專利名稱：在管子里特別是在核電站的蒸汽發(fā)生器的管子里遙控焊接襯管的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所涉及的是在管子里邊遙控焊接襯管的方法和設(shè)備，它特別適用在一個(gè)高壓水的核反應(yīng)堆中的蒸汽發(fā)生器的管子里檢修裂縫。
這樣的發(fā)電站里的蒸汽發(fā)生器，一般包括一個(gè)換熱器的管束，它是由大量被彎曲成U型的小直徑的管子構(gòu)成的，這些管子的每一頭被安裝在一塊非常厚的打孔板上。位于打孔板下方的蒸汽發(fā)生器部分在第一區(qū)域里構(gòu)成了一個(gè)水箱，在第一區(qū)域里來自于反應(yīng)堆容器中的“一次”水在壓力下被分配到換熱器管束中的管子里，水沿著管子流過以后在第二區(qū)域里被回收，然后經(jīng)由反應(yīng)堆一次回路的一根管道返回到包含反應(yīng)堆芯的容器里，該反應(yīng)堆芯由用于加熱高壓水的燃料組件構(gòu)成。蒸汽發(fā)生器的供水與位于打孔板上方的蒸汽發(fā)生器的換熱器管束中的管子的外表面相接觸，并把水轉(zhuǎn)化成蒸汽，該蒸汽被輸送到與核反應(yīng)堆相連接的汽輪機(jī)上。
因而管束中的管子壁形成了由一次液體構(gòu)成的高壓水與由二次液體構(gòu)成的供水之間的阻擋層。一次液體與在反應(yīng)堆容器中的燃料組件和其它結(jié)構(gòu)件接觸，包括較大或較小程度的放射性物質(zhì)。由于二次水受到污染時(shí)會(huì)帶來重大危害，因此在一次液體與二次液體之間應(yīng)當(dāng)避免任何直接的接觸。為使這點(diǎn)成為可能，就有必要在蒸汽發(fā)生器管束中的管子的整個(gè)管壁上避免裂縫發(fā)生，并且一旦發(fā)生了這樣的裂縫，就必須有效并且盡可能快地檢修有裂縫管壁的管子。
在反應(yīng)堆的額定壽命期間，這種檢修工作通常是需要的。因?yàn)橛捎跓釕?yīng)力或機(jī)械原因或由于管束中的管子受到腐蝕，都可能在它的一次側(cè)或二次側(cè)管束的管子壁上引起裂縫。為了達(dá)到保養(yǎng)的目的，在反應(yīng)堆停機(jī)期間應(yīng)進(jìn)行檢修。
補(bǔ)修蒸汽發(fā)生器管束里的管子的公知方法在于在所述的有裂縫的管子里加襯。一根具有外徑稍小于被檢修管內(nèi)徑的、具有足夠的長(zhǎng)度覆蓋住包含裂縫區(qū)域的襯管在管子端口經(jīng)由打孔板的入口面插進(jìn)管子中。當(dāng)襯管插進(jìn)位于打孔板的中部位置時(shí)，其是與打孔板的入口面平齊的，當(dāng)插進(jìn)的襯管靠近打孔板的邊緣時(shí)，其是穿過了打孔板的一半的距離。然后襯管被定位在管子里以便在襯管與管子之間得到兩條不漏水的結(jié)合線，在包含有裂縫區(qū)的任何一側(cè)都有一條結(jié)合線。
為在含有裂縫區(qū)的任何一側(cè)上定位襯管，有許多公知的方法，特別是可以采用將襯管在靠近它端部的兩個(gè)區(qū)域里沿直徑方向擴(kuò)張的方法，其中一個(gè)所述區(qū)域位于打孔板的厚度范圍內(nèi)，而另一個(gè)所述區(qū)域則位于打孔板出口面之外，這種擴(kuò)徑是在管子被清洗以后在兩個(gè)所述區(qū)域里進(jìn)行的。擴(kuò)徑可以通過液壓方法或通過機(jī)械方法如使用管子擴(kuò)徑器或使用爆炸的擴(kuò)徑方法，或通過焊接或釬焊方法來完成。
所有這些操作都需要從蒸汽發(fā)生器的水箱里邊，例如從蒸汽發(fā)生器的一個(gè)區(qū)域里邊來完成，而該區(qū)域在反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)已經(jīng)與含有放射性物質(zhì)的一次液體接觸，這就意味著用人員操作會(huì)受到大劑量的輻射。
因而用自動(dòng)遙控裝置來完成起碼的一些需要在管子上的加襯操作的建議被提了出來。
例如，從水箱的外邊在有裂縫的蒸汽發(fā)生器管子里安裝襯管的一個(gè)公知方法和設(shè)備已經(jīng)公開在法國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)朏R2598209中。襯管被從水箱外邊經(jīng)由一根被稱為“boa”的、安裝在兩用液壓擴(kuò)徑器(doublehydraulicexpander)上的軟管插進(jìn)管子里，該兩用液壓擴(kuò)徑器用于控制在管子里的操作，通過給兩用擴(kuò)徑器的彈性薄膜充氣使位于管子端部的兩個(gè)區(qū)域被有效地?cái)U(kuò)大，使襯管在管內(nèi)的位置上保持住。
然后將薄膜減壓，使擴(kuò)徑器從襯管里抽出，之后使用同一軟管插入裝配工具，即將上部和下部擴(kuò)徑器分別地插進(jìn)襯管的上部區(qū)域和下部區(qū)域，以通過管擴(kuò)張把襯管固定在合適的位置上。
該方法的缺點(diǎn)是它不能保證固定好的襯管絕對(duì)不漏。
