BR112012019300A2 - engrenagem de anel com base do sistema de soldagem. - Google Patents

Abstract

  SISTEMA DE SOLDAGEM BASEADO EM ENGRENAGEM DE ANEL Sistema de soldagem tendo um carro base de deslocamento, um mecanismo de posicionamento do carro engrenando o carro base; e um conjunto de engrenagem de anel montado no carro base. O conjunto de engrenagem de anel deve incluir: (i) duas seções de meio anel, cada uma tendo pelo menos uma trilha de engrenagem; (ii) um suporte da engrenagem de anel ligando cada uma das seções de meio anel ao carro base, em que os suportes da engrenagem de anel permitem as seções de meio anel separar e guiar as seções de meio anel no engate correspondente. O sistema também inclui pelo menos um conjunto da cabeça de soldagem montada no conjunto de engrenagem de anel. O conjunto da cabeça de soldagem inclui: i) um maçarico de soldagem; ii) um posicionador do maça-rico, e iii) um sensor de posição. Um controlador do sistema é programado para controlar pelo menos o mecanismo de posicionamento do carro e o conjunto da cabeça de soldagem a fim de realizar as etapas de: (i) definir uma velocidade do carro base para se aproximar o movimento lateral da junção do tubo a fim de manter a posição do conjunto da cabeça de soldagem aproximadamente na junção do tubo; e (ii) ajustar um percurso do maçarico de soldagem para acomodar uma geometria da junção do tubo como detectado pelo sensor de posição.

Description

“SISTEMA DE SOLDAGEM BASEADO EM ENGRENAGEM DE ANEL” Campo da Invenção.

[0001] A presente invenção se refere, em geral, à soldagem das junções do tubo e, em particular, aos métodos automatizados para a soldagem das junções do tubo. Antecedentes da Invenção.

[0002] Quando colocando uma tubulação no mar é habitual soldar, em uma balsa de lançamento de tubo, seções do tubo individuais em uma coluna de tubo (com a coluna de tubo principal em direção ao fundo do mar). A coluna de tubo é sob grande tensão ao mesmo tempo que sendo colocada e soldada as junções devem ser suficientemente forte para suportar as elevadas forças impostas nas junções soldadas. Cada vez um tubo é soldado a outro tubo, os testes extensivos são feitos para assegurar que a qualidade da junção de soldagem formada é suficiente. A força de uma junção de soldagem depende de vários fatores, um sendo a geometria do percurso traçado pelo ponto de contato do arco em relação às superfícies dos tubos a serem unidos. Se o ponto de contato do arco não é rigorosamente controlado, a qualidade da soldagem pode ser insuficiente.

[0003] Um método convencional de soldagem de tubos juntos envolve chanfrar as extremidades dos tubos de modo que quando os tubos são dispostos coaxialmente no que diz respeito um ao outro imediatamente antes do início do processo de soldagem, uma ranhura externa circunferencial é definida entre os dois tubos. Um carro é montado em um dos tubos para o movimento em torno da circunferência dos tubos a serem unidos, por exemplo, um sistema convencional "bug & band". Um maçarico de soldagem é montado no carro e o mecanismo é assim disposto de modo que a extremidade do eletrodo de metal do maçarico seja oposta e relativamente perto da ranhura circunferencial. O carro é movido em torno da circunferência do tubo e o maçarico é operado a fim de que um arco seja direcionado para dentro da ranhura. O arco é manualmente guiado e/ ou por meio de vários sensores mecânicos para guiar o arco tão precisamente quanto possível ao longo do comprimento da ranhura. O processo de soldagem de modo geral leva a várias passagens e muitas vezes as passagens são realizadas por meio de uma série de estações de soldagem sequencialmente posicionadas em uma balsa de lançamento de tubo.

[0004] Na colocação do tubo, o processo de soldagem é altamente repetitivo exigindo a soldagem de centenas de junções do tubo por dia com múltiplas passagens em cada junção do tubo. Por esse motivo, até mesmo pequenos aumentos na velocidade do ciclo individual de soldagem para cada junção do tubo podem resultar em significantes economias operacionais. Breve Descrição dos Desenhos.

[0005] A Figura 1 é uma vista isométrica de uma modalidade do sistema automatizado de soldagem da presente invenção.

[0006] A Figura 2 é uma vista de frente do sistema de soldagem visto na Figura

1.

[0007] A Figura 3 ilustra um conjunto de engrenagem de anel na posição separada.

[0008] As Figuras 4A e 4B são as visões ampliadas de uma modalidade do conjunto da cabeça de soldagem.

[0009] A Figura 5 ilustra uma vista transversal do conjunto de engrenagem de anel.

[0010] A Figura6 ilustra uma modalidade do mecanismo de posicionamento do carro.

[0011] A Figura7 é uma vista isométrica de uma modalidade alternativa da presente invenção.

[0012] AFigura8é uma vista de trás da modalidade da Figura 7.

[0013] A Figura 9 ilustra a Figura 7 da modalidade de soldagem da junção de duas seções do tubo.

[0014] A Figura 10 é um diagrama do componente de um mecanismo de controle para as modalidades ilustradas.

[0015] A Figura 11 é o fluxograma ilustrando um exemplo da sequência operacional de certas modalidades da presente invenção.

[0016] A Figura 12 ilustra uma terceira modalidade do conjunto de engrenagem de anel da presente invenção. Descrição Detalhada das Modalidades Selecionadas.

[0017] A Figura ilustra uma modalidade do sistema automatizado de soldagem

1. Esta modalidade de modo geral compreende um carro base de deslocamento 2, um conjunto de engrenagem de anel 10, e um ou mais conjuntos de cabeça de soldagem 12 montados no conjunto de engrenagem de anel 10. Na Figura 1, os principais componentes de carro base de deslocamento 2 consistem, de modo geral, em dois compartimentos laterais 7A e 7B e a placa frontal 8 fixada na plataforma de deslocamento 3. Tipicamente, uma placa de chão 5 é posicionada em uma superfície de uma área de soldagem ou estação de soldagem. Em uma modalidade, esta superfície é um convés de uma balsa de colocação de tubo ou outro navio marítimo. De qualquer modo, a placa de chão 5 pode também esta posicionada em qualquer localização com base na terra. Quando a placa de chão 5 está posicionada em uma balsa de colocação de tubo, a placa de chão 5 deve normalmente estar localizada em uma localização ou "estação de soldagem” na balsa em que o tubo é destinado a ser soldado. Muitas vezes haverá múltiplas estações de soldagem em uma balsa e um sistema de soldagem 1 pode estar posicionado em cada estação de soldagem. Como visto nas Figuras 1 e 2, a plataforma itinerante 3 é capaz de se mover ao longo da placa de chão 5 através do transporte ferroviário 42 percorrendo os trilhos guias 43. Como sugerido pela vista de extremidade da Figura 2, o corte transversal deste exemplo de trilho guia 43 produz uma forma convencional de junção de encaixe para assegurar encaixe seguro com o transporte ferroviário 42.

[0018] Muitas modalidades do sistema de soldagem devem incluir um mecanismo de posicionamento do carro, um exemplo o qual é visto na Figura 6B. O mecanismo de posicionamento do carro 45 transmite o movimento lateral (isto é, o movimento para trás e adiante ao longo da seta direcional 52 na Figura 6B) entre a placa fixa de chão 5 e a plataforma itinerante 3. Na modalidade mostrada em Detalhes F da Figura 6B, o mecanismo de posicionamento do carro 45 consiste em trilho estriado 46 sendo engrenado por meio da engrenagem 48, que é por sua vez alimentado pelo motor 47. Se bem que a Figur 6B mostra apenas um motor 47, deve ser entendido que um segundo está escondido da vista e corresponde com a segunda engrenagem 48 vista nas Figuras. Vendo a Figura 2, deve ser evidente de que modo a plataforma itinerante 3 é capaz de percorrer sobre os dois trilhos guias 43 com o encaixe da engrenagem 48 e o trilho estriado 46 fornecendo a força motriz necessária para controlavelmente posicionar o carro base de deslocamento 2, e deste modo o conjunto de engrenagem de anel 10, em qualquer posição lateral ao longo da placa de chão 5.

