專利名稱：在管子內(nèi)、特別在核電站的蒸汽發(fā)生器內(nèi)遠程焊接的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在一根管子內(nèi)進行遠程焊接。它特別可用于修理增壓水核反應(yīng)堆中蒸汽發(fā)生器管子的漏隙。
上述電站的蒸汽發(fā)生器通常包括一大束小直徑的管子，這些管子每根彎成U形并將其兩端固定地裝在一塊很厚的多孔板內(nèi)。位于多孔板下的蒸汽發(fā)生器部分構(gòu)成一個水箱，在水箱的第一部分中，來自反應(yīng)堆容器的“一次”水在壓力作用下分布在那捆管子之中。一次水沿管子流過后在水箱的第二部分被回收，并通過反應(yīng)堆的一次回路的一根管子返回到裝有反應(yīng)堆芯的容器內(nèi)，反應(yīng)堆芯由加熱增壓水的燃料組件所構(gòu)成。蒸汽發(fā)生器的給水與位于多孔板以上的蒸汽發(fā)生器一部分中那捆管子的外表面相接觸，并轉(zhuǎn)化為蒸汽，蒸汽供給與核反應(yīng)堆相伴的汽輪機。
因此那束管子的壁在作為反應(yīng)堆一次流體的增壓水與作為二次流體的給水之間構(gòu)成阻擋層。接觸到燃料組件和反應(yīng)堆容器內(nèi)部其它構(gòu)造的一次流體或多或少地含有輻射物質(zhì)。因為二次流體的被污染可能產(chǎn)生十分有害的后果，所以避免一次流體與二次流體有任何直接的接觸是恰當(dāng)?shù)?。為了達到這一點，必須避免在蒸汽發(fā)生器管子束中有穿通管壁的漏隙發(fā)生，并且，萬一產(chǎn)生了這種漏隙，必須有效和盡可能快地將有漏隙的管壁修復(fù)。
在反應(yīng)堆正常壽命期間，上述修理工作通常是需要的。熱或機械應(yīng)力或因那束管子所受到的腐蝕有可能在那束管子的一次側(cè)或二次側(cè)造成穿通管壁的裂縫。為維修起見，在反應(yīng)堆停機期間完成修理工作。
一種已知的修理蒸汽發(fā)生器那束管子的方法是給上述管子的有漏隙處加上襯套。將一個外徑比要修理管子的內(nèi)徑略小，并且長度足夠?qū)⒙┫秴^(qū)覆蓋住的襯套通過與那些管子的一端齊平嵌接的多孔板的入口面插入那根有漏隙的管子內(nèi)。當(dāng)將襯套插入位于多孔板中部的管子時，它被安置得與多孔板入口面齊平;當(dāng)將襯套插入靠近多孔板周邊的管子中時，它被安置得穿過多孔板厚度的一半。然后在襯套和管子之間設(shè)置兩個水密連接，在包括漏隙在內(nèi)的區(qū)域的兩端各設(shè)一個，將襯套固定在管子內(nèi)部。
所有這些操作都需要在蒸汽發(fā)生器水箱內(nèi)部來完成，那就是，要從在反應(yīng)堆工作過后與含有輻射物質(zhì)的一次流體已相接觸的蒸汽發(fā)生器一部分的內(nèi)部來完成，這意味著操作人員要遭受大劑量的輻射。
因此曾建議提供至少能完成給管子加襯套所需某些操作的遙控自動裝置，尤其是使襯套管能在它兩端以焊接的方式固定于管子上的裝置。
在美國專利US-A-4694136中描述了一種完成這種焊接的裝置。這種裝置包括一個裝在管子中的光學(xué)焊頭以及一個位于蒸汽發(fā)生器水箱外部的功率激光器?？繎敉獾墓鈱W(xué)裝置將激光束從設(shè)置在蒸汽發(fā)生器水箱外的激光器傳輸?shù)胶割^。
