KR102077707B1 - 회전 가능하게 커플링된 용접 모듈을 갖는 파이프 크롤링 용접 장치, 그러한 파이프 크롤링 장치로 파이프들을 용접하는 방법 - Google Patents

Abstract

용접 헤드, 장착 샤프트, 크롤러 모듈 및 붐을 구비하는 용접 모듈을 구비한 파이프 크롤링 용접 장치가 개시된다. 붐은 장착 샤프트에 고정식으로 커플링될 수 있다. 크롤러 모듈은, 예를 들어, 제 1 및 제 2 링 베어링들을 통해 장착 샤프트에 회전 가능하게 커플링되어, 크롤러 모듈이 장착 샤프트에 대해 회전하게 할 수 있다. 용접 모듈은 장착 샤프트에 고정식으로 커플링될 수 있어서, 사용 시, 용접 모듈, 붐 및 장착 샤프트는 크롤러 모듈의 방향 및 회전 속도에 대해 반대 방향 및 동일한 회전 속도로 회전하여, 용접 헤드의 각도 포지션을 유지할 수 있다.

Description

회전 가능하게 커플링된 용접 모듈을 갖는 파이프 크롤링 용접 장치, 그러한 파이프 크롤링 장치로 파이프들을 용접하는 방법

본 개시의 실시 예들은 일반적으로 용접 장치들의 분야에 관한 것이고, 보다 구체적으로 내부로부터 파이프 세그먼트들을 용접하는 파이프 크롤링 장치에 관한 것이다.

파이프의 긴 세그먼트들 내에서 잠수 아크 용접(SAW, submerged arc welding)을 수행하기 위한 최근 장치들은, 종종 대형의 외팔보형 정지 붐(static boom)들 상에 장착되는 용접 헤드를 사용하고, 상기 정지 붐들은 내부로부터 용접될 파이프 세그먼트들 내로 깊숙하게 연장한다. 예를 들어, 파이프의 2개의 세그먼트들을 축 방향으로 접경한 관계로 용접하기 위해, 종래의 SAW 장치의 붐은 접경한 세그먼트들 사이의 조인트에 인접하게 용접 헤드를 포지셔닝하도록 파이프 세그먼트들 중 하나를 통해 길이 방향으로(longitudinally) 전체적으로 연장된다. 따라서, 붐은 조인트에 도달하기 위해 적어도 2개의 파이프 세그먼트들 중 짧은 것과 적어도 동일하거나, 거의 동일해야 한다.

전술한 타입의 SAW 장치들은 다수의 단점들을 갖는다. 예를 들어, 이러한 장치들의 붐들은 일반적으로 상당히 길다(예를 들어, 10미터 이상). 따라서, 제조 시설, 선박 승선 상태 또는 공간에 프리미엄이 붙는 다른 설정들과 같은 작동 환경 내에서 많은 플로어 공간(floor space)을 요구한다. 또한, 이러한 타입의 SAW장치들(붐들)은 일반적으로 매우 무겁고(예를 들어, 5000kg 이상), 이는 SAW 장치의 무게가 SAW 장치의 무게 및 모멘텀을 다루기 위해 맞춤형 플로어를 요구하는 제조 설비들과 같은 특정 작동 환경들에서 불리할 수 있다. 또한, 이러한 유형의 장치들은 붐들이 자체 무게 및 용접 헤드의 무게로 구부러지기 때문에 일정 길이의 파이프에만 사용될 수 있으며, 이는 정렬 문제들을 야기할 수 있으며, 최악의 경우, 기계적 및/또는 소성 변형을 유발할 수 있다.

상기 관점에서, 길쭉한 파이프 세그먼트들의 내부들을 용접하기 위한 SAW 장치를 제공하는 것이 바람직하고, 이러한 장치는 비교적 소형이고, 경량이며, 저렴하다. 용접 작동 동안, 상당한 진동에 영향을 받지 않는 SAW 장치를 제공하는 것이 더욱 바람직하다.

이 요약은, 이하의 상세한 설명에서 더 설명되는 단순화된 형태의 개념의 선택을 소개하기 위해 제공된다. 이 요약은 청구된 주제의 주요 특징들 또는 필수 기능들을 식별하기 위한 것이 아니고, 청구 대상의 범위를 결정하는 데 도움을 주도록 의도한 것이 아니다.

본 개시의 다양한 실시 예는 일반적으로 파이프 크롤링 용접 장치(welding device)에 관한 것이다. 파이프 크롤링 용접 장치의 일 실시 예는 파이프를 통해 길이 방향으로 장치를 제어 가능하게(controllably) 구동하는 추진 유닛(propulsion unit)을 갖는 크롤러 모듈(crawler module)을 포함할 수 있다. 상기 장치는, 상기 크롤러 모듈에 회전 가능하게 커플링되고(couple), 그 위에 장착되는 용접 헤드를 구비한 용접 모듈을 더 구비할 수 있고, 상기 용접 모듈 및 따라서 그 위에 장착된 용접 헤드는, 상기 용접 헤드의 각도 포지션(angular position)을 유지하기 위해, 상기 크롤러 모듈의 방향 및 회전 속도에 대해, 반대 방향 및 동일한 회전 속도로 자동적으로(automatically) 회전한다.

본 개시의 파이프 크롤링 용접 장치를 작동시키는 방법은, 축 방향으로 접경한 제 1 파이프 및 제 2 파이프 사이의 고리 모양의 조인트에 인접한 상기 장치의 용접 헤드를 포지셔닝하는 단계, 상기 제 1 파이프에 대한 회전 이동에 반하여, 상기 장치의 크롤러 모듈을 고정하는 단계, 상기 용접 헤드를 활성화시키는 단계, 공통 축을 중심으로 제 1 방향 및 제 1 속도로 상기 제 1 파이프 및 제 2 파이프를 회전시키는 단계, 및 상기 용접 헤드의 각도 포지션을 유지하기 위해, 상기 제 1 방향에 반하는 제 2 방향과, 상기 제 1 속도와 동일한 제 2 속도로, 상기 공통 축을 중심으로 상기 용접 헤드를 회전시키는 단계를 포함할 수 있다.

예를 들어, 개시된 장치의 특정 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 본 개시에 따른 파이프 크롤링 용접 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 파이프 크롤링 용접 장치의 롤러 유닛의 측면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 파이프 크롤링 용접 장치의 롤러 유닛의 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 파이프 크롤링 용접 장치의 용접 모듈의 사시도이다.
도 5는 도 1에 도시된 파이프 크롤링 용접 장치의 용접 모듈 및 크롤러 모듈 사이의 회전 커플링의 사시도이다.
도 6은 도 1에 도시된 파이프 크롤링 용접 장치의 용접 모듈 및 크롤러 모듈 사이의 회전 커플링의 사시도이다.
도 7은 다양한 재료(material), 전원 및 데이터 통신 피드(data communication feed)들에 연결된 도 1의 파이프 크롤링 용접 모듈의 측면도이다.
도 8은 도 1에 도시된 파이프 크롤링 용접 장치를 사용하는 예시적인 방법을 도시하는 순서도이다.
도 9a 내지 도 9d는 도 8의 순서도에서 설명된 몇 가지 단계들을 도시하는 일련의 개략도들이다.
도 10은 크롤러 모듈에 부착된 선택적인 클램핑 모듈을 갖는 도 1의 파이프 크롤링 용접 장치를 도시하는 단면도이다.
도 11은 제 1 및 제 2 파이프 섹션들 내에 위치된 본 개시에 따른 대안적인 예시적인 파이프 크롤링 용접 장치를 도시하는 부분 측면도이다.
도 12는 도 11에 도시된 파이프 크롤링 용접 장치의 부분 단면도이다.
도 13은 크롤러 유닛에 붐을 커플링하기 위한 모터 구동 랙 및 피니언 메커니즘들을 구비한 도 11에 도시된 파이프 크롤링 용접 장치의 부분 측면도이다.
도 14a는 도 11의 크롤러 모듈의 전방 사시도이다.
도 14b는 도 11의 크롤러 모듈의 후방 사시도이다.
도 14c는 도 14b의 라인 15C-15C를 따라 절개한 크롤러 모듈의 단면도이다.
도 15a는 모터, 랙 및 피니언을 구비한 도 11의 파이프 크롤링 용접 장치의 부분 측면도이다.
도 15b는 크롤러 모듈이 제거된 상태의 도 11의 파이프 크롤링 용접 장치의 부분 측면도이다.
도 16a 내지 도 16h는 사용 시 파이프 크롤링 용접 장치를 나타내는 복수 개의 도면들이다.
도 17은 파이프 크롤링 용접 자아치의 제 1 단부에 위치된 각도 조절 메커니즘 및 지지(support)를 구비한 도 11에 도시된 파이프 크롤링 용접 장치의 부분 단면도이다.
도 18은 클램핑 모듈의 선택적인 대안적인 실시 예의 도 11의 파이프 크롤링 용접 장치를 도시하는 단면도이다.

