Способ орбитальной лазерной сварки нефтяных стальных труб, устройство и система, его реализующие
Научная библиотека 04.10.2022 Комментарии к записи Способ орбитальной лазерной сварки нефтяных стальных труб, устройство и система, его реализующие отключеныПатентообладатели: Общество с ограниченной ответственностью «НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ «ИРЭ-Полюс» (ООО НТО «ИРЭ-Полюс») (RU)
Авторы: Афанасьев Алексей Николаевич (RU), Быковский Дмитрий Петрович (RU), Грезев Николай Витальевич (RU), Копылов Сергей Михайлович (RU), Петрунин Денис Владимирович (RU), Петухов Андрей Анатольевич (RU)
Реферат
Изобретение относится к способу орбитальной лазерной сварки нефтяных стальных труб, устройству и лазерной системе для его осуществления. Сваривают трубы непосредственно на буровых платформах при вертикальной или наклонной проходке скважины, в том числе и при ремонте участка трубы без дополнительной подготовки кромки трубы после ее обрезания роликовым труборезом. Сваривают автоматически стык труб за один проход и контролируют дефектоскопом качество формируемого остывающего шва в процессе сварки. Предусмотрен дополнительный прогрев кромок стыка при низких температурах воздуха. Используют 10 кВт лазер при номинальной мощности 7 кВт, процесс от установки до снятия аппарата занимает 150 с. Технический результат: повышение качественных и прочностных характеристик сварного соединения стальных труб и эффективности сварочного процесса, не требующего специальной предварительной подготовки и оснащения стенок труб профилированными элементами. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил.
Формула изобретения
1. Способ орбитальной лазерной сварки нефтяных стальных труб, включающий использование стальных труб с прямой кромкой плоскости свариваемого торца, осуществление механического контакта в торце свариваемых труб путем их осевого совмещения, при котором нижнюю трубу фиксируют устьевым обхватом в буровой скважине, оставляя свободный конец для лазерной сварки, а верхнюю трубу подводят к нижней трубе сверху, и лазерную сварку, отличающийся тем, что свободно подвешенную верхнюю трубу подводят к нижней трубе сверху, осуществляют предварительную установку и фиксацию сварочного аппарата на свободном конце нижней трубы, при этом сварочный аппарат монтируют на трубу посредством двухсегментного кольцевого нижнего обхвата таким образом, чтобы обеспечить вращающемуся бесконтактно с трубой над этим обхватом соосно установленному лазерному односегментному орбитальному модулю сварочного аппарата по меньшей мере полный оборот вокруг нижнего обхвата на расстоянии от кромки вдоль трубы, обеспечивающем частичное совмещение на кромке присадочной проволоки и радиально подводимого лазерного пучка в области перетяжки пучка при сварке, затем выполняют опускание трубы до контакта с торцом нижней трубы, осуществляют обхват и фиксацию конца верхней трубы двухсегментным верхним обхватом, соосным с нижним и жестко скрепленным с ним стальной силовой дугообразной конструкцией, которую располагают снаружи и за пределами орбитального модуля для предотвращения ограничения его вращения и обеспечения его соосности с захватами, затем выполняют намотку висящей сбоку на корпусе силовой конструкции петли энергетического защитного кабель-канала на барабан упомянутого модуля на один по меньшей мере полный оборот и в таком исходном положении с намотанным кабель-каналом осуществляют лазерную сварку с формированием сплошного сварного шва по меньшей мере за один проход, при этом в процессе полного автоматического обратного поворота орбитальной части сварочного аппарата осуществляют разматывание кабель-канала с барабана, причем по окончании процесса формирования сплошного сварного шва по меньшей мере за один проход освобождают трубы от обхватов сварочного аппарата, который отводят в сторону.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют оптическую настройку лазерного пучка на кромку нижней трубы в два этапа: сначала «грубо» в область сварки в пределах ±40 мм от края кромки при установке и фиксации нижнего обхвата, и затем «точно» путем автоматического смещения лазерной головки вдоль трубы внутри орбитального односегментного модуля по данным датчика положения.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют сварку труб лазерным излучением мощностью 5÷12 кВт на воздухе при температуре в диапазоне -50 ÷ +50°C с допуском по зазору контакта по стыку до 500 мкм, причем сварку труб осуществляют лазерным пучком, генерируемым твердотельным, в частности волоконным, или газовым лазером, при этом осуществляют контроль качества формируемой части сварного шва после его отвердевания посредством дефектоскопа, в частности ультразвукового, непосредственно в процессе сварки труб и охлаждения контролируемой части шва до температур в диапазоне 700÷500°С и ниже, причем при обнаружении дефекта шва осуществляют повторную проварку дефектной области в следующем цикле вращения орбитального модуля.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют сварку стальных труб в вертикальных или наклонных скважинах, причем при низких температурах или по необходимости осуществляют предварительный прогрев кромок контактирующих по стыку труб расфокусированным лазерным пучком по мере намотки кабель-канала на барабан.