這種裝置需要在蒸汽發(fā)生器的附近提供和安裝包括所有流體供應(yīng)在內(nèi)的大量設(shè)備(電源、汽卻水供給裝置)。功率激光器必須設(shè)置在十分靠近水箱的觀察窗口處，而這一區(qū)域受到幾乎和水箱內(nèi)部同樣高值的輻射。曾試圖將激光器移動得離開觀察窗一定距離，但無法使此距離很大而不使瞄準(zhǔn)問題復(fù)雜化，瞄準(zhǔn)問題急速成為不可克服的困難。此外，由于用一種具有一個球和與之相頂對的彈簧軸承的支座來使焦距保持恒定且等于點火距離，使得用焊頭有著如下缺點這種系統(tǒng)引起磨擦、顛簸和振動，從而降低了焊接質(zhì)量。
在前面提到的本發(fā)明的特殊應(yīng)用中，即在修理核反應(yīng)堆蒸汽發(fā)生器管子的應(yīng)用中，以及為了補救上面列舉的缺點，本發(fā)明提供一種能借助于設(shè)置在離蒸汽發(fā)生器很遠處(例如在裝有反應(yīng)堆的反應(yīng)堆建筑物以外)的能源來焊接蒸汽發(fā)生器管子中的襯套的方法。本發(fā)明還提供實現(xiàn)這種方法的裝置。
本方法使得有可能從一個設(shè)置在例如反應(yīng)堆建筑物外的控制站遙控和自動地完成下列操作在用通常的方法將襯套裝入欲修理的管子后，在此管子內(nèi)插入一個光學(xué)焊頭，所述焊頭連接到一個設(shè)置在靠近控制站的激光器(例如，釔鋁石榴石(YAG)激光器)，所述連接由一根軟管來提供，軟管內(nèi)含有一根傳輸光能的光纖，一根惰性氣體輸送管和傳送控制信號的電纜;
將焊頭置位于工作高度處;
調(diào)節(jié)激光束的聚焦距離;以及在管子漏隙區(qū)兩側(cè)的每一區(qū)中，焊接襯套的整個圓周。
在所附權(quán)利要求書中，對本發(fā)明的方法和裝置作了更為準(zhǔn)確的限定。
參照附圖，通過實例將描述本發(fā)明的一個實施方案，圖中

圖1A和1B是用于在上述特殊應(yīng)用中實施本發(fā)明的兩種襯套的縱向剖面圖;
圖2是同樣應(yīng)用場合下實現(xiàn)本方法的整個裝置圖;
圖3是焊接裝置一部分以及構(gòu)成其一個端部的縱向剖面圖;
圖4是光學(xué)焊接裝置所述端部較大比例尺的縱向剖面圖;
圖5A和5B是裝置的兩種光學(xué)單元的縱向剖面圖;
圖6是表明如何調(diào)節(jié)裝置聚焦的理論圖;
圖7是根據(jù)本發(fā)明修改了的焊接裝置的局部圖，其中聚焦是自動調(diào)節(jié)的。
不管本發(fā)明是用于上述特殊場合還是其它場合，通過非限制性的解說，下列描述僅僅涉及到上述的附圖，并且從以一般的術(shù)語描述本發(fā)明的方法和裝置來開始。
焊接先需在一根具有軸A的容納管(例如由欲修理的T管所構(gòu)成的)以及一個具有壁S的欲焊接的襯套M之間建立起連接，所述襯套先已放入管子中的某一位置處。
本發(fā)明的方法包括將一個焊頭插入所述容納管中的操作，所述焊頭包括一個光學(xué)單元，光學(xué)單元本身包括由鏡子37構(gòu)成的光學(xué)反射裝置，它適于接收沿容納管的所述軸A來的焊接光束并朝著所述欲焊襯套的壁反射所述光束;以及聚焦裝置30，它由透鏡L1、L2和L3以及光學(xué)元件33所組成，將所述光束聚焦在所述欲焊襯套的壁上的命中點H處，要使得在所述點處將所述襯套焊接于所述容納管上。
本方法還包括借助于焊接激光器104建立起這一焊接激光束的操作，所述激光束適合于完成所述焊接，所述激光器設(shè)置在一個離所述容納管一定距離的激光束建立區(qū)內(nèi)(在激光器控制站102內(nèi)或在運載器控制站108內(nèi));以及將所述焊接激光束通過所述容納管的入口送到所述光學(xué)單元的激光束傳送操作。
