn i Dp R/^oervigsberger Dipl.-Phys. R. Holzbauer - Dipl.-lrig^.KlingtföUen -:Dr'..p. Zumstein jun.

PATENTANWÄLTE

8O0O München 2 BrauhausetreQe * Telefon SemmelNr 22 5341 ■ Tele_Bramme Zumpat ■ Telex 529979

Case 713/825 5113.01

SAIPEM S.ρ.Α., Mailand / Italien

und
BOC LIMITED, London

Vorrichtung zum Abstützen von zu verschweißenden Pipelineabschnitten

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abstützen von zu verschweißenden Pipelineabschnitten großen Durchmessers.

Die Pipeline kann unter Wasser verlegt werden, oder in einer Pipeline können Öl oder andere Flüssigkeiten über Land transportiert werden. Beim Verlegen einer Pipeline unter Wasser befindet sich die Schweißvorrichtung auf einem Verlegungsschiff oder ähnlichen Hochseeschiffen, während bei der Verlegung einer Pipeline über Land die Schweißvorrichtung an einer an Land fahrbaren Plattform angebracht ist.

78S9497 16.1178

Die Vorrichtung zum Lichtstrahlschweißen einer Pipeline gemäß der Erfindung ist vorzugsweise für Pipeline-Verlegungsschiffe bestimmt. Hierbei wird nicht nur die Zeit beträchtlich reduziert, die zum Verlegen einer Pipeline auf dem Meeresgrund benötigt wird, sondern es braucht auch ein kürzeres Deck im Vergleich zu bekannten Pipeline-Verlegungsschiffenu vorgesehen zu sein, da nur eine Schweißstation erforderlich ist. Ist jedoch die Schweißvorrichtung gemäß der Erfindung auf einem bekannten Pipeline-Verlegungsschiff vorgesehen, können größere Rohrstücke als bisher zusammengeschweißt werden.

Bekanntlich muß das Verbinden durch Schweißen von vorgefertigten Teilen, wie z.B. Rohrstücken, mit hoher Präzision bei minimaler Verformung der zu verschweißenden Teile durchgeführt werden, wenn Mängel bei den geschweißten Teilstücken vermieden werden sollen, so daß möglichst kaum eine Nachbearbeitung erforderlich, wodurch der Arbeitszyklus wirtschaftlicher wird. Insbesondere, wenn eine zusammengeschweißte Pipeline auf den Meeresgrund abgesenkt werden soll, sollte der auszuführende Schweißvorgang möglichst schnell erfolgen, um die Totzeit möglichst niedrig zu halten, und um eine möglichst geringe Verzögerung Xm Hinblick auf die veränderlichen Witterungsbedingungen sicherzustellen.

Bei bekannten Vorrichtungen zum Verschweißen von Kohlenstoffpipelines sind Lichtbogen- oder Feuerschweißen vorgesehen, bei denen ein Schweißzusatzmaterial benötigt wird. Folglich weisen diese Vorrichtungen entweder bezüglich des Betriebs oder der Wirtschaftlichkeit Nachteile auf. Beim Lichtbogen- oder Feuerschweißen breitet sich die Isotherme des Schmelzpunktes über dae gesamte KohlenstoffStahlmaterial der Rohrstücke in allen Richtungen aus, so daß sich ein Wärmeverlust, eine Verformung des Rohrstücks und eine Änderung der Mikcostruktur ergeben.

Die Strukturänderungen ergeben sich aufgrund eines Schwsißzueatzmaterials, welches stets anderen Wärmekennwerten als jenen-

7819497 16.1178

der zu verschweißendan Werkstücke unterliegt. Beim Schweißen mit einem Schweißzusatzmaterial sind meist mehrere Schweißlagen oder Schweißnähte erforderlich, so daß zum vollständigen Verschweißen beträchtlich viel Zeit benötigt wird. Insbesondere bei einer Pipeline, die mit einem Schiff auf dem Meeresgrund verlegt werden soll, werden die einzelnen Rohrstücke zu einer Pipeline an Bord dieses Schiffes hintereinander zusammengeschweißt, so daß, wenn mehrere Schweißlagen erforderlich sind, die einzelnen Schweißlagen auf mehrere Schweißstationen verteilt werden müssen, an denen je eine Schweißlage oder eine Schweißnaht aufgebracht wird. Aus diesem Grunde können nur kurze Rohrstücke Verwendung finden, da das Schiffsdeck, auf dem die Verschweißung vorgenommen wird, nur eine bestimmte Länge aufweist.

Die Erfindung zielt darauf ab, die oben aufgeführten Nachteile zu Überwinden.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erzielt, daß sich eine Vorrichtung zum Lichtstrahlschwaißen einer Pipeline,insbesondere für Pipelineverlegungsschiffe, mit der die einzelnen Rohrstücke von innen und/oder von außen zu einer Pipeline zusammengeschweißt werden, dadurch auszeichnet, daß ein relativ zu der Pipeline festliegendes Gestell zum Auflegen und Festlegen eines Endes der Pipeline, eine Einrichtung zum Ausrichten eines Rohretückes zu dem festgelegten Pipelineende, wobei ein Ende des Rohrstücks in Berührung mit dem Pipelinenede gehalten ist, ..ine Halterung zum Festlegen der Einzelteile, wobei die Achse des Rohretücks koaxial zu jener der Pipeline liegt, wenigstens eine Lichtstrahlquelle zum Aussenden eines kohärenten Lichtstrahls entlang der Achse der Pipeline und - ine Einrichtung zum Drehen wenigstens einer Reflexionsfläche vorgesehen ist, die im Strahlgang angeordnet ist- wobei der Lichtstrahl nach der Reflexion an der Oberfläche ungefähr radial auf die aneinanderstoßenden Rohrenden auf triff t. und wenigstens eine Uni-

7819497 16.1178

drehung um die Pipelineachse ausführt, und wobei die Energiedes Strahls so bemessen ist, daß die aneinanderstoßenden Rohrenden durch Verschmelzen verschweißbar sind.

Mit der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung ist eine gleichmäßige Verschweißung sichergestellt, und die für das Verschweissen von Kohlenstoffstahlrohren erforderliche Zeit ist insbesondere bei auf dem Meeresgrund mit Hilfe von Pipeline-Verlegungsschiffen zu verlegende Pipelines beträchtlich reduziert.

