DK146013B - Apparat til lasersvejsning af en roerledning, navnlig egnet til anvendelse paa roerudlaegningsskibe - Google Patents

Description

146013

Opfindelsen vedrører et apparat til sammensvejs-ning af et rørstykke og en rørledning fra indersiden og/eller ydersiden af rørstykket ved hjælp af en laser, navnlig egnet til anvendelse på rørudlægningsskibe eller 5 -pramme.

Rørledningen kan være indrettet til brug under vand, eller den kan anvendes til transport af olie eller andre væsker over land. I førstnævnte tilfælde monteres svejseapparatet på en udlægningspram eller 10 et lignende søgående fartøj, medens det i sidste tilfælde kan monteres på en platform, der kan køre på land.

Det er kendt, at sammensvejsning af præfabrikerede dele, såsom rørstykker, må gøres med præcision og med mindst mulig kastning af de dele, der skal svejses sam-15 men, hvis man ønsker at beskytte de sammensvejste dele, eller hvis man ønsker at hindre svækkelse af disse, for at mindste nødvendigheden af efterbearbejdning og dermed at gøre arbejdsoperationen mere økonomisk. Det er også nødvendigt, navnlig i tilfælde, hvor en svejst rør-20 ledning skal placeres på havbunden fra et skib, at svejseoperationen gennemføres med den størst mulige hastighed, for at formindske tomgangstiden til et minimum og for at forsinke operationen så lidt som muligt ved uheldige vejrforhold.

25 Kendte apparater til svejsning af rørledninger af stål anvender lysbuesvejsning eller tryksvejsning og kræver anvendelsen af et svejsefyldmateriale. Som følge heraf lider de enten af driftsmæssige eller økonomiske ulemper. Specielt bevirker lysbuesvejsning eller tryk-30 svejsning, at temperaturen på smeltepunktet spreder sig gennem stålet i rørstvkkerne i alle retninger med deraf følgende varmetab, kastning af rørstykket og ændring af mikrostrukturen. Disse strukturændringer bevirkes af nødvendigheden af anvendelsen af et svejsefyldmate-35 riale, der altid gennemgår en termisk cyklus, som er forskellig fra det emne, der svejses. Endvidere kræver svejsning med anvendelse af et svejsefyldmateriale 2 146013 flere efter hinanden følgende svejsesømme og fører til en forøgelse af den tid, det kræver at gennemføre en svejsning. I det særlige tilfælde med en rørledning, der skal udlægges på havbunden fra et skib, ombord på 5 hvilket de efter hinanden følgende rørstykker svejses til rørledningen, vil det faktum, at svejsningen må gennemføres med flere efter hinanden følgende svejsesømme, betyde, at arbejdet må udføres på flere svejsestationer, ved hver af hvilke der må gennemføres én 10 svejsesøm med det resultat, at der kun kan anvendes korte rørstykker, fordi skibets dæk, hvor svejsningen gennemføres, nødvendigvis har en begrænset længde.

Med opfindelsen tilsigtes de ovenfor nævnte ulemper afhjulpet, og der tilvejebringes et svejse-15 apparat, der gør det muligt at opnå en ensartet svejsning og i væsentlig grad at formindske den nødvendige tid til sammensvejsning af rørledninger, der af et rørudlægningsfartøj skal placeres på havbunden.

Apparatet ifølge opfindelsen er ejendomme-20 ligt ved, at mindst én laser er indrettet til at lede en stråle af kohærent stråling langs rørledningens akse, og organer til at rotere i det mindste én reflekterende flade, der er anbragt i banen for strålen, så at laserstrålen efter refleksion fra fladen falder i hovedsagen 25 .radialt på de sammenstødende rørender og bringes til at gennemføre i det mindste én fuldstændig omdrejning omkring rørledningens akse.

Ved anvendelse af en laserstråle som svej-semiddel kan anvendelsen af et svejsefyldmateriale und-30 gås, og de sammenstødende rørender kan sammensvejses med en enkelt søm, så at det nødvendige antal svejsestationer til samlingen af rørstykkerne kan formindskes til én. Endvidere er svejseoperationen mere økonomisk, eftersom den mængde varme, der kræves, ikke længere spredes, men 35 koncentreres i et stærkt reduceret område tæt ved enderne af rørene, der svejses, hvorved der faktisk ikke forekommer nogen kastning af rørene. Endvidere muliggør an- 3 146013 vendeisen af bevægelige, reflekterende flader eller spejle i banen for laserstrålen, at strålen kan manipuleres og ledes til den samling, der skal svejses, hvorved den temmelig tunge og klodsede laserkilde kan blive 5 stående på et passende sted. Endelig gennemfører appa-ratet ifølge opfindelsen svejsning af rørledninger med stor diameter hurtigere, enklere, mere præcist og mere økonomisk end kendte apparater, idet der frembringes en svejsning med bedre kvalitet og større ensartethed.

10 Ifølge en foretrukket udførelsesform for opfin delsen er mindst én af laserne fikseret i forhold til rørledningens ende, og organerne til rotation af den reflekterende flade omfatter et laserstrålelederør, der er indrettet til at indskydes i rørstykket, hvorhos lede-15 røret ved sin modsatte ende bærer den reflekterende flade fast monteret.

Endvidere kan apparatet være ejendommeligt ved, at det omfatter en sekundær, reflekterende flade, der efter Ønske er indstillelig i laserstrålens bane på en 20 sådan måde, at laserstrålen bringes til at falde på en tredje reflekterende flade, der er indrettet til at roteres i en lukket bane, der ligger uden for yderdiameteren af rørstykket, og at laserstrålen efter refleksion fra den tredje flade falder på en fjerde reflek-25 terende flade, der i hovedsagen ligger i de sammenstødende rørenders plan og uden for disse, hvorhos alle fladerne er indrettet til at roteres sammen på en sådan måde, at laserstrålen kan foretage mindst én fuldstændig omdrejning omkring rørledningens akse og kan genenmføre 30 en udvendig svejsning.