所述激光束傳送操作本身包括設(shè)置一根光纖以構(gòu)成傳輸光纖(F)的操作，伴隨著能將該光纖彎曲，使在所述光束建立區(qū)(102)內(nèi)呈現(xiàn)一個入口(105)，且在所述容納管內(nèi)在所述管軸(A)上面對著所述光學(xué)單元呈現(xiàn)一個出口;以及將焊接激光束注入的操作，在此過程期間所述焊接激光束注入所述傳輸光纖的所述入口，去完成所述焊接。
為了使所述命中點沿所述欲焊襯套M的至少一條弧線上運動以完成焊接，通過繞所述容納管軸A旋轉(zhuǎn)所述光學(xué)單元(或至少光學(xué)反射裝置37中的一個)，來完成轉(zhuǎn)動命中點的操作。用一個馬達，例如設(shè)置在所述容納管T外部并面對著其入口的馬達部件2來完成所述轉(zhuǎn)動。該馬達是用一根管狀的延伸器部件(由軟護套19、剛性配合端20和圓柱零件23所組成)機械地連接到所述光學(xué)反射裝置。該部件以這樣的方式設(shè)置在圍繞著傳輸光纖的所述管子中，以致可避免轉(zhuǎn)動所述光纖。
所述部件和/或所述光學(xué)單元(30、37)由外部對中裝置來導(dǎo)向，外部對中裝置由例如，一個軸承21和一個對中刷42所構(gòu)成并且在欲焊襯套M的壁S上和/或在容納管T的所述內(nèi)表面上有至少一個動支承點。傳輸光纖F由一內(nèi)部對中裝置(由例如軸承26所構(gòu)成)來導(dǎo)向，并支承在所述延伸器部件上的至少一個活動支承點上。所述傳輸光纖由所述內(nèi)部對中裝置26導(dǎo)向，以致使它不但能旋轉(zhuǎn)，而且能將所述光纖沿所述延伸器部件軸向地位移，所述部件軸向地驅(qū)動所述光學(xué)單元30、37。
在安放焊頭和傳輸光纖34F的操作完成后，以及在執(zhí)行將焊接激光束注入傳輸光纖入口105的操作之前，要完成下列操作注入一個調(diào)節(jié)激光束的操作，在此操作過程期間，一個功率低于焊接激光束的調(diào)節(jié)激光束按這樣的方式注入傳輸光纖的所述入口，即由所述光纖來傳輸以及被所述光學(xué)單元反射和聚焦的調(diào)節(jié)激光束照射所述命中點(H)，并造成從所述命中點返回至光纖的所述入口的光束，以及聚焦調(diào)節(jié)操作，在此期間，測量所述返回束的強度，并在此期間將所述傳輸光纖相對于所述光學(xué)單元軸向地移位，直至到達最佳位置，在此位置上，所述光強達到最大值和/或一個預(yù)定值，隨后，將所述最佳位置固定。
為了使所述焊頭能轉(zhuǎn)動而不移動對中裝置、柔軟的外部對中裝置被可轉(zhuǎn)動地安裝上去，以致能相對于焊頭4、5、和6能自由地轉(zhuǎn)動;用旋轉(zhuǎn)所述焊頭以及在所述旋轉(zhuǎn)停止期間變改所述返回束的強度來完成所述聚焦調(diào)節(jié)操作。
根據(jù)本發(fā)明的裝置包括焊接激光器104;
焊頭4、5、6;
傳輸光纖F;
內(nèi)部對中裝置26;以及延伸器部件19、20、23。
本裝置還包括一個建立起調(diào)節(jié)激光束的調(diào)節(jié)激光器106，測量所述返回強度的測量裝置，例如光敏接收器52，以及軸向定位裝置(例如由夾持器13和調(diào)節(jié)環(huán)16所構(gòu)成)，它驅(qū)動所述光纖出口49相對于光學(xué)單元30、37按這樣一種方式作軸向位移，以致將所述調(diào)節(jié)和焊接束聚焦在命中點H上。
現(xiàn)將對在上面提及的特殊場合下應(yīng)用本發(fā)明時，本發(fā)明的一個特殊實施例進行描述。
