ES2178500T5 - Aparato y procedimiento para soldar tubos juntos. - Google Patents
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Abstract
Método para formar una tubería, que incluye un paso de soldar dos tubos (2, 4) juntos, dicho paso de juntar dos tubos (2, 4) juntos comprende los pasos de: disponer dos tubos (2, 4) extremo (26) contra extremo (27), estando conformados los tubos (2, 4) de modo que se define una ranura extendida circunferencialmente (28) entre los extremos (26, 27) de los tubos (2, 4), efectuar un movimiento relativo de una pluralidad de sopletes de soldar con arco (1) dispuestos sobre un único carro (10) a sustancialmente la misma velocidad alrededor de los tubos (2, 4), y accionar dicha pluralidad de sopletes de soldar con arco (1), de modo que sus arcos formen una soldadura (3) dentro de la ranura (28), caracterizado porque la tubería formada es una tubería submarina, el ángulo de separación de las paredes que definen la ranura (28) entre los tubos (2, 4) es inferior a 10 grados, al menos dos sopletes (1) de dicha pluralidad de sopletes de soldar con arco (1) están dispuestos directamente adyacentes uno respecto del otro, de modo que durante el accionamiento de los sopletes (1), los arcos de dichos al menos dos sopletes (1) se producen directamente uno tras otro dentro de la ranura (28), y el arco producido por cada uno de dicha pluralidad de sopletes de soldar con arco (1) es guiado electrónica y automáticamente de modo independiente, obteniendo (15) las características eléctricas de la soldadura con respecto a cada tubo (2, 4), respectivamente, y comparando (19) las características eléctricas relativas a uno de los tubos (2, 4) con las características eléctricas relativas al otro de los tubos (2, 4).
Description
Aparato y procedimiento para soldar tubos
juntos.
La presente invención se refiere a un aparato y
a un método para soldar tubos juntos. Más específicamente, la
invención se refiere a soldaduras con arco eléctrico, de secciones
de tubo cuando se instalan tuberías en alta mar (es decir, tuberías
submarinas). El proceso de soldadura utilizado cuando se instalan
tales tuberías es de tipo común en el que se utiliza un soplete de
soldar con arco de alambre continuo.
Cuando se instalan tuberías en el mar es
costumbre soldar, sobre una barcaza, secciones de tubos individuales
en una fila de tubos (la fila de tubos conduce hacia el fondo del
mar). El proceso de soldadura se realiza cerca de la superficie
del agua. Las secciones de tubo pueden consistir en una pluralidad
de segmentos de tubos cada uno de ellos soldados juntos sobre una
barcaza para formar las secciones de tubo que sean requeridas.
La fila de tubos, en el momento de su
colocación, está bajo una gran tensión y las juntas de soldadura
deben, obviamente, ser necesariamente suficientemente resistentes
para soportar las altas fuerzas impuestas sobre las juntas de
soldadura. Cada vez que un tubo es soldado en otro tubo, se
realizan pruebas exhaustivas para garantizar que la calidad de la
junta de soldadura formada es suficiente. La resistencia de una
junta de soldadura depende de varios factores, siendo uno de ellos
la geometría de la trayectoria trazada por el punto de contacto del
arco en relación con las superficies de los tubos a unir. Si el
punto de contacto del arco está desviado tan poco como una décima
de milímetro, la calidad de la junta puede reducirse lo suficiente
para que la junta de tubo sea rechazada, al ser puesta a prueba, por
no tener la calidad suficiente. Por consiguiente, es importante
que el metal de soldadura sea depositado en la zona de la junta con
gran precisión.
Además, la distancia radial del electrodo con
respecto a los tubos debe cambiar en relación con la profundidad de
la junta de la soldadura. Como la zona de la junta entre los tubos
se rellena con metal soldado, la superficie del metal soldado queda
más cerca del soplete de soldar.
Hay por consiguiente consideraciones especiales
que deben ser tomadas en cuenta al diseñar un aparato para soldar
tubos juntos.
Un método conocido de soldar dos tubos juntos
puede describirse a continuación. Los tubos a unir son preparados
antes del proceso de soldadura, biselando los extremos de los tubos
de tal modo que al estar los tubos dispuestos inmediatamente antes
de que el proceso de soldadura empiece (coaxialmente entre sí), se
define una ranura circunferencial exterior entre los dos tubos.
Los tubos son colocados listos para ser soldados. Se monta un
carro sobre uno de los tubos para que se desplace alrededor de la
circunferencia de los tubos a unir. Se monta un soplete de soldar
sobre el carro y el aparato está instalado de tal manera que el
extremo del electrodo de metal del soplete queda opuesto y
relativamente cerca de la ranura circunferencial. El carro es
desplazado alrededor de la circunferencia del tubo y el soplete es
puesto en marcha de tal modo que un arco sea dirigido dentro de la
ranura. El arco es guiado manualmente y/o por varios sensores
mecánicos para guiar el arco con la máxima precisión posible a lo
largo de la longitud de la ranura. El proceso de soldadura se
realiza generalmente en varios pases.
En el método antes descrito, la resolución de
los sensores mecánicos es tal que se requiere un operario humano
para ayudar en el proceso de soldadura, para guiar el arco con
suficiente precisión.
US 4.283.617 describe un aparato y un método
para soldar automáticamente secciones de tubos juntos de acuerdo
con el preámbulo de la reivindicación 1. El aparato incluye un
conjunto de transporte de soplete para desplazar dos sopletes a lo
largo de la junta circunferencial a soldar entre las secciones de
tubos. Los dos sopletes están separados por una distancia
equivalente a un cuarto de la circunferencia de las secciones de
tubos. Otros aparatos/métodos de soldar están descritos en US
4.485.291 y US 4.631.386.