Diese Vorteile werden dadurch erzielt, daß erfindungsgemäß als Schweißmedium ein Lichtstrahl oder Laserstrahl einer Licht-.strählquelle.vorgesehen ist, die eine zum Verschweißen von Kohlenstoffstahlrohren mit hoher Streckgrenze und entsprechender Dicke ausreichende Leistungsabgabe besitzt.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

Venn als Schweißmedium ein Laserstrahl vorgesehen ist, wird kein Schweißzusatzmaterial benötigt, und die aneinanderliegenden oder aneinanderstoßenden Rohrenden können in einem einzigen Schweißgang oder mit einer einzigen Schweißnaht verschweißt .werden, so daß nur eine Schweißstation zum Verbinden von Rohrstücken benötigt wird. Zusätzlich wird der Schweißvorgang wirtschaftlicher, da die zum Verschweißen erforderliche Wärme nicht mehr dekonzentriert wird, sondern konzentriert auf eine relativ kleine Fläche auftrifft, die in der Nähe der zu verschweißenden Rohrenden liegt, so daß kaum eine Verformung der Rohre auftritt. Da weiterhin bewegbare Spiegel im Lichststrahlgang angeordnet sind, kann der Lichtstrahl direkt auf die zu verschweißende Verbindungsstelle gerichtet werden, während die Lichtstrahlquelle in einer bestimmten Lage feststeht, da deren Ausrichtung zeitraubend und schwierig ist. Schließlich ermöglicht die Vorrichtung gemäß der Erfindung ein Verschweißen

7889497 16.1178

von Pipelinerohren mit großem Durchmesser, wobei dieser Vorgang schneller, einfacher, präziser und wirtschaftlicher als bei bekannten Vorrichtungen durchführbar ist, und wobei die Schweißnaht eine bessere Güte und eine größere Gleichmäßigkeit aufweist.

Erfindungsgemäß kann ein an eine Pipeline anzuschweißendes Rohrstück sowohl von innen als auch von außen, vom Rohrst^ck aus gesehen, verschweißt werden. Beim Verschweißen von innen ist der Lichtstrahl in einer geraden Linie entlang der Achse des Rohrstückes ausgerichtet, während beim Verschweißen von außen ein abgewinkelter Lichstrahlgang vorgesehen ist, so daß der Lichstrahl über das Rohrstück führt und auf die aneinanderstossenden Enden von außen auftrifft.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines Pipeline-Verlegungsschiffes, an dem eine Schweißvorrichtung gemäß der Erfindung angeordnet ist;

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht einer ersten, bevorzugten Ausführungsform der Schweißvorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht einer zweiten, bevorzugten Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 4 ist eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV in Fig. 3; · .

Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht einer dritten, bevorzug-

] ten Ausführungsform gemäß der Erfindung;

! Fig. 6 ist eine Schnittansicht entlang der Linie VI-VI in

.{ Fig. 5;

Fig. 7 ist eine schematische Ansicht einer weiteren, bevor-

, zugten Ausführungsform gemäß der Erfindung;

\ Fig. 8 ist eine Ansicht einer Inneneinspannung für die

beiden zu verschweißenden Rohrenden in teilweise geschnittener ./ . Darstellung;

7889497 16.1178

Fig. 9 ist eine Schnittansicht entlang der Linie IX-IX in Fig. .8;

Fig. 10 zeigt eine Seitenansicht einer Außeneinspannung zum Halten der beiden zu verschweißender» Rohrenden;

Fig. 11 ist eine Schnittansicht entlang der Linie XI-XI in Fig. 10;

Fig. 12 zeigt eine Ansicht einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der Schweißeinrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 13 ist eine Querschnittsansicht einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform gemäß der Erfindung; und

Fig. 14 ist eine Schnittansi.cht entlang der Linie XIV-XIV in Fig. 13.

Wenn die Vorrichtung zum Schweißen einer Pipeline gemäß der ErfindiJig zum Verschweißen einer Pipeline bestimmt ist, die auf dem Meeresboden verlegt werden soll, wird der Schweißvorgang auf einem Hochüeschiff, wie z.B. einem Verlegungskahn 2, ausgeführt. Ein solches Schiff enthält keine eigene Antriebseinrichtung, sondern weist mehrere Windwerke 4 auf, die je mit einem Anker (nicht gezeigt) verbunden sind. Die Anker werden vor und nach dem Schiffskörper entlang dem vorgegebenen Verlauf der Pipeline ausgeworfen. Der Kahn wird entlang dieses Weges während der Pipelineverlegung durch Anziehen der Ketten bewegt, welche zu dem vorwärts liegenden Anker führen, wobei die zum rückwärtig liegenden Anker führenden Ketten nachgelassen werden. Die Zugspannung in den verschiedenen Ketten wird so eingestellt, daß die Position des Kahns zu jedem Zeitpunkt exakt kontrolliert werden kann und genau bestimmt ist. Der Übersichtlichkeit halber wurden die Antriebsmotoren für die Windwerke, die Steuerorgane und die Verankerung der Ankerketten in der Zeichnung nicht dargestellt.

Von dem Kahn. 2 verläuft ein Fortsatz 6, der als Führung dient, nach hinten und ist abwärts geneigt.

7689497 18.117«

_mil ₍

Dieser Portsatz 6 trägt die Pipeline 8, die den Kahn verläßt, so daß die Pipeline gezwungen ist, sich auf einem tfeg von vorgegebener Form zu bewegen. Hierdurch soll vermieden v/erden, daß die Pipeline durch das Biegen um einen zu kleinen Krümmungsradius beschädigt wird. Die am Fortsatz 6 vorgesehenen Halterungen 10 sind relativ zur Pipeline bewegbar, so daß nach Maßgabe des Abstandes von dem Heck des Kahns das Gewicht der Pipeline an mehreren, weit voneinander entfernt liegenden Stellen während des Schweißvorgangs aufgenommen wirr·, so daß keine zu großen Spannungen an der Pipeline auftreten.

Die Schweißvorrichtung gemäß der Erfindung ist vorzugsweise im Innern des Kahns auf einer Plattform 12 angebracht, die auf Schienen 14 steht, so daß die Plattform in Längsrichtung des Kahns bewegbar ist. Hierdurch wird vermieden, daß die meeresbedingten Bewegungen des Kahns nicht zu der Schweißvorrichtung übertragen we^ru, so daß deren Einstellung und Ausrichtung nicht beeinflußt ist. Die diesbezüglich kritischen einzelnen Bauteile der Schweißvorrichtung sind an der Plattform fest angebracht, und die Plattform ist ihrerseits an dem im Bord des Kahns liegenden Ende der Pipeline festgelegt, so daß die Schweißvorrichtung relativ zu der Pipeline und nicht relativ zu dem Kahn 2 festgelegt ist.

Auf der Plattform 12sind ein Laser 16, ein stirnseitiges Auflager 18, eine Einrichtung 20 an der Schweißstation, eine Einspannung 22 und eine Röntgenrißprüfeinrichtung 24 angeordnet. Meist in der Nähe der Schweißvorrichtung, jedoch nicht zwingenderweise auf der Plattform 12, ist eine Einrichtung 26 zum Überziehen mit Bitumen und/oder Schutzmaterialieu nach dem Schweißen vorgesehen.

Der Laser 16 weist eine zum Schmelzschweißen einer entsprechenden Materialdicke, wie z.B. eines KohlenstoffStahlmaterials, ausreichende Ausgangsleistung auf. Ein hierfür bevorzugt ge-

7809497 16,1178

eigneter Laser gibt kohärentes Licht im InfraroIbereich des Spektrums ab und enthält als strahlendes Medium Kohlendioxid. Für den Betrieb-wird der Laser 16 mit elektrischer Energie, mehreren verschiedenen Gasen (einschließlich Kohlendioxid) und mit Kühlwasser versorgt.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurden die entsprechenden Versorgungseinrichtungen für den Laser in der Zeichnung nicht dargestellt.

