CN1468160A - 用于将管子焊接在一起的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于在水下布设管线(6)的方法，包括步骤：保持管线(6)的一端，设置用于延长管线(6)的管段(5)，使管段(5)与所述管线(6)的端部相邻布置，从而确定出要焊接的环形接缝(7)，并且将管子(5、6)焊接在一起。多个焊炬沿着环形接缝(7)运动并同时工作，以便对管子进行焊接。管子(5、6)由TMCP－AC钢(采用通过加速冷却且具有重量百分比在0.1％以下的碳含量的热机械控制工艺制成的钢)制成。在敷设根部焊缝之后，在环形接缝(7)的区域中，安装在管子(5、6)内侧的内夹具上的冷却环(1)从管子(5、6)内表面上的喷嘴中喷出冷却液、例如雾化水(10)和空气的流体喷淋，从而对管子(5、6)进行冷却。

Description

用于将管子焊接在一起的方法和设备
本发明涉及一种用于将管子焊接在一起的设备和方法。更具体地说，本发明涉及一种当在水下、尤其是在深海之下布设管线时将管段电弧焊接在一起。
当在深海之下(例如深度大于1,000m)布设管线时，通常需要在一个布线驳船上将独立的管段焊接成一个管线(引导向海床的管线)，该管线垂直(或大致垂直)于海平面，以便管线形成看似“J”形的形状。这种方法通常称为J式布线。焊接过程在布线驳船上进行。管段可以由在布线驳船上焊接在一起的多种管长构成，以便在需要时形成管段。
管线的端部和需要连接到其上的管段通常在焊接工序之前已经准备好了，并且具有坡口端，这样，当在焊接工序就要开始之前将管段和管线布置好(相互同轴)，在它们之间确定出一个外部环形槽。焊接可以由设置在可动地安装于环形导轨上的托架上的焊炬来进行，而所述环形导轨相对于环形槽设置在管子外侧。所述托架和焊炬绕着管子的圆周移动并使焊炬工作，以便将电弧引向所述槽。焊接工序通常要进行几圈。
由于需要在一个垂直位置上对管段进行焊接，并且由于对焊接塔架的合理高度存在限制，所以采用J式布设技术可以达到的布设的管线速度在很大程度上受到管段相继焊接到管线上的速度的限制。因此，希望能够减少将一根管段焊接到管线上所耗用的时间。而任何提高焊接工序速度的企图均不应当导致焊缝质量的明显下降。在布设时，该管线处于很大的张力之下，并且当然，焊缝必须足够牢固以经受施加到焊缝上的很大的力。每次将一个管子焊接到其它管子上时，都要进行彻底的测试，以便确保所形成的焊缝质量足够高。
本发明的一个目的是提供一种用于将管子焊接在一起的设备和方法，该方法比上述已知的将管子焊接在一起的方法和设备速度更快，而且不会明显降低焊缝的质量。
根据本发明，提供一种在水下布设管线的方法，其中，将管段焊接在一起以形成管线，该方法包括以下步骤：
保持管线的一端，
提供一个用于延伸管线的管段，
使该管段与所述管线的端部相邻设置，从而确定一个需要焊接的环形接缝，
提供多个焊头，各焊头具有至少一个焊炬，并且围绕所述环形接缝布置所述焊头，
通过同步操作焊头和沿着所述环形接缝移动所述这些焊头，将管段焊接到管线上，其中，
管段由碳含量的重量百分比小于0.1％的钢制成，并且
在焊接步骤中，通过引导冷却液使其与管子的内表面接触，在环形接缝的区域中对管子进行冷却。
在下述说明中，应当理解，名词“管子”包括管线和/或所述管段之一或两者。
以前已经提出了通过同时用多个成角度地间隔开且围绕所述管子的焊头进行焊接以提高焊接工序速度的方案(参见我们的公开号为WO00/38871-申请号为PCT/EP99/10504的国际申请)。然而，已经发现，用多于一个的焊头进行焊接会导致与焊池温度升高有关的一些问题。当用单一焊头进行焊接时，当焊头经过管子之间的接缝的整个圆周时，相继地布设一些焊接材料的层。在使焊头绕管子经过360度的过程中，在布设焊接材料的下一层之前，沿接缝形成于给定点的焊缝因此而冷却。如果代替采用一个焊头而采用两个焊头，则两个焊头以相同的角速度运动并以与单个焊头相同的速率进行焊接，焊接时间减半，但是冷却时间(敷设相继层之间的时间)也减半。如果采用更多的焊炬以便缩短焊接时间，则敷设相继层之间的冷却时间也缩短。因此，在相继焊接的焊接温度变得太高而对焊接质量造成负面影响之前，在给定的单独操作速率下可以采用的焊头的数目受到限制。维持高焊接温度的焊接还可能导致其它问题，例如，盖面焊缝(在最后一圈的焊接中沉积的层)的敷设变得更加困难，对于焊接操作者的安全可能会造成负面影响，焊接设备可能由于焊接设备部件的过热而更易于产生故障或性能下降，如果存在任何管子覆盖物(覆盖管子内和/或外部的材料)，则均可能受到损伤，并且一些用于测试焊接质量的NDE(非破坏性实验)测试方法可能需要延迟到管子冷却时进行。
现在将要讨论温度增加可能导致焊接质量下降的两种途径。首先，当J式布设管线时，需要焊接的管子的轴线垂直或接近垂直。如果焊池温度太高，则由于重力有效地将焊池拉离确定环形接缝的一个壁的上管段的端面，所以熔融焊池的表面张力可能过底，以至于焊池的形状在重力的作用下变形到对接缝产生负面影响的程度。在非常高的温度下，焊池甚至可能从所述壁流走并且甚至流出接缝。当要焊接的管子的轴线相对于理论上垂直的轴线倾斜时，与表面张力减少有关的问题加剧。其次，如果保持相对高温，则一旦最终冷却焊接材料的机械性能可能受到有害的影响。制造管段的钢材在微观水平上具有包含相对较小尺寸的晶粒的结构，该结构与良好的机械性能有关。在高温下，晶粒尺寸可能增加而导致对机械性能造成有害的影响。
