[001 ] A presente invenção refere-se a um sistema de medição e um método de medição automatizado de extremidade de tubos com elevado grau de precisão e de produtividade que podem ser usados tanto em linha com a produção quanto fora de linha. O sistema de medição pode ser usado para tubos de diferentes aplicações técnicas dentre as quais a indústria de óleo e gás.

DESCRIÇÃO DO ESTADO DA TÉCNICA

[002] Hoje em dia, com um ambiente offshore tendo condições cada vez mais severas, as empresas petrolíferas e os seus parceiros precisam enfrentar grandes desafios para garantir qualidade, segurança e produtividade na exploração e transporte de petróleo. Neste cenário, linhas de tubos de ligação entre o poço de petróleo e a plataforma (risers) e linhas de ligação entre um poço e outro (flowlines) desempenham um papel importante para o transporte de petróleo e gás.

[003] Além das diferentes composições de aço com ligas especialmente desenvolvidas e com rotas especiais de processamento para resultar em maior resistência à fratura induzida por hidrogénio (HIC), à fratura induzida por sulfeto (SSC) e propriedades mecânicas melhoradas, as tolerâncias dimensionais podem ser parâmetros importantes na mecânica da fratura e que devem ser criteriosamente inspecionadas, principalmente quando se trata de uma união por solda entre tubos para condução e exploração de petróleo. Neste sentido, tolerâncias mais estreitas nas extremidades dos tubos são requeridas, uma vez que a diferença entre as espessuras de parede (Hi-Lo) entre as extremidades dos tubos soldados na região de solda, conforme mostrado na figura 13, " pode ter efeitos prejudiciais como, por exemplo, diminuição da resistência à fadiga, problemas com indicações / rejeições em ensaios não destrutivos, bem como perdas de produtividade na produção de petróleo. Para a produção de tubos petrolíficos, especificamente linepi- pes, as tolerâncias de espessura de parede na extremidade especificadas em normas técnicas, na maioria dos casos, não são suficientes para garantir um bom "casamento" (matching) entre os tubos soldados. Com isso, para que não ocorram problemas como os relacionados anteriormente, empresas petrolíferas usualmente pedem para mapear a parede nas extremidades de cada tubo (linepipe) e identificar o melhor "matching" entre os tubos fornecidos para que, no momento da soldagem em campo, os efeitos ocasionados devido a grandes diferenças de parede possam ser reduzidos. Os efeitos colaterais para tal mapeamento estão relacionados com uma maior complexidade de logística devido à necessidade de triagem de tubos, menor produ- tividade nas instalações e embarcações de lançamento de tubos no mar (offshore) e efeitos negativos sobre a resistência à fadiga em aplicações dinâmicas.

[004] O termo "Hi-Lo" é usado para indicar as diferenças e variações de diâmetro e espessura na extremidade dos tubos soldados, resultando em degraus na junta entre dois tubos. O correto dimensionamento do "Hi-Lo" nos projetos minimiza as diferenças de espessura de parede para o processo de soldagem subsequente. No entanto, sem uma automatização do sistema de medição acoplado a um torno mecânico de três eixos, o processo de medição e mapeamento manual dos tubos torna-se oneroso e, geralmen- te, apresenta uma baixa produtividade.

[005] O documento CN102650516 refere-se a um método de medição on-line do diâmetro externo e da ovalização da extremidade da tubulação de aço de grande diâmetro com as seguintes etapas: obter os dados nominais de uma tubulação de aço a ser medida para determinar a posição do ei- xo,definir o intervalo relacionado a um sensor de deslocamento de laser de diâmetro externo, permitir que uma sonda do sensor seja direcionada no eixo para a medição e, em seguida, obter o diâmetro D do tubo de aço a ser medido, girar o sensor 180 graus para medir o diâmetro externo em todas as direções periféricas e obter o diâmetro médio e a ovalização do tubo de aço a ser medido. Esse documento também descreve um dispositivo de medição on-line do diâmetro externo e da ovalização da extremidade da tubulação que inclui um robô industrial, um dispositivo de medição do diâmetro externo e um dispositivo de detecção de eixo. O robô industrial padrão é adotado para o transporte do aparelho de medição e é disposto em torno da extremidade da tubulação de aço a ser medida. O documento CN102650516 não sugere o processamento dos valores medidos, e posterior usinagem da ex- tremidade do tubo.

[006] O documento US5778744 descreve um método para a realização de um chanfro por usinagem em um tubo sem costura, o qual utiliza sensores para identificar os diâmetros interno e externo da extremidade do tubo, de modo a eliminar imprecisões devido aos desvios de um perfil perfei- tamente cilíndrico frequentemente presentes em tubos sem costura. O método leva em conta também um perfil teórico da extremidade do tubo, e as dimensões reais dos diâmetros interno e externo do tubo, e realiza a usinagem em duas etapas, uma primeira mais grosseira, e uma segunda com ajuste fino. Esse documento, contudo, não sugere o uso de sensores laser e está limitado à elaboração de um chanfro de extremidade, mas não sugere realizar a usinagem completa da extremidade do tubo para ajuste de espessura de parede e dos diâmetros externo e interno.

[007] O documento JPS62228302 descreve um método para usinar a superfície externa de um tubo sem causar desbalanceamento da espessura de parede ao longo de todo o seu comprimento, arrastando-se rolos em con- tato de laminação com a superfície externa do tubo, e o posicionando-se uma máquina de corte seguindo um tubo curvado após uma usinagem inicial, com base em dados de distribuição de espessura de parede, e executado antes da usinagem do tubo. Este método utiliza sensores para auxiliar na usinagem da superfície apenas externa do tubo, de modo a eliminar desba- lanceamentos. Entretanto, esse documento não sugere a realização da usinagem também interna do tubo e de forma independente da usinagem externa.