為了彌補(bǔ)這個(gè)缺點(diǎn)，將襯管的每一端焊在管子上，從而將襯管固定，這是公知的。
美國(guó)專利US-A-4694136敘述了一個(gè)使用這種焊接的裝置，該裝置包括一個(gè)安裝在管內(nèi)的光學(xué)焊頭和一個(gè)安裝在蒸汽發(fā)生器水箱外邊的電源激光器(Powerlaser)，激光光束從安裝在蒸汽發(fā)生器水箱外邊的激光器通過露天的光學(xué)裝置而被輸送到焊頭上。
該裝置需要大量的設(shè)備才能完成并且需要安裝在蒸汽發(fā)生器附近，包括全部的必要的液體供給(電的供給，冷卻水供給)。電源激光器必須安裝在非?？拷錂z修口的地方，該部位所遭受到的輻射水平，幾乎與在水箱里邊所遭受到的程度一樣高。所以已經(jīng)設(shè)法使激光器遠(yuǎn)離檢修口，但這個(gè)距離太大就存在復(fù)雜的瞄準(zhǔn)問題，而這個(gè)問題很快就成為不可克服的。此外，憑借著具有一個(gè)滾珠和一個(gè)簧的支座支承在那兒，所使用的焊頭具有焦距保持不變并等于發(fā)射距離這一缺點(diǎn)，這樣的系統(tǒng)導(dǎo)致了摩擦、振動(dòng)和搖擺，降低了焊接質(zhì)量。
在以上所述的本發(fā)明的特別應(yīng)用中，即在核反應(yīng)堆蒸汽發(fā)生器里檢修一根管子中，為了彌補(bǔ)上述所闡明的不足，本發(fā)明提供了一種依靠設(shè)置在離蒸汽發(fā)生器非常遠(yuǎn)距離的能源(如在具有蒸汽發(fā)生器的反應(yīng)堆建筑物的外邊)而把襯管焊在蒸汽發(fā)生器管子里的方法，本發(fā)明也提供了實(shí)現(xiàn)該方法的設(shè)備。
按照該方法，下列的操作在所設(shè)置的控制臺(tái)(如設(shè)置在該建筑外邊)的搖控下自動(dòng)地進(jìn)行用傳流方法把一根襯管裝到待檢修管里邊之后，將光學(xué)焊頭插進(jìn)該待修的管子里，所述的焊頭用一根軟管連接到靠近控制臺(tái)的YAG型激光器上，所述的軟管包含有一個(gè)能傳送光能的光導(dǎo)纖維，一個(gè)隋性氣體供給通道和傳輸控制信號(hào)的電纜;
焊頭被置于工作位置上;
光束的焦距被調(diào)節(jié);和在管裂區(qū)的任意一側(cè)上，在兩個(gè)區(qū)域的每一個(gè)區(qū)域里，襯管都被焊滿一整圈。
為了便于理解起見，本發(fā)明現(xiàn)參照示意的附圖來敘述，其中;


圖1A和1B為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明特別是在上述實(shí)例中所用的兩種襯管的縱剖面圖。
圖2為同一應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)該方法的設(shè)備總體圖。
圖3為焊接設(shè)備部分及其電極部分(termiralPortion)的縱剖面圖。
圖4為所述光學(xué)焊接設(shè)備的所述電極部分的縱剖面放大尺寸圖。
圖5A和5B為該設(shè)備的二種光學(xué)組件的縱剖面圖。
圖6為如何調(diào)節(jié)該設(shè)備聚焦點(diǎn)的理論圖。
圖7為本發(fā)明的一種改進(jìn)了的焊接設(shè)備的局部圖，該設(shè)備的焦點(diǎn)可以自動(dòng)地進(jìn)行調(diào)節(jié)。
不論本發(fā)明是被應(yīng)用到上述的特殊情況還是其它的情況，下面的敘述僅僅參照以上所列的附圖進(jìn)行，并且不受附圖的限制，該敘述從描述一般的結(jié)構(gòu)開始，隨后再通過更為具體的能體現(xiàn)本發(fā)明方法和設(shè)備最突出特征的情況進(jìn)行描述。
該方法和設(shè)備設(shè)法在一個(gè)具有軸(A)的接收管(例如由待檢修的管T構(gòu)成)與一個(gè)具有管壁(S)并被預(yù)先置入所述管里的一根襯管(M)之間形成一種結(jié)合。
所述的方法包括把焊頭(4、5、6)插進(jìn)所述接收管的步驟，所述焊頭包括一個(gè)光學(xué)組件，該光學(xué)組件包括光反射裝置(由鏡片37構(gòu)成)，其用于沿接收管的軸(A)接收焊接光束并朝所述的待焊襯管管壁反射所述光束，和聚焦裝置30(由透鏡L1、L2和L3及一個(gè)光學(xué)元件33構(gòu)成)，其用于將所述光束聚焦在所述待焊襯管管壁上的一個(gè)落點(diǎn)(H)(impact Point)上，以便用這種方式在所述落點(diǎn)上把所述襯管焊接到所述的接收管上。
所述的方法還包括用焊接激光器(104)產(chǎn)生用于完成所述焊接的焊接光束的步驟。所述的激光器位于光束產(chǎn)生區(qū)(在激光控制臺(tái)102和小車控制臺(tái)108里)，距所述的接收管隔開一定的距離;以及光束傳輸步驟，其用以將所述的焊接光束經(jīng)由一個(gè)入口傳到所述光學(xué)組件再傳到所述的接收管上。