본 개시에 따른 장치 및 방법은, 장치 및 방법의 바람직한 실시 예들이 도시된 첨부된 도면들을 참조하여, 이하에서 보다 완전하게 설명될 것이다. 그러나, 개시된 장치 및 방법은, 많은 다른 형태로 구체화될 수 있으며, 본원에서 설명된 실시 예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 오히려, 이들 실시 예는 본 개시가 철저하고 완전하게 이루어질 수 있도록 제공되는 것이며, 장치 및 방법의 범위는 당업자에게 완전히 전달될 수 있다. 도면들에서, 동일한 번호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1을 참조하면, 본 개시에 따른 파이프 크롤링 용접 장치(10, 이하 "장치(10)")의 예시적인 실시 예가 도시된다. 편의상 및 명확성 향상을 위해, "전방", "후방", "탑", "바텀", "상부", "하부", "수직", "수평", "옆쪽", "길이 방향", "높이" 및 "폭"이라는 용어는 도 1에 도시된 장치(10) 및 그 다양한 구성 요소들의 상대적인 배치 및 배향을 설명하는데 사용될 수 있다. 특히, 도 1의 하부 좌측 코너에 가까운 장치(10)의 길이 방향 단부는, 장치의 "전방"이고, 도 1의 상부 우측 코너에 가까운 장치의 길이 방향 단부는, 장치의 "후방"이라고 지칭될 수 있다. 상기 용어에는 구체적으로 언급된 단어, 그 파생어 및 유사한 단어들이 포함될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 장치(10)는 후술하는 바와 같이 그 전방 단부에서 용접 모듈(14)에 회전 가능하게 커플링되는 일반적으로 원통형의 크롤러 모듈(12)을 구비할 수 있다. 장치(10)는 용접될 파이프 섹션 내로 길이 방향으로 삽입하기에 적합한 크기 및 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 장치(10)는 대부분의 내부 용접 어플리케이션들을 수용하기 위해 100-500mm 범위의 가장 큰 외부 직경을 가질 수 있으며, 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 다른 용접 어플리케이션들에 적합하도록, 장치(10)는 더 크게(예를 들어, 최대 외부 직경이 1500mm 이상) 또는 더 작게 만들어 질 수 있다.

크롤러 모듈(12)은 크롤러 모듈(12)의 전방 및 후방 단부들에 각각 인접하게 위치된 롤러 유닛들(16a, 16b)를 구비할 수 있다. 롤러 유닛들(16a, 16b)은 후술하는 바와 같이 파이프를 통해 장치(10)를 길이 방향으로 이동시키는 동안, 파이프 섹션 내에서 동심으로(concentrically) 장치(10)의 중심을 맞출 수 있다(center). 롤러 유닛들(16a, 16b)은 각각 포지셔닝 휠들(18a, 18b, 18c, 19a, 19b, 19c) 휠 암들(20a, 20b, 20c, 21a, 21b, 21c) 및 구동 메커니즘들(22a, 22b, 22c, 23a, 23b, 23c)을 구비할 수 있다. 휠들(18c, 19c), 휠 암들(20c, 21c) 및 구동 메커니즘들(22c, 23c)은 보이지 않으나, 실질적으로 각각의 포지셔닝 휠들(18a, 18b, 19a, 19b), 휠 암들(20a, 20b, 21a, 21b) 및 구동 메커니즘들(22a, 22b, 23a, 23b)과 실질적으로 동일하다.

롤러 유닛(16a)의 상세도가 도 2에 도시되어 있다. 롤러 유닛(16b)과 롤러 유닛(16a)과 실질적으로 동일하므로, 롤러 유닛(16a) 및 그 구성 요소들에 대한 이하의 설명들은 롤러 유닛(16b)에도 동일하게 적용된다.

롤러 유닛(16a)의 휠 암들(20a-c)은 크롤러 모듈(12)의 원주 둘레에 고르게 이격될 수 있다(또는, 크롤러 모듈(12)이 원형 단면을 가지지 않는다면 크롤러 모듈(12)의 가상 원주에 대하여 고르게 이격됨). 휠 암들(20a-c)은 롤러 유닛(16a)의 정지 프레임 부분(25)에 피봇 가능하게 커플링될 수 있는 각각의 제 1 단부들(24a, 24b, 24c)를 구비할 수 있다. 포지셔닝 휠들(18a-c)은 휠 암들(20a-c)의 각각의 제 2 단부들(26a, 26b, 26c)에 회전 가능하게 장착될 수 있다. 휠 암들(20a-c)은 각각의 구동 메커니즘들(22a-c)에 커플링될 수 있고, 각각의 구동 메커니즘들은 프레임 부분(25)에 대한 그들의 각각의 부착 포인트들을 중심으로 휠 암들(20a-c)을 제어 가능하게 피봇시킬 수 있고, 따라서, 포지셔닝 휠들(18a-c)을 프레임 부분(25)에 대해 반경 방향 외측 또는 내측으로 선택적으로 이동시킨다. 따라서, 포지셔닝 휠들(18a-c)은 후술되는 바와 같이 반경 방향으로 제어 가능하게 이동하여, 파이프 섹션의 내부 표면과의 결합(engagement) 및 결합 해제할 수 있다. 구동 메커니즘들(22a-c)은 휠 암들(20a-c)을 제어 가능하게 피봇시키기 적합한 임의의 적절한 타입의 구동 메커니즘들일 수 있고, 전기 액츄에이터들, 공압 액츄에이터들 및 유압 액츄에이터들을 포함하되 이에 제한되지 않는다.

포지셔닝 휠들(18a-c, 19a-c), 휠 암들(20a-c, 21a-c) 및 구동 메커니즘들(22a-c, 23a-c)의 3개의 세트들을 구비하는 예시적인 롤러 유닛들(16a, 16b)가 도 1에 도시되어 있지만, 롤러 유닛(16a, 16b)은 본 개시를 벗어나지 않고, 휠 암들, 포지셔닝 휠들 및 구동 메커니즘들의 추가적인 세트들을 구비할 수 있다. 또한, 롤러 유닛들(16a, 16b) 중 하나 또는 모두는 선택적으로 각각의 휠 암들(20a-c, 21a-c) 모두를 동시에 구동시키는 단일 구동 메커니즘만을 구비할 수 있다. 또한, 2개의 롤러 유닛들(16a, 16b)이 크롤러 모듈(12)의 전방 및 후방 단부들에 인접하게 위치되는 크롤러 모듈(12)이 도 1에 도시되어 있지만, 크롤러 모듈(12)은 대안적으로 크롤러 모듈(12)을 따라 다양한 상이한 포지션들에 위치된 더 많거나 적은 수의 롤러 유닛들이 제공될 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 크롤러 모듈(12)은 롤러 유닛들(16a, 16b)의 중간에 위치된 추진 유닛(30)을 구비할 수 있다. 추진 유닛(30)은 파이프 섹션을 통해 길이 방향으로 장치(10)를 제어 가능하게 구동하도록 적용될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 추진 유닛(30)의 상세도를 참조하면, 추진 유닛(30)은 휠 암(34)에 장착될 수 있는 회전 가능하게 구동되는 구동 휠(32)을 구비할 수 있다. 휠 암(34)은 전술한 휠 암들(20a-20c)과 유사한 방식으로 추진 유닛의 정지 프레임 부분(37)에 대해 휠 암(34)을 반경 방향으로 연장 및 수축시키기 위한 구동 메커니즘(36)에 커플링될 수 있다. 이로써, 구동 휠(32)은 이하에서 더 설명되는 바와 같이, 이동되어 파이프 섹션의 내부와 접촉(contact) 및 접촉 해제될 수 있다. 구동 휠(32)에는 파이프 섹션의 내부를 견고하게 파지하기 위해 텍스처가 있는 고무 또는 금속으로 형성될 수 있는, 고마찰 트레드 표면(high-friction tread surface)이 제공될 수 있다. 구동 휠(32)에는 파이프 섹션 내에서 장치(10)의 길이 방향 포지션을 고정시키기 위해, 구동 휠(32)의 의도하지 않은 회전을 방지하기 위해 제어 가능하게 가동(actuate)될 수 있는 브레이크 패드 또는 브레이크 메커니즘(미도시)이 제공될 수 있다.

구동 유닛(30)의 구동 메커니즘(36) 및 구동 휠(32)은 전기 모터들, 압축 가스 등에 의해 구동될 수 있고, 필요한 전기 및/또는 가스는 크롤러 모듈(12)의 내부 또는 외부에 위치한 소스(예를 들어, 배터리들, 압축 가스 실린더들 등)로부터 공급될 수 있다.

크롤러 모듈(12)은 단일 구동 휠(32) 및 휠 암(34)을 갖는 단일 추진 유닛(30)을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 크롤러 모듈(12)에는 추가적인 추진 유닛이 제공될 수 있고, 및/또는 추진 유닛(30)은 본 개시로부터 벗어남이 없이 추가의 구동 휠들 및/또는 휠 암들을 구비할 수 있다. 부가적으로, 구동 휠(32) 및/또는 휠 암(34)은 파이프의 내부와 제어 가능하게 결합하여 장치(10)를 강제로(forcibly) 길이 방향으로 이동시킬 수 있는 임의의 다른 타입의 구조 또는 메커니즘으로 대체되거나 보안될 수 있다. 이러한 구조들 및 메커니즘들은 회전식으로 구동되는 트랙들 및 벨트들을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 추진 유닛(30)은 전체적으로 생략될 수 있고, 롤러 유닛(16a, 16b)의 포지셔닝 휠들(18a-c, 19a-c) 중 하나 이상은 파이프 섹션을 통해 장치(10)를 길이 방향으로 이동시키도록 회전 가능하게 구동될 수 있다.

도 1 및 도 4를 참조하면, 장치(10)의 용접 모듈(14)은 용접 헤드(35), 조인트 검출 유닛(36), 크로스 슬라이드들(38a, 38b) 및 장착 부분(39)을 더 포함할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 용접 모듈(14)의 장착 부분(39)은 제한되지는 않지만 롤러 베어링(42, roller bearing) 등과 같은 고리 모양의 링 베어링(42)에 의해 크롤러 모듈(12)에 축 방향으로 커플링될 수 있는 장착 샤프트(40)를 포함할 수 있고, 이는 공통 길이 방향 축(common longitudinal axis)을 중심으로 크롤러 모듈(12)에 대해 용접 모듈(14)의 자유 회전을 허용한다. 장착 샤프트(40)는, 크롤러 모듈(12)의 전방 단부에서, 정지 고리 모양의 커프(44, static annular cuff) 및 장착 샤프트(40) 사이에 반경 방향으로 삽입된 환형 베어링(42)을 통해 연장될 수 있다. 장착 샤프트(40)는 환형 베어링(43)의 내부 직경 보다 단지 약간 작은 외부 직경을 가질 수 있고, 장착 샤프트940)는 고리 모양의 베어링(43)을 통해 반경 방향으로 밀접한 관계로 연장될 수 있다. 고리 모양의 베어링(43)은, 장착 샤프트(40)의 자유로운 축 회전을 가능하게 하는 동안, 장착 샤프트(40)의 반경 방향의 이동을 제한할 수 있고, 용접 모듈(14)의 진동을 완화(mitigate)시킬 수 있다. 고리 모양의 베어링(42) 및 고리 모양의 베어링(43)은 장착 샤프트(40)의 상술한 회전 및 지지를 용이하게 하는 임의의 타입의 적절한 기계적 구조일 수 있거나, 이를 포함할 수 있다. 이러한 기계적 구조들은 롤러 베어링들, 볼 베어링들 및 부싱들 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.