然而，在本领域中存在反对在焊头操作过程中直接进行冷却的成见。过去认为，在焊接过程中采用冷却方法会有害影响焊接的机械性能。例如，在现有技术的方法中，过快地冷却热焊缝会导致管线在管段之间的焊缝区域中脆化。而且，通常实际上在焊接之前对管段进行预热以避免焊接的机械特性由于焊接材料冷却过快而受到有害的影响。并且，用于防止焊接设备过热的技术有赖于通过从焊炬经由管子泵送冷却液对焊炬进行直接冷却。然而，根据本发明，所用的管段由低碳或中碳钢制成，如此，与采用含碳量的重量百分比大于0.1％的管段的现有技术相比，焊接的机械性能由于快速冷却而恶化的可能性非常小。进而，不希望将大量的液体引入管线内部。然而，采用本发明的方法引入管线的液体的量可以很小，从而本发明的优点远远超过由于将液体引入管线而带来的任何损害。
值得注意的是，在将管段焊接到管线上的过程中，不需要在任何时间均操作所有的焊头。特别是，可以优选地在沉淀焊接材料的最后一层(通常称为盖面焊缝)时操作较少的焊头。优选地，当敷设盖面焊缝时，甚至可以仅操作一个焊炬。
冷却液最初接触的管线的内表面既可以在环形接缝之上也可以在环形接缝之下。或者，冷却液可以同时在环形接缝的上、下直接与管线的内表面接触。
当采用“J式布设”技术进行管线布设时，本发明的方法特别有利。该管线，在管线最靠近水面的端部处可以与理论上的垂直轴线成小于50度的角度。要焊接的管子的轴线可以与垂直线成小于50度的角度。如上所述，当焊接温度太高时，以接近垂直的角度将管子焊接在一起可能存在问题。该方法有利地用于将管段焊接到管线上，其端部与理想的垂直轴线成小于20度的角度，并且更优选地成10度或更小的角度。
本发明的方法当布设的管线具有相对较厚的壁时也特别有利。通常，当管壁的厚度增加时，将管段焊接到管线上的时间增加。当焊接在一起的管子具有相对较厚的壁时，看起来焊缝将变得足够的热以至于引起与保持高温有关的问题。本方法有利地用于将管段焊接到管子上，其中，管段的金属壁平均厚度大于或等于20mm。当管段的金属壁平均厚度大于或等于25mm时，本方法更加有利，而当平均壁厚大于或等于30mm时则更为有利。当厚度大于或等于40mm时也可以有利地采用本方法。
环形接缝可以为形成在需要焊接在一起的管子端部之间的环形槽的形式，所述各端部预先形成坡度。
优选地，所述管段由中碳钢制成。在本发明的范围内涉及到的中碳钢可以是具有重量百分比在0.025％和0.075％之间的碳含量的钢。更优选地，所述钢的碳含量的重量百分比在0.04％和0.06％之间。低碳钢或中碳钢可能具有不适于形成用于管线的管段的机械特性。然而，通常可以通过除增加钢材碳含量以外的方法来改善机械特性(例如抗拉强度)。例如，本方法中提供的管段有利地由采用热机械控制工艺制造的钢材(一般称为TMCP钢)制成，并且还优选结合了具有加速冷却***的制造技术(因此这种钢被称为TMCP-AC钢”)。
在焊池的区域(给定的焊炬在其上进行操作的熔融金属区域)中的温度通常超过1400摄氏度。已经发现，如果当将两个管子焊接在一起时环形接缝内部和周围的温度保持在400摄氏度以上的时间操过预定的时间，则会出现问题。根据本发明，在用其它焊头进行操作之前，焊接有利地从这样的高温冷却至相当低的温度。对管子进行冷却的步骤优选如此执行，即使得至少在一个局部区域中，在下一次用同一个焊头对同样的区域进行焊接之前，使由给定焊头形成的焊接材料的表面温度从大于1000摄氏度降低至300摄氏度以下，更优选地降低至250摄氏度以下，并且进一步优选降至200摄氏度以下。优选地，在环形接缝区域中冷却管子的步骤如此执行，即使得在整个焊接步骤中沿环形接缝总有至少一个区域的温度低于300摄氏度，更优选低于250摄氏度，并且进一步优选低于200摄氏度。优选地，在环形接缝区域中冷却管子的步骤如此执行，即使得在环形接缝之上100mm距离处管段的截面平均温度优选低于100度。进而，优选地，在环形接缝区域中的管子冷却的步骤如此执行，即使得在环形接缝之上大约75mm的距离处管段截面的平均温度低于150摄氏度，并且更优选地，使平均温度低于140摄氏度，进一步优选地低于130摄氏度。优选地，在环形接缝区域中的管子冷却步骤如此执行，即使得在环形接缝之上32mm的距离处管段截面的平均温度低于250摄氏度，并且更优选地低于225℃，进一步优选低于200℃。
上面涉及的管子温度可以通过连接到适当结构的校准信号放大器上的“K型”热电偶测量出来，所述热电偶表面的中心位于距离环形接缝相关距离处。热电偶的接触面积大小可以为25mm×25mm。
上述热电偶可以连接到一个对各种其它测量的焊接参数随时进行电子记录的数据记录装置上。这些数据可以在焊接之后进行分析。例如，可以在给定焊接方法的测试过程中对数据进行分析，以便确保该焊接方法符合规定的标准(例如用于评价给定的焊接方法在该领域中是否令人满意的标准)。因此，有利地对至少一个与焊接有关的参数进行测量并且随时间进行电子记录，所述至少一个参数优选包括在管子上的给定区域中的管子温度。优选地，在焊接步骤之前、过程中，及之后，对参数的记录进行管理。
当在该方法的过程中对温度进行测量并记录的情况下，可以设置至少一个、但优选为至少三个传感器，以测量管子的温度。所述传感器可以与管子直接接触。传感器可以方便地置于管子内部，优选安装在一个用于使要焊接的管子之一保持定位的夹具上。可以弹性地安装传感器，以便压迫传感器与管子的表面接触。温度传感器优选安装在距离环形接缝一定距离的地方，使各传感器的中心离开接缝的距离在10mm和100mm，优选在25mm和75mm之间。优选地，所有温度传感器与环形接缝相距基本相同的距离。这种温度传感器可以为前面所述的热电偶的形式。
还可以对其它参数进行测量。优选地，在执行本方法的过程中至少可以测量下述多种参数：冷却液的压力、冷却液的流速、所供应的其它冷却流体和/或任何保护气体的压力和/或流速、焊接电压、电流、焊炬速度、焊弧振荡频率、焊弧振幅(或宽度)。优选将这些参数的测量结果中的一些或全部也电子记录下来，如果可能的话在记录之前先进行处理。周期性地对与被测量的参数有关的值进行测量，优选每秒测量多次。