與專利文件US-A-4694136(Kasner)所述的方法相比較，本發(fā)明方法的特征為，所述的光束傳輸步驟包括安置光導(dǎo)纖維以便構(gòu)成一個(gè)傳輸纖維(F)的步驟，該纖維是能彎曲的以在所述的光束產(chǎn)生區(qū)(102)中提供一個(gè)入口(105)，在所述接收管里沿所述管的所述軸(A)上面向著所述光學(xué)組件提供一個(gè)出口;和發(fā)射焊接光束的步驟，在該步驟中，所述焊接光束被發(fā)射進(jìn)入所述傳輸纖維的所述入口，以便執(zhí)行所述的焊接。
也可以采用以下往往是最佳的方案所述方法進(jìn)一步還包括一個(gè)旋轉(zhuǎn)落點(diǎn)的步驟，它是通過圍繞所述接收管的軸(A)旋轉(zhuǎn)所述的光學(xué)組件(30，37)中的至少一個(gè)光反射裝置(37)來進(jìn)行的，使所述的落點(diǎn)在待焊接的襯管上至少描繪一圈以便形成一道焊縫。所述的光反射裝置(37)的旋轉(zhuǎn)是由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的(設(shè)置在電機(jī)組件2里)，該電機(jī)位于所述接收管(T)的外邊、面對(duì)著該接收管的入口，并通過一根管狀延伸組件(由軟護(hù)套19，剛性端接頭20和圓柱管接頭23構(gòu)成)機(jī)械地連接到所述的光反射裝置上。所述管狀延伸組件圍繞著所述的傳輸光導(dǎo)纖維(F)被安排在所述的管內(nèi)，采取這種方式是為了避免所述的纖維旋轉(zhuǎn)。
所述的延伸組件(19，20，23)包括軟護(hù)套(19)及所述的組件和/或所述的光學(xué)組件(30，37)均由一個(gè)外部同軸裝置(由支承21和一個(gè)同軸的刷子42構(gòu)成)所導(dǎo)引，該同軸裝置在所述的待焊襯管(M)的管壁(S)上和/或在所述接收管(T)的所述內(nèi)表面上至少有一個(gè)滑動(dòng)支承點(diǎn)。所述的傳輸纖維(F)由內(nèi)部同軸裝置(由軸承26構(gòu)成)所導(dǎo)引，該內(nèi)部同軸裝置在所述的延伸組件上至少有一個(gè)滑動(dòng)支承點(diǎn)。
所述的傳輸纖維(F)由所述的內(nèi)部同軸裝置(26)所導(dǎo)向，這是為了不僅能使所述的同軸裝置(26)旋轉(zhuǎn)而且也能使所述的纖維沿著所述延伸組件(19，20，23)做軸向位移。所述的延伸組件沿軸向帶動(dòng)所述的光學(xué)組件(30，37)。所述的方法進(jìn)一步還包括，在放置所述的焊頭(4，5，6)和所述的傳輸纖維(F)的步驟之后及所述的把焊接光束發(fā)射進(jìn)入傳輸纖維的入口(105)的步驟之前發(fā)射調(diào)節(jié)光束的步驟，在該步驟中，將一個(gè)比焊接光束能力低的調(diào)節(jié)光束送入傳輸纖維的所述入口(105)，采用這種方式是為了由所述的光學(xué)組件來反射和聚焦光束，以便照亮所述的落點(diǎn)(H)并從所述的落點(diǎn)將一束光線返回到所述的光導(dǎo)纖維的入口處;和調(diào)節(jié)聚焦點(diǎn)的步驟，在該步驟中，所述的返回光束的強(qiáng)度被測(cè)量并將所述的傳輸纖維相對(duì)于所述的光學(xué)組件進(jìn)行軸向位移，直到達(dá)到一個(gè)最佳位置，在該位置中，所述強(qiáng)度達(dá)到一個(gè)最大值和/或一個(gè)預(yù)定值，然后固定所述最佳位置。
所述焊頭(4，5，6)配備有軟的外部同軸裝置(由一個(gè)同軸的刷子42構(gòu)成)以便能完全地靠在所述的待焊襯管(M)的管壁(S)的圓柱表面上相對(duì)于所述的焊頭自由地轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣可旋轉(zhuǎn)地安裝是為了使所述的焊頭旋轉(zhuǎn)時(shí)不使同軸裝置移動(dòng);
所述的聚光調(diào)節(jié)步驟與所述焊頭的旋轉(zhuǎn)及在所述的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行過程中所述返回光束的強(qiáng)度的變化是同時(shí)進(jìn)行的。
按照本發(fā)明的設(shè)備包括一個(gè)產(chǎn)生焊接光束的焊接激光器(104)，其適于在所述的接收管(T)里邊焊接所述的待焊襯管;
一個(gè)焊頭(4，5，6)，其適于被放入所述的接收管里邊的適當(dāng)位置上并配備有一個(gè)光學(xué)組件，該光學(xué)組件包括
光反射裝置(由鏡片37構(gòu)成)用于沿著接收管的管壁反射所述的光束;和聚焦裝置(30)(由透鏡L1L2和L3及由一個(gè)光學(xué)元件33構(gòu)成)，用于把所述的光束聚焦在所述待焊襯管管壁上的落點(diǎn)(H)上，采用這種方式是為了在所述的落點(diǎn)處將所述的襯管焊接到所述的接收管上;以及光束傳輸裝置，用于將來自所述焊接激光器中的焊接光束傳到所述的光學(xué)組件上;