도 6을 참조하면, 장착 샤프트(40) 상에 장착되거나 형성된 링 기어(45)가 있을 수 있다. 전기 서보 모터와 같은 모터(46)는 크롤러 모듈(12)의 전방 단부의 정지 프레임 부분(48)에 장착될 수 있다. 모터(46)는 링 기어(45)에 커플링될 수 있고, 모터(46)는 링 기어(45), 장착 샤프트(40) 및 결과적으로 전체 용접 모듈(14)을 공통 길이 방향 축을 중심으로 크롤러 모듈(12)에 대해 제어 가능하게 회전시키도록 작동될 수 있다. 본 개시의 예시적인 실시 예에서, 모터(46)는 메커니즘 또는 제어부에 커플링될 수 있고, 메커니즘 또는 제어부는 크롤러 모듈(12)의 회전 속도 및 방향에 대해, 실질적으로 동일한 속도 및 반대 방향으로 용접 모듈(14)을 회전시키도록 모터(46)를 자동적으로 작동시킬 수 있다. 일 실시 예에서, 모터(46)의 작동을 지시하는 메커니즘 또는 제어부는, 용접 모듈(14)의 각도 포지션을 감지하기 위한 자이로스코프(gyroscope)거나 자이로스코프를 포함할 수 있다. 따라서, 모터(46)는 후술하는 바와 같이, 크롤러 모듈(12)의 회전 속도 및 방향에 관계 없이, 용접 모듈(14)의 각도 포지션을 유지할 수 있다.

다시 도 4를 참조하면, 용접 헤드(35)는 용접 모듈(14)의 전방 단부에 포지셔닝될 수 있다. 예를 들어, 용접 헤드(35)는 용접 모듈(14)의 전방에서 길이 방향으로 연장하는 암(47) 상에 제거 가능하게 장착될 수 있다. 일 실시 예에서, 용접 헤드(35)는 잠수 아크 용접(SAW) 헤드일 수 있고, 이는 소모성 전극 및 대량의 플럭스 재료를 당업자에게 익숙한 방식으로 용접 영역에 제어 가능하게 전달한다. 그러나, 다른 유형의 용접 헤드는 본 개시 내용을 벗어나지 않고, SAW 헤드를 대체할 수 있다. 이러한 대체 용접 헤드들은 금속 비활성 가스(MIG, metal inert gas) 용접, 텅스텐 비활성 가스(TIG, tungsten inert gas) 용접, 플럭스-코어 아크 용접(FCAW), 플라즈마 아크 용접(PAW) 등을 포함하고, 이에 제한되지 않는 다양한 용접 처리들을 수행할 수 있다. 용접 모듈(14)은 본원에서 단일 용접 헤드(35)를 갖는 것으로 도시되어 있지만, 용접 모듈(35)은 후술하는 길이 방향 용접 어플리케이션들 및/또는 원주 용접 어플리케이션들에 한정되지 않는 다양한 어플리케이션들에 적합하도록 다양한 구성으로 배열된 복수 개의 용접 헤드들을 포함할 수 있다.

용접 헤드(35) 및 암(37)은 크로스 슬라이드(38a, 38b)에 의해 용접 모듈(14)의 장착 부분(39)에 커플링될 수 있다. 본 개시의 일 양태에서, 크로스 슬라이드들(38a, 38b)는 오프셋 관계로 서로 커플링될 수 있는 실질적으로 동일한 선형 액츄에이터들일 수 있다. 크로스 슬라이드들(38a, 38b)는 전기 액츄에이터들, 고압 액츄에이터들 및 유압 액츄에이터들을 포함하지만 이에 제한되지 않으며, 사실상 모든 타입의 제어 가능하게 작동되는 액츄에이터들을 사용하여 구동될 수 있다. 크로스 슬라이드들(38a, 38b)는 횡 방향 각각의 이동 축들(예를 들어, 도 4에 도시된 x축 및 y축)을 따라 장착 부분(39)에 대한 용접 헤드(35)의 미세 이동을 달성하도록 작동될 수 있다. 용접 모듈(14)의 길이 방향 축에 대한 용접 헤드(35)의 횡 방향 및 수직 포지션들은, 후술하는 바와 같이 제어 가능하게 조절될 수 있다. 또한, 용접 모듈(14)의 다른 실시 예들은, 크로스 슬라이드들(38a, 38b)와 실질적으로 유사하지만, 도 4에 도시된 z축을 따라 용접 헤드(35)의 미세한 길이 방향 이동을 용이하게 하도록 방향 설정되는 크로스 슬라이드를 포함할 수 있다.

조인트 검출 유닛(36)은 용접 헤드(35) 상에 또는 용접 헤드(35)에 인접하여 장착될 수 있고, 길이 방향으로 인접한 파이프의 세그먼트들 사이의 내부 조인트 또는 심(seem)을 검출할 수 있다. 조인트 검출 유닛(36)은 임의의 적합한 기계, 전기 및/또는 광학 센서 또는 검출기를 사용하여 구현될 수 있다. 일 예시에서, 조인트 검출 유닛(36)은 후술하는 바와 같이, 원격 작동자 인터페이스(remote operator interface)에 기록된 이미지를 통신할 수 있는 비디오 카메라이거나, 이를 포함할 수 있다. 다른 예시들에서, 조인트 검출 유닛(36)은 조인트를 검출하는 광검출기 또는 레이저이거나, 이를 포함할 수 있다. 또한, 조인트 검출 유닛은 기계적 심 트랙킹 핑거이거나, 이를 포함할 수 있다.

도 7에 도시된 장치(10)의 측면도를 참조하면, 복수 개의 릴들(50, 52, 54, 56, 57)은, 장치(10)의 일 단부에 인접한 고정 포지션들(예를 들어, 제조 설비의 바닥 또는 선박의 갑판 상)에 위치될 수 있다. 이러한 릴들(50-57)은 장치(10)가 파이프를 통해 이동함에 따라 소모되는 재료들, 제어 케이블들, 전원 케이블 등을 장치(10)에 공급할 수 있다. 예를 들어, 제 1 릴(50)은 소모 전극(58, consumable electrode)을 장치(10)의 용접 헤드(35)에 제공할 수 있다. 제 2 릴(52)은, 플럭스가 플럭스 컨테이너(미도시)로부터 용접 헤드(35)로 전달될 수 있는 플럭스 공급 라인(60)을 제공할 수 있다. 제 3 릴(54)은 장치(10)의 다양한 구성 요소들에 전력을 전달하기 위한 전력 라인(62)을 장치(10)에 제공할 수 있다. 제 4 릴(56)은 제어부 및/또는 작동자 인터페이스(미도시)로부터 장치(10)의 다양한 구성 요소들의 제어를 용이하게 하는 제어 케이블(64)을 장치(10)에 제공할 수 있다. 제 5 릴(57)은, 추진 유닛(30), 크로스 슬라이드들(38a, 38b) 및/또는 장치(10)의 다른 강제 구동 구성 요소들에 압축 가스를 제공하기 위해, 장치(10) 상의 가압 가스 실린더(미도시)에 가스를 공급할 수 있는 가스 라인(66)을 제공할 수 있다. 장치(10)에 다양한 다른 케이블들, 라인들, 전도체들, 와이어들 및 호스들을 제공하기 위해 다양한 추가 릴들이 구현될 수 있다.

비록 릴들로 도시되었으나, 전술한 릴들(50, 52, 57)에 의해 제공된 하나 이상의 전극, 플럭스 및 압축 가스가 그 대신 장치(10) 상에 운반될 수 잇고, 릴(56)에 의해 제공되는 제어 케이블(64)에 의해 용이하게 되는 제어 특징들이 대신 장치의 온보드 구성 요소(onboard component)들에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, 장치(10)는 전극 및/또는 플럭스의 온보드 공급을 수행할 수 있고, 이에 따라 릴들(50 및/또는 52)에 대한 필요성이 제거될 수 있다.

일부 실시 예들에서, 장치(10)는 전술한 케이블들, 라인들, 전도체들, 와이어들 및/또는 호스들 중 하나 이상을 라우팅(routing)하기 위해, 크롤러 모듈(12)을 통해 길이 방향으로 연장하는 도관을 포함할 수 있다. 이러한 도관은, 케이블들, 라인들, 전도체들, 와이어들 및 호스들을 수용할 수 있으며, 장치(10)의 다른 구성 요소들과 엉킴 또는 간섭을 완화시킬 수 있다. 일부 실시 예들에서, 도관은 베어링들로 크롤러 모듈(12)에 커플링되어, 크롤러 모듈(12)이 장치(10)의 작동 동안 회전하는 동안, 도관이 대체로 정지 상태를 유지하게 할 수 있어서, 케이블들, 라인들, 전도체들 및 호스들의 비틀림이 완화될 수 있다.

장치(10)는 또한 명령 및 제어 신호들을 무선으로 송신 및 수신하기 위한 무선 통신 모듈(wireless communication module)을 구비할 수 있으며, 케이블(64) 및 릴(56)에 대한 필요성을 제거할 수 있다. 예시적인 명령 및 제어 신호들은 장치(10)에 전원을 켜거나 끄기 위한 온오프 신호들, 파이프를 통해 장치(10)를 앞뒤로 움직이기 위해 구동 휠(32)을 작동시키기 위한 조그 신호들, 용접 헤드(35)의 작동 및 포지션을 조작하기 위한 다양한 용접 제어 신호들을 포함할 수 있다. 또한, 장치(10)에는 압축 가스의 온보드 공급이 제공되어, 릴(57)에 대한 필요성이 제거될 수 있다.