优选地，在环形接缝的区域中对管子进行冷却的步骤如此执行，使得在刚完成焊接之后焊接的平均温度低于300℃，更优选低于250℃，并且进一步优选低于200℃。并且，优选地，在环形接缝的区域中对管子进行冷却的步骤如此执行，使得焊接时在管子外侧上，离接缝37mm的距离处所达到的最大温度小于250℃，更优选小于200℃。优选地，冷却管子的步骤如此执行，即使得在焊接管子的过程中，在离环形接缝32mm的距离处内表面所达到的最大温度小于200℃，更优选地小于150℃。优选地，在对管子进行焊接的过程中，在离环形接缝22mm的距离处外表面所达到的最大温度小于250℃。
当在焊接过程中环形接缝中的至少一些焊接材料的温度超过1500摄氏度时，本方法特别有利。
有利地，冷却液包括水。优选地，冷却液为水，优选为软化水。在管段与垂直线成小于50度的角度的情况下，水将与内壁(或者管线内与焊接工序有关的其它热的表面)接触，如果它们足够热，则将会蒸发成蒸汽并从管段的内部通过。在距要焊接的环形接缝给定距离的部位，内壁可以处于足够低温度，以使得蒸汽凝结成水，于是，这样的水将向下流过管子流向被焊接的环形接缝并且再次蒸发。因此，如果以这样的方式执行本方法以便产生上述效果，则水的冷却效果会非常好。这样的效果使得水成为冷却液的极好选择。
该冷却液也可以包括其它液体，例如酒精或任何适当的液体。
有利地，与管线内表面接触的冷却液为雾化液体。例如，雾化液体可以采取冷却液的相对较小的液滴的喷淋形式。优选地，雾化液体为以均匀且稳定的方式覆盖管子内壁的相对较大区域的液体细小喷淋的形式。因此，管子上不存在这样一个区域，即该区域的冷却速率比管子的其它区域冷却速率更快。可以理解，如果管子的给定区域与其它区域相比被非常快地冷却，则焊接的机械特性可能会受到负面影响。优选地，冷却液从多个喷嘴喷出。采用多个喷嘴能够将冷却液以均匀且稳定的方式供应到管子的内壁上。喷嘴的数目可以在5到12之间。最佳的喷嘴最小数目根据多种因素而定，所述因素例如包括要焊接的管子直径。对于直径相对较小的管子可以设置四个喷嘴。当对直径更大的管子执行本方法时，优选设置更多的喷嘴。优选地，至少设置6个喷嘴。更优选地，至少设置8个喷嘴。可以设置10个或更多的喷嘴。
优选地，喷嘴喷出的液体的包含喷嘴轴线的任何给定截面的最大角度大于80度，并且优选大于100度。该角度例如可以为大约120度，或更大。当液体喷出喷嘴时由该液体确定的形状，在接近喷嘴的区域中可以相对平坦，这种形状使得喷流朝向环形接缝的方向并与之对齐。或者，该形状可以大致为锥形。从各喷嘴喷出的液体的立体角度可以大于1立体弧度，优选大于2个立体弧度，并且更优选地大于3个立体弧度。
在液体喷出的区域中各喷嘴的直径可以为2mm或更小，并且，例如直径可以大约为1mm。
优选地，多个喷嘴相互相对固定地设置。多个喷嘴可以设置成一个喷嘴环，它们可以相互相对固定。喷嘴被有利地设置在一个内夹具上，所述内夹具用于辅助将管子和管段基本上相互相对固定地对齐和/或夹持。
用于执行本方法的设备可以是这样的，冷却液可以沿着至少一个导管从源头流向管线的内部。导管中冷却液的压力优选为超过大气压力至少0.5巴(50,000Pa)。例如，导管中的冷却液压力可以为大约2巴，即超过大气压以上大约1巴(100,000Pa)。如上所述，比较理想的是，将引入管线中的液体体积保持在最小的程度。然而，本方法可以在焊接过程中将冷却液以大于1升每分钟的速度、例如以大约2升每分钟的速度将冷却液引入到管线中。
优选地，在焊接步骤中，引入管线的冷却液的体积小于15升，并且更优选小于10升。例如，在焊接步骤中，引入管线的冷却液的体积甚至可以大约为8升或更少。当然，保持在管线中的液体的量可能比引入的量少，这是因为一些液体可能成为蒸汽而逸出。优选地，每增加一个管段，少于15升、并且更优选地大约10升或更少的冷却液被引入管线。优选地如此执行本方法，即使得可以以少于8分钟或更优选地少于6分钟或更短的时间执行焊接步骤。优选地，以每增加一个管段少于8分钟或者更优选地少于6分钟的周期供应冷却液。优选以0.5到4升每分钟的速率供应该冷却液。可以以1到3升每分钟、更优选为大约2升每分钟的速率供应冷却液。
优选地，仅在根部焊接已经完成之后引入冷却液。据信，在根部焊接(敷设于环形接缝中第一次焊接)刚刚形成之后就积极地对其进行冷却，在某些环境下可能会显著降低焊接的质量。高质量根部焊接的形成非常重要。因此，优选地仅在已经沉积了三层焊接材料之后才引入冷却液。在引入冷却液之前及根部焊接完成之后，可以通过引入冷却气体在环形接缝的区域中对管子进行冷却。用气体从管子内侧进行冷却不象用液体冷却那样有效，但是易于以低冷却速度进行控制。引入冷却气体可以紧接在根部焊接之后辅助对所形成的焊层进行冷却，而其冷却速度不会过快而导致形成的焊缝的质量下降。所用的冷却气体可以为空气。并且，冷却气体可以通过与冷却液所通过的喷嘴数目同样多的喷嘴。
例如可以如此执行本方法，即对第一和至少随后的焊圈不进行主动的冷却，之后，对于至少一个并且优选多个焊圈用从管子内部引入的气体进行冷却，并且此后引入冷却液。
在焊接步骤已经完成之后，通常通过非破坏性实验(N.D.T.)对焊道进行检测。例如，超声波技术通常被用于检测布设管线时形成的焊接质量。这样的设备可以采用液体、例如水作为焊道或管子的表面与设备之间的界面。为了使这种界面液体部不被蒸发，管子的表面需要处于相当低的温度。还可能由于其它原因，所采用的检测设备或技术可能也需要管子低于一定的温度，以便功能正常。因此，本方法优选如此执行，即在焊接步骤已经完成之后，冷却液连续地引入到管线中。因此，以便可以更迅速地执行NDT。优选地，本发明方法的焊接和冷却步骤如此执行，即在焊接已经完成之后用冷却液连续冷却，优选在焊接已经完成之后，在经过等于焊接时间的百分之五十的时间周期之后，使得焊缝的温度小于250℃，更优选小于200℃，进一步优选大约为150℃或更小。