Med opfindelsen muliggøres det således at svejse et rørstykke til en rørledning fra indersiden såvel som fra ydersiden af rørstykket. I det førstnævnte tilfælde ledes laserstrålen i en lige linie langs aksen af rør-35 stykket, medens den i det andet tilfælde ledes af en ombøjet bane, så at den passerer over rørstykket og når de sammenstødende ender fra ydersiden.

4 146013

Ifølge endnu en foretrukket udførelsesform for opfindelsen kan der være en sekundær laser, der er fastholdt i forhold til rørledningens ende, mindst én anden reflekterende flade, der er placeret i banen for 5 den sekundære lasers stråle, så at denne stråle bringes til at falde på en tredje reflekterende flade, der er indrettet til at roteres i en lukket bane uden for den udvendige diameter af rørstykket, og derefter efter refleksion fra den tredje flade falder på en 10 reflekterende flade, der i hovedsagen ligger i de sammenstødende rørenders plan, og uden for disse, hvilke flader alle kan roteres sammen på en sådan måde, at laserstrålen er i stand til at gennemføre en fuldstændig omdrejning omkring rørledninegns akse, idet laserstrålen 15 fra den første laserkilde er indrettet til at svejse fra indersiden, og laserstrålen fra den sekundære laser er indrettet til at svejse fra ydersiden af de sammenstødende rørender.

Svejseapparatet ifølge opfindelsen er navnlig 20 egnet til anvendelse på rørudlægningsskibe, eftersom det ikke alene i væsentlig grad formindsker den tid, der behøves til udlægning af en rørledning på havbunden, men også muliggør et kortere dæk end sædvanligt på et rørudlægningsskib, idet der kun er brug for én svej-25 sestation, eller alternativt kan der anvendes længere rørstykker, end der kan svejses sammen med kendt teknik.

Opfindelsen forklares nærmere i det følgende under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser et skematisk billede af et rørud-30 læggende fartøj med et svejsesapparat ifølge opfindelsen, fig. 2 et sidebillede af en udførelsesform for et svejseapparat ifølge opfindelsen, fig. 3 et tværsnit i en anden udførelsesform 35 for et svejseapparat ifølge opfindelsen, fig. 4 et snit efter linien IV-IV i fig. 3, fig. 5 et tværsnit af en tredje udførelsesform 5 146013 for et svejseapparat ifølge opfindelsen, fig. 6 et snit efter linien VI-VI i fig. 5, fig. 7 et skematisk billede af en yderligere udførelsesform for et svejseapparat ifølge opfindelsen, 5 fig. 8 en yderligere udførelsesform for et svejseapparat ifølge opfindelsen, fig. 9 et snit i endnu en udførelsesfprm for et svejseapparat ifølge opfindelsen, og fig. 10 et snit efter linien X-X i fig. 13.

10 Når svejseapparatet ifølge opfindelsen anven des til sammensvejsning af en rørledning, der er beregnet til placering på havbunden, gennemføres svejseoperationen på et søgående fartøj, en såkaldt udlægningspram 2. Dette er et fartøj, der ikke har egne frem-15 driftsmidler, men som er forsynet med et forholdsvis stort antal spil 4, der hver er forbundet med et ikke vist anker. Ankrene er udlagt foran og bagved prammen 2 langs den beregnede bane for rørledningen. Prammen bevæges langs denne bane under rørudlægningsoperationen 20 ved træk i kæder, der fører til de forreste ankre, idet kæder, der føres til de bageste ankre, føres ud. Spændingerne i de forskellige kæder indstilles således, at stillingen af prammen på ethvert tidspunkt er nøjagtigt bestemt og kendt. Motorerne, som driver spillene, 25 styringerne af disse og låsearrangementerne for ankerkæderne er udeladt for tydelighedens skyld.

Pra prammen 2 stikker der en forlængelse 6 bagud og nedad i form af en rampe. Denne er indrettet til at støtte rørledningen 8, der forlader prammen, 30 så at rørledningen tvinges til at bevæge sig i en bane med en bestemt form. Dette er for at hindre rørledningen i at blive beskadiget ved at blive bøjet i en kurveform med for lille en radius. Understøtninger 10, der strækker sig fra rampen, er indrettet til at bevæge sig 35 i forhold til rørledningen, så at vægten af rørledningen optages på flere steder med stor afstand for at hindre lokale, overdrevne spændinger på rørledningen, når denne 6 146013 føres ud fra bagenden af prammen under svejseprocessen. Svejseapparatet ifølge opfindelsen er indrettet til at monteres indvendig i prammen på en platform 12, der er monteret på skinner 14, så at platformen kan bevæge 5 sig i prammens længderetning. Formålet hermed er at hindre bølgefremkaldte bevægelser af prammen i at blive overført til svejseapparatet og forstyrre indstillingen af dette. Med dette formål er de kritiske dele af svejseapparatet fastgjort til platformen, og platformen er 10 fastholdt i forhold til rørledningen og ikke i forhold til prammen 2.

Platformen 12 bærer en laser 16, en spindeldok 18, et organ 20 ved svejsestationen, et klem-stykke 22 og en røntgenrevnedetektor 24. Normalt er 15 der i forbindelse med svejseapparatet, men ikke nødvendigvis monteret på platformen 12, et anlæg 26 til overtrækning af rørledningen efter svejsningen med bitumen og/eller et andet beskyttelsesmateriale.