El tiempo necesario para instalar un tramo
determinado de tubería está determinado, en gran parte, por el
tiempo necesario para efectuar todas las operaciones de soldadura
necesarias. Existe por consiguiente un deseo general de reducir el
tiempo necesario para soldar dos tubos juntos. Cualquier intento de
acelerar el proceso de soldadura no debería sin embargo conducir a
una reducción significativa de la calidad de la junta de
soldadura.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar un aparato y un método para soldar tubos juntos que
atenúe al menos algunas de las desventajas antes mencionadas
asociadas con el método y aparato conocidos descritos
anteriormente. Otro objeto de la presente invención es proporcionar
un aparato y un método para soldar tubos juntos, que es más rápido
para soldar tubos juntos que el conocido método y aparato descritos
arriba pero sin reducir significativamente la calidad de la junta
de soldadura.
Así, la presente invención ofrece un método para
formar una tubería, que incluye el paso de soldar dos tubos juntos,
dicho paso de soldar dos tubos juntos comprende los pasos de:
disponer dos tubos extremo con extremo, estando
conformados los tubos de tal modo que se define una ranura
extendida circunferencialmente entre los extremos de los tubos,
realizar un movimiento relativo de una
pluralidad de sopletes de soldar con arco dispuestos sobre un único
carro a la misma velocidad esencialmente alrededor de los tubos,
y accionar dicha pluralidad de sopletes de
soldar con arco de modo que sus arcos formen una soldadura dentro
de la ranura,
caracterizado porque
la tubería formada es una tubería en alta
mar,
el ángulo de separación de las paredes que
definen la ranura entre los tubos es inferior a 10 grados,
al menos dos sopletes de dicha pluralidad de
sopletes de soldar con arco están dispuestos directamente adyacentes
uno respecto del otro, de modo que, durante el funcionamiento de
los sopletes, los arcos de dichos al menos dos sopletes se producen
directamente uno tras otro dentro de la ranura, dos de los sopletes
efectúan la soldadura del tubo, soldado a diferentes velocidades,
y
el arco producido por cada uno de dicha
pluralidad de sopletes de soldar con arco es guiado electrónicamente
de forma automática e independiente por comprobación de las
características eléctricas de la soldadura con respecto a cada tubo
respectivamente, y comparando las características eléctricas
relativas a uno de los tubos con las características eléctricas
relativas al otro de los tubos.
Tanto la automatización del proceso como la
disposición de una pluralidad de sopletes sobre el carro facilitan
la velocidad del proceso de soldar, si bien no necesariamente
incrementan de modo significativo la complejidad o el coste del
aparato de soldar. Los costes también pueden reducirse porque no
hay necesidad de tener un operario experimentado para guiar
manualmente el aparato de soldar.
El guiado electrónico automático de la soldadura
permite utilizar el método de la presente invención para soldar
tubos juntos, en el que el ángulo de separación de las paredes que
definen la ranura es inferior a 10 grados. El ángulo de separación
de las paredes que definen la ranura es ventajosamente de 6 grados o
menos. Generalmente, cuanto más estrecho es el ángulo, menos
material de soldadura se necesita para soldar tubos juntos
satisfactoriamente. Las paredes que definen la ranura pueden
incluso ser sustancialmente paralelas.
Cuando los sopletes son accionados en primer
lugar para formar una soldadura, es preferible que un primer
soplete empiece a soldar y que otros sopletes empiecen a soldar sólo
cuando hayan alcanzado la posición en la cual el primer soplete
había empezado. Se puede parar los sopletes en orden de un modo
similar.
Se han hecho muchas propuestas en el pasado para
acelerar el proceso de soldar al cual se refiere la presente
invención. Una de tales propuestas es proporcionar más de un
aparato de soldar, siendo manejado cada aparato de soldar por un
operario de soldar respectivo. Sin embargo, tal propuesta requiere
disponer de carros independientes, lo cual conduce a un aumento de
los costes. También porque era costumbre en el pasado que la ranura
circunferencial entre los tubos fuera disminuyendo, también era
costumbre reducir la velocidad del soplete de soldar relativo al
tubo a medida que la profundidad de la junta de soldadura aumentaba,
porque a medida que aumenta la profundidad, la anchura de capa de
la junta de soldadura a formar aumenta y por consiguiente el tiempo
necesario para formar capas sucesivas (de una longitud dada a lo
largo de la ranura) también aumenta. Así, las propuestas para
proporcionar dos carros que transportan cada uno un soplete
requieren a menudo que los carros sean aptos para desplazarse
independientemente uno de otro y a diferentes velocidades, lo cual
causa complicaciones en el sentido de que se tienen que hacer
esfuerzos para evitar que el carro y los conjuntos de sopletes
perturben e interfieran uno respecto del otro.
La automatización del guiado de los sopletes de
soldar según la presente invención facilita la provisión de una
pluralidad de tales sopletes montados sobre un único carro. Si el
guiado de los sopletes no fuera totalmente automatizado, se podría
necesitar una pluralidad de operarios con respecto a un único carro.
Además, el método de guiar automáticamente los sopletes según la
presente invención, no requiere un contacto mecánico con las
paredes que definen la ranura y se ha descubierto que es altamente
preciso, lo cual podría conducir a que se rechacen menos soldaduras
en el momento de someterlas a las rigurosas pruebas de calidad
necesarias al instalar tuberías. Preferiblemente, al estar siendo
desplazados los arcos a lo largo de la longitud de la ranura
circunferencial, el guiado de los arcos -en tanto que el movimiento
de los arcos en una dirección a lo largo del eje del tubo es
controlado-, se efectúa sin ningún sensor mecánico u óptico.