所述設(shè)備所具有的所述光束傳輸裝置的特征包括構(gòu)成傳輸纖維(F)的一條柔性光導(dǎo)纖維，其具有一個(gè)接收由所述焊接激光器(104)提供的焊接光束的入口(105)，也具有一個(gè)出口(49);和內(nèi)部同軸裝置(26)，用于支持著相對(duì)所述光學(xué)組件(30，37)的所述出口，采用這種方式是為了確保當(dāng)所述的焊頭(4，5，6)被放進(jìn)所述的管里時(shí)，所述的出口被安排在接收管(T)的所述軸(A)上。
也可以采用以下往往是最佳的方案該設(shè)備包括一個(gè)調(diào)節(jié)激光器(106)，用于發(fā)射一個(gè)比所述焊接光束能量低些的調(diào)節(jié)光束進(jìn)入傳輸纖維(F)的所述入口(105)，以便照亮所述的落點(diǎn)(H)并且使光束從所述的落點(diǎn)返回到所述的入口;
測(cè)量裝置(由照像感光接收器52構(gòu)成)，用以測(cè)量所述返回光束的強(qiáng)度;和軸向定位裝置(由夾緊件13和調(diào)節(jié)環(huán)16構(gòu)成)，用于推動(dòng)所述的纖維出口(49)相對(duì)于所述光學(xué)組件(30，37)軸向位移，采用這種方式是為了在所述的落點(diǎn)(H)上聚焦所述的調(diào)節(jié)光束和焊接光束。
所述的內(nèi)部同軸裝置(26)的選用應(yīng)能使傳輸纖維的出口發(fā)生所述的軸向位移。
該設(shè)備進(jìn)一步還包括一臺(tái)電機(jī)(位于電機(jī)組件2里)一個(gè)延伸組件(由軟護(hù)套19，剛性端接頭20和圓柱管接頭23構(gòu)成)，把所述的電機(jī)與所述的光學(xué)組件(30，37)相連接是為了使所述的光學(xué)組件圍繞著接收管子的所述軸(A)旋轉(zhuǎn)，以便使所述的落點(diǎn)(H)至少描繪一圈，形成一道焊縫。所述的延伸組件圍繞著所述的傳輸纖維(F);
所述的內(nèi)部同軸裝置(26)支承在所述的延伸組件里邊并能使所述纖維與所述組件之間發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，采用這種方式是為了確保所述的纖維不轉(zhuǎn)動(dòng)。
所述焊頭(4、5、6)配備有一個(gè)松安裝的軟的外部同軸裝置(由同軸的刷子42構(gòu)成)以便能圍繞著接收管的所述軸(A)相對(duì)于所述的焊頭旋轉(zhuǎn)。這是為了在所述光學(xué)組件(30、37)的所述旋轉(zhuǎn)期間，在所述待焊襯管的管壁(S)上提供一個(gè)摩擦支撐并使該同軸裝置保持不動(dòng)。
現(xiàn)根據(jù)以上所限定的方法實(shí)例，敘述本發(fā)明的一個(gè)詳細(xì)執(zhí)行過程，該執(zhí)行過程包括了上述的往往是最佳的方案。
圖1A和1B表示補(bǔ)修核反應(yīng)堆中蒸汽發(fā)生器管道所用的兩種襯管。
圖1A為補(bǔ)修管子(如TA)所用的襯管MA的剖視圖，該襯管MA位于打孔板P的邊部附近并且具有起聯(lián)接作用的焊縫JA。
圖1B為補(bǔ)修管子所用的長(zhǎng)襯管位于打孔板P中部位置時(shí)的剖面圖(襯管長(zhǎng)達(dá)80%的管長(zhǎng))，該襯管在靠近打孔板底面的地方有一個(gè)下聯(lián)接焊縫J。
在這兩種情況中，上聯(lián)接焊縫KA或K都位于打孔板P的頂面之上靠近襯管上端的位置上。
圖2示出了完成本發(fā)明的方法和構(gòu)成本發(fā)明設(shè)備的全部構(gòu)件，它們包括一個(gè)活動(dòng)激光器控制臺(tái)102，其位于反應(yīng)堆建筑物B的外邊。該控制臺(tái)包括一個(gè)YAG型的焊接激光器104，一個(gè)發(fā)射可見光并與YAG激光器相結(jié)合的氦-氖型調(diào)節(jié)激光器106，總電源連接、冷卻水連接、操縱儀表架和電視監(jiān)視裝置。所用的焊接激光器最好是工作在波長(zhǎng)1.06um(微米)并且具有1.2千瓦功率的添加釹的激光器，然而使用具有功率不少于1千瓦并能發(fā)射不大于所述波長(zhǎng)值，或能透過光導(dǎo)纖維的任何其它激光器也是可以的;
一個(gè)活動(dòng)小車控制臺(tái)108，作為例子其位于反應(yīng)堆建筑物的外邊，但也能位于反應(yīng)堆的里邊，用以控制一個(gè)搬運(yùn)器112。該小車控制臺(tái)也包括一個(gè)操縱儀表架、電視監(jiān)視裝置、總電源供電連接和與搬運(yùn)器連接用以控制搬運(yùn)器的連接件109;
一個(gè)包括有焊頭的電極組件(terminalassembly)，該組件在搬運(yùn)器112的一個(gè)臂的端部被運(yùn)送，而搬運(yùn)器112被安裝在蒸汽發(fā)生器的水箱G的里邊;