Laseren 16 har en energiafgivelse, der er 20 tilstrækkelig til at tilvejebringe smeltesvejsning til en passende dybde af et materiale, såsom kulstofstål.

En særlig egnet laser til dette formål er en laser med en afgivelse af kohærent udstråling i den infrarøde del af spektret, og en laser, der anvender carbondioxid 25 som lasermediet. Til driften skal laseren 16 forsynes med elektrisk energi, forskellige gasarter, incl. carbondioxid, og med kølevand.

Kilderne for disse forbrugsartikler og de organer, ved hjælp af hvilke de påføres laseren efter behov, 30 er udeladt fra tegningen for tydelighedens skyld.

Spindeldokken 18 er indrettet til at bære den ende af rørstykket 28, der kommer til at danne den yderste ende af rørledningen 8, der er dannet ved de tidligere svejste og flugtende rækker af rørstykker.

35 Organet 20 på svejsestationen tjener til understøtning af den inderste ende af rørstykket 28, så at det er koaksialt med den hosliggende ende af rør- 7 146013 ledningen 8.

Klemstykket 22 er indrettet til at bevæges sammen med platformen 12 og er indrettet til at spændes fast på ydersiden af den svejste rørledning, så at 5 platformen 12 er tvunget til at følge bevægelserne af rørledningen langs dens akse i forhold til prammen. Sidebevægelse af prammen og rørledningen påvirker ikke den korrekte arbejdsmåde af svejseapparatet ifølge opfindelsen, og der er givet mulighed for sådanne bevægel-10 ser. Eftersom den fastspændte ende af rørledningen er hindret i at bevæge sig i sideretningen i forhold til rørledningens akse ved bevægelse af prammen, er platformen 12 fikseret i rummet i forhold til rørledningens ende. Dette sikrer, at efterfølgende arbejde ikke på-15 virkes ved normale bølgefremkaldte bevægelser af prammen 2, når svejseapparatet først er stillet op.

Røntgenapparatet 24 er monteret på platformen 12, så at enhver revne eller anden fejl i svejsningen bliver stationær i forhold til apparatet, og 20 derfor lettere kan opdages, end hvis relativ bevægelse var tilladt, trods bevægelsen af prammen 2.

Det i fig. 2 viste apparat er beregnet til indvendig eller udvendig sammensvejsning af de sammenstødende ender af rørstykket 28 og rørledningen 8.

25 Med dette formål omfatter spindeldokken 18 et stativ 30, der er monteret på skinner 32 på platformen 12.

Skinnerne er i hovedsagen parallelle med aksen for rørledningen 8. Stillingen af stativet 30 i forhold til platformen 12 og dermed i forhold til rørledningen 30 .styres af en dobbeltvirkende hydraulisk cylinder 34, som er forbundet med et styreorgan 36.

Stativet 30 bærer en roterende arm 38 og et stationært centreringsorgan 40'. Ved enden bærer armen 38 et på forsiden forsølvet spejl 42, og ved 35 sin inderste ende, hvor den skærer aksen for rørledningen, bærer armen et på forsiden forsølvet spejl 44.

Stillingen af spejlet 44 styres af en hydraulisk cy- 8 146013 linder 46, der kun er skematisk antydet. Cylinderen 46 er i stand til at bevæge spejlet 44 på en sådan måde, at spejlet i én grænsestilling ikke rammes af strålen 48 fra laseren 16, medens spejlet i den anden, viste 5 grænsestilling fanger hele laserstrålen 48. Armen 38 kan drejes ved hjælp af en motor i understøtningen 30, så at spejlene 42 og 44 kan bevæge sig gennem 360° samtidig med, at der opretholdes relativ flugtning.

Plugtningen er sådan, at den stråle, der reflekteres fra 10 spejlet 42, normalt er parallelt med strålen 48, der falder på spejlet 44, men dette er ikke strengt nødvendigt.

Centreringsorganet 40 på stativet 30 er i form af et hult element med en udvendig keglestubformet 15 flade, hvis minimumsdiameter er mindre end den indvendige diameter af rørstykket 28, og hvis maksimumdiameter er større end den indvendige diameter af rørstykket. Herved sikres, at organet 40 kan indføres i vedkommende ende af rørstykket 28. Når cylinderen 34 20 aktiveres i en passende retning, bevirker centreringsorganet, at den udvendige ende af rørstykket 28 løftes, indtil aksen for rørstykket er koaksialt med aksen for rørledningen 8, og organet udøver også en væsentlig kraft langs rørstykket 28 til at trykke den anden 25 ende af rørstykket til anlæg med den indenbords ende af rørledningen 8.

Fra den roterende arm 38 stikker der et rør 50 frem, som passerer gennem det indre af det hule, keglestubformede element 40 og strækker sig koaksialt 30 med rørstykket 28. Røret 50 bærer ved sin anden ende et på forsiden forsølvet spejl 52, der er anbragt således, at laserstrålen 48 reflekteres fra det og falder på samlingen 54 mellem de sammenstødende rørender. Røret 50 er forsynet med en ikke vist åb-35 ning for at udstrålingen kan passere fra det indre af røret 50 og falde på samlingen 54. Understøtnings-organet 20 på svejsestationen er udformet svarende 9 146013 til spindeldokken 18, idet det omfatter en understøtning 56, der bærer en roterende arm 58, som igen bærer et på forsiden forsølvet spejl 60. Spejlet 60 er placeret således, at stråling, der reflekteres fra 5 spejlet 42, falder på det. Efter reflekteringen er strålingen fra spejlet 60 beregnet til at falde på et linsesystemhus 62. Dette er i form af et hus med en væg, der udgøres af eller omfatter et legeme af et materiale, der er i stand til at bryde laserstrålen 10 således, at den bringes til at samles på eller i området ved samlingen 54.