OBJETIVOS DA INVENÇÃO

[008] Um primeiro objetivo dessa invenção é de proporcionar um método e um sistema automatizado de medição integrado com um processo de usinagem para alinhamento de extremidades de tubos que assegure tole- râncias de extremidade de tubo mais estreitas, com uma maximização das espessuras de parede média e mínima após a usinagem, e com compensação de excentricidade, de modo a garantir menores valores de diferença entre limites máximo e mínimo especificados por normas técnicas e/ou clientes.

[009] Um segundo objetivo dessa invenção é a integração de um sistema de medição e um torno CNC através de um software dedicado responsável em trabalhar os valores medidos, calculando as coordenadas de usinagem para que as extremidades dos tubos possam ser usinadas com tolerâncias restritas.

[0010] É também objetivo da invenção proporcionar um método e um sistema de alinhamento de extremidades de tubos que possa ser usado para diferentes tipos de tubos, tais como tubulações ascendentes, linhas de ligação, dutos de transporte, entre outros, com custo/benefício competitivo.

[001 1 ] Outro objetivo da invenção é de proporcionar um método e um sistema de alinhamento de extremidades de tubos capaz de medir o diâmetro interno e o diâmetro externo da extremidade do tubo de forma independente, com subsequente usinagem utilizando de um torno CNC com ferramentas centralizadas de forma também independente para os diâmetros internos e externos.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0012] Os objetivos da invenção são alcançados por um sistema automático de medição e usinagem de extremidade de elementos tubulares compreendendo um equipamento de medição que possui um sensor laser interno para medir o diâmetro interno da extremidade do tubo em pelo me- nos uma seção do comprimento do tubo; um sensor laser externo para medir o diâmetro externo da extremidade do tubo em pelo menos uma seção do comprimento do tubo; uma estação de usinagem que possui: pelo menos uma ferramenta de usinagem do diâmetro interno do tubo e pelo menos uma ferramenta de usinagem do diâmetro externo do tubo, sendo que as ferra- mentas de usinagem são operadas independentes uma da outra; uma central eletronica de interface entre o equipamento de medição e as ferramentas de usinagem, a qual contém registros de valores críticos de diâmetro externo e diâmetro interno para a extremidade do tubo, sendo que a central eletronica de interface recebe os valores medidos de diâmetro externo e interno do equipamento de medição, compara com os valores críticos de diâmetro externo e diâmetro interno, e controla a operação das ferramentas de usina- gem do diâmetro interno e externo em função do resultado da comparação, para que os valores reais dos diâmetros externos e internos do tubo se aproximem dos valores críticos de diâmetro externo e interno.

[0013] Preferivelmente, o equipamento de medição possui ainda um sensor laser de posicionamento para medir o posicionamento das ferramen- tas de usinagem, e um braço automatizado que possui, em uma extremidade, um garfo com uma pluralidade de dentes, sendo que cada sensor laser está disposto em um dente do garfo. Preferencialmente, a estação de usinagem possui pelo menos uma ferramenta de usinagem do diâmetro interno do tubo e duas ferramentas de usinagem do diâmetro externo do tubo, sendo que cada ferramenta é operada de forma independente. A central eletronica de interface possui um controle numérico computadorizado que controla a operação da estação de usinagem para reduzir a excentricidade do tubo. A central eletronica de interface preferencialmente armazena valores de diâmetro externo e interno do tubo medidos antes e depois da usinagem.

[0014] A central eletronica de interface preferencialmente possui uma unidade de análise de medição que calcula a espessura de parede do tubo pela diferença entre os valores medidos de diâmetro externo e interno em cada posição da circunferência do tubo, e compara os valores calculados de espessura de parede com valores críticos de espessura de parede. A central eletronica de interface determina os valores mínimos e máximos do diâmetro externo e do diâmetro interno, da excentricidade e da espessura de parede da extremidade do tubo com base nos valores medidos de diâmetro externo e interno do tubo. A central eletronica de interface preferencialmente calcula os valores críticos de diâmetro externo e diâmetro interno para a extremida- de do tubo a partir de uma medição prévia de amostras de elementos tubulares e de uma análise estatística da variabilidade dos diâmetros máximo e mínimo medidos das amostras. [0015] Os objetivos da invenção são ainda alcançados por um método automático de medição e usinagem de extremidade de elementos tubulares compreendendo: medir o diâmetro interno da extremidade do tubo em pelo menos uma seção do comprimento do tubo; medir o diâmetro externo da extremidade do tubo em pelo menos uma seção do comprimento do tubo; processar os valores medidos de diâmetro externo e diâmetro interno e compará-los com valores críticos de diâmetro externo e diâmetro interno, e usinar controladamente o diâmetro interno e o diâmetro externo da extremidade do tubo em função do resultado da comparação, para que os valores reais dos diâmetros externo e interno do tubo se aproximem dos valores críticos de diâmetro externo e interno, para reduzir a excentricidade do tubo. As etapas de medição do diâmetro interno e do diâmetro externo da extremidade do tubo são, preferivelmente, realizadas de forma independente uma da outra, podendo ser feitas em três seções do comprimento do tubo.