Los ejes de los sopletes pueden ser
sustancialmente paralelos. Tal como, los ejes de los sopletes pueden
estar dispuestos de tal modo que, durante el uso, cada uno de ellos
se extienda de modo sustancialmente radial con respecto al
tubo.
El guiado de los arcos puede ser, y
preferiblemente es, realizado por un carro que se desplaza
circunferencialmente alrededor de los tubos y a lo largo de la
ranura, de tal modo que el soplete apunta generalmente hacia la
ranura y una unidad de control controla la posición exacta de los
arcos, realizando movimientos correctores del soplete en una
dirección paralela al eje del tubo. Tales movimientos correctores,
preferiblemente, pero no necesariamente, desplazan sustancialmente
el arco hasta el lugar exacto deseado.
Tal como se ha mencionado anteriormente, el arco
producido por cada uno de dicha pluralidad de sopletes de soldar
con arco es guiado electrónicamente y automáticamente de modo
independiente. Guiando cada arco independientemente puede
facilitar la producción de una junta de soldadura de mayor calidad.
Preferiblemente, el proceso de guiar automáticamente los arcos
incluye un paso de obtener la diferencia entre un valor que
representa una característica eléctrica relativa a un tubo y un
valor que representa la misma característica eléctrica relativa al
otro tubo y efectuar luego un movimiento corrector en el cual la
posición del arco es desplazada en función del valor de la
diferencia. Por ejemplo, la posición del arco puede ser desplazada
a una distancia predeterminada (por ejemplo, en una dirección a lo
largo del eje del tubo) si el valor de la diferencia sobrepasa un
margen predeterminado de valores aceptables. La dirección del
movimiento puede depender de si el valor de la diferencia está por
encima de un valor de umbral alto o por debajo de un valor de umbral
bajo. La magnitud del movimiento corrector podría depender del
valor de la diferencia.
Las mediciones a partir de las cuales se
obtienen los valores de las características eléctricas comparadas,
por supuesto se toman preferiblemente estando el arco
sustancialmente a la misma distancia a lo largo de la longitud de
la ranura.
Si se realiza un movimiento corrector sólo
cuando el valor de la diferencia sobrepasa un margen aceptable de
valores, es preferible disponer de un medio complementario para
corregir el movimiento. Si durante todo el tiempo el valor de la
diferencia es indicativo de que el arco está continuamente fuera de
posición, en un lado de la trayectoria deseada, pero no lo
suficiente para provocar que el valor de la diferencia sobrepase el
margen aceptable predeterminado, entonces, sin embargo es preferible
corregir esta pequeña pero persistente discrepancia en la posición
del arco. El método, por consiguiente, comprende preferiblemente
controlar los valores de las diferencias durante todo el tiempo y
si los valores de las diferencias son indicativas de que
substancialmente el arco está continuamente a un lado de la
trayectoria deseada, se efectúa un movimiento corrector del arco.
Por ejemplo, se puede disponer un dispositivo integrador para
calcular la suma de los valores de las diferencias calculadas.
Las características eléctricas que se obtienen
pueden incluir una o más de voltaje, de diferencia de potencial, de
corriente, de intensidad de corriente y de impedancia de arco. Las
características se obtienen preferiblemente midiendo las
características eléctricas de los arcos de los sopletes de
soldar.
No todos los sopletes necesitan funcionar del
mismo modo. Por ejemplo, algunos sopletes pueden funcionar a
diferentes corrientes. Dos de los sopletes que efectúan la
soldadura del tubo sueldan a diferentes velocidades. Por ejemplo,
un soplete puede estar alimentado con alambre de soldar a una
velocidad diferente.
Preferiblemente, hay dos sopletes de soldar
montados sobre el carro. Preferiblemente, cada soplete es un
soplete de soldar por arco de alambre continuo. Por ejemplo, en
uso, el alambre es alimentado en el soplete y, por el proceso de
soldadura con arco, rellena la ranura entre los tubos para formar la
junta de soldadura. El suministro de alambre es montado
ventajosamente lejos del carro. Teniendo el suministro de alambre
instalado lejos hace al carro más ligero y consecuentemente más
fácil de manejar. El alambre puede estar montado en un carrete.
Un carrete típico de alambre puede pesar unos 2,5 kg.
Preferiblemente, cada soplete es movible
independientemente en una dirección que tiene un componente paralelo
al eje del tubo.
Un método adecuado para obtener los valores
necesarios de las características eléctricas relativas a cada tubo
respectivo está descrito a continuación. Un paso de este método
incluye preferiblemente hacer oscilar cada soplete de soldar de
modo que la posición de cada arco se desplace alternativamente de un
lado a otro de la trayectoria general siendo trazada a lo largo de
la ranura por cada soplete respectivo. Los sopletes son así
desplazados preferiblemente de modo que las posiciones respectivas
de los arcos dentro de la ranura oscilan entre las paredes que
definen la ranura. Cada soplete de soldar es oscilado
preferiblemente de modo que la posición de cada arco generalmente
se desplace alternativamente hacia y lejos de las paredes de la
ranura. El movimiento oscilatorio de cada arco es preferiblemente en
una dirección que tiene un componente en una dirección a lo largo
del eje del tubo. Preferiblemente, la dirección del movimiento
oscilatorio es sustancialmente perpendicular a la longitud de la
ranura. Preferiblemente, la dirección del movimiento oscilatorio
es sustancialmente paralela al eje del tubo. El movimiento
oscilatorio de los arcos hacia y lejos de las paredes de la ranura
es ventajosamente pequeño en comparación con la anchura de la capa
de soldadura que está siendo depositada en un momento dado. La
amplitud del movimiento oscilatorio es ventajosamente tan pequeña
que la calidad de la soldadura formada no está significativamente
afectada. Por ejemplo, la amplitud de las oscilaciones del arco
puede, al menos durante alguna fase del proceso de soldadura, ser
inferior a una décima de
milímetro.
milímetro.