Das stirnseitige Auflager 18 nimmt jenes Ende des Rohrstücks 28 auf, das das äußere Ende der Pipeline 8 bildet, die aus mehreren, vorher verschweißten und zueinander ausgerichteten Rohrstücken verbunden worden ist. Nähere Einzelheiten über den Aufbau des stirnseitigen Auflagers ist im Zusammenhang mit den entsprechenden Figuren beschrieben.

Die Einrichtung 20 an der Schweißstation enthält eine Einrichtung zum Aufnehmen des inneren Endes des Rohrstücks 28, so daß dieses koaxial zu dem angrenzenden Ende der Pipeline 8 verläuft. Wie in bezug auf das stirnseitige Auflager 18 ist der detaillierte Aufbau der Einrichtung 20 im Zusammenhang miz den entsprechenden Figuren erläutert.

Die Einspannung 22 ist mit der Plattform 12 bewegbar und kann an der Außenfläche der zusammengeschweißten Pipeline festgelegt werden, so daß die Plattform 12 den Bewegungen der Pipeline entlang seiner Achse relativ zu dem Kahn folgt. Die Querbewegung des Kahns und der Pipeline beeinflussenden exakten Betrieb der Schweißvorrichtung gemäß der Erfindung nicht, und solche Bewegungen können folglich ausgeglichen werden. Wenn sich das eingespannte Ende der Pipeline quer in bezug zur Pipelineachse mit dem Kahn bewegt, ist die Plattform 12 im Abstand zu dem Pipelineende festgelegt. Dadurch ist sichergestellt, daß nach der Aufstellung der Schweißvorrichtung das

7809497 16.1178

Schweißen selbst nicht durch die meeresbedingcen Bewegungen des Kahns 2 beeinflußt ist.

Die Röntgenprüfeinrichtung 24 ist auf der Plattform 12 angebracht, so daß Jeder Riß oder Defekt der Schweißnaht relativ ru der Schweißvorrichtung selbst liegt, so daß ein eventueller Defekt einfacher feststellbar ist, als wenn außer der Bewegung des Kahns 2 weitere Relativbewegungen zugelassen sind.

. Die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung ist zum Innen- oder Außenverschweißen von aneinanderliegenden Enden des Rohrstücks 28 ; . und der Pipeline 8 bestimmt. Das stirnseitige Auflager 18 weist ; ein Gestell oder einen Ständer 30 auf, welcher auf Schienen

! auf der Plattform 12 steht. Die Schienen verlaufen ungefähr

parallel zu der Achse der Pipeline 8. Die Lage des Ständers relativ zur Plattform 12 und somit relativ zur Pipeline wird j mit einem doppelt wirkenden Hydraulikkolben jk eingestellt, der

j Bit einem Steuerorgan 36 verbunden ist. Eine Druckfluidquelle

' für den Kolben 34 wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit in

! der Zeichnung nicht dargestellt.

Der Ständer 30 trägt einen Dreharm 38 und eine feststehende Zentriereinrichtung 40. Am äußeren Ende trägt der Dreharm 38 einen frontverspiegelten Spiegel 42, und an ihrem inneren Ende, wo die Achse der Pipeline 8 geschnitten wird, einen frontverspiegelten Spiegel 44. Die Lage des Spiegels 44 ist mit Hilfe eines Hydraulikkolbens 46 einstellbar, der schematisch dargestellt ist. Mit dem Kolben 46 ist der Spiegel 44 so bewegbar, daß in einer Grenzstellung kein Teil des Spiegels 44 im Strahlengang 48 von dem Laser 16 liegt, während in der anderen Grenzstellung (wie in der Figur dargestellt) der gesamte Laserstrahl 48 auf dem Spiegel auftr-ifft. Der Drehann 38 ist mit einem im Ständer 33 angeordneten Antriebsmotor drehbar, so daß die Spiegel 42 und 44 um 360° drehbar sind, während ihre relative Ausrichtung gleichbleibt. Die Ausrichtung erfolgt so,

7809497 16.1178

dafl der vom Spiegel 42 reflektierte Strahl ungefähr parallel zu dem auf dem Spiegel 44 auftreffenden Strahl 48 ist, jedoch ist dies keine zwingende oder grundlegende Voraussetzung.

Die am Ständer 33 vorgesehene Zentriereinrichtung 40 weist ein hohlförmig ausgebildetes Glied mit einer äußeren kegelstumpfförmigen Oberfläche auf, deren kleinster Durchmesser geringer als der Innendurchmesser des Rohrstücks 28 und dessen größter Durchmesser größer als der Innendurchmesser des Rohrstücks 28 bemessen ist. Somit kann die Zentriereinrichtung 40 in die entsprechenden Enden der Rohrstücke 28 eingeführt werden. Wenn der Kolben 34 in entsprechender Richtung beaufschlagt wird, bewirkt die Zentriereinrichtung, daß das äußere Ende des RohrstUcks 28 angehoben wird, bis die Achse des Rchrstücks koaxial zu der Achse der Pipeline 8 verläuft. Gleichzeitig wird eine entsprechende Kraft entlang der Achse des Rohrstücks erzeugt, um das andere Ende des Rohrstücks genau an das innerhalb des Krans liegenden Endes der Pipeline 8 anstoßen zu lassen.

Vom Dreharm 38 aus erstreckt sich ein Rohr 50, das innen durch , das hohlförmige, kegelstumpfförmige Glied 40 verläuft und ko- · axial zu dem Rohrstück 28 liegt. Das Rohr 50 weist am äußeren Ende einen frontverspiegelten Spiegel 52 auf, wobei der Spiegel bo angeordnet ist, daß der davon reflektierte Laserstrahl 48 auf die Verbindungsstelle 54 zwischen den aneinanderstoßenden Rohrenden auftrifft. Aus diesem Grunde ist am Rohr 50 eine öffnung (nicht gezeigt) vorgesehen, so daß der Strahl durch das Innere des Rohrs 50 geleitet wird und auf die Verbindungsstelle 54 auftrifft.

