NO331422B1 - Fremgangsmate for a legge en rorledning under vann og sveiseapparat for bruk i fremgangsmaten samt et rorleggingssett omfattende et ror-sveiseapparat - Google Patents

Abstract

En fremgangsmåte for å legge en rørledning (6) under vann omfatter de trinn å holde en ende av en rørledning (6), anordning av en rørseksjon (5) for å forlenge rørledningen (6), anordning av rørseksjonen (5) nær den nevnte ende av rørledningen (6), for dermed å definere en perifer skjøt (7) som skal sveises, og sveising av rørene (5) og (6) sammen. Et antall sveiselamper (9) beveger seg langs den perifere skjøt (7) og blir operert samtidig for å sveise rørene sammen. Rørene (5) og (6) er laget av TMP-AC stål (stål fremstilt ved bruk av termisk mekanisk kontrollprosess med akselerert kjøling som har et karboninnhold på mindre enn 0,1 vekt%). Etter at rotsveisingen er lagt, vil en kjølering (1) montert på en intern klemme inne i rørene (5) og (6) spraye kjølevæske, f.eks. en fluidspray av atomisert vann (10) og luft, fra dyser (2) på et område av den perifere skjøt (7), og dermed kjøle rørene (5, 6).

Description

Den foreliggende oppfinnelsen angår et apparat og en fremgangsmåte for å sveise sammen rør. Mer spesielt, angår oppfinnelsen lysbuesveising av rørseksjoner når man legger rørledninger under vann, spesielt i sjøen i dypt vann.

Når man legger en rørledning i sjøen i dypt vann (f.eks. i dybder på mer enn 1.000 meter), er det vanlig å sveise, på en ligge-lekter, individuelle rørseksjoner til en rørstreng (hvor rørstrengen leder mot sjøbunnen), hvor rørstrengen er vertikal (eller nær vertikal) ved overflatenivået, slik at rørstrengen danner en form som ligner bokstaven "J". En slik fremgangsmåte er vanlig kjent som J-legging. Sveiseprosessen finner sted på leggelekteren. Rørseksjoner kan bestå av et antall rørlengder som hver sveises sammen på lekteren for å danne rørseksjoner når nødvendig.

Enden på rørstrengen og rørseksjonen som skal sammenføyes med den blir oftest preparert før sveiseprosessen og har skrå kanter, slik at når rørseksjonen og rørstrengen anordnes umiddelbart før sveiseprosessen begynner (koaksialt i forhold til hverandre), blir et ytre perifert spor definert mellom dem. Sveisingen kan utføres med en sveise-blåselampe anordnet på en bærer bevegelig montert på en perifer føringsbane anordnet på utsiden av røret i forhold til det perifere spor. Bæreren og blåselampen blir beveget rundt omkretsen av røret, og blåselampen blir operert slik at en lysbue blir rettet inn i sporet. Sveiseprosessen omfatter generelt flere passeringer.

Siden rørseksjoner trenger å bli sveiset i en vertikal posisjon siden det er en grense for hvor høyt et sveisetårn kan rimelig være, er den mengde ved hvilket en rørledning kan legges ved bruk av J-leggeteknikken er i stor utstrekning begrenset med mengden av sveising på etterfølgende rørseksjoner for rørstrengen. Det er derfor ønskelig å være i stand til å redusere den tiden det tar å sveise en rørseksjon til en rørstreng. Ethvert forsøk på å øke hastigheten av sveiseprosessen bør imidlertid ikke føre til betydelig reduksjon i kvaliteten av sveiseskjøten. Rørstrengen som blir lagt, er under stort strekk og sveiseskjøtene må selvfølgelig, være tilstrekkelig sterke til å motstå de høye krefter som utøves på sveiseskjøtene. Hver gang et rør blir sveiset til et annet rør blir utstrakte tester utført til å sikre at kvaliteten av den utførte sveiseskjøt er tilstrekkelig.

I følge denne oppfinnelse oppnås dette formål ved en fremgangsmåte for å legge en rørledning under vann, i hvilken rørseksjoner blir sveiset sammen for å danne rørledningen og som har de karakteristiske trekk angitt i krav 1, og ved et sveiseapparat for bruk i fremgangsmåten og som har de karakteristiske trekk angitt i krav 33, og ved et rørleggingssett omfattende et rør-sveiseapparat som har de karakteristiske trekk angitt i krav 34.

Et mål for den foreliggende oppfinnelse er å frembringe et apparat og en fremgangsmåte for å sveise sammen rør, som er raskere enn sammensveising av rør enn den kjente metode og apparat som er beskrevet ovenfor, men uten å vesentlig redusere kvaliteten av sveiseskjøten. Ifølge oppfinnelsen er det frembrakt en fremgangsmåte for å legge en rørledning under vann, i hvilken rørseksjoner blir sveiset sammen for å danne rørledningen, hvor fremgangsmåten omfatter de følgende trinn:

å holde en ende av en rørledning,

å frembringe en rørseksjon for å forlenge rørledningen,

å anordne rørseksjoner nær denne enden på rørledningen og dermed definere en perifer skjøt som skal sveises,

å frembringe et antall sveisehoder, hvor hvert hode har minst en sveise-blåselampe, og anordning av sveisehodene rundt den perifere skjøt,

å sveise rørseksjoner til rørledningen ved samtidig å operere sveisehodene og å bevege de nevnte hoder langs den perifere skjøt, hvor rørseksjonen er laget av stål som har et karboninnhold på mindre enn omkring 0,1 vekt%, og under sveisetrinnet, blir rørene avkjølt i området av den perifere skjøt ved hjelp av innføring av en kjølevæske i kontakt med en mindre overflate av rørene.

I den følgende beskrivelse ville man forstå at uttrykket rør omfatter den ene eller begge av rørledningene og/eller den nevnte rørseksjon.

Det har tidligere vært foreslått å øke hastigheten av sveiseprosessen ved samtidig sveising med antallet sveisehoder vinkelmessig atskilt og rundt røret (se f.eks. vår internasjonale søknad publisert under nummeret WO 00/38871 - søknad nr. PCT/EP99/10504). Man har imidlertid funnet at sveising med mer enn et sveisehode kan føre til problemer forbundet med en økning i temperaturen av sveisepoolen. Når man sveiser med et enkelt sveisehode, blir etterfølgende lag av sveisemateriale lagt mens sveisehodet krysser hele omkretsen av skjøten mellom rørene. Sveisingen som utformes ved et gitt punkt langs skjøten kjøler derfor under den tid det tar sveisehodet å bevege seg 360 grader rundt røret før det neste lag av sveisemateriale blir lagt. Hvis to sveisehoder blir brukt istedenfor ett, hvor hvert av de to hodene beveger seg med samme vinkelhastighet og sveiser med samme takt som et enkelt hode, blir sveisetiden halvert, men kjølingstiden (tiden mellom nedlegging av etterfølgende lag) blir også halvert. Hvis flere blåselamper blir brukt for å redusere sveisetiden, blir kjøletiden mellom legging av etterfølgende lag også redusert. Det er derfor en grense for antallet sveisehoder som kan brukes ved en gitt individuell operasjonsrate før temperaturen av sveiseskjøten på etterfølgende sveisinger blir så høy at kvaliteten av sveiseskjøten blir uheldig påvirket. Sveising med forlengede høye sveisetemperaturer kan også forårsake andre problemer, som f.eks. at nedleggingen av hodesveisingen (det laget som påføres under den siste sveispassering) blir mer vanskelig, sikkerheten av sveiseoperatørene kan være uheldig påvirket, sveiseutstyret kan være mer utsatt for feiling eller dårlig utførelse på grunn av overoppvarming av komponentene av sveiseutstyret, rørbeleggene (materialet som belegger det indre og/eller ytre av røret), hvis noen er til stede, kan bli skadet, og noen NDE (ikke-destruktiv eksaminasjon) testmetode for å teste kvaliteten av sveisingen kan trenges å bli forsinket mens røret kjøles ned.

To måter på hvilke en økning i temperaturen kan føre til en reduksjon i kvaliteten av sveisingen skal nå diskuteres. For det første, når J-legging av rørledninger, aksen av rørene som skal sveises er vertikal eller nær vertikal. Hvis sveisepooltemperaturen er for høy, kan overflatespenningen av den smeltepool være så lav at formen av sveisepoolen blir deformert under tyngdekraften i en slik utstrekning av skjøten blir uheldig påvirket, siden gravitasjonen effektivt trekker sveisepoolen bort fra endeoverflaten av den øvre rørseksjon som definerer en vegg av den perifere skjøt. Med meget høye temperaturer kan sveisepoolen også flyte bort fra veggen og til og med ut av skjøten. Problemer forbundet med en reduksjon i overflatespenningen blir forverret når aksen av rørene som skal sveises blir skråstilt i forhold til en tiltenkt vertikal akse. For det annet, hvis relative høye temperaturer blir opprettholdt, kan de mekaniske egenskaper av det sveisede materialet når det en gang er avkjølt, bli skadelig påvirket. Det stål fra hvilket rørseksjonene har tidligere vært fremstilt har hatt, på et mikroskopisk nivå, en struktur omfattende krystallkorn av en forholdsvis liten størrelse, hvilken struktur er forbundet med gode mekaniske egenskaper. Ved høyere temperaturer, kan kornstørrelsen øke, og føre til at de mekaniske egenskaper blir skadelig påvirket.