圖1A和1B示出了用于修理在核反應(yīng)堆中的蒸汽發(fā)生器管子的兩類襯套圖1A是修理管子(例如TA)所用襯套MA的正視剖面圖，管子TA設(shè)置在靠近多孔板P的周邊處，以一條焊縫JA構(gòu)成一個連接;而圖1B是修理設(shè)置在多孔板P中部處管子(總數(shù)80%的管子)所用長襯套的正視剖面圖，底部連接J位于靠近多孔板底面處。
在兩種場合下，頂部連接KA或K都位于多孔板P頂面靠近襯套頂端處。
圖2示出了為實現(xiàn)本方法和構(gòu)成本發(fā)明裝置所有所需物品，這些物品包括一個流動激光器控制站102，它位于反應(yīng)堆建筑物B之外。此站包括一個YAG型焊接激光器104，一個發(fā)出可見光并耦合到Y(jié)AG激光器的氦氖型調(diào)節(jié)激光器106、常用電源連接、冷卻水連接、一個控制機架以及視頻監(jiān)視器裝置。所用焊接激光器最好為工作在波長1.06微米(um)并具有1.2KW功率的摻有釹的YAG激光器。但有可能用任何其它功率不低于1000W的激光器，這種其它的激光器發(fā)出光的波長不大于所述值，或者對所發(fā)光的波長存在著透明光纖。
一個流動運載器控制站108，它位于例如反應(yīng)堆建筑物外，但也可位于建筑物內(nèi)，它用來控制運載器112。此站也包括一個控制機架、視頻監(jiān)視器裝置、一般的電源連接以及送到運載器并控制它的連線109。
一個包括有一焊頭的終端部件110，此部件被裝在蒸汽發(fā)生器水箱G內(nèi)的運載器112的一個臂的端部處。
一個位于反應(yīng)堆建筑物內(nèi)部、鄰近蒸汽發(fā)生器的推拉裝置113。
一個在反應(yīng)堆建筑物內(nèi)的連接中繼站114。
一個氣體饋給系統(tǒng)，它包括圓筒116、閥門118和閥門執(zhí)行機構(gòu)120。
以及一根軟導(dǎo)管121，它將激光控制站102通過連接中繼站和推拉裝置連接到焊接裝置。這根軟管包含將控制信號發(fā)送到焊接裝置的電纜122以及一根將光能從激光器傳送到包含在終端部件110內(nèi)的焊頭的光纖F。所用光纖最好為二氧化硅光纖。然而，任何其它對所用激光器發(fā)出的電磁光譜是透明的光纖，只要它的每千米的衰減系數(shù)在YAG激光器的波長處保持在約10dB，最好為4dB或更低，就可適用。
遠程通信電纜124、126、130、132和134也將各種物品相互連接，并連接到一個電話終端128。
圖3表明終端部件110的零件。此部件構(gòu)成焊接裝置的一部分，而焊接裝置放在欲修理管子T或“容納”管的內(nèi)部，管內(nèi)已預(yù)先在應(yīng)有位置處裝有待焊襯套M。所示此部件位于焊接位置上。它被固定在運載器112的臂端處的上/下升降器1上，升降器用來將焊頭插入襯套并使之在其中定位。終端部件自身也包括一個馬達部件2和焊頭。焊頭由柔軟的延伸部3和剛性的延伸部4、光學(xué)單元5以及導(dǎo)向錐6所組成。
圖4是此終端部件的縱向剖面圖，用支撐7將部件2固定在升降器1上。部件2包括外殼8和轉(zhuǎn)臺的基座9，它們成同軸地安裝。轉(zhuǎn)臺的基座被固定，而旋轉(zhuǎn)芯體10被束縛在軟延伸器3內(nèi)。外殼8有一氣體入口通道11和一中心腔12。用螺母14將光纖鎖定在夾持器13內(nèi)。夾持器在中心腔12內(nèi)軸向滑動，而由鍵15阻止它旋轉(zhuǎn)。借助于環(huán)16可調(diào)節(jié)夾持器相對于外殼的軸向位置，從而使光纖端部位置能相對于焊頭進行調(diào)節(jié)。由此可明白，借助于升降器1，通過調(diào)節(jié)支撐7的位置，可獲得適合的焊接高度，而通過轉(zhuǎn)動環(huán)16可獲得相對于外殼的光纖相對位置的軸向調(diào)節(jié)。此環(huán)被安裝或通過滾珠軸承17在外殼內(nèi)可自由地轉(zhuǎn)動。在圖中，它以無伺服控制的手動形式來表示出。然而，要使之機械化(參閱圖7)是很容易的。環(huán)16在安裝時用一O形環(huán)18來密封。