优选地，设置多于4个焊炬。优选地，设置多于两个焊头。焊头的具体结构不是本发明的主要内容。不过，可以采用这样一种设计，其中，各焊头包括单个的焊炬，而各焊头优选包括多个焊炬，因而这样可以更快地执行焊接步骤。例如，各焊头可以包括两个焊炬。同一焊头的焊炬优选被设计成以相互固定的关系围绕管子截面运动；然而，也可以属于同一焊头的焊炬的相对运动受到一定的限制。在本发明的一个优选实施例中，具有三个焊头，每个焊头具有两个焊炬。
本方法有利地进一步包括提供一个旋转设备保持件的步骤，该旋转设备保持件用于绕一个基本垂直的轴线旋转，并且具有一个中心开口，当布设管线时管段可以穿过所述中心开口，多个焊头绕旋转设备保持件成角度地间隔开，各焊头与旋转设备保持件的相应的扇形区相连，并且围绕管段或管线固定一个焊头导向组件，该导向组件包括一个用于引导各焊头围绕管段运动的导轨，当相关的焊头绕管段旋转时，旋转设备保持件的相应扇形区可以绕管段旋转。旋转设备保持件的旋转可以减少或消除各焊头相对于旋转设备保持件的位置变化。该特征使其可以同时绕管线操作多个焊头，从而可以显著提高焊接工序的速度。同时，设置旋转设备保持件使其可以操作多个焊头而不会存在一个焊头与其它焊头的操作相互干扰的危险。优选地，本方法包括在同时操作焊头时使旋转设备保持件旋转的步骤，以便限制各焊头相对于旋转设备保持件的位置变化。
在我们的公开号为WO00/38871的国际申请中对这种旋转设备保持件作了进一步详细的说明，该文献在此被结合作为参考。可以实施(所公开的)国际申请的权利要求2至17和20至22的特征，这样对采用旋转设备保持件的本发明的方案是有利的。
根据本发明，还提供一种焊接设备，用于按照上述方法将管段焊接在一起以形成一个水下管线，该设备包括：
一个管子保持装置，该管子保持装置能够保持管线的端部并且使管段与所述管线相邻布置，从而确定要焊接的环形接缝，
多个焊头，每个焊头具有至少一个焊炬，用以在环形接缝的区域内将管子焊接在一起，和
冷却装置，该冷却装置可以在焊接步骤过程中引导冷却液与管线的内表面接触，从而在环形接缝的区域中对管子进行冷却。
本设备被有利地设计成能够执行根据上述本发明的任何方案的方法。例如，冷却装置可以有利地形成多个喷嘴。当然，冷却装置也可以采用其它适当形式。管子保持装置例如可以包括夹具和/或张力辊、或者其它优选装置的结合。
本发明还进一步设有一个管子布设成套组件，它包括一个如前面所述的管子焊接设备和多个管段，其中，各管段由碳含量的重量百分比小于0.1％的钢制成。管子布设成套组件优选安装在一艘船上，例如一个管子布设船。
本发明进一步提供一种水下管线，该水下管线包含用上述方法焊接在一起的管段系列。
上述发明中提到了采用冷却液。然而，本发明采用冷却气体代替冷却液。另外，本发明还进一步提供一种在水下布设管线的方法，其中，管段被焊接在一起以形成管线，该方法包括以下步骤：
保持管线的一端，
设置一个管段用以延长所述管线，
对管段进行布置，使其与管线的所述端部相邻，从而确定要焊接的环形接缝，
设置多个焊头，各焊头具有至少一个焊炬，并且绕着环形接缝布置所述焊头，
通过同时操作焊头和沿环形接缝移动所述焊头，将管段焊接到管线上，其中，
该管段由具有重量百分比小于0.1％的碳含量的钢制成，并且
在焊接步骤的过程中，通过引导冷却流体与管线的内表面接触，在环形接缝的区域中对管子进行冷却。冷却流体可以是气体、例如空气，或者可以是液体、例如水，或者可以是液体和气体的结合。冷却流体可以最初为气体(例如，在根部焊接之后形成多个焊圈的过程中)，其后可以为液体(例如雾化液体)。
现在，将以举例的方式参考附图对本发明的实施例进行说明，其中：
图1是包括水冷却环的平面视图的示意图，
图2是表示管线内的图1的冷却环操作的示意图，
图3是表示被焊接到管线顶部上的管段的底部的侧视图，其中采用高架圆盘的形式的旋转台作为旋转设备保持件，
图4是在图3所示的焊接过程中的高架圆盘的平面图，
图5是包含两个焊炬的焊接设备(为了清楚起见仅表示出了一个焊炬)的侧视图，
图6是包含两个焊炬的焊接设备的改型的透视图。
图1表示冷却环1的平面示意图。环1包括十个具有出口2a的喷嘴2(为了清楚起见，在图1中仅表示出了八个；该附图为示意图)，每个喷嘴2经由一个线路3连接到冷却剂分配器和泵4上。(在该特定的例子中线路的数目等于喷嘴的数目，但是当然应当清楚，可以设置较少的线路3；例如，一个线路可以顺序对各个喷嘴进行供应)。冷却剂分配器和泵4连接到水和空气源(未示出)上。(在图1中示意性的表示出)各喷嘴2的出口2a的直径大约为1.5mm。冷却环1固定安装在一个内夹具(未示出)上，所述内夹具用于将待焊接的管段5夹在管线6的端部上以便延长该管线6(参见图2)。在图2中，表示出一个恰位于由管子5、6所确定的槽7之上的环1。当然应当理解，如果需要，该环可以定位于更加靠近所述槽的位置上，或者位于所述槽之下，或者可以设置另一个环。冷却环1用在采用J式布线技术的布设管线的方法中，所述管线由管段构成，而管段由TMCP-AC中碳钢制成。在使用中，将冷却环1设置在管线6的内侧(如可以从图2中看出的那样)。
槽7的形状(在图2中为了清楚起见作了示意性地表示)可以使得确定所述槽的壁被以5度或更小的角度、例如3度分开。因此，槽的壁接近于平行。
参照图2，在焊接过程中，焊接材料8被焊头9敷设在槽7中，焊头9围绕管子并沿槽7运动。在厚度基本恒定的区域中，管段5和管线6的壁为32mm厚。各焊头9a不止一次地经过槽7的相同部分，以便敷设更多的材料8，并且最终充满整个槽7并在两个管子5、6之间提供强固的焊接。