[0016] Após a etapa de usinagem, pode ser feita uma nova etapa de medição do diâmetro interno e do diâmetro externo da extremidade do tubo em pelo menos uma seção do comprimento do tubo, e uma etapa de registrar os valores finais medidos do diâmetro interno e do diâmetro externo da extremidade do tubo após a usinagem.

[0017] O controle da etapa da usinagem do diâmetro interno e do diâmetro externo do tubo é realizado por meio de um controle numérico computadorizado. A usinagem controlada do diâmetro interno e do diâmetro externo da extremidade do tubo pode compreender: usinar o diâmetro interno com dimensões que diminuem progressivamente em direção ao centro do tubo em um segmento do comprimento do tubo, e usinar o diâmetro externo com dimensões que aumentam progressivamente em direção ao centro do tubo no segmento do comprimento do tubo, formando uma região de transição com maior espessura de parede entre a extremidade do tubo e o resto do comprimento do tubo.

[0018] A etapa de processar os valores medidos de diâmetro externo e diâmetro interno preferencialmente compreende determinar os valores mínimos e máximos do diâmetro externo e do diâmetro interno, da excentricida- de e da espessura de parede da extremidade do tubo com base nos valores medidos de diâmetro externo e interno do tubo. A etapa de determinar a espessura de parede do tubo compreende calcular a diferença entre os valores medidos de diâmetro externo e interno em cada posição da circunferência do tubo na seção medida, comparar os valores calculados de espessura de parede com valores críticos de espessura de parede e identificar as coordenadas das posições de usinagem no diâmetro interno e no diâmetro externo do tubo.

[0019] O método compreende preferencialmente uma etapa inicial de calcular os valores críticos de diâmetro externo e diâmetro interno para a extremidade do tubo a partir de uma medição prévia de amostras de elementos tubulares e de uma análise estatística da variabilidade dos diâmetros máximo e mínimo medidos das amostras. O método preferencialmente compreende, antes da etapa de usinagem, uma etapa de descarte do tubo, caso os valores medidos de diâmetro interno e externo sejam insuficientes para se obter os valores críticos de diâmetro interno e externo após a usinagem. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0020] A presente invenção será, a seguir, mais detalhadamente descrita com base em um exemplo de execução representado nos desenhos. As figuras mostram:

[0021 ] a figura 1 -é uma vista esquemática de um sistema de medição e usinagem automática de extremidade de elementos tubulares de acordo com a invenção;

[0022] a figura 2 é uma vista parcial em perspectiva da ferramenta de usinagem do sistema de acordo com a invenção;

[0023] a figura 3 é uma vista em perspectiva da extremidade de um tubo após ser processado;

[0024] a figura 4 é uma vista frontal do tubo da figura 3, mostrando o diâmetro interno da extremidade do tubo após o processamento;

[0025] a figura 5 é um gráfico mostrando as medições dos diâmetros interno e externo de um tubo antes do processamento; [0026] a figura 6 é um gráfico mostrando as medições dos diâmetros interno e externo do tubo após o processamento;

[0027] a figura 7 é um gráfico mostrando a distribuição normal dos valores mínimo, médio e máximo do diâmetro externo do tubo antes do proces- samento;

[0028] a figura 8 é um gráfico mostrando a distribuição normal dos valores mínimo, médio e máximo do diâmetro externo do tubo após o processamento;

[0029] a figura 9 é um gráfico mostrando a distribuição normal dos valo- res mínimo, médio e máximo do diâmetro interno do tubo antes do processamento;

[0030] a figura 10 é um gráfico mostrando a distribuição normal dos valores mínimo, médio e máximo do diâmetro interno do tubo após o processamento;

[0031 ] a figura 1 1 - é um gráfico mostrando a distribuição normal dos valores mínimo, médio e máximo da espessura de parede do tubo antes do processamento;

[0032] a figura 12 é um gráfico mostrando a distribuição normal dos valores mínimo, médio e máximo da espessura de parede do tubo após o processamento; e

[0033] a figura 13 é uma vista em seção transversal de uma junta soldada de dois tubos mostrando as diferenças entre os diâmetros das extremidades dos tubos (Hi-lo).

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS FIGURAS

[0034] A figura 1 mostra esquematicamente uma modalidade preferida da composição de equipamentos, hardwares e softwares do sistema de medição e usinagem automática de extremidade de elementos tubulares de acordo com a invenção. Os elementos tubulares são geralmente tubos de aço 10 usados na indústria de óleo e gás, porém o sistema de acordo com a invenção pode ser aplicado a elementos tubulares de outras naturezas e outros materiais, quando houver necessidade de medição e/ou usinagem das extremidades dos mesmos. [0035] O sistema possui um equipamento de medição 1 que pode ser acionado para medir os diâmetros (OD/ID), ovalização e excentricidade do tubo antes e/ou depois da usinagem, em posições/planos diferentes ao longo de um comprimento máximo de 500 mm da extremidades de elementos tubulares, sendo a medição feita nas mesmas posições antes e depois da usinagem, para fins de ajuste e verificação do resultado. O equipamento de medição 1 é dotado de um sensor laser interno 3 para medir o diâmetro interno da extremidade do tubo, e um sensor laser externo 2 para medir o diâmetro externo da extremidade do tubo, ambos em pelo menos uma seção do comprimento da extremidade tubo. Preferivelmente, o equipamento de medição 1 possui ainda um sensor laser de posicionamento 4, que mede o posicionamento das ferramentas de usinagem em relação ao centro da respectiva máquina de usinagem ou estação de usinagem.