Die Einrichtung 20 an der Schweißstation ist ähnlich wie das stirnseitige Auflager 18 aufgebaut und enthält einen Ständer mit einem Dreharm 58, an dem ein frontverspiegelter Spiegel angebracht ist. Der Spiegel 60 ist so angeordnet, daß der von dem Spiegel 42 reflektierte Strahl auftrifft. Nach der Re-

7809497 16.1178

flexion trifft der Strahl von dem Spiegel 60 auf ein Linsensystem 62. D^s Linsensystem ist in Form eines Gehäuses ausgebildet, das eine Wand aufweist, die aus einem Formkörper eines Materials besteht, der den Laserstrahl so bricht, daß dieser an der Verbindungsstelle 54 oder in deren Nähe fokussiert ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung befindet sich iifl Innern des Gehäuses 62 ein Gas, wie z.B. Argon, das als ein Gasstrom aus der Einrichtung 62 austritt, der auf die Schweißzone gerichtet ist. Es handelt sich hierbei um ein Inertgasso daß die Schweißstelle gegen atmosphärischen Einfluß abgeschirmt ist, bis die Schweißsteile sich soweit abgekühlt hat, daß sie durch den Atmosphäreneinfluß unbeeinflußt bleibt. Ein ähnliches Linsensystem mit Schutzgas enthält die Einrichtung 62, die vorzugsweise im Innern der Pipeline und des Rohrstücks angeordnet ist, welche mit dem Rohr 50 fest verbunden ist. Diese Einzelheit wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit in der Zeichnung nicht dargestellt. Wenn die Einrichtung 62 innerhalb der Pipeline angeordnet ist, wird die Einrichtung 62 vorzugsweise mit Schutzgas über das Rohr 50 und das stirnseitige Auflager 18 versorgt.

Der Dreharm 58 wird vorzugsweise mit einem Motor im Ständer 56 genau synchron mit dem Dreharm 38 angetrieben. Somit ist sichergestellt, daß der vom Spiegel 42 reflektierte Laserstrahl stets auf den Spiegel 60 auftrifft und von dort auf die zu versch■eissende Verbindungsstelle 54 gerichtet ist.

Vorzugsweise ist der Ständer 30 hohlfönnig oder auf andere Art und Weise ausgelegt, so daß der Lasers trab"¹ 48 direkt entweder auf den Spiegel 44 oder den Spiegel 52 auftrifft.

Die in Fig. 2 gezeigte Schweißvorrichtung ist vorzugsweise zum Schmelzschweißen von außen oder innen bestimmt. In beiden Fällen wird eine Einrichtung zum Einstellen der Vorrichtung be-

7809497 16.1178 _r

nötigt, so daß der Laserstrahl 48 an der Verbindungssteile 54 oder in deren Nähe fokussiert ist.

Wenn eine Innenvesschweißung erfolgen soll, ist der Ständer 30 und mit ihm das Rohr 50 relativ zu der Zentriereinrichtung 40 leicht bewegbar. Unabhängig von der Einrichtung 40 kann das Rohr 50 axial bewegt werden, bis der Strahl exakt an der Verbindungsstelle 44 von innen fokussiert ist. Für eine Außenverschweißung ist der Dreharm 58 entlang der Drehachse verstellbar, so daß eine entsprechende Einstellung in bezug auf die Lage des Spiegels 60 relativ zu der äußeren Verbindungsstelle 54 möglich ist.

In der. EfTTig. 2 gezeigten Vorrichtung sowie bei den anderen bevorzugten Ausführungsformen einer Vorrichtung gemäß der Erfindung ist der von der Laserquelle 16 ausgestrahlte Laserstrahl unfokussiert, d.h. die Energie ist über einen weiten Bereich verteilt. Der Strahl wird an der zu verschweißenden Verbindungsstelle 54 mit Hilfe von Brechungslinsen in der Einrichtung 62 fokussiert. Jedoch kann auch vorzugsweise ein von Anfang an fokussierter Laserstrahl vorgesehen sein, so daß er als ein Parallelstrahl mit relativ geringer Querschnittsfläche übertragen wird und folglich eine hohe Energiedichte aufweist. In diesem Fall können die Brechungslinsen entfallen, jedoch ist vorzugsweise eine Einrichtung 62 zum Richten eines Schutzgasstrahls auf die Schweißstelle vorgesehen.

Die in den Fig. 3 und 4 gezeigte Schweißvorrichtung ist ähnlich wie jene in Fig. 2 gezeigte ausgelegt, jedoch ist..diese nur für eine Außenverschweißung bestimmt.

Gleiche oder ähnliche Einzelteile sind bei den entsprechenden Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.

Im Bereich der Verbindungsstelle 54 1st das Rohrstück 28 zu dem

eingespannten Ende der Pipeline 8 mit Hilfe einer Innenmuffe 64 ausgerichtet, die in Form eines pneumatischen Kissens ausgelegt ist, durch die die beiden Teile koaxial ausgerichtet gehalten sind. Die Axialkräfte zum Andrücken der anstoßenden Enden an der Verbindungsstelle 54 werden mit Hilfe des stirnseitigen Auflagers 66 aufgebracht. An dem stirnseitigen Auflager 66 ist ein Ende des rohrförmigen Arms 69, dessen anderes Ende auf einer Stütze 71 aufliegt, angebracht, welches im Aufbau und in der Funktion der Einrichtung 20 ähnlich ist. Der rohrförmige Arm 69 trägt die Spiegel 44,42 und 60, mit denen der Strahl vom ursprünglichen Strahlengang koaxial zu der Achse des Rohrstücks 28 reflektiert wird, wobei die Spiegel so angeordnet sind, daß der Strahl ungefähr radial und von außen auf die Verbindungsstelle 54 auftrifft. Der Laserstrahl 48 gelangt in den Innenraum des rohrförmigen Arms 69 über eine Hohlachse 77t die an der Einrichtung 66 vorgesehen ist. Die Achse 77 trägt ein Zahnrad 78, welches an dem Arm 69 befestigt ist und mit einem Zahnrad 80 kämmt, das über eine Welle 82 mit einem zweiten Zahnrad 84 verbunden ist, das mit einem großen Zahnrad 86 kämmt, das am anderen Ende des Arms 69 fest angebracht" und drehbar auf der Stütze 71 gelagert ist. Diese Anordnung ist so getroffen, daß sichergestellt ist, daß der Arm 69 als Einheit um das Rohrstück 28 drehbar ist, ohne daß eine Biegung oder Verformung aufgrund eines einseitigen Antriebs auftritt.

Der Spiegel 60 ist an einem Wagen 88 angebracht, der parallel

j zur Achse der Pipeline 28 entlang des Innenraums des Arms 69

bewegbar ist. Somit kann eine axiale Einstellung des Punktes

j erfolgen, an dem der von dem Spiegel 60 reflektierte Strahl

! auf die Verbindungsstelle 54 über eine öffnung in der Wand des

] Arms 69 auftrifft.

Das Rohrstück. 28 wird in eine Lage gehoben, in der die Achse ) koaxial zu jener der Pipeline 8 verläuft. Dies geschieht mit Hilfe von Hubzylindern 27» die anschließend gelöst werden, da

7809497 16.11.78

das Rohrstück in seiner Lage mit Hilfe einer kegelstumpfförmigen Zentriereinrichtung 40 und der entsprechenden Inneneinspannung 64 unterstützt ist.

Die in Fig. 4 gezeigte Schnittansicht dient zur Erläuterung der Auslegung, daß der rohrförmige Arm 69 vollständig das Rohrstück 28 überstreichen kann, so daß eine Außenverschweißung in einen oder mehreren kreisförmigen Bahnen erfolgen kann.