图3是在一艘船上的焊接工段的侧视图，所述船设计用于采用J式布线技术布设管线。该管线被布置成以基本垂直的方向离开布设其的船只，并且随后管线在海床上向水平方向弯曲。在J式布线中，尽管在船上管线可以完全垂直，但是更一般的情况、特别是如果布设管线处的水深相对不是非常深时，管线将向垂直方向倾斜。当进行J式布设时，需要在管线上增加附加的管段，而管段的取向基本垂直；因此，不可能沿着管线的长度方向建造整个一列焊接工段，并且尽可能迅速地实施将其它管段(其本身可能包括多个焊接在一起的单独的管节)焊接到管线上的工序是非常重要的。
在图3中，参考标号101表示正在布设的管线的上端部，参考标号102表示将被焊接到管线101上的管段102的下端。借助安装在船只上的适当夹具和/或张力辊(未示出)使管线101相对船只保持定位，并且在焊接工序中管线101相对于船只保持在一个固定位置上。这些夹具包括一个内夹具，冷却环1(参见图1和图2)安装在该内夹具上。由夹具保持管段102的上端部与管线101的底部同轴地对齐，并且管段102的底部和管线101的顶部相互邻接并限定出一个围绕它们的接缝外部的环形槽103(如已经参考图2中所示的环形槽7所说明的那样)。
焊接组件111围绕管线101的顶部固定，管线组件包括一个紧靠槽103之下绕管线延伸的环形导轨114，并且在本例中，还包括两个处于径向相对的位置上的焊头112。安装焊头112，使其绕导轨114运动，并且精密控制它们的运动。各焊头本身具有如下面参照图5和6所述的特殊结构。
各焊头112被一个脐带式柔性连接件115连接到其自身的供应设备116上，所述供应设备116从一个高架的转盘125上悬挂下来，该转盘125可以绕一个与管线101上端部的纵轴101A相交且相对于其倾斜的垂直轴线108旋转。在特定的例子中将倾斜角度表示为20°，但是应当理解，该角度是可变的。
一个平台151设置在转盘之下，设备的使用者可以站在其上。该平台151具有一个中心开口151A，管线从该中心开口151A穿过。当从转盘上悬挂下来的焊头和供应设备旋转时，平台151保持固定，以便需要对焊头进行观察的使用者必须绕平台151走动。
供应设备116包括一个气缸(包括一些氩气成分和一些二氧化碳成分)，和用于提供各焊头和其它设备所需的电能的发电设备。所述其它设备包括焊丝供应器，该焊丝供应器通过连接件115向相应的焊头供应焊丝。
如最易于从图4中看出的那样，高架转盘125安装在一个框架152上，该框架152可通过轮子153在一个在图4中用虚线标出的固定支撑架154上可滑动地固定，从而，如图3和4所示，转盘125可以水平移动远离其操作位置到达一个清理管线101的位置。如果需要在管线接缝上进行其它操作，则这样设置将是有用的。
框架152承载着一个导轨155，导轨155在一个区域156中断，以便即使当管段垂直穿过该导轨时也可以将导轨从框架152上水平撤出。安装转盘125用以通过轮子157在导轨155上旋转，大多数轮子绕水平轴线旋转但是有两个轮子(图4中的参考标号157A)绕垂直轴线旋转。应当理解，尽管导轨仅绕管段局部延伸，但是转盘125可以旋转整个360°
装备图3和4中所示的转盘，用于进行四个焊炬(在这一特定例子中为两个焊头，各焊头具有两个焊炬)的操作。因此，转盘具有四组供应设备，包括：用于各焊头的气缸119A、119B、119C和119D，电气控制和/或发电设备120A、120B、120C和120D，以及焊丝供应器121A、121B、121C和121D。
现在，说明用于在管线顶部上焊接管段的工艺，说明将从下述状态开始，所述状态为：管线上端部固定在一个位置上、且由夹具使管段保持与管线的上端部相邻并同轴地对齐、并且焊接组件被定位于焊头的焊炬在管段和管线端部的接缝处与所述槽对齐的位置上的状态(参见图3和4)。该夹具包括一个与图1和图2示意性表示出的冷却环1结合在一起的内夹具。
管段之间的焊缝可以以一个连续操作的形式形成。在各焊头112的相应托架上绕着导轨以相同的旋转速度驱动各焊头112。同时，以导致相同的旋转速度绕轴线108驱动转盘125。因此，用于各焊头112的供应设备116保持与其焊头大致径向对齐；由于管线的倾斜，存在焊头朝向或远离设备116的一定的移动，但是柔性连接件115的运动可对此进行调节。
最初，如已经说明的那样，焊接材料被敷设在槽的最内部中(此步骤称为根部焊接)，但是当继续旋转且焊头到达所述槽上已经由其它焊头经过了的部分时，就向着最外侧部分形成焊圈。焊接材料的相继层在后续的圈上被敷设。因此，采用两个焊头，每个敷设焊接材料的单独层，每个层可以在每个焊头绕管线作180度移动时敷设，从而对于焊头围绕管线作一次完整转动时，可以形成两圈焊接材料层。最后敷设的焊接材料称为盖面，并且因此这一步骤(最后一圈)称为(盖焊)。然而，盖焊的敷设是由单个的焊头来进行的。
参照图2，根据已知的技术，设有一个安装在夹具(未示出)的垫块上的环形铜制后垫板13，所述夹具设置用于保持管线6的上端部。铜制后垫板13定位于管子5、6内部，以便盖住管子5、6之间的接缝。铜制后垫板13用于辅助根部焊接和焊接材料的至少第二层的敷设。在焊接材料的初始层沉积之后，后垫板13移去。
参照图1和图2，在根部焊圈(即第一圈焊接)过程中，没有冷却流体流出喷嘴2。第二圈焊接一完成(即在大约70到100秒之后已经敷设两层焊接材料)，空气便从喷嘴2喷向管线的内表面。最初为环境温度的所述空气从冷却剂分配器和泵4经由管线泵送至喷嘴2，并且从喷嘴喷向所述槽7。该空气有助于以相对温和的方式对槽7的区域内的管子进行冷却。在冷却焊接材料的这一阶段主要通过由管子本身将热传导出来进行。