Como se ha indicado arriba, el paso de obtener
las características eléctricas de la soldadura con respecto a cada
tubo incluye preferiblemente el paso de hacer oscilar la posición de
los arcos dentro de la ranura. Debido a que las características
eléctricas de un arco cambian en función de la posición relativa del
arco dentro de la ranura, se puede obtener la posición del arco
dentro de la ranura observando y comparando las características
eléctricas del arco, a medida que cambia la distancia del arco desde
las paredes.
El movimiento de cada soplete en dicha dirección
que tiene un componente paralelo al eje del tubo es impulsado
preferiblemente por un respectivo motor principal independiente. Un
único motor principal efectúa preferiblemente el movimiento de los
sopletes a lo largo de la longitud de la ranura. El o cada motor
principal puede ser un motor eléctrico, preferiblemente un motor
eléctrico sin escobillas.
Ventajosamente, cada soplete es refrigerado
durante la operación. En tal caso, cada soplete puede estar
provisto de medios para refrigerar el soplete durante la operación.
Cuando un soplete trabaja muy cerca de otro soplete que está
siendo también utilizado, la cantidad excesiva de calor generado por
los dos sopletes puede causar problemas mecánicos a los sopletes o
a otros aparatos cercanos si el calor no se disipa adecuadamente.
Preferiblemente, los sopletes son refrigerados cada uno con agua.
Preferiblemente, el sistema de refrigeración con agua de un soplete
realiza la refrigeración de la boquilla de soldadura de tal
soplete.
La invención también proporciona un método como
el descrito anteriormente, en el que los tubos tienen un tamaño y
un grosor de paredes adecuados para formar una tubería submarina y
en el que los tubos son unidos mediante soldadura a tope realizada
por un aparato de soldar de guiado automático, comprendiendo el
método los pasos de:
- -
- disponer coaxialmente dos tubos a unir uno al lado del otro, delimitando las paredes extremas de los tubos enfrentadas la una respecto la otra una ranura biselada extendida circunferencialmente que tiene una pared izquierda y una pared derecha,
- -
- proporcionar un aparato de soldar que incluye:
- -
- una guía montada alrededor de la circunferencia del tubo,
- -
- al menos un carro de arrastre automático montado sobre la guía, para desplazar a lo largo y alrededor del tubo bajo el control de una unidad de control, comprendiendo el o cada carro unos dispositivos de bloqueo y de deslizamiento acoplables con la guía, y unas unidades de arrastre para arrastrar el o cada carro a lo largo de la guía,
- -
- dos sopletes de soldar oscilantes de alambre continuo montados sobre el o cada carro, y
- -
- un medio alimentador de alambre para alimentar alambre en cada soplete de soldar oscilante,
- -
- desplazar los sopletes de soldar alrededor de la guía y hacer funcionar los sopletes para efectuar la soldadura de la pared izquierda y de la pared derecha de la ranura para soldar los tubos juntos,
- con respecto a cada soplete, obtener, en cada uno de una multiplicidad de momentos durante todo el tiempo, los valores de los parámetros eléctricos relativos al voltaje, a la intensidad de corriente y a la impedancia de arco voltaico, tanto de la pared izquierda como de la pared derecha de la ranura durante el movimiento continuo de los sopletes oscilantes,
- -
- con respecto a cada soplete, calcular la diferencia entre los valores de los parámetros eléctricos para la pared derecha y para la pared izquierda,
- -
- con respecto a cada soplete, comparar los valores de las diferencias calculadas, en cada momento, con los valores predeterminados almacenados en un medio procesador para determinar, en cada momento, los cambios de dichos valores,
- -
- dirigir la variación de los movimientos de cada soplete de soldar oscilante, activando, cada vez que el cambio en relación con el soplete respectivo sobrepase un límite predeterminado, un medio motor para orientar el soplete de modo que el aporte de soldadura se deposite en el centro de la garganta de la ranura y superponiendo luego sustancialmente el aporte de soldadura sobre la línea central nocional de la ranura, y
- -
- proporcionar una atmósfera protectora de gas dióxido carbónico activo, de modo que
- los tubos con paredes que son relativamente gruesas y por tanto biseladas de modo que el ángulo entre las paredes izquierda y derecha de la ranura definidas entre los extremos de los tubos sea relativamente pequeño, puedan ser soldados juntos rápidamente de un modo económico.
La presente invención también proporciona un
método para construir tuberías submarinas, que incluye utilizar el
método según la presente invención como se describe aquí. La
técnica utilizada para instalar tuberías submarinas puede ser el
método de tendido en J.
Si la invención antes descrita es utilizada para
conectar un sección de tubo con una tubería, uno de los dos tubos
será la sección de tubo y el otro será por supuesto el extremo libre
de la tubería a la cual debe ser conectada la sección de tubo. Si
bien en caso de que una sección de tubo deba ser soldada a una
tubería es necesario impedir su rotación, al menos algunas de las
características de la presente invención pueden, por supuesto, ser
utilizadas también cuando se suelden tubos juntos, tal como por
ejemplo al soldar segmentos de tubos juntos para formar una sección
de tubo, en el que es posible que los tubos giren y que el aparato
de soldar permanezca fijo.