一個(gè)推一拉裝置113設(shè)置在反應(yīng)堆建筑物的里邊鄰近蒸汽發(fā)生器的地方;
一個(gè)連接轉(zhuǎn)換站114(ConnectionrelayStation)在反應(yīng)堆建筑物的里邊;
一個(gè)供氣系統(tǒng)，包括氣瓶116、閥118和閥操縱機(jī)構(gòu)120;
一個(gè)軟管121通過連接轉(zhuǎn)換站和推拉裝置把激光控制臺(tái)102與焊接裝置連接起來。該軟管包括把控制信號(hào)傳送到焊接裝置的電纜122和把來自激光器的光能傳送到組件110端部的焊頭上的光導(dǎo)纖維(F)。所用的光導(dǎo)纖維最好是二氧化硅光導(dǎo)纖維。然而任何可以透過所用激光器發(fā)射的電磁波譜的，衰減系數(shù)保持差不多10dB/Km，并且在YAG激光器波長(zhǎng)范圍內(nèi)最好是4dB/Km或更少的其它纖維也可以;
電訊電纜124、126、130、132和134也將這些裝置相互連接起來并與電話終端128連接起來。
圖3表示了電極組件110的組成部分，該組件構(gòu)成了插入到待補(bǔ)修管T里，即“接收”管里的焊接裝置的一個(gè)部分，而在該管中的合適位置中已經(jīng)預(yù)先裝置了一個(gè)要被焊接的襯管M，這為該組件表明了用于焊接的位置。該組件被安裝在搬運(yùn)器112臂端部的一個(gè)可做上下運(yùn)動(dòng)的升降器1上，隨升降器的升降可將焊頭插入襯管并將焊頭定位。
電極組件還包括一個(gè)電機(jī)組件2和焊頭，焊頭由一個(gè)柔性延伸件3，一個(gè)剛性延伸件4、一個(gè)光學(xué)組件5和一個(gè)導(dǎo)向錐形頭6組成。
圖4是該組件的縱剖面圖，電機(jī)組件2通過支架7安裝到升降器1上，它包括外殼8和與外殼8同軸安裝的一個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)的基架9，該轉(zhuǎn)臺(tái)的基架被固定，它的旋轉(zhuǎn)心板10被聯(lián)接到柔性延伸件3上。外殼8有一個(gè)進(jìn)氣通道11和一個(gè)中心孔12，光導(dǎo)纖維借助螺帽14鎖緊在夾緊件13里，夾緊件13在孔12中可軸向滑動(dòng)。由于有鍵15的作用，夾緊件不能轉(zhuǎn)動(dòng)。夾緊件相對(duì)于外殼的軸向位置可以用環(huán)16來調(diào)節(jié)，因而能使纖維端部的位置相對(duì)于焊頭得到調(diào)節(jié)。這樣，依靠升降機(jī)1來調(diào)節(jié)支架7的位置就可以得到合適的焊接高度，并且光導(dǎo)纖維組相對(duì)于外殼的相對(duì)位置的軸向調(diào)節(jié)可以通過旋轉(zhuǎn)環(huán)16來獲得。該環(huán)通過滾珠軸承17可以在外殼里旋轉(zhuǎn)。圖中所示的是一種手動(dòng)形式而不是伺服傳動(dòng)控制形式，然而它是很容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化的(見圖7)。環(huán)16是通過O型環(huán)18密封安裝的。
柔性延伸件3包括一根柔性的外護(hù)套19，它的一端連接在轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)心板10上，另一端帶有一個(gè)剛性端接頭20，剛性端接頭20可以借助于螺紋20A擰進(jìn)剛性延伸件4并固定住。一個(gè)平滑支承21可滑動(dòng)地裝在端接頭上，平滑支承21的外徑比在實(shí)例中所示的套在中央的襯管M的直徑稍小些(即，如果要在外邊管上加襯，就要比接收管的內(nèi)徑稍小些)。該平滑支承的表面為焊頭提供了旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌。端接頭具有使光導(dǎo)纖維從中通過的內(nèi)孔22。
剛性延伸件4由園柱件23構(gòu)成;圓柱件23的一頭被攻出螺紋以便與柔性延伸件上的螺紋20A相匹配聯(lián)接，而它的另一頭則被擰在24上以便將該件裝到光學(xué)組件5上。園柱件23上有一個(gè)內(nèi)孔25，支承26是在孔25中滑動(dòng)安裝的。該支承裝在光導(dǎo)纖維F上，它由兩個(gè)滾珠軸承和一個(gè)環(huán)構(gòu)成，當(dāng)光導(dǎo)纖維相對(duì)延伸件移動(dòng)時(shí)，該支承為光導(dǎo)纖維提供了導(dǎo)軌的作用，它也為焊頭組件相對(duì)于光導(dǎo)纖維提供了旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌。光導(dǎo)纖維的端頭接在端接頭27和支柱27A里，支柱27A承舉著支承組件26的滾珠軸承。