Die in den Figuren 5 und 6 dargestellte Schweißvorrichtung ist für Innenschweißungen ausgelegt.

Zum Aufbringen einer Außenverschweißung ist das zu verschweißende Rohrstück 28 auf entsprechende Art und Weise mit Hilfe eines Gestells 90 gelagert oder verstellbar, wie z.B. mit Hydraulikzylindern, gelagert. Das Rohrstück 28 ist zweitweise an dem entsprechenden .finde der Pipeline 8 mit Hilfe einer Außeneinspannung 92 festgelegt.

Auf diese Art und Weise sind die beiden Einzelteile koaxial zueinander ausgerichtet, und gleichzeitig ist eine Schwelle vorgesehen, durch die die Unterflache der Schweißstelle in der entsprechenden Lage unterstützt ist, während diese sich verfestigt. Diese Unterstützung ist deshalb erforderlich, da die radiale Tiefe der Schweißstelle ungefähr gleich der radialen Dicke der zu verschweißenden Rohre ist, so daß sichergestellt ist, daß die aneinanderstoßenden Enden völlig verschmolzen sind. Um sicherzustellen, daß keine unverschmolzenen Bereiche auftreten, kann die Tiefe der Schweißstelle größer als die radiale Dicke des Rohrs vorgegeben werden, wenn zusätzliche Materialien in radialer Verlängerung der Schweißstelle vorgesehen sind. Falls solche jedoch nicht vorgesehen sind, wird die Einspannung 92 erwärmt und wirkt als Abdämmung.

An der bewegbaren Laserquelle 16 ist ein drehbares Rohr 50 an-

7809497 16.1178

geordnet, das an einem Ende einen Spiegel 52'trägt, . der in einem solchen Winkel angeordnet ist, daß ein kohärenter Strahl auf die Verbindungsstelle zwischen den anstoßenden Rohrenden radial auftrifft. An einem nach außen ragenden Ende des Rohrs 15 sind mehrere reibungsfreie Lager 94 vorgesehen, die gegen die Innenfläche des Rohrstücks 28 anliegen und als mechanisches Lager für das innere Ende des Rohrs 50 bei der Drehbewegung dient. Dadurch ist sichergestellt, daß der Laserstrahl 48 entlang der Achse des Rohrstücks 28 verläuft.

Die Laserquelle ist axial zu der Pipeline bewegbar, so daß das Rohr 50 in das Rohrstück eingeführt werden kann, nachdem das Rohrstück positioniert und mit der Pipeline 8 festgelegt ist. Aus diesem Grunde ist der Laser 16 auf Schienen (nicht gezeigt) angebracht, die auf der Plattform 12 liegen. Die Position der Quelle 16 ist entsprechend exakt einstellbar, so daß sichergestellt ist, daß ^flc: Laserstrahl nach der Reflexion am Spiegel 52 direkt auf die Verbindungsstelle auftrifft, um die entsprechende Schmelzschweißung durchzuführen.

Ähnlich wie bei den in den anderen Figuren dargestellten Schweißvorrichtungen kann das Rohr 50 vollständig um 360° gedreht werden, so daß die Schweißnähte in einer oder mehreren kreisförmigen Bahnen angebracht werden können.

Die in den Fig. 13 und 14 gezeigte Schweißvorrichtung ist ähnlich wie die der Fig. 5 und 6 aufgebaut. Bei dieser Vorrichtung jedoch ist das Rohr 50 starr an der bewegbaren Laserquelle 16 befestigt, und der Spiegel 52 ist am freien Er.de des Rohrs an einem Wagen 124 angebracht, der paralle". zu der Achse des Rohrstücks 28 entlang einer Schwalbenschwanzführung 126 (siehe Fig. 14) bewegbar ist. Diese ist in Form eines Ringes 128 dargestellt, der mit Hilfe eines Elektromotors um die Achse des Rohrstücks drehbar ist, wobei der Ring im Innern des Rohrs 50 drehbar gelagert ist. Die Axialverschiebung des Wagens 124

7809497 16.1178

• · · 1

■ t· t
I · · » t

- 16 -

ermöglicht eine axiale Einstellung des Punktes, an dem der am Spiegel 52 reflektierte Laserstrahl auf die Verbindungsstelle 54 auftrifft, während die Drehbewegung um 360° des Rings 128 und folglich des Spiegels 52 zur Ausführung des Schmelzschweißvorgangs dient.

Die in Fig. 7 dargestellte Schweißvorrichtung steint eine abgewandelte Ausführungsform derjenigen von Fig. 2 dar. Diese ist vorzugsweise so ausgelegt, daß Außen- und Innenverschweißung entweder gleichzeitig oder hintereinander ausgeführt werden können. Aus diesem Grunde sind zwei Laser vorgesehen, der eine als feststehender Laser 16 und der andere als bewegbarer Laser 96, der an dem Dreharm 58 des Ständers 20 an der Schweißstation befestigt ist. Die Versorgung des bewegbaren oder drehbaren Lasers 96 mit Elektrizität, Kühlwasser und Gas erfolgt über den Ständer 20, was jedoch nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist und deshalb nicht näher beschrieben wird.

Wie eingangs giufgeführt, ist die Zentriereinrichtung 40 relativ zu dem Rohr 50 axial bewegbar, das mit dem Ständer 30 fest ist. Dadurch ist sichergestellt, daß das freie Ende des Rohrstücks 28 festgelegt und an der Zentriereinrichtung 40 unterstützt ist, während das Rohr 50 und mit ihm der Spiegel 52 in Längsrichtung relativ zu der zu verschweißenden Verbindungsstelle 54 mit Hilfe der Betätigung des Kolbens 34 einstellbar ist.

Anhand der Zeichnung ist feststellbar, daß bei der Drehbewegung f*?s Arms 58 der Strahl des Lasers 96 eine Außenverschweißung vornimmt, während der des Lasers 16 aufgrund der Drehbewegung des Spiegels 52 eine Innenverschweißung ausführt. Die beiden Verschweißungen können gleichzeitig oder hintereinander ausgeführt werden. Wenn die Verschweißungen gleichzeitig ausgeführt werden, können die äußeren und inneren Schweißstellen um einen bestimmten Winkel versetzt zueinander aufgrund von entsprechenden Einstellungen der relativen Winkelpositionen des Arms 58

7809497 16.1178

und des Rohrs 50 angebracht werden. Die relative Winkelverschiebung kann konstant oder veränderlich sein. Oder anders ausgedrückt, insbesondere, wenn der bewegbare Laser 96 eine wesentlich geringere Energie als der Laser 16 abgibt, ist es erforderlich, daß der Arm 58 um die zu verschweißende Verbindungsstelle mit einer geringeren Geschwindigkeit als der Drehgeschwindigkeit des Rohrs 50 umläuft. Die aufgebrachten Schweißstellen beider Laserstrahlen sollen entweder aneinander grenzen c ler einander überlappen, so daß sichergestellt ist, daß keine nicht verschmolzenen Bereiche an den ursprünglich aneinanderstoßenden Endflächen der Rohre auftreten. Die Drehgewschwindigkeiten des Arms 58 und des Rohrs 50 sind von der Energieabgabe der entsprechenden Laser und folglich der entsprechenden Eindringtiefe des Laserstrahls an der Schweißstelle abhängig.