[0019] Como visto nas Figuras 2 e 3, esta modalidade de conjunto de engrenagem de anel 10 é formada por meio de duas seções de meio anel 16A e 16B e montagens do suporte da engrenagem de anel 75 para ligar as seções de meio anel 16 a placa frontal 8 do carro base 3. Como parte desta modalidade das montagens da instalação 75, cada uma das seções de meio anel 16A e 16B inclui o braço de extensão superior 78A e o braço de extensão inferior 78B. Os braços de extensão 78A e 78B devem engrenar os trilhos guias horizontais 76 que são por sua vez fixos as placas de montagem 79. Como sugerido em detalhes A da Figura 1, um transporte ferroviário 77 é aparafusado em cada braço de extensão 78 de modo que os transportes ferroviários 77 podem deslizar os trilhos engrenados 76, desse modo permitindo as seções de meio anel 16A e 16B para se mover entre as posições aberta e fechada vistas nas Figuras 3 e 2, respectivamente. Nesta modalidade, os trilhos guias 76 e os transportes ferroviários 77 devem ter um acasalamento similar a configuração da junção de encaixe aos trilhos guias 43 e aos transportes ferroviários 42 descritos acima. Esta modalidade de montagens do suporte da engrenagem de anel 75 também fornece um meio para ajustar a altura vertical do conjunto de engrenagem de anel 10 através da ligação de deslizamento das placas de montagem 79 a placa frontal 8 através dos trilhos guias verticais 81. Como sugerido no detalhe B da Figura 1, os trilhos guias verticais 81 (que são orientados substancialmente perpendiculares aos trilhos guias 76) devem ser engrenados pelos transportes ferroviários 77 aparafusados as placas de montagem 79. Em muitas modalidades, um pino, trinco, ou outro mecanismo de bloqueio devem engrenar os trilhos guias e os transportes ferroviários para impedir o movimento relativo entre estes elementos uma vez que eles estão na posição desejada, por exemplo, o conjunto de engrenagem de anel 10 está fixado na altura desejada nos trilhos guias verticais 81.

[0020] As Figuras 2 e 3 ilustram de que modo as seções de meio anel 16A e 16B devem se mover entre uma posição aberta e fechada. Ao mesmo tempo que a modalidade da Figura 2 mostra a "posição fechada" com as seções de meio anel 16A e 16B no contato atual, isto pode não ser necessário para todas as modalidades da invenção. Por exemplo, uma "posição fechada" com uma certa abertura entre as seções de meio anel é possível se o curso dos conjuntos de cabeça de soldagem 12 é limitado a suas respectivas seções de meio anel. De qualquer modo, nas modalidades mais típicas, a posição fechada deve levar as seções de meio anel no encaixe do acasalamento. As seções ilustradas de meio anel 16 de modo geral incluem as superfícies de acasalamento 85 em que as duas seções de meio anel se engrenam uma a outra. Na Figura 3, a superfície de acasalamento deve incluir os membros guias formados das extensões de pino 87 que engrenam as aberturas 88 (veja Detalhe E da Figura 5). De qualquer modo, aqueles versados na técnica devem reconhecer muitas outras técnicas para guiar as seções de meio anel 12 em um poço alinhado ao encaixe. O "encaixe do acasalamento" não é limitado a qualquer estrutura específica e a amostra do encaixe do acasalamento significa as duas seções de meio anel entram juntamente com a tolerância suficiente para permitir os conjuntos de cabeça de soldagem para transversar o ponto de ligação das duas seções de meio anel. Se bem que não especificamente ilustrado, muitas modalidades devem incluir um fecho ou outro mecanismo que bloqueia as seções de meio anel 16A e 16B quando na posição fechada e é liberável para permitir as seções de meio anel para se mover na posição aberta.

[0021] Se bem que a modalidade vista nas figuras contempla o posicionamento manual das seções de meio anel 16A e 16B, nos trilhos guias 76, outras modalidades podem automatizar esta função de posicionamento empregando as engrenagens de rosca, pistão e montagens de cilindro, ou outros mecanismos convencionais ou futuros de posicionamento de desenvolvimento. Da mesma maneira, os trilhos guias 76 e os transportes ferroviários 77 são simplesmente uma forma de montagem da instalação 75 e aqueles versados na técnica devem reconhecer muitas variações óbvias que são destinadas a entrar no escopo da presente invenção.

[0022] A função geral do conjunto de engrenagem de anel 10 é para fornecer um percurso orbital para um ou mais conjuntos de cabeça de soldagem 12. A estrutura específica cujas modalidades ilustradas do conjunto de engrenagem de anel 10 empregar para realizar esta função é melhor vista no Detalhe E da Figura 5. A face aberta do conjunto de engrenagem de anel 10 deve incluir a engrenagem de anel 22, o trilho guia 21, e as saliências externas/ internas 23 A e 23B do conjunto de engrenagem de anel 10, todas as quais são estruturas circulares fixas nas diferentes distâncias radiais a partir do centro do conjunto de engrenagem de anel 10. As Figuras 4 A e 4B ilustram de que modo os conjuntos de cabeça de soldagem 12 devem incluir a placa de montagem arqueada 26 com uma faixa e raio de curvatura que permite a placa de montagem 26 deslizar em um percurso orbital em torno do conjunto de engrenagem de anel 10 entre as saliências 23A e 23B. Se bem que um pouco escondido da vista das figuras, deve ser entendido de modo que o lado reverso da placa de montagem 26 tem uma série de rolos de trilho guia engrenados

21. O detalhe C da Figura 2 mostra a placa de montagem 26 removida, mas ilustra de que modo os rolos 27 devem engrenar o trilho guia 21. O detalhe D da Figura 2 mostra uma vista em corte transversal dos rolos 27 do trilho guia engrenados 21. O detalhe D também sugere de que modo o trilho de esfera 29 formado em cada lateral do trilho guia 21 e que é engrenado por meio de uma ranhura de centro formada nos rolos 27 devem ajudar a manter a placa de montagem 26 de forma segura acoplada ao trilho guia 21.

[0023] Deve também ser evidente a partir das figuras que a placa de montagem 26 forma o ponto de ligação aos outros componentes do conjunto da cabeça de soldagem 12 para o conjunto de engrenagem de anel 10. Um posicionador do conjunto da cabeça de soldagem 17, que na modalidade ilustrada está posicionado no motor 18, deve engrenar a placa de montagem 26. O motor de posicionamento

18 deve ter um eixo que se estende através da placa de montagem 26 e aciona uma engrenagem 19 (veja detalhe C na Figura 2) que engrena a engrenagem de anel 22. As ranhuras da engrenagem 19 devem engrenar os dentes de roda na engrenagem de anel 22 de modo que o torque aplicado pelo motor de posicionamento 18 a engrenagem 19 deve fazer a placa de montagem 26 (e, deste modo, o conjunto da cabeça de soldagem 12) se mover em um percurso orbital ao longo da trilha guia 21. Em uma modalidade, o motor de posicionamento 18 é um modelo no. BM200 disponível pela Aerotech, Inc. de Pittsburgh, PA.

[0024] Embora o detalhe E na Figura 5 ilustra uma modalidade da engrenagem do conjunto de engrenagem de anel 10 e a estrutura da trilha guia, aqueles versados na técnica irão observar que muitas modificações são possíveis. Por exemplo, em vez de ser no perímetro exterior da trilha guia 21, a engrenagem de anel 22 pode alternativamente ser no perímetro interno da trilha guia 21. Alternativamente, podem haver dois anéis 22, por exemplo, uma engrenagem de anel em cada lado da trilha guia 21. Como ainda outra alternativa, uma engrenagem de anel único 22 poderia ser fornecido com duas trilhas guia 21 (por exemplo, uma trilha guia em ambos o perímetro interior e exterior da engrenagem de anel). Estas e outras modificações do conjunto de anel dentado 10 devem ser consideradas dentro do escopo da presente invenção.