De acuerdo con la invención, se proporciona
también un aparato de soldar para usar con el método de la invención
antes descrita, comprendiendo el aparato:
- un carro que transporta una pluralidad de sopletes de soldar con arco,
- una unidad de control para facilitar el guiado automático de los arcos producidos por los sopletes, en la cual el aparato está configurado de modo que puede ser utilizado para soldar juntos dos tubos dispuestos extremo contra extremo, definiendo entre ellos una ranura, disponiendo el aparato de modo que
- el carro está montado para desplazarse alrededor de la circunferencia de los tubos,
- la unidad de control recibe señales que representan las características eléctricas de la soldadura con respecto a cada tubo, respectivamente, mediante lo cual
- la unidad de control facilita el guiado automático independiente del arco de cada soplete a lo largo de la ranura, comparando las señales relativas a uno de los tubos con las señales correspondientes relativas al otro de los tubos. Cada soplete está provisto preferiblemente de una unidad de control respectiva. Otros ejemplos de cómo el aparato puede estar configurado para realizar un aspecto del método de la presente invención incluyen que cada soplete de soldar esté preferiblemente dispuesto de modo que sea capaz, en uso, de efectuar un movimiento oscilatorio del arco y cada soplete de soldar sea capaz preferiblemente de ser oscilado de modo que, en uso, la posición de cada arco generalmente se desplace alternativamente hacia y lejos de las paredes de la ranura.
Unas realizaciones de la presente invención
serán descritas ahora, mediante unos ejemplos, con referencia a los
dibujos adjuntos, de los cuales:
la Fig. 1 es una vista lateral esquemática de un
aparato de soldar que incluye dos sopletes de soldar (se muestra
uno sólo de ellos por motivos de claridad) según una primera
realización de la presente invención;
la Fig. 2 es un diagrama en bloque esquemático
que ilustra el sistema de guiado automático del aparato de soldar de
la primera realización; y
la Fig. 3 es una vista en perspectiva
esquemática de un aparato de soldar que incluye dos sopletes de
soldar según una segunda realización de la presente invención.
La Figura 1 muestra en sección transversal
parcial los extremos de los tubos 2 y 4 para ser soldados juntos y
una vista lateral esquemática de un aparato de soldar 10 que tiene
dos sopletes 1 de soldar con arco voltaico (sólo puede ser visto
uno de ellos en la Figura 1) para soldar a tope los tubos 2 y 4
juntos. El soplete de soldar es del tipo de soldadura bien
conocido GMAW (soldadura con arco metálico) y puede ser o del tipo
usado en soldadura MAG (gas activo metálico) o del tipo utilizado en
soldaduras MIG (gas inerte metálico). El gas utilizado puede ser
por ejemplo dióxido de carbono.
Los tubos 2, 4 están dispuestos con sus ejes
alineados y sus extremos 26, 27 uno cerca de otro. Los extremos
26, 27 de los tubos están biselados, de modo que cuando se unen
forman una ranura exterior extendida circunferencialmente 28.
Un carril 6 está montado fijo como una sola
unidad sobre el tubo izquierdo 2 (como se ve en la Figura 1). El
carril 6 se extiende circunferencialmente alrededor del tubo 2. El
carril 6 tiene dos guías de carril 29, 30 que se extienden
alrededor del tubo 2. El aparato de soldar 10 está montado para
desplazarse a lo largo del carril 6. Unas ruedas 5 están montadas
rotativamente sobre una placa base 7 del aparato de soldar 10. Las
ruedas 5 se acoplan con las guías de carril 29, 30 y facilitan el
movimiento guiado del aparato 10 a lo largo del carril 6. Uno de
los carriles 30 proporciona también una cremallera dentada que se
extiende alrededor del tubo. Una rueda de piñón (no mostrada),
montada para engranar con la cremallera, es conducida de modo que
el aparato pueda ser conducido alrededor del tubo 2. La rueda de
piñón conducida puede ser girada mediante una cadena conducida, la
cual es impulsada por un motor de velocidad gradual, o por una
fuente conductora similar (no ilustrada). El carril 6 está
posicionado de modo sobre el tubo 2 que los sopletes 1 del aparato
10 están posicionados cada uno directamente encima de la ranura 28.
Tales métodos de posicionar un carril y un aparato de soldar sobre
un tubo de tal modo que un soplete del aparato de soldar esté
correctamente posicionado encima de la junta de soldadura a formar
son bien conocidos y por consiguiente no están descritos aquí con
mayor detalle.
En uso, el aparato 10 es conducido alrededor de
los tubos 2, 4, y los sopletes de soldar 1 son manejados y
controlados de modo que depositan material de soldar en el centro de
la ranura 28 para formar una junta de soldadura 3. Los sopletes de
soldar están dispuestos uno al lado del otro. Cuando el aparato se
acciona, el primer soplete (el soplete en la parte frontal en
función de la dirección inicial de movimiento de los sopletes) se
acciona el primero y el otro soplete no se acciona hasta que alcanza
el principio de la soldadura depositada por el primer soplete.
Luego, a medida que el aparato 10 pasa a lo largo de la ranura 28,
el material de soldadura es depositado dentro de la ranura por el
primer soplete para formar la junta de soldadura 3 y poco después
más material de soldadura es depositado encima de la junta de
soldadura 3 por el segundo soplete. El aparato 10 realiza varios
pases, depositando más capas de material de soldadura dentro de la
ranura para unir los tubos juntos. El aparato de soldar 10 gira en
ambas direcciones alrededor de la circunferencia de los tubos 2, 4.
El aparato de soldar 10 se desplaza alrededor de los tubos 2, 4 en
una dirección (es decir, en sentido horario u antihorario) hasta
que ha recorrido la circunferencia entera de los tubos al menos una
vez.
Ambos sopletes 1 funcionan de modo similar. La
descripción siguiente se refiere a uno solo de los dos sopletes y a
su sistema de guiado, pero se sobreentenderá que el otro soplete
funciona de modo sustancialmente similar.