[0036] Em uma modalidade da invenção, o equipamento de medição é constituído por um robô 1 1 que faz todos os movimentos necessários para transportar os sensores laser até as extremidades dos tubos e rotacionar os sensores para que as medidas sejam feitas a cada 1 °. Esse robô possui um braço automatizado 7, o qual movimenta os sensores laser 2, 3, 4 ao redor e ao longo da periferia da extremidade do tubo. Na extremidade do braço au- tomatizado 7 é acoplado um garfo, em cujos dentes são montados os sensores laser 2, 3, 4. Nessa modalidade da invenção que utiliza três sensores, o garfo apresenta três dentes. No dente inferior é disposto o sensor laser de posicionamento 4. No dente central é acoplado o sensor laser externo 2, e no dente superior é acoplado o sensor laser interno 3. Os sensores externo 2 e interno 3 são posicionados respectivamente fora do tubo e dentro do tubo e deslocados ao redor e ao longo do comprimento da extremidade do tubo.

[0037] O braço automatizado 7 desloca os sensores 2, 3 na direção axial do tubo, de modo que eles possam medir os diâmetros interno e exter- no do tubo em diversas posições axiais próximas à extremidade do tubo.

[0038] Na modalidade da invenção mostrada na figura 1 , os sensores 2, 3 e 4 são sensores a laser de triangulação. O sensor externo 2 e o sensor interno 3 realizam medições nos 360 ^Q da circunferência do tubo, , fazendo uma mediação a cada 1 ^Q da circunferência do tubo. Normalmente, são feitas até três medições em seções axialmente distintas da extremidade do tubo 10, e preferivelmente em qualquer posição até cerca de 300 mm a partir da borda de extremidade do tubo, ou mais do que 300mm, dependendo das especificações técnicas e da configuração do equipamento de medição. A combinação dos sensores laser com o braço automatizado contribui para que o sistema realize medições bastante precisas da superfície da extremidade do tubo.

[0039] O sistema automático de medição e usinagem de extremidade de elementos tubulares de acordo com a invenção apresenta também uma estação de usinagem 5 que é responsável por usinar e dimensionar a extremidade do tubo, de modo que os valores reais alcançados após usinagem dos diâmetros externo e interno, ovalização, excentricidade e espessura de parede do tubo se aproximem dos valores especificados por clientes e/ou normas técnicas com a mínima variação possível ou calculados pelo sistema (aqui chamados de valores críticos). O sistema busca uma maximização da espessura da parede e uma redução da excentricidade do tubo, para se obter os melhores valores de tolerância de extremidade do tubo que proporcio- ne um melhor casamento ("matching") entre os tubos soldados.

[0040] Para essa finalidade, a estação de usinagem 5 compreende pelo menos uma, e preferencialmente duas ferramentas de usinagem do diâmetro interno do tubo 14 e pelo menos uma, preferencialmente duas, ferramentas de usinagem do diâmetro externo do tubo 12, 13 integrantes de uma máqui- na de usinagem, como pode ser visto na figura 2. As ferramentas de usinagem 12, 13 e 14 são acopladas a um mesmo eixo central da estação de usinagem 5. As ferramentas de usinagem operam e usinam o tubo de forma independente umas das outras.

[0041 ] Uma central eletrônica de interface 6 do sistema de acordo com a invenção é responsável por realizar a interface entre o equipamento de medição 1 e a estação de usinagem 5. Nessa central eletrônica de interface 6 estão registrados os valores críticos de diâmetros externo e interno para a extremidade do tubo. Esses valores críticos são determinados em função de normas técnicas e/ou do cliente a partir dos limites de tolerância dimensionais necessários ou desejados à aplicação daqueles tubos, e são previamente programados nessa central de interface 6.

[0042] A central eletrônica de interface 6 recebe os valores de diâmetro externo e interno medidos pelo equipamento de medição 1 antes e/ou depois da usinagem, e pode manter registros desses valores para todos os tubos de produção. A central eletrônica de interface 6 compara os valores medidos de diâmetro externo e interno com os valores críticos de diâmetro externo e in- terno previamente registrados, e controla a operação das ferramentas de usinagem 12, 13 e 14 em função do resultado da comparação, para que os tubos 10 sejam usinados até os valores críticos dos diâmetros externo e interno calculados ou previamente registrados. Esses valores são calculados pela central de interface 6, normalmente por meio de um software . O siste- ma também busca realizar um controle da operação das ferramentas de usinagem 12, 13 e 14 para reduzir a excentricidade do tubo, ou seja, para que as circunferências correspondentes aos diâmetros interno e externo fiquem concêntricas.

[0043] A central eletrônica de interface 6 possui uma unidade de análi- se de medição 9, mostrada na figura 1 , para fazer a análise e o processamento dos valores medidos, e também para controlar a operação do equipamento de medição 1 , do braço automatizado 7 e do robô, quando for o caso. Com base nos valores medidos pelos sensores, a unidade de análise de medição 9 calcula os valores mínimos e máximos do diâmetro externo e do diâmetro interno, da excentricidade e da espessura de parede da extremidade reais do tubo. . A espessura de parede do tubo é calculada através da diferença entre os valores medidos de diâmetro externo e interno em cada posição da circunferência do tubo.

[0044] Antes da usinagem, a unidade de análise de medição 9 verifica se aquele tubo possui material e espessura de parede suficiente para ser usinado e dimensionado, de modo que a forma final do tubo especifica- da/desejada seja alcançada. Caso o tubo não atenda a esses requisitos, ele é descartado.