Det har imidlertid vært en fordom i teknikken mot direkte kjøling av røret under operasjon av sveisehodet. Man har trodd at kjølemetodene som brukt under sveisingen ville ha en skadelig virkning på de mekaniske egenskaper av sveisingen. F.eks., kjøling av varme sveiseskjøter for raskt kunne ifølge tidligere teknikk forårsake at rørledningen blir skjør i områder av sveiseskjøtene mellom rørseksjonene. Det har imidlertid vært vanlig praksis å forvarme rørseksjoner før sveising for å unngå at de mekaniske egenskaper av sveisingen blir skadelig påvirket ved at sveisematerialet kjøles for raskt. Teknikker for å hindre at sveiseutstyret blir for varmt har også vært avhengig av den direkte kjøling av sveise-blåselampen ved å pumpe kjølemiddel via rørene gjennom blåselampen. Imidlertid, ifølge den foreliggende oppfinnelse er rørseksjonen som brukes laget av forholdsvis lav eller medium karbonstål, og som sådan er det mindre sjanse for at de mekaniske egenskaper av sveiseskjøten blir redusert under rask kjøling sammenlignet med fremgangsmåten ifølge tidligere teknikk som bruker rørseksjoner med karboninnhold som er større enn 0,1 vekt%. Videre er det uønsket å innføre betydelige volumer av væske i det indre av rørledningene. Mengden av væske som innføres i rørledningene på grunn av at man praktiserer fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse kan imidlertid være tilstrekkelig liten til at fordelene med den foreliggende oppfinnelse utveier alle skader som man kan ha fra å innføre væsker inn i rørledningen.

Man vil forstå at under sveisingen av rørseksjoner til rørledningen er det ikke nødvendig å operere alle sveisehodene hele tiden. Spesielt kan det være foretrukket å operere færre sveisehoder når man påfører det siste laget av sveisemateriale (vanligvis kalt hettesveisingen). Det kan også være å foretrekke å operere bare en sveiselampe når man legger ned ettersveisingen.

Den indre overflate av rørledningen med hvilken kjølevæske først kommer i kontakt kan være enten ovenfor eller nedenfor den perifere skjøt. Alternativt kan kjølevæske bli dirigert mot de indre overflater av rørledningen både ovenfor og nedenfor den perifere skjøt.

Fremgangmåten ifølge oppfinnelsen er spesielt fordelaktig når man legger rørledninger ved bruk av "J-legging" teknikken. Rørledningen, ved den enden av rørledningen som er nærmest vannoverflaten, kan være i en vinkel med en tenkt vertikal akse på mindre enn 50 grader. Aksen av rørene som skal sveises kan være i en vinkel på mindre enn 50 grader med vertikalretningen. Som nevnt ovenfor kan sammensveising av to rør i en vinkel nær vertikalen presentere problemer når temperaturen av sveisingen holder seg for høy. Fremgangsmåten er fordelaktig brukt til å sveise en rørseksjon til en rørledning, hvis ende er i en vinkel med den noterte vertikalakse på mindre enn 50 grader. Aksen av rørene som skal sveises kan være i en vinkel på mindre enn 50 grader med vertikalretningen. Som nevnte ovenfor, kan sveising av rørene i en vinkel nær vertikalen presentere problemer når temperaturen av sveisingen holder seg for høy. Fremgangsmåten er med fordel brukt til å sveise en rørseksjon til en rørledning, hvis ende er i en vinkel ved den noterte vertikalakse på mindre enn 20 grader, og mer å foretrekke ved 10 grader eller mindre.

Fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse er også spesielt fordelaktig ved legging av rørledninger som har forholdsvis tykke vegger. I alminnelighet, når tykkelsen av rørveggen øker, øker også tiden for å sveise en rørseksjon til rørledningen. Når man sveiser rørledninger som har forholdsvis tykkere vegger er det derfor mer sannsynlig at sveiseskjøten vil bli tilstrekkelig varm til å forårsake problemer forbundet med de varige høye temperaturer. Fremgangsmåten er med fordel brukt til å sveise en rørseksjon til en rørledning, hvor den gjennomsnittlige tykkelse av metallveggen av rørseksjonen er større enn eller lik 20 mm. Fremgangsmåten er av større fordel når den gjennomsnittlige tykkelse av metallveggen av rørledningen er større enn eller lik 25 mm, og enda større fordel når den gjennomsnittlige veggtykkelse er større enn eller 30 mm. Fremgangsmåten kan også brukes med fordel når rørtykkelsen er større enn eller lik 40 mm.

Den perifere skjøt kan være i form av et perifert spor utformet mellom endene på rørene som skal sveises sammen, hvor hver ende har vært skråstilt på forhånd.

Fortrinnsvis er rørseksjonene laget av medium karbonstål. Når det angår den foreliggende oppfinnelse, kan medium karbonstål anses for å være stål som har et karboninnhold på mellom 0,025 vekt% og 0,075 vekt%. Mer å foretrekke har stålet et karboninnhold på mellom 0,04 vekt% og 0,06 vekt%. Lav eller medium karbonstål kan ha mekaniske egenskaper som er vel egnet for å utforme rørseksjoner for rørledninger. Imidlertid, de mekaniske egenskaper (f.eks. tensilstyrken) kan ofte forbedres med andre midler enn øking av karboninnholdet i stålet. F.eks., er rørseksjonene frembrakt i fremgangsmåten med fordel laget av stål fremstilt ved bruk av termisk mekanisk kontrollprosess (vanlig kalt TMCP stål) og fortrinnsvis også omfatter fremstillingsteknikken som har et akselerert kjølesystem (hvor stålet som produseres på denne måten er kjent som "TMCP-AC stål").

Temperaturen i området av en sveisepool (det området av smeltet metall på hvilket en gitt sveiselampe opererer), overstiger generelt 1400 grader celsius. Man har funnet at problemer oppstår hvis, når man sveiser to rør sammen, temperaturer i og rundt den perifere skjøt blir holdt over 400 grader celsius i lengre perioder. Ifølge den foreliggende oppfinnelse, blir sveisingen med fordel kjølet fra en slik høy temperatur til en betydelig lavere temperatur før den blir operert på av et annet sveisehode. Trinnet med å kjøle rørene blir fortrinnsvis utført slik at overflatetemperaturen av sveisematerialet utformet ved et gitt sveisehode ved minst et lokalt område faller fra en temperatur på mer 1000 grader celsius til under 300 grader celsius, mer å foretrekke til under 250 grader celsius og enda bedre til under 200 grader celsius, før neste gang det samme sveishodet sveiser over det samme lokale området. Fortrinnsvis blir trinnet med å kjøle rørene i området av den perifere skjøt utformet slik at gjennom hele sveisetrinnet, er det alltid minst et område langs den perifere skjøt som har en temperatur på under 300 grader celsius, mer å foretrekke på under 250 grader celsius, og enda mer å foretrekke på under 200 grader celsius. Trinnet med å kjøle rørene i området av den perifere skjøt blir fortrinnsvis utført slik at den gjennomsnittlige temperatur av tverrsnittet av rørseksjonen i en avstand på 100 mm ovenfor den perifere skjøt fortrinnsvis er mindre enn 100 grader. Dessuten, trinnet med å kjøle rørene i området av den perifere skjøt blir fortrinnsvis utført slik at den gjennomsnittlige temperatur av et tverrsnitt av rørseksjonen i en avstand på 75 mm ovenfor den perifere skjøt er mindre enn 150 grader celsius, og mer å foretrekke, blir utført slik at den gjennomsnittlige temperatur er mindre enn 140 grader celsius, og enda mer å foretrekke mindre enn 130 grader. Fortrinnsvis blir trinnet med å kjøle rørene i området av den perifere skjøt utført slik at den gjennomsnittlige temperatur av et tverrsnitt av rørseksjonen i en avstand på 32 mm ovenfor den perifere skjøt er mindre enn 250 grader celsius og mer å foretrekke mindre enn 225 grader celsius, og enda mer å foretrekke mindre enn 200 grader celsius.

Temperaturen på det røret som er referert til ovenfor kan beleilig måles ved hjelp av et "K-type" termoelement forbundet med en passende utformet og kalibrert signalforsterker, hvor sentrum av termoelementets overflate er passert i en relevant avstand fra den perifere skjøt. Størrelsen av området for kontakt med termoelementet kan være så stor som 25 mm x 25 mm.