[0025] Voltando à Figura 4A, outros componentes do conjunto de cabeça de soldagem 12, direta ou indiretamente posicionados na placa de montagem 26 incluem um maçarico de soldagem 13, dois posicionadores de maçarico 14A e 14B, e um sensor de posição do maçarico 15. Embora o maçarico de soldagem em particular 13 ilustrado na Figura 4A é uma configuração de maçarico dupla, o uso de "maçarico de soldagem", no singular irá referir a qualguer um de uma único maçarico, maçarico dupla, ou configuração do maçarico outro.

[0026] Os posicionadores de maçarico 14A e 14B (como se vê melhor na Figura 4B) incluem um trilho de montagem 36 (também algumas vezes referido como um "estágio linear") e um suporte deslizante 37, que se move ao longo do trilho de montagem 36. Em uma modalidade, posicionadores de maçarico 14A e 14B são atuadores lineares série PRO-115 fabricados por Aerotech, Inc., de Pittsburgh, PA. Na modalidade ilustrada, o trilho de montagem 36 de posicionar de maçarico 14B é aparafusado à placa de montagem 26. Embora oculto na vista das figuras, uma engrenagem sem fim dentro do trilho de montagem 36 engata o suporte deslizante 37 e é girado pelo motor 38, fazendo com que suporte deslizante 37 seja movido ao longo do comprimento do trilho de montagem 36. Pode ser visto na Figura 4B que um lado do suporte de montagem 34 está ligado ao suporte deslizante 37. Anexado ao lado do suporte de montagem 34 está o posicionador do maçarico 14A. Visualizando a Figura 4A, o posicionar de maçarico 14A também tem um trilho de montagem 36 e um suporte deslizante 37 ao qual está anexado maçarico 13. No entanto, pode ser visto que o trilho de montagem 36 para a posição do maçarico 14A é um pouco menor do que aquele para a posição maçarico 14B uma vez que o posicionador de maçarico 14A pode funcionar com uma menor faixa de movimento.

[0027] Com maçarico 13 ligado ao suporte deslizante 37 do posicionador 14A, o maçarico pode mover-se na direção "x" (isto é, paralelo a uma seção de tubo a ser soldada) definido pela referência de coordenadas visto nas Figuras 4B e 5. Da mesma forma, o posicionador 14A está anexado ao suporte deslizante 37 do posicionador 14B, permitindo assim que o posicionador 14A (e, portanto maçarico 13) se mova para frente e para trás na direção "y" mostrada nas Figuras 4B e 5 (ou seja, movendo maçarico 13 radialmente na direção de e para longe da seção de tubo). Devido ao posicionador de maçarico 14B ser fixado à placa de montagem 26, pode ser visto que o caminho orbital de placa de montagem 26 (a direção "z" mostrada na Figura 4B) irá mover maçarico 13 em torno da circunferência de um tubo posicionado através da abertura central 11 do conjunto de engrenagem de anel

10.

[0028] “Como também mostrado na Figura 4A, um sensor de posição 15 é posicionado adjacente ao maçarico 13 no posicionador de maçarico 14A. Nesta modalidade, o sensor de posição 15 é montado diretamente sobre o posicionador de maçarico 14A e, por conseguinte, se move com o maçarico 13. No entanto, em outras modalidades, sensor de posição 15 pode ser montado de forma independente de qualquer posicionador do maçarico (por exemplo, em qualquer área aberta da placa de montagem 26) e não se mover tanto nas direções "y" ou "x". Na modalidade mostrada, o sensor de posição 15 é uma combinação de dispositivos de laser / CCD que pode identificar características de superfície sobre o tubo (por exemplo, a junção entre dois tubos que estão sendo soldados). Tais dispositivos laser / CCD são descritos na Patente Norte-americana No. 6.430.472 que é aqui incorporada por referência na sua totalidade. A modalidade comercial de tal sensor é o sistema de vista a laser AUTO-TRAC & fornecida pelo Servo Robot, Inc. de St-Bruno, Canadá. Sensor de posição 15 fornece dados relativos à posição de maçarico 13 relativa a junção do tubo sendo soldada e permite que um controlador (descrito abaixo) mova o maçarico 13 através dos posicionadores 14A e 14B, no padrão necessário para soldar adequadamente a junção do tubo. A modalidade mostrada na Figura 1 monta os componentes de controle AUTO-TRAC & 68 em compartimento lateral 7. Em modalidades alternativas, o sensor de posição pode ser qualquer técnica de detecção de posição convencional adequada ou a ser desenvolvida no futuro, incluindo detecção através do arco de que detecta uma alteração na tensão do arco com base na distância do maçarico a partir da junção do tubo, ou a detecção mecânicos, que utiliza uma vara ou sonda física em contato com a junção do tubo.

[0029] Diferentes tipos de maçaricos 13 podem ser utilizados com o sistema de posicionamento atual. Tecnologias de soldagem exemplares incluem soldagem por arco metálico de gás (GMAW), soldagem a arco de tungstênio de gás (GTAW), soldagem a arco de cordão de fluxo (FCAW), ou soldagem de feixe de laser (LBW), mas outros convencionais e futuros métodos de soldagem desenvolvidos devem ser considerados no âmbito da presente invenção. O número de conjuntos de cabeça de soldagem posicionados no conjunto de engrenagem de anel 10 podem variar com base em fatores tais como a tecnologia de soldagem empregada e o tamanho do tubo a ser soldado. Para GMAW, uma modalidade emprega dois conjuntos de cabeça de soldagem 12, ao passo que outra modalidade poderia empregar apenas um conjunto de cabeça de soldagem 12 ou possivelmente 3, 4, ou mais conjuntos de cabeça de soldagem 12. Ao utilizar o LBW ou sistemas de soldagem a arco de plasma, modalidades preferidas podem empregar um conjunto de cabeça de soldagem única (mas também poderia empregar os conjuntos de cabeça de soldagem múltiplos).

[0030] A Figura 1 ilustra condutos (ou mangueiras) de fornecimento flexíveis de cabeça de soldagem 40 que se estendem entre os maçaricos 13 e os conjuntos de alimentação de fios 30 que estão posicionados nas paredes dos compartimentos laterais 7. Sempre que o maçarico é o tipo utilizando um fio consumível no processo de soldagem (por exemplo, soldagem de arco de metal a gás), o fio é alimentado através de mangueiras 40 para os maçaricos 13 por conjuntos de alimentação 30 como é conhecido na arte. Um suprimento de fio é tipicamente armazenado em um carretel ou bobina (não mostrado) e é normalmente retirado da bobina por um motor de alimentação para alimentar maçaricos 13 de uma maneira controlada. Mangueira 40 pode também encerrar cabos de energia para o maçarico e motores de posicionadores, juntamente com linhas de controle elétrico para os motores de posicionadores e sensores de posição em conjuntos de cabeça de soldagem 12. Embora não mostrado, as linhas de controle se direcionarão para um controlador, que em certas modalidades é um sistema de computador posicionado dentro do compartimento lateral 7. Nesta modalidade, as mangueiras 40 são flexíveis e de comprimento suficiente para acomodar um caminho orbital pretendido do conjunto de cabeça de soldagem 12 em torno do conjunto de engrenagem de anel 10. Por exemplo, se dois conjuntos de cabeça de soldagem 12 são empregados, as mangueiras 40 podem precisar ser longas o suficiente para acomodar um caminho de meia órbita, enquanto que se um conjunto de cabeça de soldagem 12 é empregado, as mangueiras podem precisar ser longas o suficiente para acomodar uma órbita completa de deslocamento pelo conjunto de cabeça de soldagem.