[0045] A unidade de análise de medição 9 também é responsável por comparar os valores calculados de espessura de parede e os valores medi- dos dos diâmetros interno e externo com valores críticos de espessura de parede e dos diâmetros previamente registrados, para gerar os sinais de controle que serão usados para controlar a operação das ferramentas de usinagem 12, 13, 14.

[0046] Em uma modalidade da invenção, os valores críticos são calcu- lados na própria unidade de análise de medição 9 da central eletrônica 6 do sistema, com auxílio de um software dedicado, a partir da medição e da análise das dimensões de algumas amostras do lote de tubos a serem usinados. O software dedicado do sistema permite realizar a medição e o controle da operação das ferramentas de usinagem dos diâmetros interno e externo de forma individual e separada, aumentando sensivelmente a taxa de produção de tubos medidos, usinados e dimensionados pelo sistema. Além disso, o sistema pode ser programado de formas diferentes, o que permite sua aplicação tanto para tubulações ascendentes (risers) como linhas de ligação para o transporte de petróleo e gás com uma boa relação de custo benefício em todos os casos.

[0047] Esse software dedicado é configurado para encontrar as melhores combinações de diâmetros interno e externo do tubo, de modo que ele seja dimensionado dentro dos valores de limiar dessas variáveis, e para alcançar um melhor casamento ("matching") entre tubos de um mesmo lote. O software também busca sempre obter uma maximização da espessura da parede e uma redução da excentricidade, para obter um melhor desempenho e qualidade do tubo.

[0048] Em um exemplo, cerca de 30 tubos de um lote são previamente escaneados pelo sistema de acordo com a invenção, e seus valores de diâ- metro externo e interno são medidos, suas espessuras de parede, excentricidade e ovalização são calculadas e seu seus diâmetros interno e externo máximos são identificados. Na unidade de análise de medição 9 da central eletrônica 6, é feita uma análise da variabilidade dos diâmetros máximo e mínimo identificados e, em seguida, os valores alvo dos diâmetros interno e externo são definidos estatisticamente com auxílio do referido software. Os valores alvo dos diâmetros interno e externo são calculados, de modo a evi- tar um maior desperdício de material possível e garantir os limites de tolerância das extremidades dos tubos e uma maior espessura de parede daquele lote específico de tubos.

[0049] Como pode ser visto na figura 1 , a central eletrônica de interface 6 possui um controle numérico computadorizado (CNC) 8 responsável por controlar a operação da estação de usinagem 5, e mais especificamente das ferramentas de usinagem 12 e 13 externas e 14 interna individualmente. Esse controle CNC 8 recebe todos os dados calculados pela unidade de análise de medição 9 da central eletrônica de interface 6 necessários ao controle das ferramentas de usinagem 12, 13, 14, tendo em conta os valores de diâ- metros interno e externo calculados pelo software considerando a maximização desejada.

[0050] Dessa forma, é possível controlar a usinagem dos diâmetros externo e interno de forma independente com base nos valores críticos individuais de cada um deles, controlando-se a operação do eixo de cada uma das ferramentas de usinagem 12, 13, 14 com centralização independente e também com configurações independentes. Por exemplo, o sistema de acordo com a invenção é capaz de usinar um diâmetro externo em uma faixa de 1 1 ,43 cm a 40,64 cm (4 1 /2" a 16") com a mesma precisão para toda a faixa. Para essa faixa de diâmetro externo, o sistema é capaz de usinar uma média de 80 tubos por turno de trabalho de 8 horas.

[0051 ] Os gráficos das figuras 5 e 6 permitem uma melhor compreensão do funcionamento da invenção, pois mostram as medidas dos diâmetros interno e externo extraídas de um tubo, representando a seção transversal do mesmo, respectivamente antes e depois da usinagem. Como pode ser visto na figura 5, normalmente, a espessura de parede dos tubos antes da usinagem é maior do que o valor crítico alvo. Nessa figura, os valores críticos/alvo dos diâmetros interno e externo estão marcados em linhas cheias, enquanto os valores medidos estão representados em linhas tracejadas. Os valores foram medidos ao longo de duas seções do tubo representadas por ID Face 1 , ID Face 2, OD Face 1 , OD Face 2. Há uma diferença tanto no diâmetro externo como no interno em relação aos valores críticos. Portanto, o sistema de acordo com a invenção precisa determinar quais partes da superfície do tubo serão usinadas combinadamente na parede interna e na parede externa, para alcançar a espessura de parede desejada em toda a circunferência da extremidade do tubo e ao mesmo tempo garantir reduzir ao máximo a excentricidade entre os diâmetros internos e externos.

[0052] Nota-se ainda na figura 5 que, devido às diferenças dos diâmetros interno e externo da parede do tubo em relação aos valores críticos, e às irregularidades e ondulações na superfície dessas paredes, é preciso ajustar o posicionamento das circunferências correspondentes aos valores críticos dos diâmetros interno e externo no tubo, de modo a garantir a es- pessura de parede desejada em toda a circunferência do tubo após a usina- gem.

[0053] O resultado da usinagem é mostrado na figura 6, onde se vê que as ondulações na superfície interna foram sensivelmente reduzidas, e o diâmetro interno foi aumentado para uma dimensão próxima ao valor crítico representado em linha contínua na figura 5. A dimensão do diâmetro externo foi também aproximada do valor crítico, e as ondulações na superfície externa foram reduzidas, ao mesmo tempo em que as circunferências dos diâmetros interno e externo reais tornaram-se mais concêntricas.