Det termoelement som er nevnt ovenfor kan være forbundet med en dataloggingsenhet, anordnet til å utføre en elektronisk logg over tiden for forskjellige andre sveiseparametere som måles. Slike data kan bli analysert etter sveising. F.eks., kan dataene bli analysert under testing av en gitt fremgangsmåte for sveising for å sikre at sveisemetoden er i samsvar med gitte kriterier (f.eks. kriterier fremsatt til å bedømme hvorvidt en gitt fremgangsmåte og sveisingen ville være tilfredsstillende i felten). Minst en parameter angående sveisingen blir således med fordel målt og elektronisk logget over tid, hvor i det minste en parameter med fordel omfatter temperaturen av røret ved et gitt område av røret. Loggingen av parametrene blir fortrinnsvis utført før, under og etter sveisetrinnet.

I det tilfellet hvor temperaturen blir målt og logget under fremgangsmåten, kan minst en, men fortrinnsvis minst tre sensorer, bli anordnet for å måle temperaturen av røret. Sensoren eller hver sensor kan plasseres i direkte kontakt med røret. Sensoren eller sensorene blir beleilig plassert i det indre av røret, fortrinnsvis montert på en klemme brukt for å holde et av rørene som skal sveises på plass. Sensoren eller hver sensor kan være elastisk montert slik at hver sensor blir holdt i kontakt med overflaten av røret. Hver temperatursensor er fortrinnsvis montert i en avstand fra den perifere skjøt slik at sentrum av hver sensor er mellom 10 mm og 100 mm, fortrinnsvis mellom 25 mm og 75 mm, bort fra skjøten. Fortrinnsvis er alle temperatursensorene plassert i hovedsakelig samme avstand fra den perifere skjøt. Slike temperatursensorer kan være i form av termoelementer som nevnt ovenfor.

Andre parametere kan bli målt. Fortrinnsvis blir i det minste et antall av de følgende parametere målt under utførelsen av fremgangsmåten: trykk av kjølevæsken, strømningsraten av kjølevæsken, trykk og/eller strømningsraten for andre kjølefluida levert og/eller en skjermingsgass som leveres, sveisespenning, strøm, lampehastighet, sveisebueoscillasjonsfrekvens, sveisebueoscillasjonsamplitude (eller bredde). Resultatet av noen eller alle av disse parametrene som målt blir fortrinnsvis også logget elektronisk, og blir muligens prosessert før logging. Verdier angående de målte parametrene blir beleilig målt periodisk, fortrinnsvis mange ganger i sekundet.

Trinnet med å kjøle rørene i området av den perifere skjøt blir fortrinnsvis utført slik at den gjennomsnittlige temperatur av sveisingen umiddelbart etter at sveisingen er komplettert er mindre enn 300 °C, og mer å foretrekke mindre enn 250 °C, og enda mer å foretrekke mindre enn 200 °C. Også trinnet med å kjøle rørene i området av den perifere skjøt blir fortrinnsvis utført slik at den maksimale temperatur som nås under sveisingen av utsiden av røret i en avstand på 37 mm fra skjøten er mindre enn 250 °C, og mer å foretrekke mindre enn 200 °C. Trinnet med å kjøle rørene blir fortrinnsvis også utført slik at den maksimale temperatur som nås under sveisingen av den indre overflate av røret i en avstand på 32 mm fra den perifere skjøt er mindre enn 200 °C, og helst mindre enn 150 °C. Fortrinnsvis er maksimumstemperaturen som nås under sveisingen av den ytre overflate av røret i en avstand på 22 mm fra den perifere skjøt, mindre enn 250 °C. Fremgangsmåten er spesielt fordelaktig når under sveisetrinnet i det minste noe sveisemateriale i den perifere skjøt har en temperatur på mer enn 1005 °C.

Kjølevæsken omfatter med fordel vann. Fortrinnsvis er kjølevæsken vann, fortrinnsvis demineralisert vann. I det tilfellet hvor rørseksjonen er i en vinkel til vertikalen på mindre enn 50 grader, vil vannet i kontakt med de indre vegger (eller andre varme overflater i rørledningen og forbundet med sveiseprosessen), hvis de er tilstrekkelig varme, fordampe inn i dampen og passere opp i det indre av rørseksjonen. De indre vegger kan, i en gitt avstand fra den perifere skjøt som blir sveiset, være av tilstrekkelig kjølig temperatur til å forårsake at dampen kondenseres til vann, hvoretter slikt vann vil strømme ned gjennom røret mot den perifere skjøt som blir sveiset og igjen fordampe. Kjøleeffekten av vannet blir derfor spesielt fordelaktig hvis fremgangsmåten blir implementert på en slik måte at den produserer denne effekten. En slik effekt gjør valget av vann som kjølevæske et overraskende godt et.

Kjølevæsken kan alternativt omfatte andre væsker, så som alkohol, eller hvilken som helst annen passende væske.

Kjølevæsken som kommer i kontakt med de indre overflater av rørledningen er med fordel en atomisert væske. F.eks., kan den atomiserte væske være i form av en spray av forholdsvis små dråper av kjølevæske. Fortrinnsvis er den atomiserte væske i form av en fin spray av væsker som dekker et forholdsvis stort areal av de indre vegger av røret på en jevn og stø måte. Således blir ikke noe område av rørledningen avkjølt med en raskere rate i forhold til andre områder av røret. Man tror at hvis et gitt område av røret ble avkjølt meget raskt sammenlignet med andre områder, kunne de mekaniske egenskaper av sveisingen bli uheldig påvirket. Fortrinnsvis blir kjølevæsken sprayet ut av et antall dyser. Bruk av et antall dyser gjør det mulig for kjølevæsken å bli levert til de indre vegger av røret på en jevn og stø måte. Antallet dyser kan være mellom fem og tolv. Det optimale antall av dyser vil avhenge av forskjellige faktorer, f.eks. diameteren av røret som skal sveises. For forholdsvis liten diameter rør kan så få som fire dyser bli anordnet. Når fremgangsmåten blir utført med rør av større diameter vil flere dyser fortrinnsvis være anordnet. Fortrinnsvis er det minst seks dyser. Mer å foretrekke, er det minst åtte dyser, det kan være ti eller flere dyser.

Maksimumvinkelen for ethvert gitt tverrsnitt som inneholder dysens akse, av væske som sprayes ut av en dyse, er fortrinnsvis større enn 80 grader og fortrinnsvis større enn 100 grader. Vinkelen kan f.eks. være omkring 120 grader eller mer. Formen som defineres av væsken når den blir sprayet ut av dysen kan, i området nær dysen, være forholdsvis plan, idet formen er slik at sprayen generelt innrettes med og presses mot den perifere skjøt. Alternativt, kan formen være generelt konisk. Den vinkel ved hvilken væsken blir sprayet ut fra hver dyse kan være større enn 1 steradian, er fortrinnsvis større enn 2 steradianer, og mer å foretrekke, er vinkelen større enn 3 steradianer.

Diameteren av hver dyse ved det området fra hvilket væsken blir sprayet kan være 2 mm eller mindre, og kan f.eks. være omkring 1 mm i diameter.

Fortrinnsvis er et antall av dysene anordnet i et fast forhold til hverandre. Et antall av dysene kan være anordnet som en ring av dyser, som kan være i et fast forhold til hverandre. Dysene er beleilig anordnet på en intern klemme brukt til å hjelpe med innretning av, og/eller klemming av, rørledningen og rørseksjonen i et i hovedsak fast forhold til hverandre.

Apparatet anordnet til å implementere fremgangsmåten kan være slik at kjølingsvæsken kan flyte langs i det minste en ledning fra en kilde på det indre av rørledningen. Trykket av kjølevæsken i ledningen er fortrinnsvis minst 0,5 bar (50.000 Pa) over atmosfærisk trykk. F.eks., kan trykket av kjølevæsken i ledningen være omkring 2 bar, dvs. omkring 1 bar (100.000 Pa) over atmosfærisk trykk. Som nevnt ovenfor, er det ønskelig å holde volumet av væske innført i rørledningen til et minimum. Fremgangsmåten kan imidlertid være slik at, under sveisetrinnet, blir kjølevæske innført i rørledningen med en rate på mer enn 1 liter per minutt, f.eks. ved en rate på mer enn 2 liter per minutt.

Fortrinnsvis, under sveisetrinnet, er volumet av kjølevæske som innføres i rørledningen mindre enn 15 liter, og mer å foretrekke mindre enn 10 liter. F.eks., under sveisetrinnet kan volumet av kjølevæske som innføres i rørledningen være omkring 8 liter eller mindre. Det er klart at mengden av væske som forblir i rørledningen kan være mindre enn det som innføres, fordi noe av væsken kan slippe ut som damp. Fortrinnsvis, blir mindre enn 15 liter, og mer å foretrekke omkring 10 liter eller mindre, av kjølevæske innført i rørledningen for hver seksjon som blir lagt til. Fremgangsmåten blir fortrinnsvis utført slik at sveisetrinnet kan bli utført på mindre enn 8 minutter og mer å foretrekke på omkring 6 minutter eller mindre. Fortrinnsvis blir kjølevæsken tilført for en perioden på mindre enn 8 minutter per rørseksjon som tillegges, og mer å foretrekke på mindre enn 6 minutter. Kjølevæsken, når den leveres, er fortrinnsvis levert med en takt på omkring 0,5 og 4 liter per minutt. Kjølevæsken kan være levert på en rate på mellom 1 og 3 liter per minutt, og mer å foretrekke omkring 2 liter per minutt.