[0031] As Figuras 7 e 8 ilusttam uma modalidade alternativa do sistema de soldagem inventivo. Nesta modalidade, o sistema de soldagem 100 inclui um conjunto de engrenagem de anel unitário 110, isto é, um conjunto de engrenagem de anel, que é um anel contínuo de material (ou, pelo menos múltiplos segmentos fixados em conjunto de forma semi-permanente), em oposição aos percursos prontamente separáveis como na modalidade anterior. Visualizando a Figura 8, um par de suportes de conjunto de engrenagem de anel ajustável verticalmente 106 será montado no conjunto de engrenagem de anel 110 em um suporte de conjunto de engrenagem de anel 104. Suportes de conjunto de engrenagem de anel 106 irão permitir que a altura da abertura central 111 do conjunto de engrenagem de anel 110 seja ajustada para coincidir aproximadamente com a altura das seções de tubo sendo soldadas, tal como é explicado em mais detalhe abaixo. Os conjuntos de cabeça de soldagem 112 são substancialmente o mesmo que conjuntos de cabeça de soldagem 12 acima descritos. No entanto conjuntos de cabeça de soldagem 112 são de uma configuração de maçarico único. Tal como sugerido na Figura 7, o sistema de soldagem 100 terá um carro base de deslocamento 102 montado sobre uma plataforma de deslocamento 103 que se move sobre placa de fundo 105 de uma maneira semelhante ao descrito acima em referência ao carro base de deslocamento 2.

[0032] Semelhante à modalidade descrita na Figura 1, a Figura 8 ilustra condutos (ou mangueiras) flexíveis de fornecimento de cabeça de solda 140 que se prolongam entre os maçaricos 113 e os conjuntos de alimentação de fios 130, que são posicionados sobre flancos de um suporte de conjunto de engrenagem de anel

104. Tal como com a modalidade anterior, as mangueiras 140 são flexíveis e de comprimento suficiente para acomodar o caminho orbital pretendido de um conjunto de cabeça de soldagem 112 em torno do conjunto de engrenagem de anel 110.

[0033] Tal como sugerido na Figura 9, certas modalidades do sistema de soldagem incluem a placa de fundo 105 posicionada sobre o convés de uma barcaça de assentamento do tubo 50. Embora este exemplo de barcaça de assentamento de tubo seja descrito em relação ao sistema de soldagem 100, será entendido que a descrição é igualmente aplicável ao sistema de soldagem 1. Tipicamente, a barcaça de assentamento de tubo terá uma série de rolos de suporte 70 que suportam as seções de tubo individuais (antes de soldagem) e depois a porção de tubulação contínua (após a soldagem). Apesar de apenas dois rolos de suporte 70 serem mostrados na Figura 9, vai ser compreendido que outros rolos de suporte para a direita e à esquerda daqueles mostrados permitir que as seções de tubo se nivelem com as extremidades adjacentes a junção 56. Em muitas situações, uma braçadeira interna (não mostrado) irá unir a junção do tubo dentro das duas seções de tubo e manter as extremidades das seções de tubo de forma segura em conjunto.

Se o sistema de soldagem é baseado em barcaça, pode ser previsto que a medida que seções de tubo individuais 55 (entrando na área de soldagem ou estação de soldagem a partir da esquerda) são soldadas em conjunto, uma linha de tubo contínuo de seções soldadas é formada e sai da estação de soldagem à direita.

Será entendido que outros equipamentos no convés da barcaça, tais como tensores de tubo (não visto nas figuras) estão tipicamente segurando as seções de tubo em tensão ao deixar o peso da tubulação externa e o movimento para a frente da barcaça lentamente mover as seções de tubo em um processo contínuo por meio de uma ou mais estações de solda ao longo do convés da barcaça de assentamento de tubo.

Desta maneira, a tubulação completada está continuamente saindo da barcaça e sendo posicionada sobre o leito do mar mesmo que o comprimento da tubulação está a ser alargado pela soldagem de seções de tubo novos para a tubulação.

Será evidente a partir da modalidade da Figura 9 que o conjunto de engrenagem de anel (e, portanto, o carro base 2) não está ligado às seções de tubo e pode mover-se independentemente de seções de tubo.

Isto pode ser distinguida dos sistemas da técnica anterior "bug & band" onde uma banda liga circunferencialmente em torno do tubo adjacente à junção do tubo e do conjunto de cabeça de soldagem é anexado a e percorre a banda.

Uma desvantagem significativa com sistemas “bug & band" convencionais ocorre quando uma falha de tensor libera uma seção de tubo, permitindo a seção de tubo se mover através das estações de soldagem, a uma velocidade elevada e não controlada.

Nesta situação muito perigosa, a estrutura “bug & band” juntamente com o conjunto de cabeça de soldagem anexo é transportado com o tubo causando danos significativos ou ferimentos de qualquer equipamento ou pessoal no caminho da estrutura “bug & band”. Por outro lado, quando se emprega os acima descritos sistemas de soldagem 1 ou 100, um movimento rápido e descontrolado das seções de tubo não arrasta equipamento estranhos juntamente com o tubo e é menos susceptível de causar danos no equipamento ou ferir pessoal.

[0034] As modalidades ilustradas dos sistemas de soldagem 1 e 100 incluem um controlador de sistema direcionando a operação de vários componentes do sistema de soldagem. A Figura 10 mostra esquematicamente uma modalidade do controlador de sistema 60. Neste exemplo, o controlador de sistema 60 é dividido em duas cremalheiras de controle, cremalheira de controle primária 61A e cremalheira de controle secundária 61B, que controlam (entre outras funções) os conjuntos de cabeça de soldagem 12 A e 12B, respectivamente. Cada uma das cremalheiras de controle 61 irá ainda compreender uma série de controladores baseados em PC convencionais 62-65, cada um dos quais compreende tipicamente uma placa de controle para acionar um ou mais servo-motores, placas de entrada / saída, e um microprocessador. Um exemplo de tal controlador é o Ensemble CP fornecido por Aerotech, Inc., de Pittsburgh, PA. Na Figura 10, os controladores 62 (isto é, 62A e 62B) controlam os respectivos motores de posicionamento 18 e, assim, a posição orbital ou "z" (ver Figura 4B) dos conjuntos de cabeça de soldagem. Controladores 63 controlam os respectivos posicionadores 14A e, portanto, o movimento direção longitudinal ou "y" dos maçaricos de soldagem 13. Controladores 64 controlam os respectivos posicionadores 14B e, portanto, a direção do movimento radial ou "x" dos maçaricos de soldagem 13. Controladores 65 controlam os motores de carro 47 (Figura 6B) e, portanto, a posição de carro base de deslocamento 2. Cada um dos controladores 62 atua como o controlador mestre para suas cremalheiras de controle respectivas. Para determinadas funções limitadas, como a determinação das posições relativas orbitais dos dois conjuntos de cabeça de soldagem, o controlador 62A atua como o mestre para o controlador 62B via enlace de comunicação 66. Como visto na modalidade da Figura 1, as cremalheiras de controle 61 podem ser montadas dentro de compartimentos laterais 7.

[0035] No entanto, o controlador de sistema 60 é apenas um exemplo de um sistema de controle adequado e, em modalidades alternativas, o controlador do sistema 60 poderia ser dispositivos como controladores de lógica programável ou possivelmente até mesmo circuitos hard-wired. Em adição aos componentes acima discutido, uma interface de usuário 40 (Figura 1) irá permitir que os usuários entrem informação e instruções para o controlador de sistema 60. Na modalidade da Figura 1, a interface do usuário é uma máquina convencional de interface humano (HMI) 41 proporcionando características de entrada de tela de toque. Um HM! adequado é um Silver Series 5121-X fornecido por Maple Systems, Inc. de Everett, WA. Alternativamente, interface de usuário 40 poderia ser outro sistema de interface, como um teclado convencional, monitor e dispositivo de mouse.