In den Fig. 8 und 9 ist in verschiedenen Ansichten eine Ausrührungsform einer Inneneinspannung zum Halten ^er anstoßenden Enden des Rohrstücks 28 und der Pipeline 8 in anstoßendem Zustand gezeigt, während eine Innenschweißung vorgenommen wird. Die Einspannung, welche mit der Bezugsziffer 98 bezeichnet ist, weist zwei Ringe 100 auf, deren Außendurchmesser geringer als der Innendurchmesser der zu verschweißenden Rohre ist. Koaxial zu den Ringen verläuft ein rohrförmiger Fortsatz 102 des Rohrs 50. Zwischen der Außenfläche des Fortsatzes 102 und der Innenfläche jedes Rings TOO sind mehrere, in Winkelabständen zueinander angeordnete Hydraulikkolben 104 vorgesehen. Die Kolben 106 dieser Kolbenzylinderanordnungen führen durch Öffnungen in den Ringen 100 und erstrecken sich über die Außenflächen soweit, daß sie gegen die Innenfläche des damit in Verbindung stehenden Rohrstücks 28 oder der entsprechenden Pipeline 8 aufliegen. Die Leitungen für die Hydraulikfluidversorgung und die Steuereinrichtung für die Zylinder sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Erfindungsgemäß sind die Zylinder wechselweise oder in Verbindung miteinander gesteuert.

78Θ9497 16.1178

Obwohl das Rohrstück 28 nahezu kreisförmig von der Herstellung geliefert wird, können die Rohrstücke nach dem Transport und nach der Lagerung verformt sein, so daß die Querschnitte an ihren Endflächen ellipsenförmig ausgebildet sind, oder auf andere Art und Weise von der exakten kreisförmigen Rundheit abweichen. Dies trifft entweder für jedes Ende oder für beide Enden jedes Rohrstücks zu. Die Einspannung 98, wie sie in den Fig. 8 und 9 gezeigt ist, ermöglicht, daß die Verformungen vor dem Schweißvorgang ausgeglichen werden können. Dies erfolgt aufgrund der entsprechenden Betätigung der Kolbenzylindereinheiten 104, mit denen entsprechend ausreichende Kräfte zum Andrücken des entsprechenden Endes der Pipeline oder des Rohretücks erzeugt werden können, so daß die Rundheit der Rohrßtücke oder der Pipeline vor und nach dem Schweißvorgang exakt eingehalten ist.

Aufgrund der Herstellungsteoleranzen können sich die Innendurchmesser der Rohrstücke voneinander unterscheiden. In diesem Fall kann mit der Einspannung 98 das Teil mit dem kleineren Innendurchmesser radial aufgeweitet werden, bis die Abmessungen j

beider Teile einander gleich sind. Dies wird mit Hilf s der Be- I tätigung der entsprechenden Hydraulikzylindereinheiten bewerk- j ßtelligt. Die Einspannung 98 kann vorzugsweise so gesteuert ι werden, daß sowohl die Korrektur, d.h.daß die beiden Enden exakt | kreisförmig verlaufen, durchgeführt werden kann, als daß auch ί diese denselben Radius aufweisen. Die Einrichtungen zum Steuern der Hydraulikzylinderkolbenanordnungen 104 sind nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung,und aus diesem Grunde wird im folgenden nicht detailliert darauf eingegangen.

Bei der in Fig. 8 dargestellten Ausführungsform wird die Einrichtung 62, die das Linsensystem und das Schutzgas enthält, an einem Fortsatz 108 angeordnet, der innerhalb der zu verschweißenden Rohrabschnitte liegt.

78Q9497 16.1178

In den Fig. 10 und 11 ■ ist im Gegensatz zu den Fig. 8 und 9 eine Außeneirspannung 108 vorgesehen. Diese enthält neue Ringe 100, jedoch ist deren Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser des Rohrstücks 28. Jeder der Ringe trägt in Winkelabständen zueinander eine Anzahl Hydraulikkolben 104. Die Kolben 106 der Hydraulikzylinder führen durch die Ringe 100 und liegen an den Außenflächen des Rohrstücks 28 und der Pipeline an. Zwischen den Ringen ist ein Bund 110 vorgesehen, der an den Ringen mit Lagern 112 befestigt ist. Der Bund 110 stellt eicher, daß die Ringe 100 in einer Hauptachse ausgerichtet sind, so daß die Außeneinspannung 108 zur Ausrichtung des Rohrstücks 28 zu der Pipeline 8 dient. Von dem Bund 110 erhebt sich ein Dreharm 58, der bereits im Zusammenhang mit den Fig. 2 oder 7 beschrieben worden ist« Der Bund 110 trägt an den Vorsprüngen 114 eine kreisförmige Zahnstange 116, in die ein Zahnrad (nicht gezeigt) eingreift, das von einem an dem Auflager 20 angebrachten Motor angetrieben wird. Somit kann der Arm 58 eich um das Pipelinende um 360° drehen, ohne daß irgendein Einzelteil der Außeneinspannung 108 den Laserstrahl 48 unterbricht oder die exakte Funktion der Schwe"ßvorrichtung behindert.

Ähnlich wie bei der Inneneinspannung 98 können die Hydraulikzylinderanordnungen 104 entsprechend entweder selektiv oder in Kombination miteinander betätigt werden, um eine exakte Rundheit der Querschnitte entweder des Rohrstücks 28 oder de Pipeline 8 sicherzustellen. Auf diese Art und Weise kann auch eine radial wirkende Druckkraft auf den einen"öder anderen Rohrquerschnitt ausgeübt werden, damit diese die gleichen Abmessungen haben und sowohl eine gleiche For™ als eine gleiche Abmessung aufweisen.

Die in den Fig. 10 und 11 gezeigte Außeneinspannung kann auch in Verbindung mit einem rotierenden Laser 96, wie er in Fig. 7 gezeigt ist, Verwendung finden.

7809497 16.1178

Die in Fig. 12 gezeigte Schweißvorrichtung weist einen feststehenden Laser 16 zum Aufbringen einer Außenverschweißung auf. Im Gegensatz zu den anderen beschriebenen Schweißvorrichtungen verläuft der Laserstrahl von dem Laser 16 ungefähr in der Ebene_f in der die Verbindungsstelle 54 liegt, die sich zwischen den aneinanderstoßenden Flächen der zu verschweißenden Rohrstücke bildet. Der Strahl 48 des Lasers 16 tritt in ein Gehäuse 118 ein, das die Rohrquerschnitte (8 oder 28), die miteinander verschweißt werden sollen, umgibt. Das Gehäuse 118 enthält vier Schlitten 120, wobei jeder an einer Seite des Strahlenganges des Laserstrahls 48 angeordnet ist. Jeder Schlitten trägt einen bewegbaren Spiegel 122. Jeder der Spiegsl kann mit Hilfe einer in den Figuren nicht gezeigten Einrichtung entlang des Schlittens mit einer entsprechenden Geschwindigkeit angetrieben sein, während er sich hierbei dreht. Den Winkel, den der Spiegel in jeder Stellung entlang des Schlittens einnimmt, hängt von der Richtung des auftreffenden Laserstrahls 48 ab, so daß der Laserstrahl nach der Reflexion an den entsprechenden Spiegel ungefähr radial auf das Werkstück 28 auftrifft.