도 8을 참조하면, 본 개시에 따른 장치(10)를 작동시키기 위한 일반적인 예시적인 방법을 도시하는 순서도가 도시된다. 이 방법은, 도 1 내지 도 7에 도시된 장치(10)의 도면과 함께 설명될 것이고, 도 9a 내지 도 9d)에 도시된 일련의 작동 단계들과 함께 설명될 것이다. 달리 명시되지 않는 한, 설명된 방법은 하나 이상의 장치 작동자들의 지시에 따라 수동으로 수행되거나, 및/또는 다양한 소프트웨어 명령의 실행과 같이 적절하게 구성된 제어부의 방향으로 자동으로 수행될 수 있다.

제 1 단계(100)에서, 장치(10)는, 도 9a에 도시된 바와 같이, 6시 방향(즉, 수직 하방)으로 용접 모듈(14)의 용접 헤드(35)를 파킹 스테이션(70)에 포지셔닝시킬 수 있다. 파킹 스테이션(70)은 함께 용접되는 제 1 및 제 2 파이프 섹션들(72, 74)의 직경들과 실질적으로 동일한 직경을 갖는 파이프 섹션일 수 있다. 제 1 및 제 2 파이프 섹션들(72, 74)은 파이프 롤러들(76a, 76b, 76c, 76d) 상에 축 방향으로 접경하고, 서로 그리고 파킹 스테이션(70)과 동심으로 정렬하여 배치될 수 있다.

단계(110)에서, 롤러 유닛들(16a, 16b)의 구동 메커니즘들(22a-c, 23a-c)은, 전술한 바와 같이, 휠 암들(20a-c, 21a-c)이 반경 방향으로 연장하도록 작동될 수 있고, 이에 따라 포지셔닝 휠들(18a-c, 19a-c)은 파킹 스테이션(70)의 내부에 결합되도록 이동되고, 파킹 스테이션(70) 내에 동심으로 장치(10)의 중심이 맞춰진다. 상기 방법의 단계(120)에서, 추진 유닛(30)의 구동 메커니즘(36)은 전술한 바와 같이 휠 암(34)이 반경 방향으로 연장하도록 작동될 수 있고, 이에 따라, 구동 휠(32)은 파킹 스테이션(70)의 내부에 결합되도록 이동된다.

단계(130)에서, 추진 유닛(30)의 구동 휠(32)은 도 9b에 도시된 바와 같이, 파킹 스테이션(70)을 통해 제 1 파이프(72)로 전진하도록 장치(10)를 추진하도록 회전 가능하게 구동될 수 있다. 장치(10)의 롤러 유닛들(16a, 16b)은 장치(10)가 그 내부에 동심 정렬을 유지하면서, 파킹 스테이션(70) 및 제 1 파이프(72) 사이를 통해 부드럽게 움직이는 것을 허용할 수 있다. 예시적인 방법의 다른 실시 예에서, 파킹 스테이션(70)은 생략될 수 있고, 장치(10)는 크레인 또는 리프트와 같이 제 1 파이프(10)에 직접 배치될 수 있다. 이러한 경우에는, 장치(10)가 제 1 파이프에 위치된 후에 전술한 단계들(110, 120)가 수행될 것이다.

단계(140)에서, 용접 모듈(14)의 용접 헤드(35)가 도 9c에 도시된 바와 같이 제 1 및 제 2 파이프들(72, 74) 사이의 조인트(78)와 길이 방향으로 정렬되거나 길이 방향으로 거의 정렬되도록 이동될 때까지, 추진 유닛(30)은 제 1 파이프(72)를 통해 장치(10)를 계속해서 구동할 수 있다. 조인트(78)에 대한 용접 헤드(35)의 포지션은 전술한 바와 같이 조인트 검출 유닛(36)을 사용하여 수동 또는 자동으로 결정될 수 있다. 예시적인 방법의 대안적인 실시 예에서, 용접 헤드(35)가 이미 제 1 파이프(72)의 전방 엣지에서 원하는 용접 위치로 이동된 후, 제 2 파이프(74)는 파이프 롤러들(76a, 76b) 상에 제 1 파이프(72)와 축 방향 접경(axial abutment) 및 동심 정렬(concentric alignment)로 배치될 수 있어서, 조인트 검출 유닛(36)의 필요성을 회피할 수 있다.

용접 헤드(35)의 원하는 용접 포지션이 추진 유닛(30)에 의한 장치(10)의 길이 방향 이동을 통해 달성되지 않았거나 달성될 수 없었던 경우, 크로스 슬라이드들(38a, 38b)는 예시적인 방법의 단계(150)에서, 바람직한 용접 포지션이 달성될 때까지, 용접 헤드(35)의 미세한 측 방향 및/또는 수직 이동을 달성하도록 작동된다. 예를 들어, 크로스 슬라이드(38b)는, 필요한 경우에, 용접 헤드(35)를 조인트(78)에 거의 수직한 위치로 하강시키도록 작동될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 크로스 슬라이드(38a)는 필요한 경우, 용접 헤드(35)의 측 방향 포지션을 조정하도록 작동될 수 있다.

단계(160)에서, 용접 헤드(35)가 여전히 6시 방향이고, 제 1 파이프(72)의 내부에 대해 포지셔닝 휠들(18a-c, 19a-c)의 힘을 증가시키기 위해, 롤러 유닛들(16a, 16b)의 구동 메커니즘들(22a-c, 23a-c)은 구동 암들(20a-c, 21a-c)을 반경 방향으로 외측으로 구동하도록 작동될 수 있고, 그에 따라, 제 1 파이프(72)의 내부 및 포지셔닝 휠들(18a-c, 19a-c) 사이의 마찰 결합은 증가하고, 제 1 파이프(72)에 대한 크롤러 모듈(12)의 길이 방향 또는 회전 이동은 견고하게 고정된다. 구동 휠(32)은 파이프(72)에서 크롤러 모듈(12)의 포지션을 고정하기 위해 유사한 방식으로 추가적으로 또는 대안적으로 제 1 파이프(72)의 내부에 대해 가압될 수 있다. 또한, (구동 휠(32)이 브레이크 메커니즘을 구비하는 경우) 구동 휠(32)의 브레이크 메커니즘은 구동 휠(32)의 회전을 방지하여, 제 1 파이프(72) 내에서 크롤러 모듈(12)의 길이 방향 포지션을 고정하는데 사용될 수 있다.

단계(170)에서, 용접 헤드(35)는 전극 및 조인트(78) 사이에 전기 아크를 형성하고, 전기 아크를 커버하기 위해 조인트(78) 상에 원하는 양의 플럭스를 증착하도록 활성화될 수 있다. 이로써, 용접 헤드(35)는 용접 금속을 조인트(78)에 증착하기 시작할 수 있다.

예시적인 방법의 단계(180)에서, 파이프 롤러들(76a-d)은 제 1 및 제 2 파이프들(72, 74)를 도 9d에 도시된 바와 같이 동일한 방향 및 실질적으로 동일한 속도로 회전시키도록 활성화될 수 있다. 상기 단계(160)에서 설명한 바와 같이, 크롤러 모듈(12)의 포지션이 제 1 파이프(72)에 대해 견고하게 고정되면, 크롤러 모듈(12)은 파이프 롤러들(76c, 76d)에 의해 제 1 파이프(72)가 회전함에 따라, 제 1 파이프(72)와 함께 회전할 수 있다. 동시에, 용접 모듈(14, 도 6에 도시됨)의 장착 샤프트(40)의 링 기어(45)에 커플링된 모터(46)는 (상기한 바와 같이) 크롤러 모듈(12)에 대해 실질적으로 동일한 속도로 그러나 반대 방향으로 자동적으로 용접 모듈(14)을 회전시키도록 활성화될 수 있고, 따라서 용접 헤드(35)를 조인트(78) 위에 6시 방향으로 유지시킨다. 따라서, 제 1 및 제 2 파이프(72, 74)가 회전함에 따라, 고리모양의 조인트(78)는 회전하여 제 1 및 제 2 파이프들(72, 74)를 축 방향으로 연장하는 조인트(78)에 용접 금속을 증착하는 정지, 활성 용접 헤드(35) 아래를 통과하고, 회전한다.

일단 용접 헤드(35)가 제 1 및 제 2 파이프들(72, 74) 사이의 용접을 완료하면(예컨대, 용접의 완료는 조인트 검출 유닛(36)을 사용하여 자동 또는 수동으로 결정될 수 있음), 예시적인 방법의 단계(190)에서, 용접 헤드(35) 및 파이프 롤러들(76a-d)은 비활성화될 수 있다. 상기 방법의 단계(200)에서, 크롤러 모듈(12)은 제 1 파이프(72)로부터 잠금 해제될 수 있고, 장치(10)는 전술한 단계(110) 내지 단계(140)에서 수행되는 단계들을 반대로 함으로써, 파킹 스테이션(70) 내로 다시 구동될 수 있다.

본 방법은 한 쌍의 대향 파이프 섹션들 사이의 원주 용접의 제조와 관련하여 설명되었지만, 장치(10)는 또한 파이프 내에 길이 방향 용접 심을 생성하는데 사용될 수도 있다. 예를 들어, 용접 헤드(35)는 장치(10)가 상기 단계들(110-140)에서 설명된 바와 같이 파이프를 통해 길이 방향으로 구동되는 동안 활성화될 수 있고, 용접 헤드(35)의 정확한 포지션은 상기 단계(150)에서 설명된 바와 같이 조정되어, 용접 헤드(35)를 조인트(78) 위의 6시 방향 포지션에 유지할 수 있다. 장치(10)는 배타적으로 길이 방향 용접을 수행하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 용접 모듈(14)은 그 사이의 상대적인 축 회전을 허용하지 않는 방식으로, 크롤러 모듈(12)에 정지 상태로(즉, 회전 불가능하게) 커플링될 수 있다. 이러한 실시 예는 상술된 장치(10)의 실시 예에 비해 가볍고, 간단하고, 제조 비용이 저렴할 수 있어서(즉, 더 적은 및/또는 덜 복잡한 부품들을 필요로 함), 원주 용접 심(circumferential weld seem)들이 불필요한 어플리케이션들에 보다 적합하다.