[0036] Vendo Figura 11 em conjunto com a Figura 9 ilustra um exemplo de um ciclo de soldagem, que poderia ser implementado por um controlador de sistema 60. Na etapa 201, o operador inicia o movimento do carro de deslocamento 102 para a direção da junção de tubo de aproximação 56. Na etapa 202, os componentes de laser / câmera de sensor de posição 15 irá determinar quando a junção de tubo 56 passa sob a câmera. Na etapa 203, o carro base 102 muda velocidade (velocidade e direção) como necessário para começar a rastrear a junção de tubo 56. O laço entre as etapas 203 e 204 permitirá o carro base 102 posicionar-se de tal modo que os maçaricos de soldagem 13 nos conjuntos de cabeça de soldagem 12 estão centradas sobre (ou aproximadamente centrado) a seção de tubo 56. As etapas 205 a 207 permitem ao operador confirmar visualmente a centralização dos maçaricos 13 sobre a junção de tubo 56 e fazer os ajustes manuais necessários se um alinhamento aceitável não é confirmada visualmente. Na etapa 208, o operador manualmente inicia o ciclo de soldagem. Etapas 209 a 212 irá executar um laço de soldagem, onde a posição do maçarico de soldagem 13 é continuamente corrigida (se necessário) como os maçaricos procedem no seu caminho orbital enquanto soldando a circunferência da junção de tubo 56. Na modalidade ilustrada, o software de controle ajusta continuamente a posição do maçarico baseada em um retorno de posicionamento x-y do controlador AUTO-TRAC & controlador de modo a manter o maçarico de soldagem, a uma altura predeterminada acima da superfície de soldagem. Numa modalidade preferida, os conjuntos de cabeça de soldagem 12 pode também ser controlados por um modo de mapeamento da memória que registra as coordenadas x-y a partir do caminho de solda anterior e repete este caminho com base nas coordenadas. Uma vez que o maçarico de soldagem atingiu a sua posição de paragem (por exemplo, a conclusão do seu circuito de 180 º em um sistema com dois conjuntos de cabeça de soldagem 12), os conjuntos de cabeça de soldagem irão retornar para uma posição pré-designada inicial. Na etapa 214, o carro base 102 vai voltar para uma posição pré-designada inicial. Será entendido que o carro base 102 está mantendo uma velocidade (tanto a velocidade e direção) aproximada àquela da junção de tubo 56, durante a modalidade as etapas de soldagem do presente processo. Sistemas alternativos de controle podem usar outros parâmetros de retorno para controlar o caminho de solda. Por exemplo, um sistema de controle alternativo poderia fazer comparações de parâmetros de retorno de soldagem (por exemplo, corrente e tensão do arco, largura e velocidade de oscilação do maçarico, velocidade de deslocamento do arco), com um banco de dados de tais parâmetros, que foi determinado empiricamente para proporcionar soldas ideais. Além disso para o modo de mapeamento da memória descrito acima, um outro sistema de controle alternativo seria um controlador manual que um operador pode utilizar para ajustar a posição x-y do maçarico de soldagem.

[0037] — Obviamente, a Figura 11 representa apenas uma sequência de controle possível e qualquer número de variações estão dentro do âmbito da invenção. Por exemplo, o sistema poderia ser totalmente automatizado, sem entradas de um operador humano. Em uma modalidade de um tal sistema completamente automatizado, a posição inicial pré-designada do carro base 102 pode ser perto da fronteira onde a junção do tubo 56 irá entrar na estação de soldagem. Quando a junção de tubo 56 é detectada passando sob sensor de posição 15, o carro base pode começar a rastrear a junção de tubo 56 e iniciar as outras etapas descritas acima.

[0038] Um sistema ainda mais alternativo poderia empregar uma posição de sensor de junção separada dentro da estação de solda. A Figura 9 ilustra um sensor de junção 164 posicionado na parte da frente da plataforma de deslocamento 103. Um exemplo de sensor de junção 164 seria um localizador de distância laser /

câmera 165. Em outro alternativa, um sensor de rolo 66, tais como um codificador que conta as voltas do rolo 70A e utilizaria esta informação sobre as voltas do rolo para calcular detalhes relativos à velocidade de tubo e deslocamento distanciado num dado período de tempo.

[0039] Na modalidade em que há apenas um conjunto de cabeça de soldagem 12, o conjunto de cabeça de soldagem vai fazer uma órbita completa em torno da junção de tubo 56 para soldar toda a circunferência da junção. A modalidade mais eficiente em tempo do único sistema de conjunto de cabeça de soldagem vai fazer uma solda de órbita completa em um deslocamento contínuo de 360 º do conjunto de cabeça de soldagem (isto é, o conjunto de cabeça de solda não volta sobre um arco anterior soldado da junção de tubo). No entanto, uma solda de órbita completa pode ser realizada por um único conjunto de cabeça de soldagem soldando a circunferência do tubo em segmentos quebrados. Por exemplo, o conjunto de cabeça de solda 12 poderia soldar (sentido horário) a partir da posição das 12 horas para a posição das 6 horas, deixar de soldar voltar à posição das 12 horas, e então começar a solda novamente (anti-horário) para a posição 6 horas. Assim, um único conjunto de cabeça de soldagem 12 é considerado para fazer uma solda de órbita completa, desde substancialmente toda a circunferência da junção é soldada, independentemente de como contínuo ou descontínuo o caminho de solda é.

[0040] Como sugerido pela descrição acima, haverá muitas modalidades que fornecem dois ou mais conjuntos de cabeça de soldagem 12 posicionados sobre o conjunto do anel de engrenagem 10. Em tais modalidades, pode ser vantajoso escalonar as horas de início e posições dos vários conjuntos da cabeça de soldagem de modo que eles não interfiram um com o outro. Usando os dois conjuntos de cabeça de solda visto na Figura 2 como um exemplo, o primeiro conjunto de cabeça de solda 12 A pode começar a soldagem dos ponteiros do relógio a partir da posição das 12 horas, enquanto a conjunto de cabeça de solda 12B fica na posição das 9 horas. A medida que o conjunto cabeça de solda 12A atinge a posição de 3 horas, o conjunto de cabeça de solda 12B iria passar para a posição de 12 horas e começar a soldagem na posição anti-horária. Quando o conjunto de cabeça de solda 12A termina seu caminho de solda na posição das 6 horas, ele irá recuar para a posição inicial antes do conjunto de cabeça de solda 12B termina seu caminho de solda na posição das 6 horas. Em certas modalidades, como os conjuntos de cabeça de soldagem 12 retorna a sua posição inicial, o sensor sobre os conjuntos de cabeça de soldagem varrem a solda. A varredura da soldagem permite que o sistema de computador determine a altura do cordão de soldagem na ranhura da junção do tubo. O sistema de computador pode gravar o perfil do cordão de solda, como detectado pela câmera e comparar o perfil de cordão de solda atual a uma base de dados de perfis de tolerância de geometria de junção. Se o cordão de soldagem é determinado para ser não correspondente, o sistema pode gerar um sinal de alerta para o operador ou tomar outras medidas corretivas.

[0041] — Outro aspecto da presente invenção é um método de centragem de uma seção de tubo dentro do sistema de soldagem aqui descrito. Mais precisamente, a isto envolve o reposicionamento do conjunto de engrenagens de anel de tal modo que o seu ponto de centro corresponde ao ponto central da seção de tubo. Embora centrando a seção de tubo dentro do conjunto de engrenagem de anel não é crítica para todas as modalidades, é muitas vezes vantajoso para o centro da seção de tubo de modo que a junção de solda será igual à distância a partir de conjuntos de cabeça de soldagem ao longo de toda a circunferência do conjunto de engrenagens de anel. Tipicamente, este método irá começar com o posicionamento da seção de tubo dentro do conjunto de engrenagem de anel (isto é, com a seção de tubo suportada pelos rolos em cada lado do conjunto de engrenagens de anel, tal como sugerido na Figura 9). Em seguida, pelo menos, uma leitura da distância a partir da superfície exterior da seção de tubo para o sensor de posição é obtida. Finalmente, o conjunto de engrenagem de anel é reposicionado, a fim de mover o ponto central do conjunto de engrenagens de anel para mais perto do ponto central da seção de tubo.

[0042] Em muitas modalidades, o sensor de posição utilizado na determinação da distância para a superfície exterior da seção de tubo é simplesmente o sensor de posição 15 (Figura 4B) montado sobre os conjuntos de cabeça de solda como descrito acima. No entanto, em modalidades alternativas, um sensor de posição separada separado dos conjuntos de cabeça de soldagem poderia ser usado para medir a distância para o tubo para fins de centragem. Não é necessário mover o ponto central da seção de tubo para o ponto de centro exato do conjunto da engrenagem de anel, mas é preferível ter o ponto central da seção de tubo dentro de 1 cm de ponto central do conjunto de engrenagem de anel. No entanto, o método pode ainda ser praticado com as margens superiores de erro entre o ponto central da seção de tubo e o ponto central do conjunto de engrenagem de anel (por exemplo, um erro inferior a 5 cm, ou inferior a 4 cm, ou inferior a 3 cm, ou inferior a 2 em).