[0054] O sistema de acordo com a invenção pode ser usado também apenas para a medição das dimensões dos diâmetros e espessura de parede dos tubos, por exemplo, nos casos em que não sejam necessários ajustes de dimensão dos tubos.

[0055] A invenção também se refere a um método automático de medição e usinagem de extremidade de elementos tubulares, por meio do qual inicialmente são medidos o diâmetro interno e o diâmetro externo da extremidade do tubo em pelo menos uma seção do comprimento do tubo. As medições desses dois diâmetros são realizadas de forma independente uma da outra. Podem ser realizadas medições nos 360 ^Q da circunferência do tubo, por exemplo, com intervalos de 1 ^Q entre cada medida, ou com intervalos maiores ou menores, caso desejado ou necessário. Esse intervalo pode ser programado e ajustado. Normalmente, são feitas até três medições em se- ções distintas do comprimento da extremidade do tubo, e preferivelmente em qualquer posição até cerca de 300 mm a partir da extremidade do tubo.

[0056] Após feitas as medições, os valores medidos de diâmetro externo e diâmetro interno são processados e comparados com valores críticos de diâmetro externo e diâmetro interno previamente determinados em fun- ção do projeto e da aplicação desejada, ou previamente calculados pela central eletrônica 6 após o escaneamento das amostras de tubo daquele lote. Os valores, mínimos, máximos e médios dos diâmetros externos e internos, bem como o cálculo da espessura parede são produto final deste escaneamento dos sensores em torno do perímetro nas extremidades dos tubos. Os valores médios desses diâmetros são calculados e registrados. São também identificadas a excentricidade entre esses dois diâmetros e a espessura de parede ao longo de toda a periferia da extremidade do tubo, como pode ser visto nas representações mostradas na figura 5 dos valores medidos de um tubo. A determinação da espessura de parede do tubo é calculada pela dife- rença entre os valores medidos de diâmetro externo e interno em cada posição da circunferência do tubo na seção medida.

[0057] Os valores identificados de diâmetros e espessura de parede são comparados com os respectivos valores críticos previamente determinados, para então se identificar quais partes da superfície do tubo precisam ser usinadas e em que medida a usinagem precisa ser efetuada, de modo que os valores reais finais dos diâmetros externos e internos e da espessura de parede do tubo se aproximem dos valores críticos de diâmetro externo e interno. Essa determinação das partes a serem usinadas busca também alcançar uma maximização da espessura da parede e uma redução da excen- tricidade do tubo, para se obter os melhores valores de tolerância de extremidade do tubo. Nessa etapa são identificadas as melhores combinações de diâmetros interno e externo do tubo, considerando-se os valores reais medi- dos desses parâmetros de modo que ele seja dimensionado dentro dos valores críticos dessas variáveis. O software dedicado da central de controle calcula as coordenadas de usinagem, para que os valores restritos de tolerâncias sejam alcançados nas extremidades após usinagem. O software indica a posição no tubo e a quantidade de material a ser usinado.

[0058] Por meio dos resultados de cálculos obtidos por esse software dedicado, se determina se as extremidades serão ou não usinadas, ou seja, se as medidas nominais dos tubos podem ou são suficientes para deixar a extremidade dos tubos com as medidas dentro do especificado. A usinagem acontecerá apenas se a extremidade possuir material suficiente para que a forma final alvo do tubo seja alcançada. Caso contrário, o tubo é rejeitado.

[0059] Caso as dimensões das extremidades do tubo sejam suficientes para serem usinadas, as coordenadas da posição de usinagem são enviadas para o controle CNC das ferramentas de usinagem e o processo de usi- nagem é liberado pelo software. A usinagem dos diâmetros interno e externo da extremidade do tubo é realizada controladamente em função dos resultados dos cálculos anteriormente mencionados da etapa de processamento. O controle numérico computadorizado (CNC) é usado para controlar a usinagem de forma precisa, e para que as usinagens do diâmetro interno e exter- no possam ser feitas de maneira independente uma da outra.

[0060] A usinagem pode ser controlada e ajustada para tubos de diferentes tamanhos e naturezas, com parâmetros também distintos de espessura de parede e de tolerância de extremidade. Além disso, para melhorar a resistência à fadiga do tubo, pode ser usinada no tubo uma região de transi- ção 15, 16, chamada de taper de transição, suave e sem pontos pontiagudos entre a extremidade do tubo e o corpo, tanto na superfície interna como na externa, conforme mostrado nas figuras 3 e 4. Na região de transição 15 na superfície externa, o diâmetro externo é usinado com dimensões que aumentam progressivamente em direção ao centro do corpo na direção axial do tubo, enquanto na região de transição 16 na superfície interna, o diâmetro interno é usinado com dimensões que diminuem progressivamente em direção ao centro do tubo, formando uma região de transição com maior espes- sura de parede entre a extremidade do tubo e o resto do seu corpo. Em uma modalidade da invenção, o comprimento da extremidade do tubo que é usinado é de cerca de 300 mm, incluindo a região de transição. Esse comprimento pode ser maior do que 300 mm, caso necessário.

[0061 ] Finalmente, após a usinagem controlada, é realizada uma nova etapa de medição do diâmetro interno e do diâmetro externo da extremidade do tubo nas mesmas posições ao longo do comprimento do tubo onde foram feitas as medições antes da usinagem, de modo a verificar se as medidas finais estão dentro dos valores alvo previstos pelo software. Os valores me- didos após a usinagem são registrados. Dessa forma, pode ser gerado um registro de valores finais das dimensões dos tubos usinados de um mesmo lote, por exemplo.