El alambre de soldar 9 es introducido
continuamente desde un carrete 11 de alambre en el soplete 1. El
alambre de soldar 9 se desenrolla del carrete de alambre 11 por
medio de un dispositivo de arrastre 14 que transporta el alambre 9
a través de un tubo de guía 8 hasta un dispositivo de tensado 12,
desde el cual el alambre se introduce en el soplete 1.
La soldadura de los tubos 2 y 4 por el soplete
de soldar es controlada por un sistema de guiado automático. El
sistema de guiado guía el soplete de soldar, comprobando los valores
de los parámetros eléctricos relativos a la impedancia de arco
voltaico. La impedancia de arco depende, entre otras cosas, de la
posición del arco de soldar en relación con las paredes que definen
la ranura 28. Si el arco instalado en el plano central nocional
(que contiene la línea central de la ranura 28) a medio camino entre
las paredes de la ranura 28, entonces la influencia de esas paredes
sobre los parámetros eléctricos antes mencionados es prácticamente
idéntica. Por otra parte, si el arco del soplete voltaico 1 no está
posicionado directamente en el centro de la ranura 28, la
influencia de las paredes de la ranura sobre/en** los valores de
parámetros será diferente. Monitorizar las magnitudes de un
parámetro eléctrico obtenidas permite a la unidad de control (no
mostrada en la Figura 1) del aparato calcular la desviación de la
posición central del arco del soplete 1 dentro de la ranura 28.
Más específicamente, la magnitud de los valores de voltaje,
corriente e impedancia (V, I, R) relativos a una pared de la ranura
28 son comparados con los relativos a la otra pared de la ranura,
durante el movimiento continuo del soplete 1. El voltaje y la
corriente del arco son medidos con un equipo fijado a o en el
soplete de soldar y la impedancia del arco puede ser calculada
entonces utilizando estos valores medidos. El método de obtener
estos valores con respecto a una pared dada de la ranura 28 es
explicado a continuación con referencia a la Figura 2.
Si el arco está en una posición descentrada, en
el sentido de arco, el extremo del alambre 9 y el baño de soldadura
están más cerca de una de las paredes de la ranura, habrá una
disminución de impedancia de arco voltaico con respecto a la pared
opuesta, ya que el aparato de soldar es tal que el valor de voltaje
tiende a disminuir y la intensidad de corriente tiende a aumentar.
Las correcciones en la orientación y en la posición del soplete 1
en relación con la ranura 28 y la soldadura 3 se realizan mediante
el sistema de guiado automático en tiempo real.
El diagrama de bloques de la Figura 2 ilustra
esquemáticamente el sistema de guiado automático del aparato de
soldar según la primera realización (ilustrada en la Figura 1) de la
presente invención. Cada soplete está provisto de un sistema de
guiado pero el sistema está ilustrado y descrito con referencia a un
único soplete por motivos de simplicidad.
El sistema de guiado comprueba periódicamente
los valores de los parámetros eléctricos de voltaje, de intensidad
de corriente y de impedancia de arco voltaico relativos a la pared
derecha y a la pared izquierda que definen la ranura 28 (ver Figura
1). El soplete de soldar es oscilado de modo que la posición del
arco oscila con una pequeña amplitud en una dirección
sustancialmente paralela al eje del tubo (de modo que el arco se
desplaza hacia y lejos de cada pared). El voltaje y la corriente
del arco son medidos prácticamente de forma continua y las señales
correspondientes a los valores medidos pasan desde el soplete 1 a
través de un cable 25 a una unidad de gobierno 15. La unidad de
gobierno 15 incluye un medio procesador que procesa las señales. La
unidad de gobierno 15 envía señales representativas de los valores
de los parámetros eléctricos medidos para las paredes izquierda y
derecha a dos filtros digitales 16, 18, un filtro 16 para generar
señales relativas a la pared derecha, y un filtro 18 para la pared
izquierda. La unidad de gobierno 15 y los filtros 16, 18 son de
este modo, capaces de extraer eficazmente de las señales del soplete
1, las señales correspondientes a los valores de los parámetros
medidos con respecto al arco en relación con la pared izquierda y la
pared derecha, respectivamente, de la ranura 28. Las señales de
salida son producidas así por los filtros 16, 18 relativas al
voltaje, corriente y valores de impedancia relativos a su
respectiva pared de la ranura.
Una unidad de diferencia 19 calcula una
indicación de la posición dentro de la ranura del arco del soplete,
calculando las diferencias en los valores relativos a las paredes
izquierda y derecha respectivamente, extraídas de las señales
recibidas de los filtros 16, 28. Los cálculos, los cuales se hacen
prácticamente de forma continua, son utilizados en tiempo real para
controlar la posición y la orientación del soplete 1 en relación con
la ranura 28.
Si los cálculos efectuados indican que la
diferencia en la posición deseada del arco y la posición actual del
arco es mayor que una distancia de umbral fija y predeterminada,
entonces se genera una señal que hace que una unidad de ganancia 21
active una señal de mando, la cual, por medio de un amplificador 22,
hace que una unidad impulsora 23, en asociación con una unidad de
regulación de centrado 24 desplace el soplete de soldar 1, de modo
que el arco se desplaza hacia la posición deseada (la línea central
de la ranura).