[0043] Normalmente, uma vez que o sensor de posição tenha sido determinado pela distância a superfície exterior da seção de tubo, o controlador de sistema irá usar esta informação para mover o conjunto de engrenagem de anel para cima / para baixo ou para a esquerda / direita (isto é, do ponto de vista visto na Figura 2). Usando a modalidade da Figura 2 como um exemplo, o conjunto de engrenagem de anel 10 pode ser movido para a esquerda ou direita por conjuntos de montagem 75 que percorrem trilhos de guia horizontais 76 e para cima / para baixo percorrendo trilhos de guia verticais 81. Embora não explicitamente mostrado nos desenhos, os conjuntos de motor e engrenagem seriam adaptados para mover carros de trilho 77 (Figura 1) de uma maneira controlada ao longo de trilhos de guia 76 e 81. Estes conjuntos de motor / engrenagem seriam igualmente controlados pelo controlador de sistema, permitindo assim que a posição para cima / para baixo, esquerda / direita de conjunto de engrenagem de anel (e, portanto, o ponto central do conjunto de engrenagens de anel) seja controlada com precisão.

[0044] Há inúmeras maneiras em que a direção e magnitude pretendida do movimento de conjunto de engrenagens de anel podem ser calculados de modo a coincidir com o ponto central de engrenagem de anel com o ponto de centro da seção de tubo. Por exemplo, se o diâmetro seção de tubo tem sido de entrada para o sistema de soldagem, em seguida, eventualmente, uma única leitura da distância entre o sensor de posição e a superfície exterior da seção de tubo irá fornecer informação suficiente para aproximadamente alinhar os dois pontos centrais. No entanto, mais tipicamente, pelo menos duas medidas de distância ao longo da circunferência da junção tubo permitem um alinhamento mais preciso dos pontos centrais. Como uma alternativa para empregar um diâmetro do tubo conhecido no cálculo de posicionamento, o sensor de posição poderia tomar várias medidas de distância em torno da circunferência da engrenagem de anel. Depois disso, o controlador deve calcular a magnitude e a direção de movimento de conjuntos de montagem 75 tal que a superfície externa da seção de tubo seria igual à distância a partir do diâmetro interior da engrenagem de anel em todos os pontos de medição circunferenciais (alinhando assim os pontos centrais do conjunto de engrenagens de anel e seção de tubo). Os versados na arte reconhecerão que existem muitos métodos alternativos para calcular a magnitude e a direção do movimento do conjunto de engrenagem de anel, a fim de obter o alinhamento de ponto central e todos esses métodos devem ser considerados dentro do âmbito da presente invenção.

[0045] A Figura 12 ilustra uma modalidade ainda adicional do conjunto de engrenagem de anel da presente invenção 310. Este conjunto de engrenagem de anel inclui uma garganta aberta 350 formada por uma abertura no corpo da engrenagem de anel onde a abertura tem um comprimento de arco representado por teta na Figura 12. Em certas modalidades, teta é entre cerca de 60 º e cerca de 120 º graus e em uma modalidade preferida, é de cerca de 80 º graus. Tipicamente garganta 350 será um pouco mais larga do que o tubo de maior diâmetro esperado para ser soldado por um conjunto de engrenagem de anel 310, de preferência com uma folga de meia polegada em cada lado da garganta 350.

[0046] O conjunto de engrenagem de anel 310 tem um ou mais conjuntos de cabeça de soldagem 312 que irá incluir um maçarico de soldagem, um posicionador do maçarico, e um sensor de posição tal como descrito nas modalidades anteriores. No entanto, a placa de montagem 326 difere um pouco das modalidades anteriores em que a placa de montagem 326 tem um comprimento arqueado maior e na modalidade ilustrada, terá comprimento suficiente para posicionar o maçarico de soldagem através de pelo menos metade da garganta aberta 350 quando o conjunto de cabeça de soldagem 312 está em sua posição mais inferior (isto é, mais próximo a garganta 350). Pode ser visualizado que isto permite que os conjunto de cabeça de soldagem 312 se estendam para a área aberta da garganta 350 e soldar a parte inferior da seção de tubo 360. Naturalmente, os motores de posicionamento 318 devem ser localizados a uma distância suficientemente dos conjuntos de cabeça de soldagem 312 tal que os conjuntos de cabeça de solda podem se estender para dentro da garganta 350 enquanto motores de posicionamento 318 permanecem engatados com a trilha guia 321 e engrenagem de anel 322. A modalidade da Figura 12 mostra dois conjuntos de engrenagens de anel 310, onde as placas de montagem 326 tem comprimento suficiente para permitir que os conjuntos de cabeça de soldagem 312 se estendam a meio caminho através da abertura da garganta.

[0047] — Outra característica do conjunto de engrenagem de anel 310 é a cinta de sela 330 que constitui um mecanismo de guia e fixação para a seção de tubo 360 no qual o conjunto de engrenagem de anel 310 está posicionado. A Figura 12 também mostra dois grampos de fixação 331 que, juntamente com cinta cela 330, seguram a seção de tubo 360 dentro do conjunto de engrenagem de anel 310. Na modalidade mostrada, grampos de fixação 331 não são limitados a êmbolos hidráulicos (ou pneumáticos) e conjuntos de cilindro (apenas os êmbolos são visíveis na Figura 12 com os conjuntos de cilindro ocultos atrás do corpo do conjunto de engrenagens de anel). No entanto, os grampos de fixação não estão limitados a êmbolos e conjuntos de cilindro e podem ser qualquer dispositivo atuador outro linear (por exemplo, parafusos de potência) ou algum tipo de mecanismo de fixação não-linear (por exemplo, pivotante). No exemplo da Figura 12, cinta cela 330 tem uma seção dianteira para engatar a seção de tubo 330 que é geralmente curvada para corresponder à curvatura do tubo esperado e tem um comprimento de arco de entre cerca de 20 º e cerca de 60 º e mais preferivelmente cerca de 40 º para engatar uma seção de tubo.

[0048] Em certas modalidades, o conjunto de engrenagem de anel 310 pode ser montado num carro base de deslocamento, tal como pode ser visto nas Figuras 1 e

7. No entanto, na modalidade da Figura 12, o conjunto de engrenagem de anel 310 inclui um suporte de suspensão posicionado geralmente oposto à garganta aberta 350, permitindo assim que o conjunto de engrenagem de anel 310 suspenda por algum tipo de conjunto suspenso (por exemplo, o guindaste, sistema de pórtico suspenso, etc ). Num exemplo, pendurando suporte 340 é um olho de elevação tendo uma seção orelha com uma abertura formada através das seções da orelha. No entanto, um suporte de suspensão 340 pode ser qualquer estrutura convencional ou desenvolvida no futuro permitindo que o conjunto de engrenagem de anel seja suspenso de uma estrutura acima do conjunto de engrenagem de anel.

[0049] Uma modalidade alternativa inclui um método de soldagem de uma junção do tubo que compreende os passos de: (a) posicionamento de pelo menos duas seções de tubo que se estendem através de um conjunto de engrenagem de anel de sistema de soldagem montado sobre um carro base, as seções de tubo sendo montadas independentemente do carro base; (b) o posicionamento do carro base para detectar uma junção do tubo ao longo de uma linha das seções de tubo, (c) definição de uma velocidade do carro base para aproximadamente a velocidade de movimento lateral da junção do tubo, a fim de manter a posição da cabeça de soldagem aproximadamente na junção do tubo, (d) varredura da junção do tubo com um sensor de posição montado sobre o conjunto de engrenagem de anel; (e) soldagem da junção do tubo com um maçarico de soldagem montado no conjunto de engrenagens de anel, e (f) nova varredura de uma soldagem por defeitos com o sensor de posição, a medida que o conjunto de cabeça de soldagem retorna para uma posição de partida.