Da der Spiegel 122 ein bestimmtes Volumen einnimmt, ist es nicht möglich, daß die Spiegel einen Weg zurücklegen, der vollständig über 36O° sich erstreckt. Aus diesem Grunde kann jeder der Schlitten 118 keine Außenverschweißung unter einem Gesamtwinkel von 90° ausführen, wenn der Laserstrahl nahezu radial auf die zu verschweißende Verbindungsstelle auftrifft. Somit ist es erforderlich, daß jeder der Spiegel 122 am Ende der Bewegung entlang des entsprechenden Schlittens 118 um ein bestimmtes Maß geschwenkt wird, daß der reflektierte Strahl nicht direkt radial auf das Werkstück auftrifft. Die entsprechende Schwenkbewegung der Spiegel wird so eingestellt, daß die verschiedenen Querschnitte der entsprechenden Schweißstrahlen, die sich durch eine Reflexion an den Spiegeln ergeben, aufeinanderfolgend kontinuierlich verlaufen.

7809497 16.1178

Am Ende der Bewegung in Entfernung von dem Laser 16 entlang des entsprechenden Schlittens 118 wird jeder Spiegel plötzlich um einen Winkel geschwenkt, so daß der reflektierte Strahl auf den benachbarten Spiegel des nächsten Schlittens auftrifft. Aus diesem Grunde bleibt der erste Spiegel bei dieser Anordnung während des restlichen Schweißvorganges fest. Jeder der vier Spiegel 122 ist sowohl in Längsrichtung als auch in Winkelrichtung entsprechend bewegbar, bis ein Punkt eingenommen wird, an dem der vierte Spiegel einen Laserstrahl auf dem Punkt reflektiert, an dem der erste Spiegel zu schweißen begonnen hat.

Obwohl während der Beschreibung der vorliegenden Erfindung immer auf eine Vorrichtung zur Herstellung von vollständigen Schmelzschweißverbindungen mit Hilfe eines Laserstrahls Bezug genommen wurde, kann das Lichtstrahlschweißen gemäß der Erfindung zusätzlich zu einem bekannten Schweißverfahren angewandt werden. · Beispielsweise können die aneinanderstoßenden Enden der Rohrabschnitte miteinander heftgeschweißt werden, bevor sie mit einem Lichstrahl verschweißt werden. Zusätzlich oder auch ausschließlich können die Rohrabschnitte nur von innen mit Hilfe eines Laserstrahls verschweißt werden, während die Außenverschweißung mit einem entsprechend bekannten Schweißverfahren durchgeführt wird, wie z.B. mit dem manuellen oder halbautomatischen Schweißen. Im letzteren Falle kommt vorzugsweise MIG-oderWIG-Schweißen in Betracht, oder das Schweißen kann auch mit einem nicht geschützten (offenen) Lichtbogen durchgeführt v/erden. Zusätrlich eine bekannte Schweißtechnik als Alternative zu der Vorrichtung, die anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben worden ist, anzuwenden, v/ird im folgenden nicht näher erläutert werden.

Um einen reinen Schmelzschweißvorgang durchzuführen, kann auch ein Schweißzusatzmittel verwendet,werden. Jedoch ist es beim Lichtstrahlschweißen nicht unbedingt erforderlich - aber wenn ein zusätzlicher SchweißVorgang auszuführen wäre - ein Zusatzmaterial zu verwenden. Wenn das Schweißen mit einem Lichtstrahl erfolgen soll, kann zusätzlich mit einem entsprechenden Zusatz-

7803497 16.1178

r~

material die Verschweißung unterstützt werden, wobei Änderungen an den dargestellten Schweißvorrichtungen möglich sind, so daß Schweißzusatzmaterial in geeigneter Form der Schweißzone zugeführt werden kann. Vorzugsweise wird das Schweißzusatzmaterial in Form eines Drahtes zugeführt, das mit Hilfe eines Elektromotors zugeleitet wird und entsprechend längs eines Rohres oder einer anderen Führung geführt ist. Da diese abgewandelten Ausführungsformen nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind* ist eine Zufuhreinrichtung für das Schweißzusatzmaterial in den Figuren und den entsprechenden Beschreibungsteilen nicht näher aufgezeigt.

Die vorliegende Erfindung wurde anhand eines Kohlenstoffdioxidlasers beschrieben, da dieser der gängigste Laser für die erforderliche kontinuierliche Energieabgabe ist. Einer der Nachteile der bei einem Kohlendioxidlaser erzeugten Strahlung liegt darin, daß diese im Infrarotbereich des optischen Spektrums liegt und aus diesem Grunae nicht sichtbar ist. Die Fokussierung bei dem Schweißvorgang ist deshalb schwer einzustellen, durch Umstellung des optischen Systems für den Laserstrahl. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Laser oder jeder Laser der Schweißvorrichtung ergänzt durch einen Hilfslaser, der kohärente Strahlen liefert und im sichtbaren Bereich des optischen Spektrums liegt. Der Lichtstrahl des Hilfslasers verläuft entlang dem Strahl des Kohlendioxidlasers, so daß die Vorrichtung zu Beginn unter Verwendung des Hilfslasers im Hinblick auf die Schweißzone justiert werden kann, wobei dies mit Hilfe entsprechender Einrichtungen ausgeführt werden kann, so daß ermittelt werden kann, wenn das optische System korrekt justiert ist. Daraufhin wird der Hilfslaser abgeschaltet, und der Kohlenstoffdioxidlaser wird zur Ausführung eines Schweißvorganges gespeist.

Eine exakte Ausrichtung des Laserstrahls zu der Verbindungsstelle 54 kann während des Schweißvorganges mit Hilfe einer Spurbahn-

7809497 18.11.78

einrichtung sichergestellt werden. Diese kann mechanisch betrieben werden,indem eine Spitze oder ähnliches den vorgegebenen Weg nachläuft und den Punkt ansteuert, an dem der Laserstrahl auf der Verbindungsstelle fokussiert ist. Andererseits kann diese Einrichtung auch ein optisches System umfassen, um die Verbindungsstelle in dem Bereich der Schweißstelle zu begrenzen, so daß die Schweißstelle genau dem Weg der Verbindungsstelle folgt. Die Nachformeinrichtungen sind an sich bekannt, und deren Anwendungen für einen Laserschweißvorgang bereiten k^rne Schwierigkeiten und sind aus iiesem Grunde nicht detailliert dargestellt _^ und beschrieben.