Kjølevæsken blir med fordel innført bare etter at en rotsveising er fullført. Man tror at aktiv kjøling av rotsveising (den første sveis lagt ned i den perifere skjøt) umiddelbart etter at den er utformet kan i noen tilfeller betydelig redusere kvaliteten av sveisen. Utforming av en høykvalitets rotsveis er av stor viktighet. Fortrinnsvis blir derfor kjølevæsken innført bare etter at minst tre lag av sveiset materiale er påført. Før kjølevæsken blir innført og etter at rotsveisen er fullført kan rørene bli avkjølt i området av den perifere skjøt ved hjelp av innføring av en kjølegass. Kjøling med en gass fra innsiden av rørene er ikke så effektivt som kjøling med væske, men er lettere å styre ved lave kjølerater. Innføring av en kjølegass kan hjelpe med kjøling av sveiselagene utformet umiddelbart etter rotsveisingen med en kjølingsrate som ikke er så hurtig at den kunne redusere kvaliteten av den utformede sveis. Kjølegassen som brukes kan beleilig være luft. Kjølegassen kan også beleilig føres ut av det samme antall dyser som blir brukt når kjølevæske blir innført.

Fremgangsmåten kan f.eks. utføres slik at for det første og i det minste den etterfølgende sveisepassering, ingen aktiv kjøling blir utført, og derfor, for i det minste en av fortrinnsvis et antall passeringer blir kjøling med gass fra innsiden av rørene utført og deretter blir kjølevæske innført.

Etter at sveisetrinnet er fullført, blir sveisingen vanligvis inspisert ved en ikke-destruktiv testing (NDT). F.eks., blir ultralydteknikker ofte brukt til å teste kvaliteten av sveisinger utformet når men legger en rørledning. Slikt utstyr kan bruke en væske, som f.eks. vann, som et grensesnitt mellom overflaten av sveisen eller røret og utstyret. For at slike grensesnittvæsker ikke skal fordampe, trenger røroverflaten å bli ved en tilstrekkelig lav temperatur. Også testutstyret eller teknikken som brukes kan kreve at røret er under en viss temperatur for å funksjonere korrekt for andre grunner. Fremgangsmåten blir derfor fortrinnsvis utført slik at kjølevæsken fortsetter å bli innført i rørledningen etter at sveisetrinnet er fullført. NDT kan således bli utført snarere. Fortrinnsvis blir sveisingen og kjøletrinnet av fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse utført slik at kjøling med kjølevæske blir fortsatt etter at sveisingen er komplettert, fortrinnsvis slik at temperaturen av sveiseskjøten, etter en tidsperiode som er lik 50 % av sveisetiden, er gått etter at sveisingen er fullført, er mindre enn 250 °C, mer å foretrekke mindre enn 200 °C, og aller helst omkring 150 °C eller mindre. Fortrinnsvis blir mer enn fire sveiselamper anordnet, fortrinnsvis er mindre enn to sveisehoder anordnet. Detaljene av konstruksjonen av sveisehodene er generelt ikke en vesentlig del av den foreliggende oppfinnelse. Mens det er mulig å anvende en anordning i hvilken hvert sveisehode omfatter en enkel sveiselampe, er det å foretrekke at hvert sveisehode omfatter et antall sveiselamper fordi dette gjør det mulig for sveisetrinnet å bli utført hurtigere. F.eks., kan hvert sveishode omfatte to sveiselamper. Sveiselampene av samme sveisehode er fortrinnsvis anordnet til å beveges rundt rørseksjoner i et fast forhold til hverandre; det er imidlertid mulig at det kan være noe begrenset relativ bevegelse av sveiselampene som hører til samme sveisehode. I en foretrukket utførelse av oppfinnelsen, er det tre sveishoder som hver har to sveiselamper.

Fremgangsmåten omfatter med fordel videre de trinn å frembringe en roterende utstyrsholder montert for rotasjon rundt en generelt vertikal akse, og som har en sentral åpning gjennom hvilke rørseksjoner kan passere når rørledningen blir lagt, hvor antallet sveisehoder er vinkelmessig atskilt rundt den roterende utstyrsholder, hvert hode forbundet med en respektiv sektor av den roterende utstyrholder, og festing av en sveisehodeenhet rundt rørseksjonen eller rørledningen, hvor føringsenheten omfatter en føringsbane for å lede bevegelsen av hvert av sveisehodene rundt rørseksjonen, hvor den respektive sektor av den roterende utstyrsholder er i stand til å revolvere rundt rørseksjonen mens det tilhørende sveisehode revolverer rundt rørseksjonen. Rotasjon av den roterende utstyrsholder gjør det mulig at variasjoner av posisjonen for hvert sveishode i forhold til den roterende utstyrsholder kan bli redusert eller eliminert. Dette trekket gjør det mulig å operere et antall sveisehoder samtidig rundt rørledningen og dermed gjøre det mulig at sveiseprosessen blir gjort betydelig raskere. Samtidig vil anordningen av den roterende utstyrsholder gjøre det mulig å operere et antall sveisehoder uten risiko for at et sveishode forstyrrer operasjonen av et annet. Fremgangsmåten omfatter fortrinnsvis det trinn å rotere den roterende utstyrsholder under samtidig operasjon av sveisehodene for å begrense variasjoner i posisjonen av hvert sveisehode i forhold til den roterende utstyrsholder.

En slik roterende utstyrsholder er beskrevet i ytterligere detalj i vår internasjonale søknad publisert under nummer WO 00/38871, hvis innhold er inkludert her ved referanse. De trekk ved hvilke kravene 2 til 17 og 20 til 22 av den internasjonale søknad (som publisert) forholder seg, kan bli implementert med fordel i det aspekt ved den foreliggende oppfinnelse som omfatter bruken av en roterende utstyrsholder.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse er det anordnet et sveiseapparat for å sveise rørseksjoner sammen for å danne en undervannsrørledning ifølge de ovenfor beskrevne fremgangsmåter, hvor apparatet omfatter

en rørholdeanordning som er i stand til å holde enden på rørledningen og muliggjøre at rørseksjoner blir anordnet nær den nevnte ende av rørledningen og dermed definerer den perifere skjøt som skal sveises,

et antall sveisehoder, hvor hvert hode har minst en sveiselampe, for å sveise rørene sammen i området av den perifere skjøt, og

kjøleanordning som er i stand til å innføre en kjølevæske i kontakt med en indre overflate av rørledningen under sveisetrinnet, og dermed kjøle rørene i området av den perifere skjøt.

Apparatet er med fordel anordnet for å være i stand til å utføre en fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de aspekter av oppfinnelsen som er beskrevet ovenfor. F.eks., kan kjøleanordningen med fordel være i form av et antall dyser. Det er klart at kjøleanordningen kan ha andre passende former. Rør-holdeanordningen kan f.eks. omfatte en kombinasjon av klemmer og/eller spenningsruller, eller andre passende anordninger.

Oppfinnelsen frembringer videre et rør-legningssett omfattende et rørsveiseapparat som beskrevet ovenfor og et antall rørseksjoner, hvor hver rørseksjon er laget av stål som har et karboninnhold på mindre enn 0,1 vekt%. Rørleggingssettet er fortrinnsvis installert på et fartøy, f.eks. et rørleggingsskip.

Oppfinnelsen omfatter videre en undervannsrørledning omfattende en rekke rørseksjoner sveiset sammen ved en fremgangsmåte som definert ovenfor.

Oppfinnelsen som beskrevet ovenfor henviser til bruken av en kjølevæske. Den foreliggende oppfinnelse skal imidlertid utføres ved bruk av en kjølende gass istedenfor en væske. Følgelig, frembringer den foreliggende oppfinnelse videre en fremgangsmåte for å legge en rørledning under vann, i hvilken rørseksjoner blir sveiset sammen for å danne rørledningen, hvor fremgangsmåten omfatter de følgende trinn:

å holde en ende av rørledningen,

anordning av en rørseksjon for å forlenge rørledningen,

anordning av rørseksjonen nær den nevnte ende av rørledningen og dermed definere en perifer skjøt som skal sveises,

anordning av et antall sveisehoder, hvor hvert hode har minst en sveiselampe, og anordning av sveisehodene rundt den perifere skjøt,

sveising av rørseksjonen til rørledningen ved samtidig å operere sveisehodene og bevege de nevnte hoder langs den perifere skjøt, hvor

rørseksjonen er laget av stål som har et karboninnhold på mindre enn 0,1 vekt%, og

under sveisetrinnet, blir rørene kjølet i området av den perifere skjøt ved hjelp av innføring av et kjølefluid til kontakt med en indre overflate av rørledningen. Det kjølende fluid kan være en gass, som f.eks. luft, eller alternativt kan være en væske, som f.eks. vann, eller kan også være en kombinasjon av væske og gass. Kjølefluidet kan fra begynnelsen være en gass, (f.eks. under et antall sveisepasseringer etter rotsveisingen) og kan deretter være en væske (f.eks. en atomisert væske).