光學(xué)組件5由管28構(gòu)成，在管28的兩頭24和29處被攻出螺紋，下部的螺紋24接收剛性延伸件而上部的螺紋29接收錐形頭。在所述的管28中，安裝有一聚光裝置30，它由透鏡L1、L2和L3、隔離件32和光學(xué)元件33組成，并且該聚光裝置用兩個(gè)螺母34來固定。透鏡和螺母在35所示位置處沿4條母線每隔90°間隔開槽，其目的是為使通過的氣體流過焊接區(qū)。光學(xué)元件33由具有球面36和與軸線A傾斜45°的平面鏡面37的一個(gè)園柱體構(gòu)成，光束沿著縱軸經(jīng)過它的球面進(jìn)入，然后沿徑向被反射，在被反射的光束的通道上，管28有一個(gè)開口38，在與所述的開口同一水平位置上，該光學(xué)元件開有一個(gè)槽口39以允許氣流通過。
圖5A和5B表明了二種不同的光學(xué)組件的實(shí)施例。圖5A表示一個(gè)具有兩個(gè)透鏡L10和透鏡L11的實(shí)施例，透鏡L11被偏置以便使平面鏡面離開焦點(diǎn)一段距離。圖5B表示具有兩種透鏡L20和L21以及一個(gè)鏡面R20時(shí)具有最小組合布置的實(shí)施例。最佳實(shí)施例是圖4所示的實(shí)施例。
錐形頭由管40構(gòu)成，它的底端帶有螺紋用以把錐形頭擰入光學(xué)組件，在管內(nèi)有一根軸41，軸上有一個(gè)與該軸同軸的刷子42，該刷子由凸出部分43固定住，該軸在支承44中滑動(dòng)，而支承44是壓配合到管子40里的，凸出部分45限制了軸在管子里的軸向位移。
焊接時(shí)，由柔性延伸組件的外護(hù)套、園柱件20、剛性延伸件、光學(xué)組件和導(dǎo)向錐管構(gòu)成的焊接頭在由電機(jī)組件2中的電機(jī)(未示出)的驅(qū)動(dòng)下，完成整個(gè)360的旋轉(zhuǎn)，并在它的上端由同軸的刷子42導(dǎo)向，在它的下端由滑動(dòng)支承21導(dǎo)向，這是兩個(gè)相對(duì)于襯管M內(nèi)表面的支承點(diǎn)。旋轉(zhuǎn)時(shí)，光導(dǎo)纖維就處在像與導(dǎo)向錐頭的刷子的軸固定那樣的狀態(tài)。如果需要2個(gè)或更多的稍稍偏斜的焊縫，那么焊頭可以依靠滑動(dòng)支承21和42軸向位移。延伸組件和焊頭圍繞著光導(dǎo)纖維的保護(hù)套27劃定一個(gè)連續(xù)的環(huán)狀空間，該空間借助軸向槽連續(xù)的通過螺母和透鏡，被剛性延伸件的滾珠軸承所中斷，它允許來自外殼8的氣體通過并流過焊接區(qū)。
圖6表示了在襯管的內(nèi)表面上如何來調(diào)節(jié)光束的焦距。把光學(xué)管的錐形頭插進(jìn)一個(gè)與待焊襯管的內(nèi)徑相同的管狀調(diào)節(jié)模擬裝置MB中，然后使用氦-氖型調(diào)節(jié)激光器106，使它的可見光束流過的通道準(zhǔn)確的就像焊接時(shí)從激光器中發(fā)射出的光所流經(jīng)的通道一樣。分離板50插在激光器106的出口處，并在聚焦鏡51前邊的地方，聚焦鏡51能把光束聚集在纖維F的入口105上。該分離板能使來自激光器上的光通過，并將離開纖維的光束反射到照像感光件52上，所述離開纖維的光束來自于模擬裝置MB內(nèi)表面上的點(diǎn)H上所聚的一個(gè)光點(diǎn)，而且該光點(diǎn)構(gòu)成了發(fā)光體。如果光導(dǎo)纖維的出口端40的軸向位置沿著箭頭56的方向相對(duì)于包括有透鏡30和鏡片37在內(nèi)的光學(xué)組件變化時(shí)，那么當(dāng)光導(dǎo)纖維處在與聚焦在落點(diǎn)H上的光相當(dāng)?shù)淖罴盐恢脮r(shí)，由照像感光件52所提供的信號(hào)通過的最大。為了預(yù)先調(diào)節(jié)好焊接所需要的位置，最佳位置可以借助于環(huán)16的動(dòng)作來搞清楚，在考慮了氦氖光束的焦點(diǎn)和YAG光束的焦點(diǎn)之間在此位置時(shí)公知的偏差之后，該位置可以通過將環(huán)鎖住來確定。
圖7為一種改進(jìn)了的焊接設(shè)備，在該設(shè)備中光導(dǎo)纖維的最佳軸向位置是通過自動(dòng)調(diào)節(jié)環(huán)216的位置來取得的，該環(huán)可以完成與環(huán)16同樣的功能。它由一個(gè)調(diào)節(jié)電機(jī)200來驅(qū)動(dòng)，該電機(jī)是由獲得數(shù)據(jù)和控制中心202在取得了對(duì)于被焊襯管的數(shù)據(jù)以后來控制的，其余的裝置不變。這些改進(jìn)與本發(fā)明的目的是一致的。由于對(duì)纖維的位置進(jìn)行了上述的預(yù)調(diào)工作以在壁上得到一個(gè)最小的聚焦點(diǎn)，所以在襯管直徑的±0.2毫米的范圍內(nèi)取得了滿意的焊接效果，這個(gè)范圍與實(shí)際上所遇到的襯管被液體壓力擴(kuò)大以后，襯管直徑偏差大約一個(gè)平均直徑是相符合的。然而從一根管子到另一根管子的平均直徑值是變化的，這就意味著在沒改進(jìn)的設(shè)備中有必要改變每一根襯管的預(yù)調(diào)量，改進(jìn)后的設(shè)備對(duì)于每一根管子不需要操作者介入。