一旦已经完成四圈焊接，通常在130至160秒之后，代替将空气泵向喷嘴，而将水泵向喷嘴2(图2所示的状态)。该水形成雾化水排出喷嘴出口2a，并且如箭头10(为了清楚起见，仅表示在图2的右手侧)所示大致指向槽7(从图2中看大致指向下方)。由(靠近喷嘴出口的)喷淋水确定的理论上的锥形的角度大约为120度。喷淋的水均匀地覆盖管线内部一个将对较大的表面区域。以高于大气压力大约1巴的压力和大约两升每分钟的速度，从冷却剂分配器和泵4经由线路3(仅用于泵送空气的同一线路3)向喷嘴2泵送最初为环境温度的水。所述水有助于在槽7的区域内对管子5、6进行冷却。特别地，与管(或者如果还在的话，与铜制后垫板13)的很热的表面接触的水被蒸发并转换成蒸汽(由虚线箭头11表示-为了清楚起见仅表示在图2的左手侧)，蒸汽上升通过管线的内部。需要将液态水转换成蒸汽的从管线中获得的额外的能量进一步有助于冷却工序。蒸汽在上升过程中，例如与管线的温度低的表面接触而冷却并且重新凝结成水。这种水(右箭头12表示-为了清楚起见仅表示在图2的左手侧)随后在重力的作用下向下通过管线5的内侧，并且随后在到达管线(或者如果还在的话，铜制后垫板13)的足够热的内表面上时，可以再次蒸发。这种蒸发、冷凝和再蒸发的循环进一步有助于对槽7的区域中的管子5、6进行冷却。
在焊接工艺过程中，焊池处于大约1500摄氏度的温度，但是槽的区域内的内管表面存在温度低于160摄氏度的区域(当焊头移动时该区域也可以移动)。在距所述槽37mm距离处，任意给定时间的管子平均温度，在管子外侧低于240摄氏度，在管子内侧低于150℃。
在已经完成盖面焊接并且该焊接因此已经停止之后，仍将水从喷嘴泵出，对管线进一步冷却，以便可以执行焊缝的非破坏试验(NDT)。在5分钟的时间内，从冷却剂泵和分配器4总共泵送八升水。
参照图3和图4，在整个焊接工艺中，焊头112和转盘125的旋转速度可以恒定。如果需要，焊头和转盘的旋转方向可以周期性的反转，不过应当理解，从保持焊头与它们相应的供应设备相邻的角度看，这种反转是不需要的。一旦焊缝已经完成，则可以从管线上卸下焊接组件111，使另一节管线可以从船舶上送出，并且重复所述上述工艺，然后由该管段的顶部形成管线的端部。
现在，将参照图5和6说明焊头。参照图5，表示将要焊接在一起的管线202、204端部的局部剖视图，和具有两个电弧焊炬201(在图1中仅仅有一个可见)、用于将管子202、204对焊在一起的焊接设备210的侧视图。焊炬是已知的GMAW(气体金属弧焊)，并且既可以采用MAG(金属活性气体)式焊接，也可以采用MIG(金属惰性气体)式焊接。所用的气体例如可以是二氧化碳。应当理解，焊接设备210对应于图3和图4所示的一个焊头112、图2所示的焊头9a，并且管线202、204相应对应于图2所示的管线6(或图3和4中的101)和图2所示的管段5(或图3和4所示的102)。
管子202、204以轴线对齐且它们端部226、227相互连接。管子的端部226、227形成坡度，以便当将它们放在一起的时候确定出一个沿圆周延伸的外部槽228(图2中的槽7或图3中的槽103)。轨道206(相当于图3和4中的轨道114)作为一个单元安装在左手侧的管子202上(如图5所示)。轨道206绕管子202呈圆周状延伸。轨道206具有两个绕管子202延伸的导轨229、230。安装焊接设备210，用以沿着轨道206运动。轮子205可旋转地安装在焊接设备210的基板207上。轮子205与导轨229、230配合，并且有利于沿轨道206引导设备210的运动。轨道230之一还设有绕管子延伸的齿条。驱动为了与齿条配合而安装的小齿轮(未示出)，以便可以绕管子202驱动所述设备。被动小齿轮可以经由一个被动链而被旋转，所述被动链由步进电机或类似的驱动源(未示出)驱动。将轨道206定位于管子202上，以使设备210的焊炬201分别直接在槽228上定位。这种在一个管子上定位一个轨道和一个焊接设备、以便焊接设备的焊炬被正确定位于将要形成的焊缝之上的方法是已知的，因此在此不再详细说明。
在使用中，绕管子202、204驱动设备210，并且操作且控制焊炬201，以便将焊接材料沉积在槽228的中心形成焊缝203。一个接一个地设置焊炬。当启动该设备时，首先操作第一焊炬(在相对于焊炬初始运动方向的前方处的焊炬)并且不操作其它焊炬，直到它到达由第一焊炬开始沉积焊接材料的地方为止。然后，当设备210沿槽228通过时，利用第一焊炬将焊接材料沉积于所述槽中，此后不久，由第二焊炬进一步将焊接材料沉积在其顶部上，从而一起形成焊缝203。该设备210进行若干圈而将更多的焊接材料层沉积在所述槽，以便将管子连接在一起。如果需要，焊接设备210可以沿两个方向绕管子202、204的圆周旋转。两个焊炬201以类似的方式工作。下面的说明仅与两个焊炬之一有关，但是应当理解，其它焊炬也以类似的方式工作。从一个焊丝卷筒211向焊炬201连续进给焊丝209。借助牵拉装置214将焊丝209从焊丝卷筒211上解卷，所述牵拉装置214经由一个导管208将焊丝209传送给应变装置212，从该装置处将焊丝进给到焊炬201中。由焊炬进行的管子202、204的焊接受到一个自动导引***的控制。在我们的公开号为WO00/38871的国际申请中对适当的导引***进行了说明。导引***通过确定与电弧阻抗有关的电参数值对焊炬进行引导，但是在此将不作任何详细的说明。
图6示意性地表示焊接设备310的一个改型。该设备310以与上述设备210类似的方式工作。焊炬301被对齐，以便当设备310安装在一个管子(图6中未示出)时，它们同时指向绕管子延伸的相同理论上的圆周线。设置轮子305，以便与导轨(图6中未示出)配合，所述导轨在使用中绕着要焊接的管子之一延伸。现在将要说明设备310和设备210之间的主要不同。设备310的焊线(未示出)不设置在设备的运动部分上，而是安装在远离设备的位置上，并且当其绕管子运动时，从该远离位置经由一个导向管(例如图3所示的连接件115)进给到焊接设备中。分别对焊炬301进行水冷。绕包含部分焊炬的冷却***(未示出)对水进行泵送。由工作焊炬加热的水进入一个热交换器、例如一个散热器，以便使其冷却。