Eksempler av utførelser for den foreliggende oppfinnelse skal i det følgende beskrives med henvisning til tegningene, hvor: Figur 1 er en skjematisk tegning som omfatter et grunnriss av en vannavkjølingsring, figur 2 er en skjematisk tegning som viser operasjon av kjølingsringen på figur 1 inne i en rørledning, figur 3 er et sideriss som viser bunnen av en rørseksjon som blir sveiset til toppen av en rørledning ved bruk av et roterende bor i form av en overliggende karusell som en roterende utstyrsholder, figur 4 er et grunnriss av den overliggende karusell under sveisingen som vist på figur 3, figur 5 er et skjematisk sideriss av et sveiseapparat omfattende to sveiselamper (bare en av hvilke er vist for klarhets skyld), og figur 6 er et skjematisk perspektivriss av en modifisert form for sveiseapparat omfattende to sveiselamper. Figur 1 viser et skjematisk grunnriss av en kjølering 1. Ringen 1 omfatter ti dyser 2 (av bare åtte er vist på figur 1 for klarhets skyld; tegningene er skjematisk) som har utløp 2a, hvor hver dyse 2 er forbundet via en linje 3 med en kjølemiddelfordeler og pumpe 4. (I det spesielle eksempel illustrert er antallet linjer lik antallet dyser, men man vil forstå at færre linjer 3 kunne anordnes; f.eks. en linje kunne mate hver dyse i serie). Fordeling av kjølemiddel og pumpe 4 er forbundet med en kilde for vann og luft (ikke vist). Utløpet 2a av hver dyse 2 (vist skjematisk på figur 1) er omkring 1,5 mm i diameter. Kjøleringen 1 er fast montert på en intern klemme (ikke vist) brukt til å klemme en rørseksjon 5 som skal sveises til enden på en rørledning 6 for å forlenge rørledningen 6 (se figur 2). På figur 3, er en ring 1 vist i posisjon like ovenfor et spor 7 definert ved endene på rørene 5, 6. Man vil selvfølgelig forstå at ringen kunne, om ønsket, bli plassert nærmere sporet, eller nedenfor sporet, eller at en ytterligere ring kunne bli anordnet. Kjøleringen 1 blir brukt i en fremgangsmåte for å legge en rørledning ved bruk av J-leggingsteknikken, hvor rørledningen er laget av rørseksjoner som hver er laget av TMCP-AC medium karbonstål. I bruk, er kjøleringen 1 anordnet inne i rørledningen 6 (som man kan se på figur 2).

Formen av sporet 7 (illustrert skjematisk på figur 2 for klarhets skyld) kan være slik at veggene som definerer sporet er atskilt ved en vinkel på 5 grader eller mindre, f.eks. omkring 3 grader. Veggene av sporet er derfor nær parallelle.

Med henvisning til figur 2, under sveising, blir sveisematerialet ofte lagt ned i sporet 7 ved sveisehoder 9, hvor hodene 9 passerer rundt rørene og langs sporet 7. Veggene av rørseksjonen 5 og rørledningen 6 er 32 mm tykk i områdene av i hovedsak konstant tykkelse. Hvert sveisehode 9a passerer over den samme del av sporet 7 mer enn en gang for å legge ned mer materiale 8, og endelig for å fylle hele sporet 7, og anordne en sterk sveising mellom de to rørene 5, 6.

Figur 3 er et sideriss av en sveisestasjon på et fartøy, som er designet til å legge rørledninger ved bruk av J-leggeteknikken. Rørledningene er anordnet til å forlate fartøyet som legger dem i en hovedsakelig stående orientering, og rørledningen buer så rundt til en horisontal orientering ved sjøbunnen. I J-legging, skjønt rørledningene kan være helt vertikale på fartøyet, er det mer vanlig for den å bli skråstilt til den vertikale, spesielt hvis dybden av vannet i hvilken rørledningen skal legges ikke er svært stor. Ved J-legging, er det nødvendig å legge til ekstra rørseksjoner til rørledningen med rørseksjoner orientert i hovedsak vertikalt; det er således ikke mulig å ha en hel serie av sveisestasjoner langs lengden av rørledningen, og det er viktig at prosessen av sveising av en annen rørseksjon (som selv kan omfatte et antall individuelle rørlengder sveiset sammen) til rørledningen kan utføres så raskt som mulig.

På figur 3, betegner henvisningstallet 101 den øvre ende på rørledningen som blir lagt, og henvisningstallet 102 betegner den nedre ende av rørseksjonen 102 som skal sveises til rørledningen 101. Rørledningen 101 blir holdt på plass i forhold til fartøyet med en passende kombinasjon av klemmer og/eller strekkruller (ikke vist) montert på fartøyet, og under sveiseprosessen, blir rørledningen 101 holdt i en fast posisjon i forhold til fartøyet. Disse klemmene omfatter en intern klemme på hvilken kjøleringen 1 (se figurene 1 og 2) er montert. Rørseksjonen 102 blir holdt av klemmer i koaksial innretning med den øvre ende av rørledningen 101 og med bunnen av rørseksjonen 102 og toppen av rørledningen 101 liggende an mot hverandre slik at de definerer et perifert spor 103 rundt det ytre av deres forbindelse (som allerede beskrevet med henvisning til de perifere spor 7 vist på figur 2).

En sveiseenhet 111 er festet rundt toppen av rørledningen 101. Sveiseenheten omfatter en sirkelrund føringsbane 114 som strekker seg rundt rørledningen like nedenfor sporet 103, og i dette eksempel, to sveisehoder 112 i diametralt motsatte posisjoner. Sveisehodene 112 er montert for bevegelse rundt føringsbanen 114 og deres bevegelse blir omhyggelig kontrollert. Hvert sveisehode er selv av en spesiell konstruksjon som beskrevet nedenfor med henvisning til figurene 5 og 6.

Hvert sveisehode 112 er forbundet med en fleksibel navlestrengkonnektor 115 til sitt eget tilførselsutstyr 116 som er opphengt fra en overliggende karusell 125 som er roterbar rundt en vertikal akse 108 som krysser den langsgående akse 101a av den øvre ende av rørledningen 101, og er skråstilt til denne. I det spesielle eksempel som er illustrert, er skråvinkelen 20 grader, men man vil forstå at denne vinkelen kan variere.

En plattform 151 er anordnet nedenfor karusellen, på hvilken brukeren av utstyret kan stå. Plattformen 151 har en sentral åpning 151a gjennom hvilken rørledningen 101 passerer. Plattformen 151 forblir stasjonær når sveisehodene og tilførselsutstyret opphengt fra karusellen roterer, slik at en bruker som ønsker å se på sveisehodet må gå rundt plattformen 151. Tilførselsutstyret 116 omfatter gassylindere (omfattende noen som inneholder argon og noen som inneholder karbondioksid), elektrisk genereringsutstyr for å frembringe den elektriske kraft som er nødvendig for hvert sveisehode, og annet utstyr etter behov. Det andre utstyret kan omfatte en tilførsel av sveisewire som blir matet til de respektive sveisehoder gjennom konnektoren 115.

Som man lett kan se på figur 4, er en overliggende karusell 125 montert på en ramme 152 som er glidbart montert via hjul 153 på en fast støtteramme 154 vist i brutt linje på figur 4, hvorved karusellen 125 kan beveges horisontalt bort fra sin operative posisjon, vist på figurene 3 og 4, til en posisjon som er klar av rørledningen 101. Dette kan være nyttig, f.eks. hvis det er ønsket å utføre andre operasjoner på en rørledningsskjøt.

Rammen 152 bærer en sirkelrund føringsbane 155 avbrutt i et område 156 for å tillate føringsbanen å bli trukket tilbake horisontalt på rammen 152 selv om det er en rørseksjon som passerer vertikalt gjennom banen. Karusellen 125 er montert for rotasjon på føringsbanen 155 ved hjul 157, de fleste av hvilke roterer rundt horisontale akser, men to av hvilke (betegnet 157a på figur 4) roterer rundt vertikale akser. Man vil forstå, at skjønt føringsbanen strekker seg rundt og bare en del av rørseksjonen, er karusellen 125 i stand til å rotere gjennom fulle 360 grader.

Karusellen 125 vist på figurene 3 og 4 er utstyrt for operasjon av fire sveiselamper (i dette spesielle eksempel to sveisehoder, som hvert har to lamper). Karusellen har således fire sett av tilførselsutstyr omfattende gassylindere 119a, 119b, 119c og 119d for hvert av sveisehodene, elektrisk styring og/eller genereringsutstyr 120a, 120b, 120c og 120d og sveisewiretilførsler 121a, 121b, 121c og 121d.

Prosedyren for å sveise en rørseksjon på toppen av en rørledning skal nå beskrives, med begynnelsen fra den situasjon ved hvilken den øvre ende av rørledningen er festet i posisjon og en rørseksjon blir holdt ved klemmer i anlegg med og koaksialt innrettet med den øvre ende av rørledningen, og en sveiseenhet er festet i posisjon slik at sveiselampene av sveisehodene blir innrettet med sporet ved forbindelsen av rørseksjonen og en øvre ende av rørledningen (se figurene 3 og 4). Klemmene omfatter en intern klemme som omfatter kjøleringen 1 illustrert skjematisk på figurene 1 og 2.