도 10을 참조하면, 장치(10)의 대안적인 실시 예의 단면도가 도시되어 있는데, 선택적인 파이프 클램핑 모듈(80)이 크롤러 모듈(12)에 부착됨이 확인된다. 파이프 클램핑 모듈(80)은 도 10에 도시된 파이프 섹션들(82, 84)와 같은 파이프 섹션들을 제공하도록 구현될 수 있고, 파이프 섹션들(82, 84)의 길이 방향 연접(86, juncture)에 인접한 반경 방향 지지를 갖는다.

파이프 클램핑 모듈(80)은 대체로 원통형인 근위 지지 케이지(88, proximal support cage)를 포함할 수 있고, 근위 지지 케이지(88)는 크롤러 모듈(12)의 정지 프레임 부분(48)에 기계적 패스너들 또는 용접들과 같이 제거 가능하게 또는 영구적으로 부착될 수 있다. 대안적으로, 파이프 클램핑 모듈(80)은 크롤러 모듈(14)의 정지 프레임 부분(48)과 일체형일 수 있다. 근위 지지 케이지(88)는 정지 프레임 부분(48)으로부터, 용접 모듈(12)의 대다수의 걸쳐, 용접 헤드(35)의 길이 방향으로 짧은(longitudinally short) 최전방 단부까지 연장될 수 있다.

파이프 클램핑 모듈(80)은 대체로 원통형인 원위 지지 케이지(90, distal support cage)를 포함할 수 있고, 원위 지지 케이지(90)는 근위 지지 케이지(88)와 동축일 수 있고, 용접 헤드(35)의 길이 방향 반대 측(longitudinally-opposite side)에 배치될 수 있다. 원위 지지 케이지(90)는 브릿지 부재(92)에 의해 근위 지지 케이지(88)에 연결될 수 있다. 브릿지 부재(92)는 길이 방향으로 확장될 수 있고, 용접 헤드(35)에 측 방향으로 인접하게 배치될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 브릿지 부재(92)는 용접 헤드(35)에 부착될 수 있다. 브릿지 부재(92)는, 제한되지는 않지만 롤러 베어링들, 회전 베어링들, 부싱들 등과 같은, 각각의 고리 모양의 링 베어링(94, 96)에 의해 근위 지지 케이지(88) 및 원위 지지 케이지(90)에 부착될 수 있고, 이는 후술되는 바와 같이 공통 길이 방향 축을 중심으로 근위 지지 케이지(88) 및 원위 지지 케이지(90)에 대해 브릿지 부재(92)의 자유로운 회전을 가능하게 한다.

파이프 클램핑 모듈(80)은 근위 지지 케이지(88) 및 원위 지지 케이지(90)와 일체형일 수 있는 클램핑 메커니즘들(98)을 더 구비할 수 있다. 클램핑 메커니즘들(98)은 원주 방향으로 이격된 다수의 패드들, 트랙들 또는 피트 등을 포함할 수 있고, 이들은 파이프 섹션들(82, 84)의 내부 표면들을 선택적으로 결합 및 결합 해제하기 위해, 전동 가동과 같은 것을 통해, 근위 지지 케이지(88) 및 원위 지지 케이지(90)에 대해 반경 방향으로 연장 및 수축될 수 있다. 예를 들어, 클램핑 메커니즘들(98)은, 수축 포지션(retracted position, 도 10에 도시됨) 및 전개 포지션(deployed position) 사이에서 이동될 수 있고, 수축 포지션에서, 클램핑 메커니즘들(98)은 근위 지지 케이지(88) 및 원위 지지 케이지(90) 근처 또는 내측에 반경 방향으로 포지셔닝되고, 전개 포지션에서, 클램핑 메커니즘들(98)은 연접(86)에 인접한 포지션들에서 파이프 섹션들(82, 84)를 반경 방향으로 견고하게 결합시키고 반경 방향으로 지지하기 위해 근위 지지 케이지(88) 및 원위 지지 케이지(90)로부터 반경 방향으로 연장된다. 일부 실시 예들에서, 파이프 클램핑 모듈(80)은, 파이프 섹션들의 길이 방향 단부들과 결합하기 위해, 추가적으로 또는 대안적으로 길이 방향으로 연장 및 수축될 수 있는 클램핑 메커니즘들을 포함할 수 있다.

도 10에 도시된 바와 같이, 연접(86) 위에 포지셔닝된 상태에서, 장치(10)가 파이프 섹션들(82, 84)을 함께 용접하기 위한 포지션으로 이동될 때, 클램핑 메커니즘들(98)은 파이프 섹션들(82, 84)와 맞물리거나 내부에서 클램핑하도록 전개 포지션으로 이동될 수 있다. (전술한 바와 같이) 파이프 섹션들(82, 84)이 용접 작동 동안 그들의 축들을 중심으로 회전될 때, 근위 지지 케이지(88) 및 원위 지지 케이지(90)는 클램핑 메커니즘들(98) 및 파이프 섹션들(82, 84) 사이의 마찰 결합에 의해 파이프 섹션들(82, 84)과 함께 회전할 수 있다. 그러나, 브릿지 부재(82)는 근위 지지 케이지(88) 및 원위 지지 케이지(90)에 대해 그 축을 중심으로 자유롭게 회전할 수 있으므로, 브릿지 부재(92)는 파이프 섹션들(82, 84), 근위 지지 케이지(88) 및 원위 지지 케이지(90)가 회전할 때 실질적으로 정지 상태로 유지될 수 있다. 따라서, 브릿지 부재(92)가 용접 헤드(35)와 간섭하지 않는 용접 작업 동안, 파이프 클램핑 모듈(80)은 파이프 섹션들(82, 84)에 연접(86)의 길이 방향측 상에 반경 방향 지지(radial support)를 제공할 수 있다.

도 11 내지 도 17을 참조하면, 장치(100)의 다른 실시 예가 도시되어 있다. 장치(100)는, 본원에서 명시된 경우를 제외하고, 도 1 내지 도 10과 관련하여 이전에 기술된 장치(10)와 실질적으로 유사하다.

도 11에 도시된 바와 같이, 장치(100)는 붐(102), 크롤러 유닛(112) 및 용접 모듈(114)을 포함할 수 있다. 용접 모듈(114)은 도 4와 관련하여 전술한 용접 모듈(14)과 실질적으로 유사할 수 있다. 도 4에 도시되어 있으므로, 간결성을 위해, 용접 모듈의 설명은 여기서 반복하지 않는다.

도 11 내지 도 13, 도 16a 내지 도 16f 및 도 17에 도시된 바와 같이, 붐(102)은 제 1 단부(104) 및 제 2 단부(106)를 갖는 원통 공동 튜브(cylindrical hollow tube)일 수 있다. 붐(102)은 원통 외부 형상을 갖는 것으로 도시되고 설명되었지만, 붐(102)은 제 1 및 제 2 파이프 섹션들(72, 74) 내에 끼워지는 임의의 형상을 가질 수 있다. 붐(102)은 단일, 통합된 파이프(single, unitary pipe)일 수 있다. 대안적으로, 붐(102)은 다수의 파이프 세그먼트들로 형성되거나, 예를 들어, 미국 특허 제8,231,045호에 개시된 바와 같은 신축 파이프일 수 있다. 붐(102)은 예를 들어 (전술한 바와 같은) 크로스 슬라이드 또는 '045 특허에 개시된 바와 같은 액츄에이터를 사용하여 전후로 이동할 수 있다. 붐(102)은 용접될 제 1 및 제 2 파이프 섹션들(72, 74) 내로의 삽입에 적합한 크기 및 형상을 갖는다.

붐(102)의 제 1 단부(104)는 지지(110, support)에 커플링될 수 있다(도 16a, 16c, 16g, 17 참조). 지지(110)는 제조 설비, 선박 등의 플로어와 같은 작동 환경의 플로어(120)에 고정식으로 커플링될 수 있다. 사용 시, 지지(110)는 붐(102)을 제 위치에 지지하기 위해 붐(102)에 고정식으로 커플링될 수 있다. 도시된 바와 같이, 지지(110)는 붐(102)을 고정 및 지지하기 위한 U자 형상의 브래킷(112a, 112b)의 형태일 수 있다. 그러나, 당업자는 지지(110)가 현재 공지된 또는 앞으로 개발될 임의의 형태를 취할 수 있음을 인식할 것이다.

아래에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 지지(110)는 붐(102) 전체 및 그에 부착된 장치(110)를 경사지게 하거나, 장치(100)의 각도를 정하기 위한(angle) 각도 조절 메커니즘(115)을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 각도 조절 메커니즘(115)은 붐(102)의 탄성 변형을 오프셋하도록 장치(100)를 경사지게 하거나, 장치(100)의 각도를 정할 수 있다. 즉, 앞서 언급한 바와 같이, 장치(100)는 매우 무겁고(예를 들어, 5000kg 이상), 붐(102)이 자체 중량 및 그에 부착된 임의의 장비, 예를 들어 용접 헤드 모듈(14) 등의 중량으로 구부러지거나 탄성 변형될 수 있다. 각도 조절 메커니즘(115)을 제공함으로써, 사용자는 굴곡 도는 탄성 변형의 일부 또는 전부를 오프셋할 수 있다. 각도 조절 메커니즘(115)은 대략 3도까지의 각도 조절을 제공할 수 있지만, 각도 조절 메커니즘(115)은 다소간의 조정을 허용할 수 있다. 각도 조절 메커니즘(115)은 파이프 섹션들(72, 74)에 대해 붐(102) 및 따라서 장치(100)의 포지션을 각도적으로 조절하기 위한 임의의 공지된 또는 이후 개발된 메커니즘일 수 있다. 예를 들어, 각도 조절 메커니즘(115)은 캠 기어를 통해 붐에 커플링된 액츄에이터 등과 같은 액츄에이터(미도시)의 형태일 수 있다.