軟延伸器3包括一段一端裝在轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)芯體10上，而另一端有一剛性的配合端20的軟護套19，剛性配合端的端部有螺紋20A，用以擰入剛性延伸器4。一個光滑的軸承21可滑動地裝在配合端，光滑軸承21的外徑稍小于例示的加襯套的中心管子中襯套M的直徑，或在給周邊管子加襯套時稍小于容納管的內(nèi)徑。此軸承表面給焊頭提供轉(zhuǎn)動導(dǎo)向。配合端有一內(nèi)孔22，光纖穿過此孔。
剛性延伸器4由一個圓筒部件23所構(gòu)成，圓筒部件23一端攻有與軟延伸器上的螺紋20A相配的螺紋，而它的另一端在24處，為了固定到光學(xué)單元5上、也攻有螺紋。此部件有一內(nèi)孔25，其中可滑動地裝有一個軸承26。此軸承固定于光纖F上。此軸承由二個滾珠軸承和一個圓環(huán)所組成。當(dāng)此軸承相對于延伸器運動時，它給光纖提供軸向引導(dǎo)，而且它還給焊頭部件相對于光纖提供旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向。光纖的端部被約束在配合端27內(nèi)以及約束在鄰接27的裝有軸承部件26的滾珠軸承處。
光學(xué)單元5由管子28的一部分所構(gòu)成，管子28在兩端24和29處攻有螺紋。下端螺紋24容納剛性延伸器，而上端螺紋29容納圓錐體。一疊透鏡L1、L2和L3，間隔器32和光學(xué)元件33裝在所述管子內(nèi)部，并且用兩個螺母34來固定。這些透鏡和螺母在35處、沿著4根成90°間距的母線開有槽，用以讓流遍焊接區(qū)的氣體通過。光學(xué)元件33由一個具有球面36和一個與軸A成45°傾角的平面鏡面37的圓柱所構(gòu)成。光束沿著縱軸通過球面進入光學(xué)元件33，并被徑向地反射。在反射光束路徑上，管子有一窗口38。在所述窗口的水平高度上，光學(xué)元件有一讓氣流通過的槽39。
圖5A和5B表明光學(xué)單元兩種變形的實施方案。圖5A示出具有兩個透鏡L10和L11的實施方案，為了拉開平面透鏡R10與焦點之間的距離，第二透鏡是偏心的。圖5B示出具有兩個透鏡L20和L21以及反射鏡R20的最小結(jié)構(gòu)形式。優(yōu)選的實施方案是示于圖4中的實施方案。
錐體由管子40所構(gòu)成，它的下端攻有螺紋，以便擰入光學(xué)單元。在管子內(nèi)部有一帶有對中刷42的轉(zhuǎn)軸41，對中刷由一凸頭43將它保持在應(yīng)有的位置。此轉(zhuǎn)軸在一與管子40內(nèi)壁緊配合的軸承44內(nèi)滑動。凸部45限制了轉(zhuǎn)軸在管子內(nèi)軸向的位移。
在焊接期間，由軟延伸器外護套構(gòu)成的焊頭、圓筒部件20、剛性延伸器、光學(xué)單元以及導(dǎo)向錐管，在包含在馬達部件2中的一個馬達(未示出)的驅(qū)動下，轉(zhuǎn)過360°完整的一圈，上端的導(dǎo)向是靠對中刷42，而下端的導(dǎo)向是靠滑動軸承21。存在著與襯套M內(nèi)表面相對頂?shù)膬蓚€支承點。在轉(zhuǎn)動期間，如同帶有導(dǎo)向錐刷子的轉(zhuǎn)軸那樣，光纖保持固定。如果需要兩個或多個稍微偏移的焊縫，則可以借助于滑動軸承21和43將焊頭縱向移位。那些延伸器和焊頭確定了環(huán)繞光纖護套47的連續(xù)環(huán)形空間，此空間被剛性延伸的滾珠軸承以及順著螺母和透鏡通過的縱向槽所中斷，此空間允許氣體從外殼8流入并流通焊接處。