Sveisingen mellom rørseksjonene kan bli utformet i en kontinuerlig operasjon. Hvert av sveisehodene 112 blir drevet på sin respektive bærer rundt føringsbanen 114 med samme rotasjonshastighet. Samtidig blir karusellen 125 drevet med tilnærmet samme rotasjonshastighet rundt aksen 108. Tilførselsutstyret 116 for hvert hode 112 forblir således i hovedsak radielt innrettet med sitt hode; som følge av skråstillingen av rørledningen, er det noe bevegelse av hodet mot og bort fra utstyret 116, men dette blir tatt vare på ved bevegelse av den fleksible konnektor 115.

Fra begynnelsen, som allerede beskrevet, blir sveisematerialet lagt ned i det innerste området av sporet (dette trinnet er kjent som rotpassering), men når rotasjonen fortsetter og et sveisehode kommer til en del av sporet som allerede har passert av et annet hode blir sveisingen bygd opp mot den ytterste del. Etterfølgende lag av sveisematerialer blir lagt ned i etterfølgende passeringer. Med to sveisehoder som hver legger ned separate lag av sveisemateriale, blir således hvert lag av sveisemateriale lagt ned under 180 grader bevegelse av hvert sveisehode rundt rørledningen, slik at for hver komplett omdreining av sveisehode rundt rørledningen, blir sveisematerialet som sist ble lagt ned er kjent som hetten, og dette trinn (den siste passering) er således kjent som hettepasseringen. Leggingen av hettesveisingen blir imidlertid utført av et enkelt sveisehode.

Med henvisning til figur 2, i samsvar med kjente teknikker, er det anordnet en ringformet bakkingsplate av kobber 13 montert på skoene av klemmen (ikke vist) anordnet for å holde den øvre ende av rørledningen 6. Kobberplaten 13 er plassert inne i rørene 5, 6 slik at den dekker skjøten mellom rørene 5, 6. Kobberplaten 13 er anordnet til å hjelpe med å legge ned rotsveisingen og i det minste det andre lag av sveisemateriale. Bakkingsplaten 13 blir fjernet etter at det første lag av sveisematerialet er påført.

Med henvisning til figurene 1 og 2, under rotpasseringen (dvs. den første passering) blir ikke noe kjølefluid passert ut av dysene 2. Så snart den andre passering er fullført (dvs. to lag av sveisemateriale er lagt ned, som vanligvis er etter omkring 70 til 100 sekunder), blir luft ført ut av dysene 2 mot den indre overflate av rørledningen. Luften, fra begynnelsen ved omgivelsestemperatur, blir pumpet fra kjølefordelingen og pumpen 4 via linjer 3 til dysene 2, og fra dysene mot sporet 7. Luften hjelper med kjøling av rørene i området av sporet 7 på en forholdsvis mild måte. Ved dette trinn blir kjølingen av materialet for det meste ved hjelp av varme som blir ledet bort av selve rørene.

Så snart den fjerde sveisepassering er fullført, som vanligvis er etter omkring 130 til 160 sekunder, istedenfor pumping av luft til dysene, blir vann pumpet til dysene 2 (den situasjonen som er illustrert ved figur 2). Vannet kommer ut av dyseutløpene 2a som atomisert vann, og blir rettet generelt mot sporet 7 (dirigert generelt nedover som sett på figur 2) som illustrert på figur 2 ved piler 10 (bare vist på den høyre siden av figur 2 for klarhets skyld). Vinkelen av konen som definert ved sprayen av vann (nær utgangen av dysen) er omkring 120 grader. Vann blir sprayet jevnt over et forholdsvis stort overflateområde av det indre av rørledningen. Vannet, fra begynnelsen ved omgivelsestemperatur, blir pumpet med et trykk på omkring 1 bar over atmosfærisk trykk og med en rate på omkring 2 liter per minutt, fra kjølemiddelfordeleren og pumpen via linjene 3 (de samme linjer 3 som brukt til å pumpe bare luft) til dysene 2. Vannet hjelper med kjøling av rørene 5, 6 i området av sporene 7. Spesielt, vil vannet ved kontakt med en varm overflate av et rør (eller kobberplaten 13 hvis den fremdeles er til stede) fordampe, og blir omformet til steam (representert ved prikkede piler 11 - bare vist på venstre side av figur 2 for klarhets skyld), som passerer opp gjennom det indre av rørledningen. Den ekstra energi som tas fra rørledningen nødvendig for å omforme det flytende vann til steam, hjelper videre med kjølingsprosessen. Steamen avkjøles mens den stiger, og kondenseres tilbake til vann, f.eks. ved kontakt med en kjølig overflate av rørledningen. Slikt vann (representert ved piler 12 - bare vist på venstre siden på figur 2 for klarhets skyld) passerer så under tyngdekraften ned langs innsiden av rørledningen 5 og kan så igjen fordampes når den når tilstrekkelig varmt indre overflate av rørledningen (eller kobberplaten 13 hvis den fremdeles er til stede). En slik syklus av fordampning, kondensering og gjenfordampning hjelper videre med avkjøling av rørene 5, 6 i området av sporet 7.

Under sveiseprosessen er sveisepoolen ved en temperatur på omkring 1005 °C, men den indre røroverflate i området av sporet har et område (som kan bevege seg når sveisehodet beveger seg) hvor temperaturen er under 160 °C. I en avstand på 37 mm fra sporet, er den gjennomsnittelige temperaturen ved et gitt tidspunkt av røret under 240 °C på utsiden av røret, og under 150 °C på innsiden av røret.

Etter at hettepasseringen er fullført og sveisingen derfor har stoppet, blir vann fremdeles pumpet ut av dysene for å kjøle rørledningen ytterligere, slik at den ikke-destruktive testing (NDT) av sveiseskjøten kan utføres. Totalt blir over åtter liter av vann pumpet fra kjølepumpen og fordeleren 4 over en periode på over 5 minutter.

Med henvisning til figurene 3 og 4, under hele sveiseprosessen kan rotasjonshastigheten av både sveisehodene 112 og karusellen 125 være konstant. Om ønsket, kan retningen av rotasjon av sveisehodene og karusellen bli reversert periodisk, skjønt man vil forstå at slik reversering ikke er nødvendig fra det standpunkt å opprettholde sveisehodene nær deres respektive tilførselsutstyr. Så snart sveiseskjøten er komplettert, kan sveiseenheten 111 bli utløst fra rørledningen, og ytterligere lengder av rørledning tillatt å passere ut fra fartøyet og prosessen kan gjentas med toppen av rørseksjonen som da definerer enden på rørledningen.

Et sveisehode skal nå beskrives med henvisning til figurene 5 og 6. Med henvisning til figur 5, er det vist i spesielt tverrsnitt, endene på rørene 202, 204 som skal sveises sammen, og et skjematisk sideriss av et sveiseapparat 210 som har to buesveisingslamper 201 (bare en av hvilke kan ses på figur 1) og sveising av rørene 202, 204 sammen. Sveiselampen er av den velkjente GMAW (gassmetallbuesveising) og kan enten være av typen som brukes i MAG (metallaktiv gass) sveising eller den type som brukes i MIG (metall inert gass) sveising. Gassen som brukes kan f.eks. være karbondioksid. Det må forstås at sveiseapparatet 210 tilsvarer et av sveisehodene 112 vist på figurene 3 og 4 og til sveisehodet 9a vist på figur 2 og rørene 202 og 204 tilsvarer rørledningen 6 på figur 2 (eller 101 på figurene 3 og 4) og rørseksjonen 5 på figur 2 (eller 102 på figurene 3 og 4).

Rørene 202, 204 er anordnet med aksene på linje med hverandre, og endene 226, 227 nær hverandre. Endene 226, 227 av rørene er avfaset slik at når de bringes sammen, definerer de et perifert ytre spor 228 (sporet 7 på figur 2 eller sporet 103 på figur 3). En bane 206 (tilsvarende banen 114 på figurene 3 og 4) er fast montert som en enkelt enhet på venstre rør 302 (som sett på figur 5). Banen 206 strekker seg perifert rundt røret 202. Banen 206 har to føringsbaner 229,230 som strekker seg rundt røret 202. Sveiseapparatet 210 er montert for bevegelse langs banen 206. Hjulene 205 er roterbart montert på en baseplate 207 av sveiseapparatet 210. Hjulene 205 engasjeres med føringsbanene 229, 230 og letter den styrte bevegelse av apparatet 210 langs banen 206. En av banene 230 frembringer også et tannrack som strekker seg rundt røret. Et tannhjuldrev (ikke vist) montert for kontakt med racket, blir drevet slik at apparatet kan bli drevet rundt røret 202. Det drevne tannhjuldrev kan bli rotert via et drevent kjede, som i sin tur er drevet av en steppermotor, eller lignende drivkilde (ikke illustrert). Banen 206 er så plassert på røret 202 at sveiselampene 201 for apparatet 210 hver er plassert direkte over sporet 228. En slik fremgangsmåte for plassering av en bane og et sveiseapparat på et rør slik at lampen for sveiseapparatet blir korrekt posisjonert over sveiseskjøten som skal utformes er vel kjent, og er derfor ikke beskrevet i ytterligere detalj her.