[0062] Em uma modalidade preferencial da invenção, todas as etapas do método aqui descrito podem ser realizadas pelo sistema de acordo com a invenção aqui descrito. Esse sistema e esse método foram desenvolvidos e concebidos de modo a poderem ser usados tanto na linha de produção dos tubos, por exemplo, no estágio de acabamento, como fora dela, sem interferir no fluxo de produção dos tubos. Além disso, o sistema e o método aqui descritos conferem uma flexibilidade à linha de produção em termos de me- dição de extremidades dos tubos, bem como à combinação da medição com a usinagem desses tubos.

[0063] Tanto antes quanto durante a realização do método de acordo com a invenção e/ou o uso do sistema de acordo com a invenção, é importante realizar procedimentos de calibragem dos equipamentos utilizados que podem ser repetidos tantas vezes quantas forem necessárias para o adequado funcionamento do método e do sistema. A calibragem pode ser feita em segmentos de tubos de prova com dimensões conhecidas.

[0064] Nas figuras 3 e 4 que mostram a extremidade de um tubo após ser usinado e dimensionado pelo sistema e pelo método da invenção, é pos- sível ver que as superfícies acabadas interna e externa apresentam uma rugosidade com valores máximos de 125RMS (N8, Ra = 3,2 μΜ). Uma região de transição em forma de rampa 12 (também conhecida como "taper de transição") com relação mínima de 7:1 na região do diâmetro interno foi usada, de acordo com especificações do projeto. Uma região de transição em forma de rampa mais suave, com relação de 15: 1 foi aplicada na região de transição 12 do diâmetro externo, a fim de evitar problemas durante a apli- cação do revestimento externo. Regiões de transição suaves no diâmetro interno e no diâmetro externo também contribuem para a melhoria da resistência à fadiga. A região de transição em forma de rampa pode ser dimensionada pelo equipamento de modo a atender qualquer especificação técnica de norma e/ou cliente.

[0065] O sistema e o método de acordo com a invenção são aptos à produção de linhas tubulares a serem usadas em projetos de tubulações ascendentes (risers) em exploração de petróleo, no Brasil (Sapinhoá, Guará- Lula e P-55) com tolerâncias de extremidade de tubo bastante restritas para o diâmetro externo (± 0,75 mm) e para o diâmetro interno (± 0,25 mm) ou ainda mais restritas para o diâmetro interno, da ordem de ± 0,20 mm, por exemplo, usada para o projeto LLOG para o Golfo do México. No diâmetro externo a tolerância do sistema também pode chegar até +/- 0,20 mm. Para esses projetos, foram fornecidos com sucesso aproximadamente 13,500 tubos, e foram soldados e lançados por método de lançamento J-lay ou Reel- Lay. Os resultados de fadiga em juntas soldadas foram bons e estavam em conformidade com as rigorosas especificações aplicáveis para esses projetos. O controle dimensional eficaz de tolerâncias nas extremidades de todos os tubos evita a necessidade de qualquer tipo de classificação e seleção de tubos para as operações de soldagem para tubulações de produção de óleo o gás, quer nas bases onshore ("spoolbases") quer nas embarcações de lançamento, e assegura um bom casamento de todas as conexões de tubos durante qualquer tipo de processo de soldagem.

[0066] As razões para este controle rígido para as diferenças entre os valores máximo e mínimo dos diâmetros interno e externo estão ligadas às severas especificações aplicáveis a juntas soldadas, a fim de assegurar uma boa resistência à fadiga, o que é particularmente crítico para aplicações de tubulações ascendentes. O sistema e o método da presente invenção garan- tem diferenças entre limites máximo e mínimo da ordem de ±0,20mm para o diâmetro interno.

[0067] Nas figuras 5 a 12 são apresentados resultados que demonstram o excelente desempenho do sistema e do método automáticos de me- dição e usinagem de extremidade de elementos tubulares aqui descritos em termos de eficácia para corrigir a geometria do diâmetro externo, do diâmetro interno e da espessura de parede. Os tubos nos quais foram realizados os testes que se referem às figuras foram fornecidos para um projeto de tubulação ascendente (riser). As medidas foram realizadas antes e depois da operação de usinagem para fins de comparação e para mostrar a capacidade do equipamento para melhorar as dimensões das extremidades tubos.

[0068] Os resultados mostrados nessas figuras se referem a tubos que objetivavam alcançar as seguintes dimensões reais: espessura de parede: 25,4mm -8% + 10%, diâmetro externo alvo: 203 ± 0,75 mm / diâmetro inter- no alvo: 154,15 ± 0,25 mm.

[0069] Para cada extremidade de tubo, uma análise de todas as medições de todas as seções é realizada automaticamente pelo software usado no sistema e no método da presente invenção. Novamente com relação ao exemplo da figura 5, no gráfico são mostradas em linhas pontilhadas medi- ções realizadas em duas seções da extremidade do tubo, a 50 milímetros e 150 mm de distância da borda antes da operação de usinagem, as quais são representadas por ID Face 1 , ID Face 2, OD Face 1 , OD Face 2. É possível observar que o diâmetro interno nas duas seções de medição varia significativamente ao longo dos 360° analisados, ao passo qu e o diâmetro externo varia menos devido aos passes de calibração finais no fim do processo de laminação. As linhas contínuas correspondem aos diâmetros interno e externo críticos de referência calculados pelo software em conformidade com os requisitos de aplicação demandados no projeto.