Ifølge en foretrukket udførelsesform for opfindelsen er det indre af linsehuset 62 indrettet til at forsynes med en passende gas, som f.eks. argon, 15 der er beregnet til at udsendes fra linsehuset 62 som en strøm rettet mod svejsezonen, idet gassen er inaktiv, så at den beskytter smelten mod angreb fra atmosfæren, indtil smelten er afkølet tilstrækkeligt til at være uimodståelig for sådant angreb. Et tilsva-20 rende linse- og gasbeskyttende hus 62 kan fortrinsvis være placeret indvendig i rørstykket og være fastgjort til røret 50. Såfremt der er et hus 62 indvendig i rørledningen, tilføres beskyttelsesgassen til huset gennem røret 50 og spindeldokken 18.

25 Armen 58 er indrettet til at roteres ved hjælp af en motor i understøtningen 56, nøjagtigt synkront med armen 38. Herved sikres, at laserstrålen, der reflekteres fra spejlet 42, altid falder på spejlet 60, og derfra på samlingen 54, der skal svejses.

30 Stativet 30 er hult eller formet på anden måde, så at laserstrålen 48 kan falde direkte på enten spejlet 44 eller spejlet 52.

Svejseapparatet, der er vist i fig. 2, kan således anvendes lige godt til gennemførelse af indven-35 dige som udvendige smeltesvejsninger. I begge tilfælde er det nødvendigt at tilvejebringe organer til indstilling af apparatet således, at laserstrålen 48 bringes 10 146013 til at samles på eller i området ved samlingen 54.

Til gennemførelse af indvendige svejsninger vil det være nødvendigt at tilvejebringe en vis bevægelse af stativet 30 og dermed af røret 50 i for-5 hold til centreringsorganet 40. På denne måde kan røret 50 uafhængigt af organet 40 bevæges aksialt, indtil strålen er fokuseret nøjagtigt på samlingen 54 fra indersiden. Til udvendige svejsninger kan armen 58 gøres indstillelig langs sin rotationsakse for at 10 ændre stillingen af spejlet 60 i forhold til den udvendige samling 54.

I det i fig. 2 viste apparat og i alle de andre former for apparatet er laserstrålen, der udsendes fra laseren 50, ukoncentreret, dvs. dens energi er fordelt 15 over et forholdsvis stort areal. Strålen bringes til at samles på samlingen 54 ved hjælp af samlelinsen i huset 62. Laserstrålen kan imidlertid også være koncentreret i en parallel stråle med meget lille tværsnitsareal med meget stor energitæthed. I dette tilfælde 20 kan samlelinsen undværes, men det kan dog være nødvendigt eller nyttigt at anvende huse 62 til at lede en strøm af inaktiv beskyttelsesgas mod smelten.

Det i fig. 3 og 4 viste svejseapparat er konstrueret til at arbejde i lighed med apparatet vist i 25 fig. 2, men kun til gennemførelse af udvendige svejsninger. I denne figur og i andre figurer på tegningen er de dele, der er fælles med fig. 2, givet samme henvisningstal .

I området ved samlingen 54 flugter rørstykket 30 28 med den fastholdte ende af rørledningen 8 ved hjælp af et indvendigt koblingsorgan 64, der kan være i form af en pneumatisk sæk, der sammenholder de to dele flugtende koaksialt. De aksiale kræfter, der holder de sammenstødende ender i anlæg med hinanden ved sam-35 lingen 54, tilvejebringes ved hjælp af et kombineret laser- og spindeldokorgan 66, hvorpå der er monteret den ene ende af en rørformet arm 69, hvis anden ende 11 146013 bæres af en understøtning 71, som har en lignende funktion som organet 20. Den rørformede arm 69 bærer spejlene 44, 42 og 60, ved hjælp af hvilke strålen reflekteres fra sin oprindelige bane koaksialt med aksen for 5 rørstykket 28 og er indrettet til at falde i hovedsagen radialt udvendigt på samlingen 54. Laserstrålen 48 passerer ind i den rørformede arm 69 gennem en hul aksel 77, der er en del af organet 66. Akslen 77 bærer et tandhjul 78, som er fast forbundet med armen 10 69, og som er i indgreb med et tandhjul 80, der ved hjælp af en aksel 82 er sammenkoblet med et andet tandhjul 84, som er i indgreb med et større tandhjul 86, der er fastgjort til den anden ende af armen 69 og er drejeligt lejret på understøtningen 71. Funktionen af 15 dette arrangement er at sikre, at armen 69 bevæger sig som en enhed omkring rørstykket 28 uden at blive bøjet eller vredet ved at blive drevet kun fra den ene ende.

Spejlet 60 er monteret på en vogn 88, som 20 er bevægelig parallelt med aksen for rørstykket 28 inden i armen 69. Dette giver aksial indstilling af det punkt, hvorpå strålen, der reflekteres fra spejlet 60, falder på samlingen 54 gennem en åbning i væggen i armen 6 9.

25 Rørstykket 28 løftes til en stilling, hvor dets akse er koaksial med aksen for rørledningen 8 ved hjælp af hydrauliske donkrafte 27, der derefter fjernes, eftersom rørstykket er understøttet i den nævnte stilling af det keglestubformede centreringsorgan 40 og 30 ved hjælp af det indvendige koblingsorgan 64.