I bruk, blir apparatet 210 drevet rundt rørene 202, 204 og sveiselampene 201 blir operert og styrt slik at de påføres sveisemateriale i sentrum av sporet 228 for å danne en sveiseskjøt 203. Sveiselampene er anordnet ved siden av hverandre. Når apparatet startes opp, blir den første lampen (den lampen i fronten i forhold til den første bevegelsesretning for lampene) blir operert først, og den andre lampen blir ikke operert før den når starten på sveisematerialet påført av den første lampen. Deretter, når apparatet 210 passerer langs sporet 228, blir sveisematerialet påført i sporet ved den første lampen og en kort tid deretter blir ytterligere sveisemateriale påført på toppen av dette ved den andre lampen, for å dermed utforme sveiseskjøten 203. Apparatet 210 utfører flere passeringer og påfører ytterligere lag av sveisemateriale i sporet for å sammenføye rørene. Sveiseapparatet 210 kan rotere i begge retninger rundt omkretsen av rørene 202, 204, om ønsket. Begge sveiselampene 210 virker på lignende måte. Den følgende beskrivelse angår bare en av de to lampene, men man vil forstå at den andre lampen funksjonerer på hovedsakelig samme måte. Sveisewiren 209 blir kontinuerlig matet fra en spole 211 av wire til lampen 201. Sveisewiren 209 blir avviklet fra wirespolen 211 ved hjelp av en trekkanordning 214 som leder wiren 209 via et føringsrør 208 til en strekkanordning 212, hvorfra wiren blir matet inn i lampen 201. Sveisingen av rørene 202 og 204 ved sveiselampen blir styrt av et automatisk føringssystem. Et egnet føringssystem er beskrevet i vår internasjonale patentsøknad publisert under nr. WO 00/38871. Føringssystemet leder sveiselampen ved å sikre elektriske parameterverdier til spenningsbueimpedans, men er ikke beskrevet i ytterligere detalj her.

Figur 6 viser skjematisk en modifisert form for sveiseapparat 310. Apparatet 310 virker på lignende måte som apparatet 210 beskrevet ovenfor. Sveiselampene 301 er innrettet slik at når apparatet 310 er montert på et rør (ikke vist på figur 6), peker de begge mot den samme perifere linje som strekker seg rundt røret. Hjulene 305 er anordnet for kontakt med føringsbanen (ikke vist på figur 6), som under bruk strekker seg rundt et av rørene som skal sveises. Hovedforskjellen mellom apparatet 310 og apparatet 210 skal nå beskrives. Sveisewiren (ikke vist) for apparatet 310 er ikke anordnet på den bevegelige del av apparatet, men er isteden montert på et sted fjernt fra apparatet, og matet fra det fjerne sted via et føringsrør (f.eks. en konnektor 115 som vist på figur 3), til sveiseapparatet mens det beveger seg rundt røret. Sveiselampene 301 er hver vannkjølet. Vannet blir pumpet rundt et kjølingssystem (ikke vist) omfattende deler av lampen. Vannet, oppvarmet ved den opererende lampe, passerer inn i en varmeveksler, så som en radiator, slik at det blir avkjølt.

Forskjellige eksperimenter har vært utført for å bedømme temperaturvariasjonene på røret når man bruker en kjølingsmetode ifølge den ovenfor beskrevne utførelse. Når man sveiser rørene sammen, ble avlesninger tatt fra 10 K-type termoelementer montert på rørets overflate, fire på den indre overflate og seks på den ytre overflate. Termoelementene som ble brukt hadde hver en måleoverflate i kontakt med rørene, på 25 mm x 25 mm. Termoelementene var elektrisk isolert, med måleputen (overflaten av termoelementet i kontakt med røret) var sveiset til røret. Signaler fra hvert termoelement ble matet til en signalforsterker (en forsterker fremstilt av Hottinger Boldwin Messtechnik, modell nr. HBM PUM 100). Det operative måleområdet for hvert termoelement var fra 22 °C til 400 °C. Usikkerheten i målingene tatt ved termoelementene ble beregnet til å være i størrelsesorden +/-1 °C. De målte temperaturer ble periodisk logget elektronisk, med andre parametere i forbindelse med utførelsen av oppfinnelsen omfattende lufttrykk (av luften frembrakt for kjøling) og kjølevanntrykk og strømningsmengde, sammen med en indikasjon av tiden. Alle parametrene spesielle for den foreliggende utførelse ble logget på konvensjonelle loggeapparater brukt til å logge sveiseparametere, og slike ytterligere parametere ble også målt og logget, hvor disse ytterligere parametrene omfatter buespenning, buestrøm, den beregnede varmeinngang og mange andre.

Termoelementene ble montert i par, hvert par atskilt ved 60 grader rundt røret, for de første, andre og tredje par ble montert med sentrum av puten på termoelementet henholdsvis 22 mm, 37 mm og 87 mm fra skjøten mellom rørene på utsiden av røret, og de fjerde og femte par var montert med senteret ved 32 mm og 87 mm fra skjøten på innsiden av røret. (Hver av de nevnte avstander angår den avstanden mellom sentrum av termoelementets pute og sentrum av skjøten mellom rørene slik at avstanden av atskillelsen av den nære kant av puten på hvert termoelement fra skjøten av rørene var, for de nevnte par, henholdsvis 10 mm, 25 mm, 75 mm, 20 mm og 75 mm).

Et første eksperiment brukte tre sveisehoder, hvor hvert sveisehode hadde dobbelte lamper, hvor luft bare ble innført på de tredje og fjerde sveisepasseringer og atomisert vann ble innført på de resterende passeringer. Hettepasseringen ble lagt med en enkelt sveiselampe. Omgivelsestemperaturen (luft) var 16 °C, og røret hadde vært foroppvarmet til 35 °C. Rørene ble frembrakt av produsenten British Steel of United Kingdom and Kawasaki Steel of Japan (dvs. BS/KAW rør) og rørene og fyllewirene som ble brukt var "ESAB 12,66" wire fremstilt av det svenske kompani ESAB. Sveisetiden var 6 minutter og 28 sekunder, og luft ble bare innført etter 1 minutt og 28 sekunder og vann ble brukt etter 2 minutter og 33 sekunder (opp til og etter at hetten hadde vært lagt). Ved slutten av sveisingen var temperaturen målt ved hetten omkring 125 °C, og 3 1/2 temperaturen øket litt, men forble omtrent den samme. Topptemperaturen nådd a) ved 22 mm fra skjøten på utsiden av røret var omkring 210 °C, b) ved 37 mm fra skjøten på utsiden av røret, var omkring 140 °C, c) ved 87 mm på utsiden av røret var omkring 110 °C, d) ved 32 mm på innsiden var omkring 120 °C og e) ved 87 mm på innsiden av røret var omkring 100 °C.

Et annet eksperiment i likhet med det som er beskrevet ovenfor, ble utført på et rør fra produsenten Sumitomo Metal Industries av Japan og Kawasaki Steel (dvs. SUM/KAW rør) også ved bruk av "ESAB 12,66" fyllewire. Omgivelsestemperaturen i dette tilfellet var 18 °C, og røret hadde vært foroppvarmet til 50 °C, og luft ble innført etter 1 minutt og 44 sekunder etter sveisingen, og vann ble innført etter 2 minutter og 20 sekunder, og sveisingen ble fullført på 7 minutter og 55 sekunder. Ved slutten av sveisingen ble temperaturen, målt på hettesveisingen, 140 °C. Etter 10 minutter fra begynnelsen av sveisingen hadde hettetemperaturen falt til omkring 100 °C. Topptemperaturene målt gjennom sveiseprosessen ved de forskjellige termoelementer var som følger: a) på utsiden ved 22 mm: 230 °C, b) på utsiden ved 37 mm: 175 °C, c) på utsiden ved 87 mm: 90 °C, d) på innsiden ved 32 mm: 120 °C, og e) på innsiden ved 87 mm: omkring 80 °C.

Eksperimenter ble også utført ved å ta målinger av temperaturer med sveising uten bruk av kjølesystem ifølge den foreliggende oppfinnelse. Hettetemperaturen etter sveising i et slikt tilfelle ble målt til å være mellom 380 °C og 400 °C, avtagende etter 10 eller 11 minutter til omkring 280 °C til 290 °C. Topptemperaturene som ble nådd under sveisingen tilsvarende de ovennevnte posisjoner var gjennomsnittlig som følger: a) på utsiden ved 22 mm omkring 310 °C, b) på utsiden ved 32 mm omkring 260 °C, c) på utsiden ved 87 mm omkring 150 °C, d) på innsiden ved 32 mm omkring 250 °C, og e) på innsiden ved 87 mm omkring 130 °C.