[0050] — Outra modalidade é um sistema de soldagem que compreende: (a) uma carro base de deslocamento, (bj) o mecanismo de posicionamento de carro engatando o carro base, (c) um conjunto de engrenagem de anel montado no carro base, e (d) um conjunto de cabeça de soldagem montado sobre o conjunto de engrenagem de anel. O conjunto da cabeça de soldagem inclui (i) um maçarico de soldagem, (ii) um posicionador de maçarico, e (iii) um sensor de posição. Uma linha de seções de tubo se estendem através da engrenagem de anel e são posicionados independente do carro de deslocamento. Um sensor de junção é espaçado a partir das cabeças de soldagem e um controlador de sistema é programado para controlar O carro e a cabeça de soldagem para executar as etapas de: (i) detecção de uma junção do tubo ao longo de uma linha de seções de tubo, (ii) ajuste de uma velocidade do carro base para aproximar o movimento lateral da junção do tubo, a fim de manter a posição do conjunto de cabeça de soldagem aproximadamente na junção de tubo, (iii) varredura simultânea do conjunto da junção de tubo com o sensor de posição e soldagem da junção de tubo com o maçarico de soldagem, e (iv) o ajuste de um caminho do maçarico de soldagem para acomodar uma geometria da junção do tubo, como detectado pelo sensor de posição. Esta modalidade poderia ainda executar a etapa de nova varredura de uma solda completada por defeitos com o sensor de posição, como os retornos de cabeça de soldagem para uma posição de partida.

[0051] Na modalidade acima, o conjunto de cabeça de soldagem pode compreender um primeiro posicionador de maçarico movendo o maçarico de soldagem numa direção radial e um segundo posicionador de maçarico movendo o maçarico de soldagem numa direção lateral. Além disso, um terceiro posicionador pode engatar uma engrenagem no conjunto de engrenagem de anel e mover o conjunto de cabeça de soldagem em uma direção angular. O sensor de posicionamento pode compreender uma câmera tendo um filtro para filtrar comprimentos de onda de luz produzidos por meio de soldagem com o maçarico de soldagem. Numa modificação desta modalidade, o carro base move-se independentemente das seções de tubo.

[0052] — Uma modalidade ainda adicional é um sistema de soldagem compreende um conjunto de engrenagem de anel tendo uma garganta aberta e pelo menos um conjunto de cabeça de soldagem montado no conjunto de engrenagens de anel. O conjunto de cabeça de soldagem, incluindo uma placa de montagem que compreende: i) um maçarico de soldagem, ii) um posicionador do maçarico, e ili) um sensor de posição. A placa de montagem tem comprimento suficiente para posicionar o maçarico de soldagem através de pelo menos cerca de uma metade da garganta aberta. Um controlador de sistema é programado para controlar o conjunto de cabeça de soldagem para ajustar um caminho do maçarico de soldagem para acomodar uma geometria da junção do tubo, como detectado pelo sensor de posição. Nesta modalidade, a garganta aberta compreende uma abertura arqueada de entre cerca de 60 e cerca de 120 graus. Alternativamente, o conjunto de engrenagem de anel compreende ainda uma cinta sela e pelo menos um braço de posicionamento móvel opondo-se à cinta sela. Em uma modalidade, existem pelo menos dois braços de posicionamento móveis em que os braços de posicionamento móveis compreendem conjuntos de pistão e cilindro. Além disso, a cinta de sela pode ter uma superfície arqueada entre cerca de 20 e cerca de 60 graus para engatar uma seção de tubo. Este conjunto de engrenagem de anel também pode ter um suporte de suspensão posicionada geralmente oposto àa garganta aberta.

[0053] Embora a presente invenção tenha sido descrita em termos de modalidades específicas, os versados na técnica verão muitas variações e modificações óbvias. Por exemplo, as modalidades ilustradas mostram o sistema de soldagem montado sobre superfícies geralmente horizontais (por exemplo, no convés de uma barcaça de assentamento de tubo). No entanto, uma variação do carro base de deslocamento também poderia ser montado "lateralmente" sobre uma superfície vertical. Todas as variações e modificações se destinam a entrar dentro do âmbito das reivindicações que se seguem.

Claims (40)

. REIVINDICAÇÕES

1. Sistema de soldagem, caracterizado pelo fato de que compreende: . a. um reboque de base para viagem: b. um mecanismo de posicionamento do reboque engrenando o reboque de base; c. um conjunto de engrenagem de anel montado no reboque de base, o conjunto de engrenagem de anel compreendendo: i. duas seções de meio anel, cada uma incluindo pelo menos uma trilha de engrenagem; ii. um suporte da engrenagem de anel ligando cada uma das seções de meio anel —aoreboque de base, os suportes da engrenagem de anel permitindo as seções de meio anel separar e guiar as seções de meio anel no ajuste do acasalamento; d. pelo menos um conjunto da cabeça de soldagem montada no conjunto de engrenagem de anel, o conjunto da cabeça de soldagem incluindo: i) um maçarico de soldagem; ii) um posicionador do maçarico, e iii) um sensor de posição; e. um controlador do sistema programado para controlar pelo menos o mecanismo de posicionamento do reboque e o conjunto da cabeça de soldagem para realizar as etapas - que seguem: i. definir uma velocidade do veículo de base para se aproximar o movimento lateral : da junção do tubo a fim de manter a posição do conjunto da cabeça de soldagem aproximadamente na junção do tubo; e ii. ajustar um segmento do maçarico de soldagem para acomodar uma geometria da junção do tubo como detectado pelo sensor de posição.

2. Sistema de soldagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os suportes da engrenagem de anel compreendem as correntes posicionadas no reboque de base e trilhos guias posicionados nas seções de meio anel.

3. Sistema de soldagem, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que as seções de meio anel cada uma incluem os braços de extensão superiores e inferiores aos quais os trilhos guias são presos.

4. Sistema de soldagem, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que os suportes da engrenagem de anel compreendem uma primeira corrente posicionada entre o referido reboque de base e uma placa de montagem, e uma segunda corrente posicionada na placa de montagem e sendo substancialmente perpendicular à primeira corrente.

5. Sistema de soldagem, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de quea segunda corrente é posicionada horizontalmente de modo que os braços de extensão das seções de meio anel possam viajar ao longo da segunda corrente.

6. Sistema de soldagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as seções de meio anel têm superfícies de acasalamento e membros guias a fim de alinhar as trilhas de engrenagem nas seções de meio anel.

7. Sistema de soldagem, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que os membros guias são formados nas superfícies de acasalamento.

8. Sistema de soldagem, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o membro guia em uma superfície de acasalamento de um conjunto de meio anel é um pino de extensão e o membro guia em uma superfície de acasalamento do outro conjunto de meio anel é uma abertura feita sob medida para receber o pino de extensão

9. Sistema de soldagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato dequeo controlador do sistema é também programado para: i. detectar uma junção do tubo ao longo de uma linha das seções do tubo; e ii. varredura simultaneamente da junção do tubo com o sensor de posição e soldagem da junção do tubo com o maçarico de soldagem

10. Sistema de soldagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato dequeo controlador também realizando a etapa de mover o reboque de base ao longo de uma seção do tubo até que uma junção do tubo é detectada e em seguida rastreando a - junção do tubo com o conjunto da cabeça de soldagem posicionado aproximadamente na junção do tubo. :

11. Sistema de soldagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o conjunto da cabeça de soldagem compreende um primeiro posicionador do maçarico movendo o maçarico de soldagem em uma direção radial e um segundo posicionador do maçarico movendo o maçarico de soldagem em uma direção lateral.

12. Sistema de soldagem, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que um terceiro posicionador engrena uma engrenagem no conjunto de engrenagem deanelemove co conjunto da cabeça de soldagem em uma direção angular.

13. Sistema de soldagem, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o reboque de base se move independentemente das seções do tubo.