Snitbilledet i fig. 4 viser, hvorledes den rørformede arm 69 kan passere hele vejen omkring rørstykket 28, så at der tilvejebringes en udvendig svejsning i én eller flere kredsformede passager.

35 Det i fig. 5 og 6 viste svejseapparat er ind rettet til kun at gennemføre indvendige svejsninger, idet rørstykket 28, der skal svejses, understøttes på 146013 * .· 12 passende måde, f.eks. ved hjælp af stativer 90 eller ved hjælp af indstillelige understøtninger, som f.eks. hydrauliske donkrafte. Rørstykket 28 fastgøres midlertidig til vedkommende ende af rørledningen 8 ved hjælp 5 af et udvendigt klemstykke 92.

Dette medvirker såvel til at holde de to elementer sammen koaksialt med hinanden og til at virke som en spærring for at holde på smelten, medens den størkner. Denne sidste funktion ville normalt være nød-10 vendig, eftersom den radiale dybde af smelten skal være lig med den radiale tykkelse af rørene, der sammensvej-ses, for at sikre, at de sammenstødende ender er helt sammensmeltede. For at sikre sig, at der ikke efterlades nogen ikke sammensmeltede dele, bør dybden af smelten 15 ikke blive større end den radiale tykkelse af røret, hvis der er yderligere materiale, som muliggør radial udvidelse af smelten. I mangel af dette bliver klemstykket 92 opvarmet og virker som en spærresko.

Fremspringende fra den mobile laserkilde 16 20 er der et roterende rør 50, der ved sin ene ende bærer et spejl 52, der er stillet således, at det leder radialt indfaldende kohærent stråling mod samlingen 54 mellem de sammenstødende rørender. Fremspringende udad fra den ene ende af røret 50 er der en række antifrik-25 tionsunderstøtninger 94, der er indrettet til at ligge an på indersiden af rørstykket 28 og at tilvejebringe mekanisk understøtning på den indvendige ende af røret 50, når dette roterer. Herved sikres, at laserstrålen 48 forløber langs aksen af rørstykket 28.

30 Laserkilden er aksialt bevægelig i forhold til rørledningen for indføring af røret 50 i rørstykket 28, efter at sidstnævnte er anbragt og fastgjort til rørledningen 8. Med dette formål er laseren 16 monteret på ikke viste skinner på platformen 12. Kil-35 den 16 er nøjagtigt indstillelig, så at laserstrålen efter refleksion fra spejlet 52 falder præcist på samlingen 54 til gennemførelse af den nødvendige smelte- 13 146013 svejsning.

Svarende til svejseapparatet vist i de andre figurer kan røret 50 drejes gennem 360°, så at der gennemføres den nødvendige smeltesvejsning i én 5 eller flere fuldstændige cirkulære passager.

Det i fig. 9 og 10 viste svejseapparat svarer til det i fig. 5 og 6 viste. I dette apparat er røret 50 imidlertid stift fastgjort til den mobile laserkilde 16, og spejlet 52 er monteret ved den fri 10 ende af dette rør på en vogn 124, der er indrettet til at bevæges parallelt med aksen for rørstykket 28 langs et svalehalestyr 126, se fig. 10, i en ring 128, der igen kan roteres ved hjælp af en elektromotor omkring aksen af rørstykket, hvilken ring er drejeligt 15 understøttet indvendig i røret 50. På denne måde tilvejebringer den aksiale forskydning af vognen 124 ak-sial indstilling af det punkt, på hvilket laserstrålen, der reflekteres fra spejlet 52, falder på samlingen 54, medens rotationen gennem 360° af ringen 128 og 20 dermed af spejlet 52 muliggør fuldstændig smeltesvejsning.

Det i fig. 7 viste svejseapparat er en modifikation af det i fig. 2 viste. Det er først og fremmest beregnet til gennemførelse af indvendige og 25 udvendige svejsninger enten samtidig eller efter hinanden. Med dette formål anvendes der to lasere i form af en statisk laser 16 og en mobil laser 96, der er fastgjort til den roterende arm 58 i understøtningen 20 ved svejsestationen. Tilførslen af elektricitet, 30 kølevand og gasarter til den mobile eller roterende laser 96 foregår gennem understøtningen 20.

Som allerede beskrevet er centreringsorganet 40 bevægeligt aksialt i forhold til røret 50, der er fastgjort til understøtningen 30. Herved sikres, at 35 den fri ende af rørstykket 28 er i anlæg mod og understøttes af centreringsorganet 40, medens stillingen i længderetningen af røret 50 og dermed af spejlet 52 14 146013 kan indstilles i forhold til samlingen 54, der skal svejses, ved aktivering af cylinderen 34.

Det fremgår af tegningen, at udstrålingen fra laseren 96, når armen 58 roteres, kan tilveje-5 bringe en udvendig svejsning, medens strålen fra laseren 16 kan tilvejebringe en indvendig svejsning ved rotation af spejlet 52. De to svejsninger kan fremstilles enten samtidig eller efter hinanden. Endvidere kan de indvendige og udvendige smelter, selv når svejsepro-10 cesserne gennemføres samtidig, forskydes i vinkelretningen fra hinanden ved en passende indstilling af den relative vinkelstilling af armen 58 og røret 50.