有兩個(gè)階段獲取數(shù)據(jù)階段和調(diào)節(jié)階段，在獲取數(shù)據(jù)階段中處理中心202導(dǎo)致馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，在調(diào)節(jié)階段中，用同一處理中心控制調(diào)節(jié)馬達(dá)200。當(dāng)激光器106發(fā)射出一束光，而焊頭完成了一次完全的旋轉(zhuǎn)時(shí)按照照像感光元件52所接收到的信號(hào)曲線來獲取數(shù)據(jù)。根據(jù)被測(cè)定的信號(hào)就有可能推算出內(nèi)表面直徑的平均值，在這以后操縱馬達(dá)使光導(dǎo)纖維放在適當(dāng)?shù)奈恢?，使它的焦距與用這種方法所確定的平均值相一致。
現(xiàn)在敘述需要使用上述方法所改進(jìn)的設(shè)備進(jìn)行檢修時(shí)，在蒸汽發(fā)生器的管子中焊接襯管的全過程。一個(gè)包括YAG激光器104和可見光激光器106的激光控制臺(tái)102連同控制搬運(yùn)器112的控制臺(tái)108一起被安裝在核電站反應(yīng)堆建筑物的外面，搬運(yùn)器112安裝在蒸汽發(fā)生器G的水箱里邊，蒸汽發(fā)生器里有帶裂縫的管子(如管子T)，將襯管(如襯管M)用傳統(tǒng)方法置入這些管子中，準(zhǔn)備焊接在合適的位置上。搬運(yùn)器夾帶著該設(shè)備的電極組件110，該電極組件包括有焊頭，該組件通過一根包括光導(dǎo)纖維F和信號(hào)傳輸電纜124在內(nèi)的軟管與激光控制臺(tái)相連。帶有焊頭的電極組件被遙控插入待焊襯管里，借助升降器1使焊頭置入靠近襯管上端的高位，將一個(gè)可見激光束加到光學(xué)組件(30、37)上，代表軸A與待焊表面之間距離的曲線要描過一圈。然后調(diào)節(jié)光導(dǎo)纖維的位置以在平均直徑上(就如由記錄距離曲線所確定的那樣)獲得一個(gè)最小尺寸的光點(diǎn)，傳輸焊接激光使襯管繞管子的一圈被焊接。之后操縱升降器把焊頭置于靠近襯管下端的低位并把可見光束發(fā)射到光學(xué)組件上以便于軸線與被焊表面之間的距離曲線沿一圈被記錄，隨后調(diào)節(jié)光導(dǎo)纖維的位置以便在一個(gè)由所記錄的距離曲線所確定的平均直徑上獲得一個(gè)最小尺寸的光點(diǎn)。然后發(fā)射焊接光束并旋轉(zhuǎn)一圈把襯管焊到管子上。
雖然上述本發(fā)明之改進(jìn)僅僅涉及一種特殊的應(yīng)用，但是把本發(fā)明應(yīng)用到其它實(shí)例中將是不講自明的，例如用在檢修不能操作的熱交換器的管子中。
權(quán)利要求
1.一個(gè)在管子里邊，特別是在核電站的蒸汽發(fā)生器的管子里遙控焊接一根襯管的方法，以便使一根具有軸(A)的接收管和一根具有管壁(S)并預(yù)先被置入管子里的襯管之間形成一道焊縫，該方法包括把焊頭(4、5、6)插進(jìn)所述接收管的步驟，所述焊頭包括一個(gè)光學(xué)組件，該光學(xué)組件包括光反射裝置(37)，適于沿接收管的所述軸(A)接收一個(gè)焊接光束并朝所述的待焊襯管管壁反射所述的光束。聚焦裝置(30)，適于將所述光束聚焦在所述的待焊襯管管壁上的一個(gè)落點(diǎn)(H)上，采用這樣的方式是為了在所述點(diǎn)上把所述的襯管焊到所述的接收管上。所述的方法進(jìn)一步還包括一個(gè)用焊接激光器(104)來產(chǎn)生適于完成所述焊接的焊接光束的步驟，所述的激光器位于距所述的接收管有一段距離的光束產(chǎn)生區(qū)(102)里；放置傳輸光導(dǎo)纖維(F)的步驟，以接收所述焊接光束并將它傳送到所送的光學(xué)組件上；和旋轉(zhuǎn)落點(diǎn)的步驟，該步驟是通過圍繞著所述接收管的軸(A)旋轉(zhuǎn)所述光學(xué)組件(30、37)的至少一個(gè)光反射裝置(37)來進(jìn)行的，這是為了使所述落點(diǎn)(H)在所述的待焊襯管上至少運(yùn)行一圈，以便形成一道焊縫。所述方法的特征在于所述的光反射裝置(37)的旋轉(zhuǎn)是由一個(gè)電機(jī)(2)驅(qū)動(dòng)的，該電機(jī)處于所述的接收管(T)的外邊、面對(duì)著到接收管(T)的入口，并通過一根管狀延伸組件(19、20、23)機(jī)械地連接到所述光反射裝置上，所述的延伸組件圍繞著所述的傳輸光導(dǎo)纖維(F)被安排在所述的管內(nèi)，采用這種方式是為了避免所述的纖維旋轉(zhuǎn)。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的延伸組件(19、20、23)包括在一個(gè)軟護(hù)套(19)，其連同所述的組件和/或所述的光學(xué)組件(30、37)均由一個(gè)外部同軸裝置(21、42)所導(dǎo)引，而該同軸裝置在所述的待焊襯管(M)的管壁(S)上和/或在所述接收管(T)的所述內(nèi)表面上，至少具有一個(gè)滑動(dòng)支承點(diǎn)，所述的傳輸纖維(F)由一個(gè)支承在所述的延伸組件上的內(nèi)部同軸裝置(26)所導(dǎo)向，所述的內(nèi)部同軸裝置(26)在所述的延伸組件上至少有一個(gè)滑動(dòng)支承點(diǎn)。