已经进行了多种试验，以便当采用根据上述实施例的冷却方法时评测管子上的温度变化。当将管子焊接在一起时，从安装在管子表面上10个(内表面上有4个、外表面上有6个)K型热电偶读取数据。所用的热电偶分别具有一个25mm×25mm大小的与管子接触的测量表面。热电偶是电绝缘的，测量极板(热电偶与管子接触的表面)被焊接在管子上。从各热电偶向一个信号放大器(由Hottinger BaldwinMesstechnik制造的型号为HBM UPM 100的放大器)发送信号。各热电偶的操作测量范围为从22℃至400℃。热电偶测量中的不确定性以+/-1℃的准确度计算。对测量的温度以时间为标记进行周期性的电记录，而涉及本发明的实施例的其它参数包括空气(用于冷却的空气)压力、和冷却水压力和流速。本实施例的所有特定参数被记录在一个已有的用于记录焊接参数的记录设备上，并且同样对进一步的参数进行测量和记录，所述进一步的参数包括电弧电压、电弧电流、计算的热输入和许多其它参数。
热电偶是成对安装的，各对热电偶绕管子分开60°，安装第一、第二、和第三对，使热电偶的垫片中心在管子外部上距管子之间的接缝距离分别为22mm、37mm、87mm，并且安装第四和第五对，使所述中心在管子内部上分别位于距接缝32mm和87mm的距离处。(各个距离由热电偶垫片的中心和管子之间的接缝的中心之间的距离标出，以便各热电偶的垫片的邻近边缘与管子接缝分开的距离，对于前述对而言分别为10mm、25mm、20mm和75mm)。
第一个实验采用三个焊头，各焊头具有两个焊炬，仅仅在第三和第四焊圈将空气引入，并且雾化水被引导到其余的焊圈上。用单个的焊炬敷设盖面焊缝。环境(空气)温度为16℃并且管子已经被预加热到35℃。管子由制造商British Steel of United Kingdom and KawasakiSteel of Japan提供(即BS/KAW管)，并且所用填充焊丝为由瑞典公司ESAB制造的“Esab 12.66焊丝”。焊接时间为6分钟28秒，仅在1分28秒之后引入空气，并且在2分33秒之后(直到已经敷设了盖面焊缝之后)引入水。在焊接结束时，在盖面上的被测量的焊接温度大约为125℃，并且此后3分钟之后，温度略有上升但保持大致相同。峰值温度a)在管子外侧上从接缝22mm处大约为210℃，b)在管子外部上从接缝起37mm处大约为140℃，c)在管子外部上87mm处大约为110℃，d)在管子内部上32mm处为大约120℃，e)在管子内部上87mm处大约为100℃。
在由制造商Sumitomo Metal Industries of Japan and KawasakiSteel制造的管子(即SUM/KAW管)上进行与上面所述类似的第二个试验，并且同样采用“Esab 12.66”填充焊丝。在这种情况下，环境温度为18℃，管子已经加热到50℃，在焊接后，于1分44秒之后引入空气，在2分20秒之后引入水，并且在7分55秒之后完成焊接。在焊接结束时，在盖面焊缝上测量的温度为140℃。从焊接开始起10分钟之后，盖面温度已经降至大约100℃。整个焊接工序中由各种热电偶测量的峰值温度如下：a)在外部22mm处：230℃，b)在外部37mm处：175℃，c)在外部87mm处：90℃，d)在内部32mm处：120℃，e)在内部87mm处：大约80℃。
还进行在不采用根据本发明的冷却***时对温度进行测量的试验。在这种情况下，焊接盖面温度被测量出在380℃的400之间，10或11分钟降至大约280℃至290。在焊接过程中，根据上述位置上所达到的峰值温度平均如下：a)在外部22mm处大约为310℃，b)在外部32mm处大约为260℃，c)在外部87mm处大约为150℃，d)在内部32mm处大约为250℃，e)在内部87mm处大约为130℃。
从上面提到的温度可以注意到，本发明的冷却***显著降低了接缝区域中的温度。同时，上述试验包括预加热管子的步骤，应当理解，当执行本发明的方法时不需要这一步骤。
应当理解，在不脱离本发明的范围下，可对上述本发明的实施例可以进行各种改型和改进。例如，可以设置多于两个的焊头。优选地，设置三个焊头，各焊头具有两个焊炬。如果设有三个焊头，则即使其中一个受损，也可以同时采用其它两个，并且可以单独地实现焊接速度的显著增加。
盖面焊接可以由一个、两个或者可能由多于两个的焊炬进行沉积。
代替设置一个高架转盘125，一个在其上安装有所述设备的旋转平台可以设置，这可以按照与WO00/38871所述的旋转台类似的方式提供。转盘125可以设置作为一个高架转盘，而不提供能够在管段已经存在并且沿垂直方向穿过时可以将转盘退回的结构。
可以设置适当的控制装置，用以使转盘125和焊接组件111的旋转同步，并且可以看出，如果需要，在工序中工作的操作者的程度可以非常有限。
除了简单地采用水作为冷却液，也可以在冷却液中包含添加剂，或者采用不同的冷却液。例如，可以将酒精作为冷却液的至少一部分。
可以同时采用两个冷却环，一个在槽的上部一个在下部。

Claims (35)

1、一种在水下布设管线的方法，其中，将管段焊接在一起以形成管线，该方法包括以下步骤：
保持管线的一端，
提供一个用于延伸管线的管段，
使该管段与所述管线的端部相邻布置，从而确定一个需要焊接的环形接缝，
提供多个焊头，各焊头具有至少一个焊炬，并且围绕所述环形接缝布置所述焊头，
通过同步操作焊头和沿着所述环形接缝移动所述焊头，将管段焊接到管线上，其中，
管段由碳含量的重量百分比少于0.1％的钢制成，并且
在焊接步骤中，通过引导冷却液使其与管子的内表面接触，在环形接缝的区域中对管子进行冷却。