圖6示出了如何將光束的焦距調(diào)節(jié)到襯套的內(nèi)表面上。將光學(xué)頭插入一個具有與待焊襯套同樣內(nèi)徑的管狀調(diào)節(jié)夾具MB中、然后使用氦氖型調(diào)節(jié)激光器106，而其可見光束精確地跟隨著與來自焊接激光器光束的路徑相同的路徑。一塊分離板50裝在離激光器106的出口，會聚透鏡51之前處，會聚透鏡51將光集中在光纖34F的入口105處。此板讓來自激光器的光束通過，但反射離開光纖到達光電池52上的光，所述光來自一個集中在夾具MB內(nèi)表面S上H點的光斑，并構(gòu)成一個發(fā)光物。如果光纖出口端49的軸向位置沿箭頭56，相對于包括透鏡組30和鏡子27的光學(xué)單元變動，則由光電池52所提供的信號會通過一個與光纖最佳位置處的最大值，此值相應(yīng)于光聚焦在命中點H上。為了預(yù)先調(diào)節(jié)焊接所需的位置，通過轉(zhuǎn)動圓環(huán)16來尋找最佳位置，于是，在考慮到HeNe束焦點位置和YAG束焦點位置之間的已知位置偏移后，可以通過將圓環(huán)16鎖住的方法來使此最佳位置穩(wěn)定下來。
圖7示出一個變型的焊接裝置，其中，光纖最佳的軸向位置是通過自動調(diào)節(jié)圓環(huán)216的位置來獲得的。此環(huán)完成與環(huán)16相同的功能，它由一調(diào)節(jié)馬達200來驅(qū)動，在獲得相應(yīng)于一個待焊襯套的數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)采集和管理中心202的數(shù)據(jù)就去控制調(diào)節(jié)馬達200，此時裝置的其余部分不變。這種變型與本發(fā)明的目的是相容的，因為上述為在管壁上獲得最小聚焦斑點對光纖位置的預(yù)調(diào)，在±0.2mm的襯套直徑范圍內(nèi)，給出了可接受的焊接結(jié)果，此范圍相應(yīng)于在實際中所遇到的，當(dāng)襯套在液壓擴張后，圍繞平均直徑襯套直徑的變化范圍。然后，從一根管子到另一根管子此平均直徑是變化的，這意味著必須對在未曾調(diào)節(jié)的裝置中的每一襯套要改變其預(yù)調(diào)值。此調(diào)節(jié)的裝置使操作人員不需要對每一根管子進行干預(yù)。調(diào)節(jié)操作包括兩個階段一個數(shù)據(jù)采集階段，在此期間，中心202使馬達旋轉(zhuǎn);以及一個調(diào)節(jié)階段，在此期間，同一中心202控制調(diào)節(jié)200。當(dāng)光束由激光器106發(fā)出時，通過記錄由光電池52接收到的在焊頭轉(zhuǎn)過一整圈期間的信號曲線，來采集數(shù)據(jù)。借助于校正信號有可能求出表面直徑的平均值，在此以后，調(diào)節(jié)馬達動作，將光纖定位，以致它的焦距相應(yīng)于用此法確定的平均值。
一旦調(diào)節(jié)操作完成后，移動光纖F的入口，使之離開透鏡51，并將它耦合至功率激光器104。