Wie in Fig. 1 gezeigt, wird bekanntlich der Schweißvorgang von Rohrstück an eine Pipeline in horizontaler Lage durchgeführt. Da die Pipeline beim Verlegen auf dem Meeresgrund ebenfalls ungefähr horizontal verläuft, muß die Pipeline nach dem Schweißvorgang in einer ^σ fjrmigen Kurve von dem Kahn auf den Erdboden abgesenkt werden. Aus diesem Grunde muß die Pipeline in zwei entgegengesetzte Richtungen gebogen werden, so daß an der Pipeline selbst, und insbesondere an den Schweißstellen selbst entsprechende Beanspruchungen auftreten.

Gemäß eines Merkmals der Erfindung kann dieser Nachteil dadurch beseitigt werden, daß die Plattform 12, wie in Fig. 1 gezeigt, unter einem Winkel zur Horizontalen verläuft. Dieser Winkel kann so gewählt sein, daß das Rohr eine entsprechende Krümmung einnimmt, so daß die Beanspruchungen beim Absenken der Pipeline von dem Verlegungsschiff auf den Meeresgrund reduziert sind. Die Art und Weise, wie die Plattform angehoben und in der entsprechenden Winkellage und in der relativen Position zu der Pipeline festgelegt wird, trotz der meeresbedingten Bewegungen des Kahns, ist nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung und folglich nicht beschrieben. Verschiedene Ausführungsformen zum Befestigen der entsprechenden einzelnen Bauteile der Schweißvorrichtung an der Plattform 12 und zum Verbinden derselben mit den entspre-

7809497 16.1178

chenden Versorgungseinrichtungen für elektrischen Strom, Gas und Kühlwasser sind denkbar und liegen im Bereich des Fachmanns auf diesem Gebiet, so daß auf sie nicht detailliert eingegangen wird.

Die vorliegende Erfindung schlägt eine Vorrichtung vor, bei der Rohrstücke zu einer Pipeline schnell und exakt zusanmengeschweißt werden können. Somit können die einzelnen Rohrstücke zu einer Pipeline, die unter Wasser verlegt werden soll, schnell zusammengefügt werden, so daß die zwischen den ständig wechselnden Wetterbedingungen verfügbare Zeit entsprechend ausgenützt wird. Mit der Schweißvorrichtung gemäß der Erfindung kann eine Umfangsschweißnaht von 0,8 m in der Länge in 2 Minuten aufgebracht werden, was einen beträchtlich kürzeren Zeitabschnitt als jenen bei den bekannten Schweißtechniken darstellt. Wenn die Schweissung ausgeführt worden ist, kann sich der Kahn relativ zu der Pipeline bewegen, um das andere Ende der zuletzt verschweißten Rohrstücke in Ausrichtung mit der Schweißstation zu bringen, wenn dieses an ein neues Rohrstück angeschweißt wird. Hierfür wird weniger als 1 Minute benötigt. Auf diese Art und Weise können mindestens 20 Rohrstücke pro Std. zu einer Pipeline zusammengesetzt werden. Bei Rohrstücken von 12 m Länge können mit der Schweißvorrichtung gemäß der Erfindung 240 m Pipeline pro Std. erstellt werden.

Da nur eine Schweißstation für eine einzige Schweißnaht mehrere Schweißnähte entweder als Innen- oder/und Außenschweisstmg aufgebracht werden kann, ist ersichtlich, daß bei einem Verlegungsschiff bei bekannter Länge, da anstelle von mehreren Schweißstationen nur eine Schweißstation vorgesehen ist, bei der Pipelineverlegung Rohrstücke von beträchtlich größerer Länge als 12 m zu einer Pipeline zusammengefügt werden können. Da die Länge des Schweißvorgangs nicht von der axialen Länge des Rohrstücks abhängig ist, sondern nur von dem Umfang, kann bei längeren Rohrstücken eine größere Länge einer Pipeline pro Zeiteinheit erstellt werden.

7819497 16.1178

Claims

Schutzansprüche

1. Vorrichtung zum Abstützen ^on zu verschweißenden Pipelineabschnitten, gekennzeichnet durch eine relativ zu der Pipeline festgelegte Auflage, durch di^ ein Ende der Pipeline festgelegt und unterstützt ist, durch eine Einrichtung zum Ausrichten eines Rohrstücks zu dem festgelegten Pipelineende, wobei ein Ende des Rohrstücks in Berührung mit dem Pipelineende steht,und durch eine Einrichtung zum koaxialen Anordnen des Rohrstücks in bezug auf die Pipeline.

78Θ9497 16.1178

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Ausrichten eines Rohrstücks zu einem festgelegten Pipelineende, wobei ein Ende des Rohrstücks in Berührung mit der Pipeline steht, ein hohlförmiges kegelstumpfförmiges Glied mit einem kleinsten Durchmesser, der kleiner als der Innendurchmesser des Rohrscücks ist, und einem größten Durchmesser, der größer als der Innendurchmesser des Rohrstücks ist, aufweist, wobei dieses Glied entlang der Pipelineachse bewegbar ist und in das andere Ende des Rohrstücks mit einer oder mehreren fluidbetätigten Hydraulikzylinderanordnungen eindrückbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum koaxialen Anordnen des Rohrstücks in bezug auf die Pipeline eine Inneneinspannung aufv/eist, die aus zwei Ringen besteht, die einen Außendurchmesser aufweisen, der kleiner als der Innendurchmesser der zu verschweißenden Rohre ist, wobei die Ringe starr miteinander verbunden sind und eine Anzahl von radial ausgerichteten Hydraulikzylinderanordnungen enthalten, deren Kolben durch Öffnungen in den Ringen führen und die an der Innenfläche des Rohrstücks und der entsprechenden Pipeline anliegen.

k. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum koaxialen Anordnen des Rohrstücks in bezug auf die Pipeline eine Außeneinspannung aufweist, die aus zwei Ringen besteht, die einen Innendurchmesser aufweisen, der größer als der Außendurchmesser der zu verschweissenden Rohre ist, wobei die Ringe miteinander mit einem drehbaren Bund verbunden sind, an dem ein Dreharm für eine zweite Lichtstrahlquelle und/oder eine Reflexions-

78Θ9497 16.1178

fläche angebracht ist und eine Anzahl von radial ausgerichteten Kolbenzylinderanordnungen enthält, deren Kolben durch Öffnungen in den Ringen fuhren und an der Außenfläche des Rohrstücks und der entsprechenden Pipeline anliegen.

Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum wahlweisen oder gemeinsamen Betätigen der Hydraulikzylinderanordnungen der Γ i.nspannung zum Ausrichten der Querschnittsfläche des Rohrstücks oder der Pipeline in ihrer Rundheit vorgesehen ist.

Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum wahlweisen oder gemeinsamen Betätigen der Hydraulikzylinderanordnungen der Einspannung zur Erzielung eines exakten, kreisförmigen Querschnitts des aufweit- oder zusammendrückbaren Endes des Rohrstücks oder der Pipeline vorgesehen ist.

7819497 16.1178