5. Сварочный аппарат для орбитальной лазерной сварки нефтяных стальных труб, содержащий поворотный односегментный орбитальный модуль в виде сварного полого цилиндра из листовой стали с секторным вырезом по боковой образующей и свободным пространством в центре для размещения и снятия с труб, двухсегментный кольцевой механический нижний обхват трубы в устье скважины, верхний обхват для жесткого захвата и фиксации контактирующих торцами свариваемых труб, жестко и соосно скрепленный с нижним обхватом посредством корпуса стальной сварной силовой дугообразной несущей конструкции, которая расположена снаружи орбитального модуля с возможностью удерживания орбитального модуля на оси без ограничения его вращения, поворотный орбитальный привод, закрепленный на корпусе несущей конструкции, при этом внутри орбитального модуля размещены радиально подвижная сварочная лазерная головка с радиальным приводом, катушкой для автоматической подачи присадочной проволоки и соплом подачи перекрестного сжатого воздуха для отсекания от лазерной головки продуктов плавления металлов, причем лазерная головка имеет продольный привод для перемещения вдоль трубы для точной настройки на кромку нижней трубы по датчику положения после установки сварочного аппарата на нижнюю трубу, при этом в верхней части корпуса орбитального модуля размещена секция в виде барабана для намотки защитного кабель-канала для подачи: сжатого воздуха в сопло; электрической энергии для питания электроприводов подвижных механизмов; лазерного луча для лазерной головки и сигналов управления и телеметрии с датчика положения для автоматизации процесса сварки по командам центрального процессора в блоке управления и с выносного пульта оператора, при этом кабель-канал подведен дистанционно от модуля лазера, расположенного в климатической камере.
6. Сварочный аппарат по п. 5, отличающийся тем, что часть кабель-канала зафиксирована подвижно на корпусе несущей конструкции в виде висящей на корпусе петли для намотки на барабан с регулируемым натяжением, препятствующим обвисанию кабеля при намотке или при обратном ходе на барабан орбитального модуля.
7. Сварочный аппарат по п. 6, отличающийся тем, что на корпусе несущей конструкции монтируют гидрокомпрессор, механизм натяжения петли кабель-канала, электропривод орбитального модуля, два гидропривода для приведения в действие обхватов труб от гидрокомпрессора, при этом для более плавного подведения сварочного аппарата к месту сварки на трубе помимо его предварительного подвеса на тросе крана буровой вышки на верхней части корпуса несущей конструкции установлен тельфер.
8. Сварочный аппарат по п. 5, отличающийся тем, лазерная головка помимо радиального и продольного вдоль трубы привода снабжена приводом поперечного перемещения.
9. Лазерная система для орбитальной лазерной сварки нефтяных стальных труб, содержащая сварочный аппарат для орбитальной лазерной сварки нефтяных стальных труб по пп. 5-8, программируемое вычислительное устройство и модуль лазера с твердотельным лазером с диодной накачкой и/или волоконным лазером, расположенным в климатической камере.
Описание
Область техники
Изобретение относится к области лазерной сварки, а именно к лазерной сварке нефтяных стальных труб, используемых на буровых платформах при вертикальной или наклонной проходке скважины, в том числе и при ремонте участков трубы без предварительной подготовки кромки трубы после ее обрезания роликовым труборезом.
Полное содержание на https://yandex.ru/patents/doc/RU2759457C1_20211115
Изобретение относится к области лазерной сварки, а именно к лазерной сварке нефтяных стальных труб, используемых на буровых платформах при вертикальной или наклонной проходке скважины, в том числе и при ремонте участков трубы без предварительной подготовки кромки трубы после ее обрезания роликовым труборезом.
Полное содержание на https://yandex.ru/patents/doc/RU2759457C1_20211115