Si los cálculos hechos (por la unidad de
diferencia 19) indican que la diferencia en la posición deseada del
arco y la posición actual del arco es menos que o igual que la
distancia de umbral predeterminada, la unidad de ganancia 21 no
hace que el soplete se desplace. Sin embargo, las señales que
representan los valores de diferencia calculados por la unidad de
diferencia 19 son enviadas a una unidad integradora 20 que está
también provista para regular el posicionamiento del soplete 1
durante el proceso de soldadura. Si la posición del arco permanece
cerca de la línea central de la ranura 28 y la suma de las
distancias a la izquierda de la línea es prácticamente igual,
durante todo el tiempo, a la suma de las distancias a la derecha de
la línea, el integrador 20 no generará ninguna señal de mando de
centrado a través del amplificador 22. Sin embargo, si la posición
del arco, aunque permanezca dentro del margen tolerado de distancias
desde la línea central de la ranura, se encuentra prevalentemente a
un lado de la línea, entonces el integrador 20 activa una señal de
mando, la cual, por medio del amplificador 22, hace que la unidad
impulsora 23 y la unidad de regulación de centrado 24 desplacen el
soplete de soldar 1, de modo que el arco se desplaza hacia el lugar
deseado (la línea central de la ranura).
Los cálculos realizados por el sistema de guiado
automático puede incluir el realizar comparaciones entre los
valores calculados relativos al estado actual del sistema de
soldadura y los valores muestra guardados en la memoria del sistema
de guiado. Tales valores muestra pueden ser entrados en la memoria
manualmente a través de un teclado.
La Figura 3 muestra esquemáticamente un aparato
de soldar 110 según una segunda realización de la presente
invención en una vista en perspectiva. El aparato opera de modo
similar al de la primera realización descrita anteriormente. Los
sopletes de soldar 101 están alineados de modo que cuando el aparato
110 está montado sobre un tubo (no mostrado en la Fig. 3), señalan
ambos hacia la misma línea circunferencial nocional que se extiende
alrededor del tubo. Las ruedas 105 están provistas para acoplarse
con un carril guía (no mostrado en la Fig. 3) que, en uso, se
extiende alrededor de uno de los tubos a soldar.
Las diferencias principales entre el aparato
según la segunda realización y el de la primera realización serán
descritas ahora.
El alambre de soldar (no mostrado) de la segunda
realización no es provisto sobre el aparato de soldar móvil 110,
sino que está montado en un lugar alejado del aparato e introducido
desde tal lugar remoto, a través de un tubo guía, en el aparato de
soldar a medida que se desplaza alrededor del tubo. Es por
consiguiente útil que el aparato sea capaz de desplazarse en
sentido horario y en sentido antihorario alrededor del tubo, para
reducir los riesgos de que el alambre de soldar se retuerza.
Los sopletes 101 son refrigerados cada uno con
agua. El agua es bombeada alrededor de un sistema de refrigeración
(no mostrado) que incluye partes del soplete. El agua calentada por
el soplete en funcionamiento pasa dentro de un intercambiador de
calor, tal como un radiador, de modo que es refrigerada.
Claims (20)
1. Método para formar una tubería, que incluye
el paso de soldar dos tubos (2, 4) juntos, dicho paso de juntar dos
tubos (2, 4) juntos comprende los pasos de:
disponer dos tubos (2, 4) extremo (26) contra
extremo (27), estando conformados los tubos (2, 4) de modo que se
define una ranura extendida circunferencialmente (28) entre los
extremos (26, 27) de los tubos (2, 4),
efectuar un movimiento relativo de una
pluralidad de sopletes de soldar con arco (1) dispuestos sobre un
único carro (10) a sustancialmente la misma velocidad alrededor de
los tubos (2, 4),
y accionar dicha pluralidad de sopletes de
soldar con arco (1), de modo que sus arcos formen una soldadura (3)
dentro de la ranura (28),
caracterizado porque
la tubería formada es una tubería submarina,
el ángulo de separación de las paredes que
definen la ranura (28) entre los tubos (2, 4) es inferior a 10
grados,
al menos dos sopletes (1) de dicha pluralidad de
sopletes de soldar con arco (1) están dispuestos directamente
adyacentes uno respecto del otro, de modo que durante el
accionamiento de los sopletes (1), los arcos de dichos al menos dos
sopletes (1) se producen directamente uno tras otro dentro de la
ranura (28),
dos de los sopletes (1) efectúan la soldadura
del tubo (2, 4), soldado a diferentes velocidades, y
el arco producido por cada uno de dicha
pluralidad de sopletes de soldar con arco (1) es guiado electrónica
y automáticamente de modo independiente, obteniendo (15) las
características eléctricas de la soldadura con respecto a cada tubo
(2, 4), respectivamente, y comparando (19) las características
eléctricas relativas a uno de los tubos (2, 4) con las
características eléctricas relativas al otro de los tubos (2,
4).
2. Método según la reivindicación 1, en el que
los ejes de dichos al menos dos sopletes (1) dispuestos directamente
adyacentes uno respecto del otro son sustancialmente paralelos.
3. Método según las reivindicaciones 1 ó 2, en
el que dicha pluralidad de sopletes de soldar con arco (1) son
sopletes de soldar GMAW (soldadura con arco de gas metálico).
4. Método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que dicha pluralidad de sopletes
de soldar con arco (1) funcionan utilizando un proceso de soldar
MAG (gas activo metálico).
5. Método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, que incluye el paso de obtener la
diferencia entre un valor que representa una característica
eléctrica relativa a un tubo (2, 4), y un valor que representa la
misma característica eléctrica relativa al otro tubo (2, 4) y
realizar luego un movimiento corrector que desplaza la posición del
arco en función del valor de la diferencia.
6. Método según la reivindicación 5, en el que
se efectúa un movimiento corrector cuando el valor de la diferencia
se aparta de un margen aceptable predeterminado de valores.
7. Método según la reivindicación 6, que
comprende además monitorizar los valores de las diferencias durante
todo el tiempo y si los valores de las diferencias son indicativos
de que el arco está sustancial y continuamente a un lado de la
trayectoria deseada, efectuar un movimiento corrector del arco.