2、如权利要求1所述的方法，其中，管段的金属壁平均厚度大于或等于25mm。
3、如权利要求1或2所述的方法，其中，管段由具有重量百分比在0.025％和0.075％之间的碳含量的钢制成。
4、如前述任何一项权利要求所述的方法，其中，管段由具有重量百分比在0.04％和0.06％之间的含碳量的钢制成。
5、如前述任何一项权利要求所述的方法，其中，执行冷却管子的步骤，使得在下一次用同一个焊头对同一局部区域进行焊接之前，至少在该局部区域中的由给定焊头形成的焊接材料的表面温度从大于1000摄氏度下降到300摄氏度以下。
6、如前述任何一项权利要求所述的方法，其中，在圆形接缝的区域中执行管子的冷却步骤，使得在整个焊接步骤中，沿着该圆形接缝总是存在至少一个温度低于300摄氏度的区域。
7、如前述任何一项权利要求所述的方法，其中，在圆形接缝的区域中执行管子冷却的步骤，使得在距离圆形接缝之上32mm距离处，管段的截面平均温度小于250摄氏度。
8、如前述任何一项权利要求所述的方法，其中，测量至少一个与焊接相关的参数并且随时间进行电子记录。
9、如权利要求8所述的方法，其中，在管子的一个给定区域上测量管子的温度，并且随时间进行电子记录。
10、如权利要求8或9所述的方法，其中，在该方法的执行过程中，至少测量下述多个参数：
冷却液的压力、冷却液的流动速率、所供应的其它冷却流体和/或供应的任何保护气体的压力和/或流速、焊接电压、电流、焊炬速度、焊弧振荡频率、焊弧振荡振幅(或宽度)。
11、如前述任何一项权利要求所述的方法，其中，在焊接步骤中，环形接缝中的至少一些焊接材料具有高于1500摄氏度的温度。
12、如前述任何一项权利要求所述的方法，其中，冷却液包括水。
13、如前述任何一项权利要求所述的方法，其中，与管线内表面接触的冷却液为雾化液体。
14、如权利要求13所述的方法，其中，冷却液从多个喷嘴喷出。
15、如权利要求14所述的方法，其中，至少有6个喷嘴。
16、如权利要求14或15所述的方法，其中，从各喷嘴喷出的液体所成的立体角大于1立体弧度。
17、如权利要求16所述的方法，其中，立体角大于2立体弧度。
18、如权利要求14至17任何一项所述的方法，其中，液体喷出的区域处的各喷嘴的直径小于2mm。
19、如权利要求14至18任何一项所述的方法，其中，多个喷嘴以相互固定的关系设置。
20、如权利要求14至19任何一项所述的方法，其中，多个喷嘴设置成一个喷嘴环。
21、如权利要求14至20任何一项所述的方法，其中，该喷嘴设置在内部夹具上，所述内部夹具用于帮助以相互基本固定的关系将管线和管段对齐。
22、如前述任何一项权利要求所述的方法，其中，冷却液沿着至少一个导管从一个源头流向管线的内部，并且导管内冷却液的压力至少比大气压力高0.5巴。
23、如前述任何一项权利要求所述的方法，其中，在焊接步骤的过程中，将冷却液以大于1升每分钟的速度引入管线。
24、如前述任何一项权利要求所述的方法，其中，仅在根部焊接已经完成之后引入冷却液。
25、如前述任何一项权利要求所述的方法，其中，仅在至少已经沉积了三层焊接材料之后引入冷却液。
26、如前述任何一项权利要求所述的方法，其中，在引入冷却液之前和根部焊接完成之后，在环形接缝的区域中通过冷却气体的引入对管子进行冷却。
27、当以权利要求14至21任何一项为基础时，如权利要求26所述的权利要求，其中，冷却气体通过与冷却液通过的喷嘴相同的多个喷嘴。
28、如前述任何一项权利要求所述的权利要求，其中，在焊接步骤完成之后，继续将冷却液引入到管线中。
29、如前述任何一项权利要求所述的方法，其中，设置多于4个的焊炬。
30、如前述任何一项权利要求所述的方法，其中，至少一个焊头包括多个焊炬。
31、如前述任何一项权利要求所述的方法，其中，该方法进一步包括提供一个旋转设备保持件的步骤，该旋转设备保持件用于绕一个基本垂直的轴线旋转，并且具有一个中心开口，当布设管线时管段可以穿过所述中心开口，多个焊头绕旋转设备保持件成角度地间隔开，各焊头与旋转设备保持件的相应的扇形区相连，并且围绕管段或管线固定一个焊头导向组件，该导向组件包括一个用于引导各焊头围绕管段的运动的导轨，当相关的焊头绕管段旋转时，旋转设备保持件的相应扇形区可以绕管段旋转。
32、如权利要求31所述的方法，其中，该方法包括在焊头的同时操作中，使旋转设备保持件旋转的步骤，以便限制各焊头相对于旋转设备保持件的位置发生任何变化。
33、一种焊接设备，用于按照上述方法将管段焊接在一起以形成一个水下管线，该设备包括：
一个管子保持装置，该管子保持装置能够保持管线的端部并且使管段与所述管线相邻布置，从而确定要焊接的环形接缝，
多个焊头，各个焊头具有至少一个焊炬，用以在环形接缝的区域内将管子焊接在一起，和
冷却装置，该冷却装置可以在焊接步骤过程中引导冷却液与管线的内表面接触，从而在环形接缝的区域中对管子进行冷却。
34、一种包括如权利要求33所述的管子焊接设备和多个管段的管子布设成套组件，其中，各管段由具有重量百分比小于0.1％的碳含量的钢制成。
35、一种在水下布设管线的方法，其中，管段被焊接在一起以形成管线，该方法包括以下步骤：
保持管线的一端，
设置一个管段用以延长所述管线，
对管段进行布置，使其与管线的所述端部相邻，从而确定要焊接的环形接缝，
设置多个焊头，各焊头具有至少一个焊炬，并且绕着环形接缝设置所述焊头，
通过同时操作所述焊头和沿环形接缝移动所述焊头，将管段焊接到管线上，其中，
该管段由具有重量百分比小于0.1％的碳含量的钢制成，并且
在焊接步骤的过程中，通过引导冷却流体与管线的内表面接触，在环形接缝的区域中对管子进行冷却。
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