도 12를 참조하면, 붐(102)은 붐을 길이 방향으로 관통하여 연장하는 내부 보어홀(105)을 구비할 수 있다. 후술되는 바와 같이, 장착 샤프트(40)는 또한 내부 보어홀(41)을 포함할 수 있다. 붐(102) 및 샤프트(104)에 각각 형성된 내부 보어홀들(105, 41)은 용접 모듈(114)에 기여하기 위한 전술한 케이블들, 컨덕터들, 와이어들 및/또는 호스들(예시적으로 105a로 도시됨) 중 하나 이상을 각각 라우팅할 수 있다. 사용 시, 케이블들, 라인들, 컨덕터들, 와이어들 및/또는 호스들(105a)은 붐(102)의 제 1 단부(104)로부터 붐의 제 2 단부(106)로, 붐(102)의 제 2 단부(106)에 부착된 장착 샤프트(40)를 통해, 용접 헤드(35)로 연장된다.

도 12 및 도 14a 내지 도 14b를 참조함녀, 크롤러 모듈(112)이 도시된다. 크롤러 모듈(112)은 본원에서 명시된 점을 제외하고, 도 1 내지 도 10와 관련하여 앞서 기술된 크롤러 모듈(12)과 실질적으로 유사할 수 있다. 예를 들어, 크롤러 모듈(112)은 장치(100)가 파이프를 통해 길이 방향으로 이동하도록 허용하면서, 파이프 섹션 내에 동심으로 장치(100)의 중심을 맞추도록 하나 이상의 롤러 유닛들(16a)을 구비할 수 있다. 롤러 유닛(16a)은 각각의 휠들(18a, 18b, 18c), 휠 암들(20a, 20b, 20c) 및 구동 메커니즘들(22a, 22b, 22c)의 각각의 세트들을 구비할 수 있다. 휠들(18c), 휠 암들(20c) 및 구동 메커니즘들(22c)은 휠들(18a, 18b), 휠 암들(20a, 20b) 및 구동 메커니즘들(22a, 22b)와 실질적으로 동일하다. 휠 암들(20a-c)은 크롤러 모듈(112)의 원주(또는 크롤러 모듈(112)이 원형 단면을 가지지 않는 경우, 크롤러 모듈(112)의 가상 원주)에 대해 균일하게 이격될 수 있다. 훨 암들(20a-c)은 롤러 유닛(16a)의 정지 프레임 부분(25)에 피봇 가능하게 커플링될 수 있는 각각의 제 1 단부들(24a, 24b, 24c)를 가질 수 있다. 휠들(18a-c)은 휠 암들(20a-c)의 각각의 제 2 단부들(26a, 26b, 26c)에 회전 가능하게 장착될 수 있다. 휠 암들(20a-c)은 휠 암들(20a-c)을 프레임 부분(25)에 그들의 부착 포인트들을 중심으로 제어 가능하게 피봇시킬 수 있는 각각의 구동 메커니즘들(22a-c)에 커플링될 수 있고, 따라서 프레임 부분(25)에 대해 휠들(18a-c)을 반경 방향으로 외측 또는 내측으로 선택적으로 이동시킬 수 있다. 따라서, 휠들(18a-c)은 제어 가능하게 반경 방향으로 이동되어, 파이프 섹션의 내부 표면과 결합 또는 결합 해제 할 수 있다.

전술한 바와 같이, 예시적인 롤러 유닛(16a)이 3개의 휠들(18a-c), 휠 암들(20a-c) 및 구동 메커니즘들(22a-c)의 세트들을 구비하는 것으로 도시되고, 롤러 유닛(16a)은 본원을 벗어나지 않고, 휠 암들, 휠들 및 구동 메커니즘들을 더 많이 또는 적게 구비할 수 있다는 것이 고려된다. 또한, 롤러 유닛(16a)은 대안적으로 각각의 휠 암들(20a-c)을 모두 동시에 구동시키는 단일 구동 메커니즘만이 구비될 수 있다는 것이 고려된다. 또한, 크롤러 모듈(112)은 단일 롤러 유닛(16a)을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 크롤러 모듈(112)은 대안적으로 크롤러 모듈(112)을 따라 다양한 상이한 포지션들에 위치된 더 많은 수의 롤러 유닛들을 구비할 수 있다.

도 13, 도 15a 및 도 15b를 참조하면, 붐(102)의 제 2 단부(106)는 크롤러 유닛(112)에 커플링된 랙(109)과 맞물리는 피니언(108)에 작동 가능하게 커플링된 구동 모터(107)를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 크롤러 유닛(112)은 롤러 배드들(76a-d)에 의한 파이프 섹션들(72, 74)의 회전과 동기하여 모터(107), 피니언(108) 및 랙(109)에 의해 능동적으로, 회전 가능하게 구동될 수 있다. 예를 들어, 길이 방향 용접을 수행할 때, 아래에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 휠들(18a-c)이 제 1 파이프(72)의 내부 표면에 대해 충분한 마찰 맞물림을 생성할 수 없을 때, 크롤러 유닛(112)을 회전 시키기 위해 모터(107), 피니언(108) 및 랙(109)을 이용하는 것이 바람직할 수 있다. 크롤러 유닛(112)의 수동 회전이 충분 및/또는 바람직할 때, 모터(107), 피니언(108) 및 랙(109)이 분리될 수 있도록 클러치 메커니즘(미도시)이 또한 구비될 수 있다.

장치(100)의 조립이 이하 설명된다. 도 14a 내지 도 14c를 참조하면, 크롤러 모듈(112)은 그 반대편 길이 방향 단부들 상에 제 1 및 제 2 링 베어링들(140, 142)을 더 포함할 수 있다. 또한, 도 14c, 도 15a 및 도 15b에 도시된 바와 같이, 용접 모듈(114)의 장착 부분(39)은 장착 샤프트(40)를 포함할 수 있고, 장착 샤프트(40)는 크롤러 유닛(112)의 보어(113)를 통과하여, 붐(102)의 제 2 단부(106)에 기계적으로 맞물릴 수 있다. 크롤러 유닛(112)이 장착 샤프트(40), 따라서 붐(102) 및 그에 커플링된 용접 모듈(114)에 대해 회전할 수 있도록, 제 1 및 제 2 링 베어링들(140, 142)은 크롤러 유닛(112)이 장착 샤프트(40)에 커플링될 수 있다. 따라서, 파이프 롤러들(76a-d)을 통한 파이프의 회전은 크롤러 유닛(112)이 붐(102), 장착 샤프트(40) 및 용접 모듈(114)에 대해 회전하게 한다. 전술한 바와 같이, 장착 샤프트(40)는, 케이블들, 라인들, 전도체들, 와이어들 및/또는 호스들(105a) 중 하나 이상이 장착 샤프트(40)를 통해 용접 헤드(35)로 연장도리 수 있도록, 보어(41, 도 12 참조)를 구비할 수 있다. 링 베어링들(140, 142)은 장착 샤프트(40)의 상술한 회전 및 지지를 용이하게 하는 임의의 타입의 적절한 기계적인 구조들일 수 있다. 이러한 기계적인 구조들은 롤러 베어링들, (각도 편차를 처리할 수 있는) 구형 롤러 베어링들, 회전 베어링들, 볼 베어링들, 부싱들 등을 포함하지만 이에 한정되지는 않는다.

도 16a 내지 도 16g를 참조하면, 붐(102)의 제 1 단부(104)는 지지(110)에 고정될 수 있고, 지지(110)는 작동 환경의 플로어(120)에 고정되어, 붐(102)은 정지 상태가 될 수 있다(장치(100)의 제 2 단부(106)에 고정되는 붐(102) 및 이에 따른 장치(100)는 각도 조절 메커니즘(115)을 통해 약간 조절될 수 있음). 파이프 섹션들(72, 74)은 레일들(77) 상에 있는 파이프 롤러들(76a-d) 상에 놓인다. 파이프 롤러들(76a-d)은 레일들(77)을 따라 길이 방향으로 병진될 수 있어서, 붐(102)의 제 2 단부(106)에 커플링되는 장치(100)는 파이프 섹션들(72, 74) 내에 적절하게 위치될 수 있다. 장치(100)가 그 적절한 포지션에 실질적으로 포지셔닝되면, 용접 모듈(114)에 통합될 수 있는 하나 이상의 크로스 슬라이드들을 통해 미세 조정이 이뤄질 수 있다. 크로스 슬라이드들은 임의의 방향, 예를 들어, 길이 방향(예를 들어, 붐 방향을 따름), 수직 방향, 측 방향 등의 어떠한 방향으로의 조정을 제공할 수 있다. 크로스 슬라이드들은 용접 헤드(114)의 약간의 이동을 허용함으로써 미세 조정(fine tuning)을 가능하게 할 수 있다. 미세 조정은 전술한 바와 같이 하나 이상의 크로스 슬라이드들에 의해 수행될 수 있지만, 예를 들어, 텔레스코픽 붐(telescopic boom) 등을 통합함으로써, 전체 붐(102)을 이동시킴으로써 조절들이 또한 수행될 수 있다. 이 시나리오에서, 전체 붐을 이동시키거나, 하나 이상의 붐 세그먼트들을 서로에 대해 텔레스코프식으로 이동시킴으로써, 전체 붐은 길이 방향, 수직 방향 및/또는 측 방향으로 이동될 수 있다. 그 후에, 길이 방향, 수직 방향 또는 측 방향 조절은 크로스 슬라이드들에 의해 수행될 수 있다.