Denne relative vinkelforskydning kan være konstant eller varierende. Det kan med andre ord, navnlig når den mobi-15 le laser 96 har en væssentlig lavere effekt end laseren 16, være nødvendigt for armen 58 at bevæge sig omkring samlingen, der skal svejses, med en lavere hastighed end hastigheden af rotationen af røret 50. Hvad der er nødvendigt at sikre sig er, at smelterne, der 20 tilvejebringes af begge laserstrålerne, enten møder eller overlapper hinanden således, at det sikres, at der ikke er nogen usmeltede dele af de oprindeligt mod hinanden liggende endeflader af rørene. Dette betyder, at hastigheden af rotationen af armen 58 og røret 50 står 25 i forhold til vedkommende lasers effekt og dermed til indtrængningsdybden af laserstrålen eller smelten.

Det i fig. 8 viste svejseapparat anvender en stationær laser 16 til at gennemføre kun en udvendig svejsning. I modsætning til de andre viste svejse-30 apparater ligger strålen fra laseren 16 i et plan, der indeholder samlingen 54 mellem de sammenstødende endeplader, der skal sammensvejses. Strålen 48 fra laseren 16 er indrettet til at træde ind i et hus 118, der omgiver rørdelene 8 og 28, der skal sammen-35 svejses. Huset 118 indeholder fire slæder 120, der hver er anbragt ved den ene side af banen for laserstrålen 48. Hver slæde bærer et bevægeligt spejl 122.

15 146013

Ved på tegningen ikke viste organer, kan hvert af spejlene 122 drives med en ønsket hastighed langs sin slæde, samtidig med at det svinges. Den vinkel, som spejlet indtager ved enhver stilling langs sin slæde, 5 står i forhold til retningen af den indfaldende laserstråle 48, så at laserstrålen efter refleksion fra vedkommende spejl falder i hovedsagen radialt på emnet 28.

Eftersom spejlet 122 optager et ringe volumen, er det ikke muligt for spejlene at gennemløbe en 10 bane, der passerer helt gennem 360°. Hver af slæderne 118 er derfor ikke i stand til at gennemføre en udvendig svejsning, der passerer gennem en fuldstændig vinkel på 90° ved at falde helt radialt på samlingen, der skal svejses. Det er derfor nødvendigt for hver af 15 spejlene 122 ved afslutningen af deres bevægelse ad de respektive slæder 118 at blive svinget så meget, at den reflekterende stråle ikke falder helt radialt på emnet. Graderne af svingbevægelse for spejlene indstilles således, at de forskellige dele af svejsesøm-20 men, der formes ved refleksionen fra spejlene efter hinanden, er kontinuerlig. Ved afslutningen af sin bevægelse bort fra laserstrålen 16 langs den respektive slæde 118 svinges hvert spejl hurtigt gennem en vinkel, således at den reflekterende stråle falder på 25 spejlet på den næste slæde. Herefter forbliver det første spejl fikseret i sin stilling under resten af svejseprocessen. Hver af de fire spejle 120 bevæges såvel i længderetningen som i vinkelretningen efter hinanden, indtil et punkt er nået, hvor det fjerde 30 spejl reflekterer laserstrålen på det punkt, hvor det første spejl begyndte svejsningen.

Opfindelsen er beskrevet anvendt i forbindelse med et apparat til gennemførelse af fuldstændig smeltesvejsning ved hjælp af en laserstråle, men laser-35 svejseprocessen kan suppleres med en kendt svejseproces.

De samstødende ender af rørsektionerne kan således hæftesvejses, før de bliver lasersvejst. Endvidere eller 16 146013 alternativt kan rørsektionerne svejses fra indersiden alene ved hjælp af en laserstråle, medens udvendige svejsninger kan gennemføres ved hjælp af kendt svejseteknik, som f.eks. en manuel eller halvautomatisk 5 svejsning. I sidstnævnte tilfælde kan der anvendes MIG- eller TIGsvejsning, eller svejsningen kan gennemføres ved anvendelse af en åben lysbuesvejsning. Eftersom anvendelsen af en yderligere, konventionel svejseteknik ikke medfører nogen ændring af det beskrevne 10 apparat under henvisning til tegningerne, vil denne teknik ikke blive beskrevet yderligere.

Foruden ren smeltesvejsning kan der anvendes et svejsefyldmateriale. Dette er ikke nødvendigt i tilfælde af lasersvejsning, men ved anvendelse af yderli-15 gere svejseprocesser vil disse kunne omfatte anvendelsen af fyldmateriale. Hvis det besluttes, at svejsningen med laserstrålen forbedres ved tilføjelse af et passende fyldmateriale, kan det illustrerede svejseapparat modificeres til muliggørelse af, at der tilfø-20 res fyldmateriale i passende form til svejsezonen.

SvejsefyIdmateriale tilføres fortrinsvis i form af tråd, der fremføres i længderetningen ved hjælp af en elektromotor og styres til sit anvendelsessted ved hjælp af et rør eller andet styr.

25 Opfindelsen er beskrevet i forbindelse med anvendelsen af en carbondioxidlaser, eftersom dette for øjeblikket er den eneste form for handelsmæssig tilgængelig laser, der kan tilvejebringe den nødvendige kontinuerlige effekt. En af ulemperne ved den 30 udstråling, der tilvejebringes af en carbondioxidlaser er,.· 'at strålingen ligger i den infrarøde del af det optiske spektrum, og den er derfor ikke synlig.

Dette gør det vanskeligt at indstille fokuseringen af svejseoperationen ved ændring af optikken af syste-35 met, der indvirker på laserstrålen. Ifølge opfindelsen suppleres laseren eller laserne i svejseapparatet derfor af en hjælpelaser, der er indrettet til at til- 17 146013 vejebringe kohærent stråling i den synlige del af det optiske spektrum. Denne hjælpelaser er indrettet til at sende sin stråle langs strålen af carbondioxidlaseren, så at apparatet først kan justeres blot ved anvendelse 5 af hjælpelaseren og betragtning af svejsezonen ved hjælp af passende hjælpemidler, hvorved det kan bestemmes, når det optiske system er korrekt indstillet.