3.按權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述的傳輸纖維(F)由所述的內(nèi)部同軸裝置(26)導(dǎo)向，以使所述的纖維不僅沿著所述延伸組件(19、20、23)旋轉(zhuǎn)，而且也能沿著所述延伸組件(19、20、23)軸向位移，所述的延伸組件沿軸向帶動(dòng)所述光學(xué)組件(30、37)。
4.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中所述焊頭(4、5、6)配備有軟的外部同軸裝置(42)以便能靠在所述的待焊襯管(M)的管壁(S)的整個(gè)圓柱表面上，其特征在于為了相對(duì)于所述的焊頭能自由地轉(zhuǎn)動(dòng)，所述的外部同軸裝置被可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝，以便允許所述的焊頭旋轉(zhuǎn)而不使外部同軸裝置移動(dòng)。
5.在一根管里，特別是在核電站的蒸汽發(fā)生器的管子里遙控焊接一根襯管的設(shè)備，以便使一根具有軸(A)的接收管(T)和一根具有管壁(S)并被預(yù)先置入所述管里的待焊襯管連接起來，所述的設(shè)備包括一個(gè)產(chǎn)生焊接光束的焊接激光器(104)適于在所述的接收管(T)里邊焊接所述的待焊襯管;一個(gè)焊頭(4、5、6)適于被放入所述的接收管里邊的合適位置并備有一個(gè)光學(xué)組件，該光學(xué)組件包括光反射裝置(37)用于沿著接收管的所述軸(A)接收焊接光束，并朝所述的待焊襯管反射所述的光束，和聚焦裝置(30)用于把所述的光束聚焦在所述的待焊襯管的壁上的落點(diǎn)(H)上，采取這樣的方式是為了將所述的襯管在所述點(diǎn)處焊到所述的接收管上。所述的設(shè)備另外還包括一根軟光導(dǎo)纖維，它由一根具有入口(105)的傳輸纖維構(gòu)成，用于接收由所述焊接激光器(104)提供的所述焊接光束，它還有一個(gè)出口(49);和內(nèi)部同軸裝置(26)，用于支持著相對(duì)于所述光學(xué)組件(30、37)的所述出口，采取這樣一種方式是為了確保當(dāng)所述焊頭(4、5、6)被裝進(jìn)所述管里時(shí)，所述的出口被配置在接收管(T)的所述軸(A)上;所述設(shè)備的特征在于它還包括一個(gè)電機(jī)(2)，它放在所述接收管(T)的外邊;一個(gè)延伸組件(19、20、23)，把所述的電機(jī)與所述的光學(xué)組件(30、37)相連接以使所述光學(xué)組件圍繞著接收管的所述軸(A)旋轉(zhuǎn)，采用這種方式是為了使所述的落點(diǎn)(H)至少運(yùn)行一圈，以便形成一條焊縫，所述的延伸組件圍繞著所述的傳輸纖維(F);所述的內(nèi)部同軸裝置(26)支承在所述的延伸組件里邊并能使所述纖維與所述組件之間發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，采取這樣的方式是為了確保所述的纖維不轉(zhuǎn)動(dòng)。
6.按照權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于，所述焊頭(4、5、6)配備有自由安裝的軟的外部同軸裝置(42)以便圍繞著接收管的所述軸(A)相對(duì)于所述的焊頭旋轉(zhuǎn)，并且在所述光學(xué)組件(30、37)的旋轉(zhuǎn)期間，在所述待焊襯管的管壁(S)上提供摩擦支承，使該同軸裝置保持不動(dòng)。
全文摘要
將一根襯管，(M)裝在一根管子(T)的里邊，以修補(bǔ)所述管子的損壞段，該管子(T)是被固定在高壓水核電站里的蒸汽發(fā)生器中的帶孔板(P)上的。焊接光束由YAG型激光器提供并由一根光導(dǎo)纖維(F)輸送到光學(xué)組件(30、37)上，該光學(xué)組件將光束聚焦在襯管上，用以焊接襯管。所述的光學(xué)組件可圍繞著纖維旋轉(zhuǎn)以形成一道圓形的焊縫。為了調(diào)節(jié)由氦-氖激光器提供的調(diào)節(jié)光束所進(jìn)行的聚焦，該纖維在軸向可自由地滑動(dòng)。
文檔編號(hào)B23K26/00GK1043103SQ89108588
公開日1990年6月20日 申請(qǐng)日期1989年10月14日 優(yōu)先權(quán)日1988年10月14日
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