장치(100)는 원주 방향으로 2개의 파이프 섹션들(72, 74)을 용접하거나(도 16a 내지 도 16g에 도시된 바와 같이), 길이 방향으로 하나 이상의 파이프 섹션들을 용접하도록(미도시) 포지셔닝될 수 있다. 장치(100)가 붐(102)의 제 2 단부(106)에 커플링되는 동안, 2개의 파이프 섹션들(72. 74)을 함께 용접할 때, 붐(102)의 제 1 단부(104)는 지지(110)에 고정될 수 있다. 다음으로, 파이프 섹션들(72, 74)은 레일들(77) 상에 이동 가능하게 위치된 파이프 롤러들(76a-d) 상에 위치될 수 있다. 파이프 롤러들(76a-d)은 장치(100)가 파이프 섹션들(72, 74) 내에 적절하게 포지셔닝될 때까지 길이 방향으로 이동될 수 있다. 일단 원하는 포지션에 도달하면, 휠들(18a-c)은 파이프 섹션(72)의 내부 표면과 결합하도록 반경 방향으로 이동될 수 있다. 다음으로, 파이프 섹션들(72, 74)은 롤러 베드들(76a-d)을 통해 일체로 회전될 수 있고, 크롤러 유닛(112)은 파이프 섹션(72)의 내부 표면 및/또는 존재하는 경우, 모터(107), 피니언(108) 및 랙(109)에 반경 방향으로 결합하는 휠들(18a-c)로 인한 파이프 섹션들(72, 74)의 회전과 함께, 일체로 회전할 수 있고, 휠들(18a-c)이 파이프 섹션(72)의 내부 표면과 반경 방향으로 결합한 후에, 크롤러 유닛(112)은 모터(107), 피니언(108) 및 랙(109)에 의해 동기화되어 회전 가능하게 구동될 수 있다. 전술한 바와 같이, 원형 파이프-파이프 용접들은, 파이프들(72, 74) 사이의 조인트(78) 위에 용접 헤드(35)의 토치(torch)를 포지셔닝시키고, 파이프 섹션들(72, 74)을 회전시킴으로써, 그들은 함께 용접된다. 용접 공정은 파이프 섹션(72, 74)을 함께 용접한다는 점에서 논의되지만, 파이프 용접 장치(100)가 최종 용접을 수행하기 전에, 파이프 섹션들(72, 74)이 처음에 함께 압착 용접될 수 있음이 고려된다. 파이프 섹션들(72, 74)은 함께 용접될 수 있도록, 360도 회전될 수 있다. 파이프 섹션들(72, 74)이 360도 회전하는 것으로 설명되었으나, 다수의 패스들이 요구될 수 있고, 따라서, 파이프 섹션들(72, 74)은 예를 들어, 720도, 1080도 등을 포함하여 360도 이상으로 회전될 수 있다. 파이프 섹션들(72, 74)이 회전함에 따라, 토치는 본질적으로 6시 포지션에 머무르기 때문에, 용접은 항상 그 포지션에서 이루어진다. 따라서, 붐(102), 장착 샤프트(40) 및 용접 모듈(114)은 파이프 섹션들(72, 74) 및 크롤러 모듈(112)이 회전하는 동안, 회전 가능하게 고정된다.

전술한 바와 같이, 장치(100)는 파이프 클램핑 모듈을 더 구비할 수 있다. 장치(100)는 제 1 및 제 2 파이프 섹션들(72, 74)을 함께 클램핑하기 위해 현재 공지되거나 이후 개발되는 임의의 클램핑 모듈과 조합하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 장치(100)는 도 10과 관련하여 도시되고 설명된 파이프 클램핑 모듈(80)과 함께 사용될 수 있다. 도 18을 참조하면, 선택적인 파이프 클램핑 모듈(180)의 대안적인 실시 예의 측면도가 도시된다. 이 실시 예에서, 파이프 클램핑 모듈(180)은 장착 부분(39), 장착 샤프트(40) 또는 용접 모듈(114)을 따른 임의의 위치에 부착될 수 있어서, 파이프 클램핑 모듈(180)은 용접 모듈(114), 장착 샤프트(40) 및 붐(102)에 고정되고, 회전 불가능하게 결합될 수 있다. 파이프 섹션들(72, 74)이 함께 용접되는 동안, 파이프 클램핑 모듈(180)은 파이프 섹션들(72, 74)이 함께 용접되는 동안, 파이프 섹션들(72, 74) 사이의 조인트(78)에 인접한 반경 방향 지지 및 이에 따른 정렬을 갖는 파이프 섹션들(72, 74)을 제공할 수 있다.

파이프 클램핑 모듈(180)은 기계적인 패스너들 또는 용접들과 같이, 장착 부분(39)의 장착 샤프트(40)에 제거 가능하게 또는 영구적으로 부착될 수 있는 일반적인 원통 지지 케이지(188)를 포함할 수 있다. 지지 케이지(188)는 용접 모듈(114)의 대부분에 걸쳐 연장될 수 있고, 조인트(78)를 넘어 연장될 수 있다. 지지 케이지(188)는 제한되지는 않지만 롤러 베어링, (각도 편차를 다루는) 구형 롤러 베어링들, 회전 베어링들, 볼 베어링들, 부싱들 등과 같은 각각의 링 베어링들(194, 196)에 의해 파이프 섹션들(72, 74)에 커플링되고, 조인트(78)의 길이 방향 반대편의 사이드들 상에 배치될 수 있다. 링 베어링들(194, 196)은 지지 케이지(188)에 대해 파이프 섹션들(72, 74)의 자유 회전을 허용한다.

파이프 클램핑 모듈(180)은 클램핑 메커니즘들(198)을 더 구비할 수 있다. 클램핑 메커니즘들(198)은 모터 가동을 통해, 지지 케이지(188)에 대해 반경 방향으로 연장되고, 수축될 수 있는 다수의 원주 방향으로 이격된 패드들, 트랙들, 피트 등을 포함하여, 파이프 섹션들(72, 74)의 내부 표면들을 선택적으로 결합 및 결합 해제할 수 있다. 예를 들어, 클램핑 메커니즘들(198)은, 수축 포지션(retracted position) 및 전개 포지션(deployed position, 도 18에 도시됨) 사이에서 이동될 수 있고, 수축 포지션에서, 클램핑 메커니즘들(198)은 지지 케이지(188) 근처 또는 내측에 반경 방향으로 포지셔닝되고, 전개 포지션에서, 클램핑 메커니즘들(198)은 조인트(78)에 인접한 포지션들에서 파이프 섹션들(72, 74)을 반경 방향으로 견고하게 결합시키고 반경 방향으로 지지하기 위해 지지 케이지(88)로부터 반경 방향으로 연장된다. 일부 실시 예들에서, 파이프 클램핑 모듈(180)은 추가적으로 또는 대안적으로 파이프 섹션들(72, 74)의 길이 방향 단부들을 정렬 및/또는 결합시키기 위해 길이 방향으로 연장되고 수축될 수 있는 클램핑 메커니즘들을 구비할 수 있다.

도 18을 참조하면, 각각의 클램핑 메커니즘(198)은, 제한되지 않으나, 롤러 베어링들, (각도 편차를 다룰 수 있는) 구형 롤러 베어링들, 회전 베어링들, 볼 베어링들, 부싱들 등과 같은, 한 쌍의 링 베어링들(194a, 194b, 196a, 196b)과 작동 가능하게 결합되는 것으로 도시되어 있다. 각각의 클램핑 메커니즘(198)은 더 많거나 적은 링 베어링들과 작동 가능하게 커플링될 수 있다. 예를 들어, 각각의 클램핑 메커니즘(190)은 단일 부싱을 통해 지지 케이지(188)에 커플링될 수 있다. 또한, 도시된 바와 같이, 각각의 링 베어링들(194, 196)은 예를 들어, 파이프와 같은 중간 부재(199)를 통해 클램핑 메커니즘(190)에 커플링될 수 있다.

사용 시, 장치(100)가 파이프 섹션들(72, 74)을 서로 용접하기 위한 포지션으로 이동될 때, 도 18에 도시된 바와 같이 용접 헤드(35)가 조인트(78) 위에 포지셔닝되고, 클램핑 메커니즘들(198)은 파이프 섹션들(72, 74)과 맞물리거나, 내부에서 클램핑하도록 전개 포지션으로 이동될 수 있다. 파이프 섹션들(72, 74)은 (다른 곳에서 설명된 바와 같이) 그들의 축을 중심으로 회전하고, 지지 케이지(188)는 용접 모듈(114), 장착 샤프트(40) 및 붐(102)에 대해 고정식으로 유지된다. 따라서, 파이프 클램핑 모듈(180)은 용접 작업 동안, 조인트(78)의 길이 방향 측 상에 파이프 섹션들(72, 74)에 반경 방향 지지를 제공하여 정렬을 제공할 수 있다.

하나 이상의 파이프(들)를 길이 방향으로 용접하기 위해, 장치(100)는 붐(102)의 제 2 단부(106)에 커플링될 수 있고, 붐(102)의 제 1 단부(104)는 지지(110)에 커플링될 수 있다. 길이 방향으로 용접되는 파이프는 레일들 상에 이동 가능하게 위치된 파이프 롤러들 상에 놓일 수 있다. 파이프 롤러들은 장치(100)가 파이프 내에 적절하게 포지셔닝될 때까지 길이 방향으로 이동될 수 있다. 다음으로, 크롤러 유닛(112)은 모터(107), 피니언(108) 및 랙(109)을 이용하여 적절하게 위치될 수 있다. 예를 들어, 크롤러 유닛(112)은 붐(102)이 2개의 하부 휠들에 의해 고르게 지지되도록 포지셔닝될 수 있고, 예를 들어, 톱 휠(top wheel)은 대략 12시에 위치할 수 있다. 다음으로, 휠들(18a-c)은 파이프의 내부 표면과 맞물리도록 반경 방향으로 이동될 수 있다. 이러한 특정 상황에서, 대략 12시에 포지셔닝된 탑 휠이 파이프의 내부 표면과 접촉하지 않는 동안, 휠들(18a-c)은 클램핑을 피하기 위해 적당한 압력으로 파이프의 내부 표면과만 접촉하거나, 또는 파이프의 내부 표면과 맞물리도록 2개의 하부 휠들을 반경 방향으로 연장시킬 수 있다. 다음으로, 파이프 롤러들(76)은 레일들을 따라 길이 방향으로 병진 이동될 수 있다. 예를 들어, 파이프 롤러들은 파이프 롤러들(76)이 붐(102)으로부터 멀어지도록 이동될 수 있다. 용접 헤드가 6시 포지션에 포지셔닝되면, 파이프 롤러들(76) 및 그에 따른 파이프의 이동에 따라, 파이프는 길이 방향으로 용접될 수 있다. 길이 방향 용접의 경우, 시스템은 용접 플럭스를 지지하고, 용접의 시작과 끝이 만족스러운지 확인하기 위해, 용접될 파이프로부터 일정 거리를 연장하는 시작 및 멈춤 플레이트(미도시, start and stop plate)를 포함할 수 있다. 완료되면, 시작 및 멈춤 플레이트가 제거될 수 있다.