Herefter udkobles hjælpelaseren, og carbondioxidlaseren aktiveres, når man ønsker at svejse. Nøjagtig flugtning 10 af laserstrålen med samlingen 54 kan sikres under svejseprocessen ved anvendelsen af et sømfølgerorgan. Dette kan være af mekanisk art med anvendelse af en spids eller lignende element til at følge sømmen og styre det punkt, hvor laserstrålen samles på forbindelsesstedet, 15 eller alternativt kan der anvendes et optisk system til at betragte samlingen i området ved svejsesmelten, så at svejsesmelten bringes til at bevæge sig nøjagtig langs banen for samlingsstedet. Sømfølgeorganer er i og for sig kendt og skal ikke beskrives nærmere her.

20 Som vist i fig. 1 er det i almindelighed prak tisk at gennemføre svejseoperationen med rørstykket, der skal svejses til rørledningen, medens dette er i vandret stilling. Eftersom rørledningen, når den ligger på havbunden, i hovedsagen er horisontal, betyder dette, 25 at rørledningen efter svejseoperationen skal bevæge sig fra prammen til havbunden langs en buet kurve.

Nødvendigheden af at rørledningen bøjes efter hinanden i to retningen, giver spændinger i denne og navnlig i de sammensvejste forbindelser.

30 Denne ulempe kan afhjælpes ved at hæve plat formen, som vist i fig. 1, til en vinkel i forhold til vandret. Denne vinkel kan være sådan, at røret samles i en enkelt kurve, hvorved spændingerne formindskes, når rørledningen passerer fra udlægningsprammen til 35 havbunden. Der skal gennemføres forskellige heraf følgende ændringer med hensyn til fastgørelsen af de forskellige dele af svejseapparatet på platformen og til at 18 146013 forbinde dem med de nødvendige tilførsler af elektricitet, gas og kølevand, men disse ændringer ligger inden for en fagmands kompetence og vil derfor ikke blive beskrevet yderligere her.

5 Med opfindelsen tilvejebringes der således et apparat til hurtig og nøjagtig svejsning af rørstykker til en rørledning. Der muliggøres således hurtig dannelse af rørledninger, der skal udlægges under vandet, og der gøres den bedst mulige brug af den til rådig-10 hed værende arbejdstid mellem perioder med dårligt vejr.

Det har vist sig, at svejseapparatet ifølge opfindelsen kan anvendes til gennemførelsen af en periferisvejsning på 0,8 m i længden på to minutter, hvilket er af væsentlig kortere tid end den, der anvendes ved kendt, 15 manuel svejseteknik. Når svejsningen er gennemført, kan prammen bringes til at bevæge sig i forhold til rørledningen til at bringe den anden ende af det nyligt svejste rørstykke til at flugte med svejsestationen, så at det kan svejses til et nyt rørstykke. Denne del af 20 svejseprocessen kan gennemføres på mindre end et minut.

Det ses således, at mindst tyve rørstykker kan føjes til rørledningen pr. time. For rørstykker på over 12 m i længden muliggør svejseapparatet ifølge opfindelsen, at der kan fremstilles 240 m rørledning i timen.

25 Da der kun behøves én svejsestation til gennemførelse af svejseoperationer med en enkelt svejsesøm eller flere svejsesømme, med indvendige eller udvendige svejsninger eller begge dele, kan der for en udlægningspram af kendt længde i stedet for flere svej-30 sesstationer, der anvendes ved kendte rørudlægningsoperationer, anvendes én svejsestation, hvorved det gøres muligt at tilvejebringe rørstykker med væsentlig større længde end 12 m til brug ved formningen af rørledningen. Eftersom længden af svejseoperationen ikke har no-35 get at gøre med den aksiale længde af rørstykket, men kun med periferilængden, vil anvendelsen af længere rørstykker føre til formningen af længere stykker af rør-

Claims (16)

146013 ledning pr. tidsenhed.

1. Apparat til sammensvejsning af et rørstyk-5 ke (28) og en rørledning (8) fra indersiden og/eller ydersiden af rørstykket ved hjælp af en laser (16, 66, 96), navnlig egnet til anvendelse på rørudlægningsskibe eller -pramme, kendetegnet ved, at mindst én laser (16) er indrettet til at lede en stråle 10 af kohærent stråling langs rørledningens (8) akse, og organer til at rotere i det mindste én reflekterende flade (42, 44, 52, 60), der er anbragt i banen for strålen, så at laserstrålen efter refleksion fra fladen falder i hovedsagen radialt på de sammenstødende rør-15 ender (54) og bringes til at gennemføre i det mindste én fuldstændig omdrejning omkring rørledningens akse.

2. Svejseapparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at mindst én af laserne (16) er fikse-ret i forhold til rørledningens (8) ende, og at organer- 20 ne til rotation af den reflekterende flade omfatter et laserstrålelederør (50), der er indrettet til at indskydes i rørstykket (28), hvorhos lederøret ved sin modsatte ende bærer den reflekterende flade (52) fast monteret.

3. Svejseapparat ifølge krav 1, kende tegnet ved, at mindst én af laserne (16) er bevægelig i forhold til rørledningens (8) ende, og at organerne til rotation af den reflekterende flade (52) omfatter et laserstrålelederør (50), der er indrettet til 30 at indskydes i rørstykket (28), og som er lejret drejeligt om sin akse ved den ene ende ved den bevægelige laser, og som ved sin anden ende fast understøtter den reflekterende flade.