[0070] Como pode ser visto na figura 6 que representa as medidas rea- lizadas após o processo de usinagem, é possível observar uma melhoria significativa da ovalização do diâmetro interno. Isso demonstra a eficácia do sistema e do método de acordo com a invenção para melhorar a geometria e as tolerâncias no que diz respeito os diâmetros interno e externo, espessura de parede e excentricidade da extremidade do tubo, com base nas medições anteriores e nos cálculos adequados dos valores críticos objetivados. Desse modo, é possível alcançar um casamento otimizado para todos os tubos produzidos, evitando perdas de produtividade durante as operações de soldagem e proporcionando uma melhora no desempenho dos produtos durante a sua aplicação.

[0071 ] Os gráficos das figuras 7 e 8 mostram a distribuição normal dos valores mínimo (OD min), médio (OD Ave) e máximo (OD Max) do diâmetro externo (OD) do tubo antes e depois da usinagem, respectivamente. O eixo das abscissas indica o valor do diâmetro externo medido em milímetros e o eixo das ordenadas indica a frequência em que cada medida de diâmetro externo foi obtida. As linhas verticais representam o valor alvo desejado do diâmetro externo e as respectivas tolerâncias máxima e mínima (203 ± 0,75 mm). A comparação entre essas figuras mostra que foram obtidas alterações significativas nas dimensões do diâmetro externo depois da usinagem usando os parâmetros definidos pelo sistema e pelo método de acordo com a invenção, para alcançar a maximização da espessura de parede e excentricidade das extremidades do tubo. As curvas de distribuição normal dos valo- res mínimo, médio e máximo do diâmetro externo se deslocaram totalmente para dentro da faixa de valores alvo de diâmetro externo incluindo as tolerâncias (203 ± 0,75 mm), e os valores médios dessas curvas se aproximaram do valor alvo central de 203 mm.

[0072] Os gráficos das figuras 9 e 10 mostram a distribuição normal dos valores mínimo (ID min), médio (ID Ave) e máximo (ID Max) do diâmetro externo (ID) do tubo antes e depois da usinagem, respectivamente. O eixo das abscissas indica o valor do diâmetro interno medido em milímetros e o eixo das ordenadas indica a frequência em que cada medida de diâmetro interno foi obtida. As linhas verticais representam o valor alvo desejado do diâmetro interno e as respectivas tolerâncias máxima e mínima (154,15 ± 0,25 mm). A análise dessas duas figuras mostra que antes da operação de usinagem todos os valores de diâmetro interno medidos estavam fora e bastante distan- tes da faixa de valores alvo de diâmetro interno incluindo a tolerância (154,15 ± 0,25 mm) como pode ser visto na figura 9. Após a usinagem, as curvas de distribuição normal dos valores mínimo, médio e máximo do diâmetro interno se deslocaram totalmente para dentro da faixa de valores alvo, e os valores médios dessas curvas se aproximaram bastante do valor alvo central de 154,15 mm.

[0073] A partir daí pode-se concluir que as superfícies interna e externa da extremidade do tubo foram usinadas até o diâmetro interno alcançar um valor próximo ao limite mínimo de tolerância e até o diâmetro externo alcan- çar um valor próximo ao limite máximo de tolerância. As figuras 1 1 e 12 mostram a distribuição normal dos valores mínimo (Wt min), médio (Wt Ave) e máximo (Wt Max) da espessura de parede (Wt) para esta extremidade do tubo antes e depois da usinagem, respectivamente. Nota-se que, após a usinagem, os valores mínimo, médio e máximo também se aproximaram bastante da espessura de parede média desejada e suas respectivas tolerâncias (25,4mm -8% + 10%) representadas pelas linhas verticais. Inclusive, foram eliminadas medidas de espessura de parede máxima com valores maiores do que 26,5mm, o que mostra a maximização da espessura de parede obtida.

[0074] Assim, pode-se observar que o sistema e o método de acordo com a invenção alcançaram o objetivo desejado de minimizar as diferenças entre os valores máximo e mínimo de diâmetro e de obter as tolerâncias especificadas de espessura de parede maximizadas.

[0075] Os resultados obtidos com o sistema e o método automáticos de medição e usinagem de extremidade de elementos tubulares permitem concluir que eles apresentam uma alta capacidade para calcular os parâmetros de usinagem adequados, a fim de maximizar a espessura de parede mínima e média e reduzir a excentricidade. O sistema e o método de acordo com a invenção são também bastante eficazes para corrigir a ovaliza- ção/circularização do diâmetro externo e do diâmetro interno. As diferenças entre os valores máximo e mínimo de diâmetro podem ser significativamente melhoradas pelo sistema e pelo método da invenção, após a usinagem controlada.

[0076] Além disso, o sistema e o método de acordo com a invenção permitem alta repetição e reprodutibilidade para lotes completos de tubos, o que evita a necessidade de triagem e seleção adicional nas bases onshore e nas embarcações de lançamento. Graças à maior produtividade em comparação com os métodos de dimensionamento de extremidade manuais, o sistema e o método de acordo com a invenção também podem ser utilizados para linhas de transporte de óleo e gás.

[0077] Tendo sido descrito um exemplo de concretização preferido, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras possíveis variações, sendo limitado tão somente pelo teor das reivindicações apensas, aí incluídos os possíveis equivalentes.