8. Método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que las características
eléctricas que se obtienen incluyen uno o más voltajes del arco,
corriente e impedancia del arco.
9. Método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que cada soplete es un soplete
de soldar (101) con arco de alambre continuo, y el suministro de
alambre está montado lejos del carro.
10. Método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el ángulo de separación de
las paredes que definen la ranura (28) es de 6 grados o menos.
11. Método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que las paredes que definen la
ranura (28) son sustancialmente paralelas.
12. Método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que cada soplete es desplazable
independientemente, en una dirección que tiene un componente
paralelo al eje del tubo (2, 4).
13. Método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que los sopletes (1) son
desplazados de modo que las posiciones respectivas de los arcos
dentro de la ranura (28) oscilan entre las paredes en una dirección
que tiene un componente paralelo al eje del tubo (2, 4).
14. Método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el movimiento de cada
soplete en dicha dirección que tiene un componente paralelo al eje
del tubo (2, 4) es conducido por un motor principal independiente
respectivo.
15. Método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que dicho motor principal único
efectúa el movimiento de los sopletes (1) a lo largo de la longitud
de la ranura (28).
16. Método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que cada soplete (101) es
refrigerado durante la operación.
17. Método según la reivindicación 17, en el que
los sopletes (101) son refrigerados con agua.
18. Método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que los tubos (2, 4) son de un
tamaño y tienen un grosor de pared adecuado para formar una tubería
submarina, y los tubos (2, 4) son unidos mediante soldadura a tope
efectuada por un aparato de soldar de guiado automático (10),
comprendiendo el método los pasos de:
- -
- disponer coaxialmente dos tubos (2, 4) para ser unidos uno al lado del otro, definiendo las paredes extremas de los tubos enfrentadas una ranura biselada extendida circunferencialmente(28), que tiene una pared izquierda y una pared derecha,
- -
- proporcionar un aparato de soldar (10) que incluye:
- -
- una guía (6, 29, 30) montada alrededor de la circunferencia del tubo (2, 4),
- -
- al menos un carro de arrastre automático montado sobre la guía (6, 29, 30) para el movimiento a lo largo y alrededor del tubo (2, 4) bajo el control de una unidad de control, comprendiendo el o cada carro unos dispositivos de bloqueo y de deslizamiento (5) acoplables con la guía (6, 29, 30), y unas unidades de arrastre para arrastrar el o cada carro a lo largo de la guía,
- -
- dos sopletes de soldar oscilantes de alambre continuo (1) montados sobre el o cada carro, y
- -
- unos medios alimentadores de alambre (8, 11, 12, 14) para alimentar alambre (9) en cada soplete de soldar oscilante,
- -
- desplazar los sopletes de soldar (1) alrededor de la guía (6, 29, 30) y accionar los sopletes para que efectúen la soldadura de la pared izquierda y de la pared derecha de la ranura (28) para soldar los tubos (2, 4) juntos,
- -
- con respecto a cada soplete (1), obtener, en cada uno de una multiplicidad de tiempos durante todo el tiempo, los valores de parámetros eléctricos relativos al voltaje, intensidad de corriente e impedancia de arco voltaico tanto de la pared izquierda como de la pared derecha de la ranura (28) durante el movimiento continuo de los sopletes oscilantes (1),
- -
- con respecto a cada soplete (1), calcular la diferencia entre los valores de parámetros eléctricos para la pared derecha y para la pared izquierda,
- -
- con respecto a cada soplete (1), comparar los valores de las diferencias calculadas, en cada momento, con los valores predeterminados almacenados en un medio procesador para determinar, en cada momento, los cambios de aquellos valores,
- -
- dirigir la variación de los movimientos de cada soplete oscilante (1), activando, cada vez que el cambio en relación con el soplete respectivo exceda un límite predeterminado, un medio conductor para orientar el soplete (1) de modo que el aporte de soldadura se deposite en el centro de la garganta de la ranura (28) y superponiendo luego sustancialmente el aporte de soldadura sobre la línea central nocional de la ranura, y
- -
- proporcionar una atmósfera protectora de gas dióxido carbónico activo, con lo cual
- los tubos (24) con paredes que sean relativamente gruesas y biseladas de modo que el ángulo entre las paredes izquierda y derecha de la ranura (28) definidas entre los extremos de los tubos es relativamente pequeño puedan ser soldadas juntas rápidamente de un modo económico.
\newpage
19. Aparato de soldar (10) para ser utilizado
con el método según se reivindica en una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, comprendiendo el aparato:
- -
- un carro que transporta una pluralidad de sopletes de soldar con arco (1), que están dispuestos directamente adyacentes unos respecto de los otros, y
- -
- una unidad de control para facilitar el guiado automático de los arcos producidos por los sopletes (1), en la cual el aparato está configurado de modo que puede ser utilizado para soldar juntos dos tubos (2, 4) dispuestos extremo contra extremo, definiendo entre ellos una ranura (28), definiendo las paredes la ranura que está separada por un ángulo de menos de 10 grados,
- -
- montándose el carro para que pueda desplazarse alrededor de la circunferencia de los tubos (2, 4),
- -
- produciéndose los arcos de al menos dos sopletes (1), en uso, directamente uno detrás del otro dentro de la ranura (28),
- -
- configurándose la unidad de control para recibir, en uso, señales que representan las características eléctricas de la soldadura con respecto a cada tubo (2, 4), respectivamente, mediante lo cual
- -
- la unidad de control facilita el guiado automático independiente del arco de cada soplete (1) a lo largo de la ranura (28), comparando las señales relativas de uno de los tubos (2, 4) con las señales correspondientes relativas al otro de los tubos (2, 4).
20. Aparato según la reivindicación 19, en el
que cada soplete (1) está provisto de una unidad de control
respectiva.
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