4. Svej seapparat ifølge krav 1, kende-35 tegnet ved, at mindst én af laserne (16) er bevægelig i forhold til rørledningens (8) ende, og at orgar-nerne til at rotere den reflekterende flade omfatter et 146013 laserstrålelederør (50), der er indrettet til at indskydes i rørstykket (28), og som er fastgjort ved sin ene ende til den bevægelige laser og ved sin anden ende bærer den reflekterende flade, som hviler på en vogn 5 (124), der er bevægelig parallelt med rørstykkets akse ad et svalehalestyr (126) i en ring (128), som igen er indrettet til at roteres ved hjælp af en elektromotor omkring rørstykkets akse, og som er lejret drejeligt i lederøret (50).

5. Svejseapparat ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved en sekundær, reflekterende flade (44), der efter ønske er indstillelig i laserstrålens bane på en sådan måde, at laserstrålen bringes til at falde på en tredje reflekterende flade (42), 15 der er indrettet til at roteres i en lukket bane, der ligger uden for yderdiameteren af rørstykket (28), og at laserstrålen efter refleksion fra den tredje flade falder på en fjerde reflekterende flade (60) , der i hovedsagen ligger i de sammenstødende rørenders plan 20 (54) og uden for disse, hvorhos alle fladerne er ind rettet til at roteres sammen på en sådan måde, at laserstrålen kan foretage mindst én fuldstændig omdrejning omkring rørledningens akse og kan gennemføre en udvendig svejsning.

6. Svejseapparat ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved en sekundær laser (16), der er fastholdt i forhold til rørledningens ende, mindst én anden reflekterende flade (122), der er placeret i banen for den sekundære lasers stråle (48), så at denne 30 stråle bringes til at falde på en tredje reflekterende flade, der er indrettet til at roteres i en lukket bane uden for den udvendige diameter af rørstykket, og derefter efter refleksion fra den tredje flade falder på en reflekterende flade, der i hovedsagen ligger i de sam-35 menstødende rørenders plan og uden for disse, hvilke flader alle kan roteres sammen på en sådan måde, at laserstrålen er i stand til at gennemføre en fuldstændig 146013 omdrejning omkring rørledningens akse, idet laserstrålen fra den første laserkilde er indrettet til at svejse fra indersiden, og laserstrålen fra den sekundære laser er indrettet til at svejse fra ydersiden af de 5 sammenstødende rørender.

7. Svejseapparat ifølge krav 5 eller 6, kendetegnet ved, at den anden og den tredje reflekterende flade (42, 44) er lejret på en roterende arm (38) , der er drejeligt lejret på støttestativet (30), 10 medens den fjerde reflekterende flade (60) er lejret på en anden roterende arm (58), der er drejeligt lejret på et fast stativ (20), hvilke to roterende arme ikke er mekanisk forbindne, men er indrettet til at drejes sammen, begge ved hjælp af en elektromotor, hvilke to 15 motorer er således sammenkoblede, at de to arme roterer i samme retning og med samme hastighed.

8. Svejseapparat ifølge krav 7, kendetegnet ved, at den anden reflekterende flade (44) er indrettet til efter valg at placeres i banen for en 20 laserstråle ved hjælp af en hydraulisk cylinder (46) på den roterende arm (38).

9. Svejseapparat ifølge krav 5 eller 6, kendetegnet ved, at en roterende arm (69) bærer den anden (44), tredje (42) og fjerde (60) reflek- 25 terende flade.

10. Svejseapparat ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved en sekundær laser (96), der er bevægelig i forhold til rørenderne, og som er indrettet til at rotere omkring rørledningens akse, og ved 30 at afstanden derfra er større end yderdiameteren af rørledningen, hvorhos strålen fra den bevægelige laserkilde er indrettet til at ramme i hovedsagen radialt mod de sammenstødende rørender (54), enten direkte eller efter refleksion.

11. Svejseapparat ifølge krav 10, ken detegnet ved, at den bevægelige, sekundære laser (96) bæres af en roterende arm (58), der er drejeligt 146013 lejret på det faste stativ (20), og som igen bærer en reflekterende flade (60) , der er placeret i strålebanen fra den bevægelige laser og er indrettet til at tilbagekaste denne stråle, så at den falder i hovedsagen 5 radialt på de mod hinanden anliggende rørender (54) i alle armens vinkelstillinger i forhold til rørledningens akse.

12. Svejseapparat ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at de to 10 lasere har væsentligt forskellige energiydelser, så at dybden af den svejsning, der tilvejebringes af den ene laser er væsentlig større end den, der tilvejebringes af den anden.

13. Svej seapparat ifølge ethvert af de 15 foregående krav, kendetegnet ved, at laseren eller i det mindste den ene laser er indrettet til at tilvejebringe en stråle med en ukoncentreret udstråling, dvs. med en forholdsvis lav effekttæthed, og at appara-tet omfatter midler til at bringe den ukoncentrerede 20 stråle til at samles på de sammenstødende rørender.

14. Svejseapparat ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at laseren eller i det mindste én af laserne er indrettet til at tilvejebringe en stråling med en bølgelængde, der 25 ligger i den infrarøde del af det optiske spektrum.

15. Svejseapparat ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at det omfatter en hjælpelaser, der er indrettet til at tilvejebringe stråling med en bølgelængde i den synlige 30 del af det optiske spektrum, og at der er organer til at gøre strålen fra hjælpelaseren i hovedsagen koaksial med en stråle fra en anden laser på dennes endelige bane for at medvirke til opstilling af svejseapparatet ved visuel inspektion. 35

.16. Svejseapparat ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet véd, at stillingen af hver af de reflekterende flader er indstillelig