크롤러 유닛(112)은 붐(102), 장착 샤프트(40) 및 용접 모듈(114)의 진동을 방지하거나 최소화함으로써 용접 모듈(114), 따라서 용접 헤드(35)에 대한 지지를 제공하고, 이는 지지되지 않는 붐을 갖는 이전 시스템에도 발생할 수 있다. 단순한 지지되지 않는 붐을 포함하는 종래 기술의 시스템에서, 장치(100)가 원주 방향 또는 길이 방향 용접을 수행하는 동안, 붐은 구부러지거나 진동할 수 있다. 이러한 진동들은 고품질 용접을 얻기 위한, 적합한 방식의 용접 헤드(35)를 안정화시키는 것을 어렵거나 불가능하게 할 수 있다. 이는 분 실시 예는 예를 들어, 10미터를 초과하는 파이프 길이를 갖는 사용에 특히 유리하다.

본원에 사용된 바와 같이, 단수로 인용되는 단어로 기재된 구성 요소 또는 단계는 명백하게 배타적으로 인용되지 않는 한 복수의 구성 요소 또는 단계를 제외하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본원의 "일 실시 예"에 대한 언급은 열거된 특징을 포함하는 추가 실시 예의 존재를 배제하는 것으로 해석되지 않는다.

본원의 특정 실시 예가 본원에 설명되었지만, 본 개시는 당해 기술 분야가 허용하는 범위 내에서 광범위하며, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 상기 설명은 한정하는 것으로 해석되어서는 안되며, 단지 특정 실시 예의 예시로서 해석되어야 한다. 당업자는 여기에 첨부된 청구범위의 범위 및 사상 내에서 다른 수정들을 구상할 것이다.

Claims (22)

1. 용접 장치에 있어서,
   제 1 단부 및 제 2 단부를 구비한 붐 - 상기 붐은 크기 조절되고 하나 이상의 파이프 섹션들로 삽입하도록 되고, 상기 붐의 상기 제 1 단부는 상기 하나 이상의 파이프 섹션들의 외부의 지지 구조에 커플링 됨 -;
   상기 붐의 굴곡 및 탄성 변형을 오프셋하도록 사용자로 하여금 상기 하나 이상의 파이프 섹션들 내에서 상기 붐의 각도를 정하거나 상기 붐을 경사지게 하는 상기 붐의 상기 제 1 단부에 있는 각도 조절 메커니즘;
   크롤러 모듈;
   그 위에 장착되는 용접 헤드를 구비하는 용접 모듈; 및
   제 1 단부 및 제 2 단부를 구비한 장착 샤프트 - 상기 장착 샤프트의 상기 제 1 단부는 상기 용접 모듈에 커플링되고, 상기 장착 샤프트의 상기 제 2 단부는 상기 붐의 상기 제 2 단부에 커플링 됨 -;
   를 포함하고,
   상기 붐 및 용접 모듈이, 상기 용접 헤드의 각도 포지션을 유지하기 위해, 상기 크롤러 모듈의 방향 및 회전 속도에 대해, 반대 방향 및 동일한 속도로 회전할 수 있도록 상기 크롤러 모듈은 상기 붐 및 용접 모듈에 대해 회전 가능한 용접 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 붐은 상기 붐의 제 2 단부에 인접한 모터를 더 포함하고, 상기 모터는 상기 크롤러 모듈 상의 기어에 커플링되고, 상기 모터는, 상기 붐 및 용접 모듈에 대해 동일한 회전 속도 및 반대 방향으로, 상기 크롤러 모듈을 회전시키도록 구성된 용접 장치.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 크롤러 모듈이 상기 장착 샤프트, 상기 붐 및 상기 용접 모듈에 대해 회전 가능하도록 상기 크롤러 모듈에 상기 장착 샤프트를 커플링하기 위한 제 1 베어링 및 제 2 링 베어링을 더 포함하는 용접 장치.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   레일; 및
   상기 레일 상에 이동 가능하게 장착되고, 상기 하나 이상의 파이프 섹션들을 회전시키도록 작동하는 복수 개의 파이프 롤러들;
   을 더 포함하고,
   상기 용접 장치는, 크기 조절되고, 상기 파이프 롤러들을 상기 레일에 대해 이동시킴으로써, 상기 하나 이상의 파이프 섹션들로 삽입되도록 구성된 용접 장치.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   파이프 클램핑 모듈이 상기 용접 모듈에 회전 불가능하게 커플링되도록 상기 장착 샤프트에 부착되는 파이프 클램핑 모듈을 더 포함하고, 상기 파이프 클램핑 모듈은 함께 용접되는 제 1 파이프 섹션 및 제 2 파이프 섹션 사이의 원주 조인트의 일 측 상에 반경 방향 지지를 제공하도록 구성된 용접 장치.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 파이프 클램핑 모듈은, 상기 조인트의 길이 방향 반대편 측들 상에 배치되는 지지 케이지, 제 1 베어링 및 제 2 베어링을 포함하고, 상기 베어링들은, 상기 지지 케이지에 대한 상기 제 1 파이프 섹션 및 제 2 파이프 섹션의 회전을 가능하게 하는 용접 장치.
   
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 파이프 클램핑 모듈은 복수 개의 클램핑 메커니즘들을 더 구비하고, 상기 복수 개의 클램핑 메커니즘들은, 상기 파이프 섹션들의 내부 표면으로부터 선택적으로 결합 및 해제하기 위해, 지지 케이지에 대해 반경 방향으로 연장 가능한 용접 장치.
   
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 파이프 섹션들에 대해 그리고 상기 파이프 섹션들 내에서 상기 용접 장치의 중심을 동심으로 맞추기 위해 상기 크롤러 모듈 상에서 길이 방향으로 이격된 복수 개의 롤러 유닛들을 더 포함하고, 각각의 롤러 유닛은 상기 파이프 섹션들에 힘껏 접촉하기 위해 선택적으로 반경 방향으로 연장 가능한 적어도 3개의 원주 방향으로 이격된 휠들을 포함하는 용접 장치.
   
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 하나 이상의 파이프들 내에서 상기 붐의 상기 제 1 단부의 선택적인 길이 방향 이동을 허용하는 복수 개의 길이 방향 텔레스코프식 맞물림 세그먼트들을 포함하는 용접 장치.
   
10. 파이프 크롤링 용접 장치를 사용하여 파이프들을 용접하기 위한 방법에 있어서,
    용접 위치에서 용접되는 하나 이상의 파이프 섹션들을 복수 개의 파이프 롤러들로 배치하는 단계 - 상기 파이프 롤러들은 레일 상에 이동 가능하게 위치됨 -;
    상기 하나 이상의 파이프 섹션들의 외부의 지지 구조에 상기 장치와 연관된 붐의 제 1 단부를 고정하는 단계;
    상기 장치와 연관된 용접 헤드가 상기 용접 위치에 포지셔닝 되도록 상기 하나 이상의 파이프 섹션들로 상기 장치를 포지셔닝하는 단계;
    상기 붐의 상기 제 1 단부로부터 상기 붐의 각도를 조절함으로써 상기 붐의 굴곡 또는 탄성 변형을 오프셋하는 단계;
    제 1 파이프 섹션에 대한 회전 이동에 반하여, 상기 장치와 연관된 크롤러 모듈을 고정하는 단계;
    상기 용접 헤드를 활성화시키는 단계;
    공통 축을 중심으로 제 1 방향 및 제 1 속도로 상기 하나 이상의 파이프 섹션들을 회전시키는 단계; 및
    상기 용접 헤드의 각도 포지션을 유지하기 위해, 상기 제 1 방향에 반대되는 제 2 방향과, 상기 제 1 속도와 동일한 제 2 속도로, 상기 공통 축을 중심으로 상기 용접 헤드를 회전시키는 단계;
    를 포함하는 방법.
    
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 파이프 롤러들을 이동시켜, 상기 하나 이상의 파이프 섹션들을 상기 레일에 대해 이동시킴으로써, 상기 장치가 포지셔닝 되는 방법.
    
12. 제 10 항에 있어서,
    상기 용접 헤드가 상기 파이프 섹션들 중 2개의 파이프 섹션들 사이의 추 방향 접경부에 대응하는 고리 모양의 조인트에서의 상기 용접 위치에 위치될 때, 상기 용접 헤드가 포지셔닝 되는 방법.
    
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 고리 모양의 조인트의 반대 측들 상에 반경 방향 지지를 제공함으로써 상기 파이프 섹션들 중 상기 2개의 파이프 섹션들을 함께 클램핑하는 단계를 더 포함하는 방법.
    
14. 제 10 항에 있어서,
    상기 용접 헤드가 하나의 파이프 섹션에서의 길이 방향 조인트에 대응하는 용접 위치에 위치될 때 상기 용접 헤드가 포지셔닝 되는 방법.
    
15. 제 10 항에 있어서,
    공통 축을 중심으로 제 1 방향 및 제 1 속도로 상기 하나 이상의 파이프 섹션들을 회전시키는 단계는, 상기 파이프 롤러들을 통해 상기 파이프를 회전시킴으로써 수행되는 방법.
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