14. Sistema de soldagem, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que também compreende um sensor de junção espaçado à parte do conjunto da —cabeçade soldagem que detecta a junção do tubo.

15. Sistema de soldagem, caracterizado pelo fato de que compreende: a. um reboque de base para viagem: b. um mecanismo de posicionamento do reboque engrenando o reboque de base; c. um conjunto de engrenagem de anel montado no reboque de base; ss d. pelo menos um conjunto da cabeça de soldagem montada no conjunto de engrenagem de anel, o conjunto da cabeça de soldagem incluindo: i) um maçarico de soldagem; ii) um posicionador do maçarico, e iii) um sensor de posição;

e. um controlador do sistema programado para controlar pelo menos o mecanismo de posicionamento do reboque e o conjunto da cabeça de soldagem para realizar as etapas que seguem: i. detectar uma junção do tubo ao longo de uma linha das seções do tubo; ii. definir uma velocidade do veículo de base para se aproximar o movimento lateral da junção do tubo a fim de manter a posição do conjunto da cabeça de soldagem aproximadamente na junção do tubo; iii. varredura simultaneamente da junção do tubo com o sensor de posição e soldagem da junção do tubo com o maçarico de soldagem; e iv. ajustar um segmento do maçarico de soldagem para acomodar uma geometria da junção do tubo como detectado pelo sensor de posição.

16. Sistema de soldagem, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que também compreende um sensor de junção espaçado à parte do conjunto da cabeça de soldagem que detecta a junção do tubo.

17. Sistema de soldagem, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que também compreende a re-varredura de uma soldagem para defeitos com o - sensor de posição quando o conjunto da cabeça de soldagem retorna para uma posição de partida. .

18. Sistema de soldagem, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fatode que o controlador também realizando a etapa de mover o reboque de base ao longo de uma seção do tubo até que uma junção do tubo é detectada e em seguida rastreando a junção do tubo com o conjunto da cabeça de soldagem posicionado aproximadamente na junção do tubo.

19. Sistema de soldagem, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo —fatode que também compreende dois conjuntos de cabeça de soldagem tendo maçaricos elétricos de soldagem a arco.

20. Sistema de soldagem, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o conjunto da cabeça de soldagem compreende um maçarico de soldagem a laser.

21. Sistema de soldagem, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que o conjunto da cabeça de soldagem tem um maçarico de soldagem a laser simples.

22. Sistema de soldagem, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que o conjunto da cabeça de soldagem atravessa uma órbita substancialmente —completaem torno do conjunto de engrenagem de anel.

23. Sistema de soldagem, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o reboque de base inclui uma placa de chão e o sensor de junção compreende uma câmara montada na placa de chão.

24. Sistema de soldagem, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que os rolos de suporte são posicionados em cada um dos lados do reboque de base para viagem e um sensor de rotação detecta a viagem lateral de uma seção do tubo.

25. Sistema de soldagem, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o controlador detecta a base da junção do tubo em um sinal a partir do sensor de posição.

26. Método de soldagem de uma junção do tubo, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: a. posicionar pelo menos duas seções do tubo estendendo-se através de um conjunto de engrenagem de anel do sistema de soldagem montado em um reboque de base, as seções do tubo sendo montadas independentemente do reboque de base; b. posicionar o reboque de base para detectar uma junção do tubo ao longo de uma linha das seções do tubo; c. definir uma velocidade do veículo de base para aproximadamente a velocidade do movimento lateral da junção do tubo a fim de manter a posição da cabeça da soldagem - aproximadamente na junção do tubo; d. varredura da junção do tubo com um sensor de posição montado no conjunto de engrenagem de anel; * e. soldagem da junção do tubo com um maçarico de soldagem montado no conjuntode engrenagem de anel; e f. empregar os dados a partir sensor de posição para ajustar um segmento do maçarico de soldagem para acomodar uma geometria da junção do tubo como detectado pelo sensor de posição.

27. Método, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que as etapas (d)e (e) são realizadas simultaneamente durante pelo menos uma parte de um tempo necessário para a soldagem da circunferência da junção do tubo.

28. Método, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que também compreende a etapa de re-varredura uma soldagem completa para as irregularidades da superfície com o sensor de posição quando o conjunto da cabeça de soldagem retorna para uma posição de partida.

29. Método, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que também compreende a etapa de mover o reboque ao longo das seções do tubo até que um sensor de junção detecte a junção do tubo e em seguida começando a controlar a junção do tubo em aproximadamente uma cabeça de soldagem no conjunto de engrenagem de anel;

30. Método, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que também compreende a etapa do maçarico de soldagem atravessar uma órbita substancialmente completa em torno do conjunto de engrenagem de anel.

31. Método, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que também compreende a etapa da posição das seções do tubo através do conjunto de engrenagem de anel compreende movendo duas seções de meio anel a partir de uma posição aberta para uma posição fechada em torno das referidas seções do tubo.

32. Método de centragem de um tubo em um sistema de soldagem, caracterizado pelo fato de que o sistema de soldagem, compreende: (a) uma base, (b) um suporte ajustável da engrenagem de anel posicionado na referida base; (c) um conjunto de engrenagem de anel posicionado no suporte ajustável da engrenagem de anel; (d) pelo menos um conjunto da cabeça de soldagem montada no conjunto de engrenagem de anel, o —conjuntoda cabeça de soldagem incluindo um maçarico de soldagem; e (e) pelo menos um sensor de posição montado no conjunto de engrenagem de anel; em que o método de centragem do tubo compreende as etapas de: (e) posicionar uma seção do tubo dentro do conjunto de engrenagem de anel, a seção do tubo tendo uma superfície externa e um ponto central; 1 (d) obter pelo menos uma leitura de uma distância a partir da superfície externa da seção do tubo para o sensor de posição; e - (c) re-posicionar o conjunto de engrenagem de anel com o suporte ajustável da engrenagem de anel a fim de mover o ponto central do conjunto de engrenagem de anel 1 mais próximo a um ponto central da seção do tubo.

33. Método, de acordo com a reivindicação 32, caracterizado pelo fato de que o sensor de posição é montato no conjunto da cabeça de soldagem.

34. Método, de acordo com a reivindicação 32, caracterizado pelo fato de que o ponto central da seção do tubo é movido para uma posição em menos do que 3 cm do ponto central do conjunto de engrenagem de anel.

35. Método, de acordo com a reivindicação 32, caracterizado pelo fato de que o sistema de soldagem também compreende um controlador do sistema programado para a re-posição do suporte ajustável da engrenagem de anel com base na leitura à distância obtida a partir do sensor de posição.

36. Método, de acordo com a reivindicação 35, caracterizado pelo fato de que um diâmetro da seção do tubo tenha sido introduzido no sistema de soldagem e o controlador emprega o diâmetro para calcular a magnitude do movimento necessário pelo suporte da engrenagem de anel.

37. Método, de acordo com a reivindicação 32, caracterizado pelo fato de que também compreende a etapa de se obter múltiplas leituras à distância entre o sensor de —posiçãoe a superfície externa da seção do tubo a fim de calcular a magnitude e a direção do movimento necessário para mover o ponto central do conjunto de engrenagem de anel mais próximo a um ponto central da seção do tubo.

38. Método, de acordo com a reivindicação 32, caracterizado pelo fato de que o conjunto de engrenagem de anel compreende i. duas seções de meio anel, cada uma incluindo pelo menos uma trilha de engrenagem; e ii. um suporte da engrenagem de anel ligando cada uma das seções de meio anel à base, os suportes da engrenagem de anel permitindo as seções de meio anel para ajustar em uma direção para cima/ para baixo e para a esquerda/ para a direita.

39. Método, de acordo com a reivindicação 38, caracterizado pelo fato de que o suporte da engrenagem de anel compreende trilhas posicionadas na base e trilhos guias posicionados nas seções de meio anel.

40. Método, de acordo com a reivindicação 32, caracterizado pelo fato de que o suporte da engrenagem de anel compreende uma primeira corrente posicionada entre a base e uma placa de montagem, e uma segunda corrente posicionada na placa de montagem e sendo substancialmente perpendicular à primeira corrente.

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