Som man vil merke fra de temperaturer som er nevnt ovenfor, vil kjølesystemet ved utførelsen av den foreliggende oppfinnelse betydelig redusere temperaturen i området av skjøten. Mens eksperimentet henvist til ovenfor omfattet et trinn med forvarming av rørene, vil man forstå at et slikt trinn ikke er nødvendig når man utfører fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse.

Man vil forstå at forskjellige modifikasjoner eller forbedringer kan gjøres på utførelsene av oppfinnelsen beskrevet ovenfor uten å avvike fra oppfinnelsens omfang. F.eks., mer enn to sveisehoder kan anordnes. Fortrinnsvis er tre sveisehoder anordnet, hvor hvert hode har to lamper. Hvis tre hoder er anordnet, selv om et av dem blir skadet, kan de andre to brukes samtidig og alene muliggjøre en betydelig økning i sveisehastigheten. Hettesveisingen kan påføres ved en, to eller muligens mer enn to sveiselamper.

Istedenfor å anordne en overliggende karusell, kan en roterende plattform på toppen av hvilket utstyret er montert, bli anordnet på en måte i likhet med det roterende bord illustrert i WO 00/38871. Karusellen 125 kan utstyres som en overliggende karusell uten en anordning for å muliggjøre at karusellen blir trukket tilbake mens en rørseksjon fremdeles er til stede og strekker seg vertikalt gjennom den. Passende styringsanordninger kan frembringes for å synkronisere rotasjonen av karusellen 125 og sveiseenheten 111, og man kan se, at om ønsket, kan graden av operatørinvolvering i prosessen bli meget begrenset.

Istedenfor bare å bruke vann som kjølevæske, kunne tilsetninger bli inkludert i kjølevæsken, eller en annen kjølevæske kunne brukes. F.eks., alkohol kunne danne i det minste en del av kjølevæsken. Kjøleringene kunne brukes samtidig, en ovenfor sporet og en nedenfor.

Claims (34)

1. Fremgangsmåte for å legge en rørledning under vann, i hvilken rørseksjoner blir sveiset sammen for å danne rørledningen, hvor fremgangsmåten omfatter de følgende trinn holding av en ende av en rørledning, anordning av en rørseksjon for å forlenge rørledningen, anordning av rørseksjonen nær den nevnte ende av rørledningen og dermed definere en perifer skjøt som skal sveises, anordning av et antall sveisehoder, hvor hvert hode har minst en sveiselampe, og anordning av sveisehodene rundt den perifere skjøt, sveising av rørseksjoner til rørledningen ved samtidig operering av sveisehodene og å beveging av sveisehodene langs den perifere skjøt,karakterisert vedat rørseksjonen er laget av stål som har et karboninnhold på mindre enn 0,1 vekt%, og under sveisetrinnet, blir rørene avkjølt i området av den perifere skjøt ved hjelp av innføring av en kjølevæske i kontakt med den indre overflate av rørledningen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat den gjennomsnittlige tykkelse av metallveggen av rørseksjonen er større enn eller lik 25 mm.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller krav 2,karakterisert vedat rørseksjonen er laget av stål med et karboninnhold på mellom 0,025 vekt% og 0,075 vekt%.

4. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav,karakterisertved at rørseksjonen er laget av stål med et karboninnhold på mellom 0,04 vekt% og 0,06 vekt%.

5. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav,karakterisertved at trinnet med å kjøle rørene blir utført slik at overflatetemperaturen av det sveisede materialet utformet av et gitt sveisehode ved i det minste et lokalt område faller fra en temperatur på mer enn 1000 °C til under 300 °C før neste gang det samme sveisehode sveiser over det samme lokale området.

6. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav,karakterisertved at trinnet med å kjøle rørene i området av den perifere skjøt blir utført slik at gjennom hele sveisetrinnet, er det alltid minst ett område langs den perifere skjøt som har en temperatur under 300 °C.

7. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav,karakterisertved at trinnet med avkjøling av rørene i området med den perifere skjøt blir utformet slik at den gjennomsnittlige temperatur av et tverrsnitt av rørseksjonen i en avstand på 32 mm ovenfor den perifere skjøt er mindre enn 250 °C.

8. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav,karakterisertved at minst en parameter relatert til sveisingen blir målt og elektronisk logget over tid.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8,karakterisert vedat temperaturen av røret ved et gitt område av røret blir målt og elektronisk logget over tid.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 8 eller krav 9,karakterisert vedat i det minste et antall av de følgende parametere blir målt under utførelsen av fremgangsmåten trykket av kjølevæsken, strømningsraten for kjølingsvæsken, trykk og/eller strømningsrate for andre kjølefluida levert og/eller en skjermingsgass levert, sveisespenning, strøm, lampehastighet, sveisebueoscillasjonsfrekvens, sveisebueoscillasjonsamplitude (eller bredde).

11. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat under sveisetrinnet i det minste noe sveisemateriale i den perifere skjøt har en temperatur på mer enn 1500 °C.

12. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat kjølevæsken omfatter vann.

13. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat kjølevæsken i kontakt med den indre overflate av rørledningen er en atomisert væske.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 13,karakterisert vedat kjølevæsken blir sprayet ut av et antall dyser.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 14,karakterisert vedat det er minst seks dyser.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 14 eller krav 15,karakterisert vedat den vinkel ved hvilken væsken blir sprayet ut fra hver dyse er mer enn 1 steradian.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 16,karakterisert vedat vinkelen er større enn 2 steradianer.

18. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 14 til 17,karakterisertved at diameteren av hver dyse ved det området fra hvilket væsken blir sprayet er mindre enn 2 mm.

19. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst kravene 14 til 18,karakterisert vedat et antall dyser er anordnet i fast forhold til hverandre.

20. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 14 til 19,karakterisertved at et antall av dysene er anordnet som en ring av dyser.

21. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 14 til 20,karakterisertved at dysene er anordnet på en intern klamme brukt til å hjelpe med innretningen av rørledningen og rørseksjonen i et i hovedsak fast forhold til hverandre.

22. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat kjølevæsken strømmer langs i det minste en ledning fra en kilde til det indre av rørledningen og trykket av kjølevæsken i rørledningen er minst 0,5 bar over atmosfærisk trykk.

23. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat under sveisetrinnet, blir kjølevæske innført i rørledningen i en rate som er større enn 1 liter per minutt.

24. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat kjølevæsken blir innført bare etter at en rotsveis er fullført.

25. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat kjølevæsken blir innført bare etter minst tre lag av sveisemateriale er påført.

26. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat før væsken blir innført og etter at rotsveisingen er komplettert, blir rørene avkjølt i området av den perifere skjøt ved hjelp av innføring av en kjølegass.

27. Fremgangsmåte ifølge krav 26 når det avhenger av noen av kravene 14 til 21,karakterisert vedat kjølegassen passerer ut av det samme antall dyser ut av hvilke kjølevæsken blir passert.

28. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat kjølevæsken fortsetter å bli innført i rørledningen etter at sveisetrinnet er fullført.

29. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat mer enn fire sveiselamper er anordnet.

30. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat minst ett sveisehode omfatter et antall sveiselamper.

31. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat fremgangsmåten videre omfatter det trinn å anordne en roterende utstyrsholder montert for rotasjon rundt en generelt vertikal akse, og med en sentral åpning gjennom hvilken rørseksjoner kan passere når rørledningen blir lagt, hvor antallet sveisehoder er vinkelmessig atskilt rundt den roterende utstyrsholder, hvor hvert hode er forbundet med en respektiv sektor av den roterende utstyrsholder, og festing av sveisehodets føringsenhet rundt rørseksjonen eller rørledningen, hvor føringsenheten omfatter en føringsbane for å lede bevegelsen av hvert av sveisehodene rundt rørseksjonen, hvor den respektive sektor av roterende utstyrsholder er i stand til å revolvere rundt rørseksjonen mens det tilhørende sveisehode revolverer rundt rørseksjonen.

32. Fremgangsmåte ifølge krav 31,karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter det trinn å rotere den roterende utstyrsholder under den samtidige operasjon av sveisehodene for å begrense enhver variasjon i posisjonen av hvert sveisehode i forhold til den roterende utstyrsholder.

33. Sveiseapparat for bruk i en fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, hvor apparatet omfatter en rørholdeanordning som er i stand til å holde enden på rørledningen og gjøre det mulig for rørseksjonen å bli anordnet nær den nevnte ende av rørledningen og dermed definerer den perifere skjøt som skal sveises, et antall sveisehoder, hvor hvert hode har minst en sveiselampe, for å sveise rørene sammen i området av den perifere skjøt,karakterisert vedat kjøleanordning i stand til å innføre en kjølevæske til kontakt med den indre overflate av rørledningen under sveisetrinnet, og dermed kjøle rørene i området med den perifere skjøt.

34. Rørleggingssett omfattende et rør-sveiseapparat ifølge krav 33 og et antall rørseksjoner,karakterisert vedat hver rørseksjon er laget av stål som har et karboninnhold på mindre enn 0,1 vekt%.