現(xiàn)在要敘述為滿足修理需要，利用按上述方法調(diào)節(jié)了的裝置，在蒸汽發(fā)生器的管子內(nèi)焊接襯套的完整步驟。一個包括YAG激光器104和可見激光器106的激光控制站與控制運載器112的控制站108一起安裝在核電站反應(yīng)堆的建筑物外，運載器112裝在具有例如T那樣的漏隙管子的蒸汽發(fā)生器G的水箱內(nèi)。用一般的方法將諸如M那樣的襯套設(shè)置于這些管子中，各就各位，準(zhǔn)備焊接。運載器攜帶有包括焊頭的裝置的終端部件110，用一根含有光纖F和信號傳輸電纜124的軟管將焊頭連接到激光器控制站。包括焊頭的這個終端部件被遠距離地插入待焊襯套中，借助于升降機1，將焊頭放置在它的靠近襯套頂端的高位上，將一可見激光束加于光學(xué)單元30和37，代表軸A和欲焊面之間在一圈內(nèi)的距離的曲線得到追蹤。然后，為了在由記錄所得的距離曲線決定的平均直徑處獲得最小尺寸的斑點，調(diào)節(jié)光纖位置。發(fā)送焊接激光束。襯套沿整個一圈被焊接在管子上。然后利用升降機將焊頭置于靠近襯套下端的它的低位上，加一可見激光束于光學(xué)單元，以致在軸和待焊面之間在一圈內(nèi)的距離曲線被記錄下來。然后，為了在由記錄所得的距離曲線決定的平均直徑處獲得最小尺寸的斑點，調(diào)節(jié)光纖位置。發(fā)送焊接激光束，襯套環(huán)繞一圈被焊接在管子上。
雖然上述發(fā)明的實現(xiàn)只涉及一種特殊的應(yīng)用，但應(yīng)該明白，本發(fā)明可用于其它應(yīng)用，例如，修理不易接近的熱交換器中的管子。
權(quán)利要求
1.一種在一根管子中、特別在核電站的蒸汽發(fā)生器中、遠程焊接的方法，用以在一根具有軸(A)的容納管(T)和一根包括有壁(S)、預(yù)先裝入所述管內(nèi)的待焊襯套(M)之間建立起連接，所述方法包括將一焊頭(4、5、6)插入所述容納管的操作，所述焊頭包括一個光學(xué)單元，所述光學(xué)單元本身包括光學(xué)反射裝置(37)，它適合于接收沿所述容納管的所述軸(A)的焊接光束，并朝著所述待焊襯套的所述壁反射所述光束；以及聚焦裝置(30)，它適合于按這樣一種方式將所述光束聚焦于所述待焊襯套的所述壁上的命中點(H)處，以致在所述命中點處將所述襯套與所述容納管相焊接；所述方法還包括借助一個焊接激光器(104)建立起上述焊接光束的操作，所述焊接光束適合于完成所述焊接，所述激光器設(shè)置于離所述容納管一定距離的光束建立區(qū)(102)內(nèi)；以及將傳輸光纖(F)設(shè)置在應(yīng)有位置的操作，用以接收所述焊接光束并將它傳送至所述光學(xué)單元；所述方法的特征在于所述光學(xué)單元(30、37)是由管狀延伸器部件(19、20、23)所攜帶的，所述管狀延伸器部件環(huán)繞在所述容納管(T)內(nèi)的所述傳輸光纖(F)外，且延伸至所述管的外面，從而使所述光纖能在所述延伸器部件(19、20、23)內(nèi)作軸向運動，所述方法還包括在將所述焊頭(4、5、6)和所述傳輸光纖(F)設(shè)置在應(yīng)有位置的操作之后，和在將焊接光束注入傳輸光纖的入口(105)之前注入一個調(diào)節(jié)光束的操作，在此操作期間；將一個功率低于所述焊接光束的調(diào)節(jié)光束按這樣的方式注入所述傳輸光纖的所述入口(105)，以使得所述調(diào)節(jié)光束內(nèi)所述光纖傳輸，并由所述光學(xué)單元反射和聚焦，去照射所述命中點(H)，并產(chǎn)生一個從所述命中點返回到所述光纖的所述入口的光束；以及聚焦調(diào)節(jié)操作，在此期間，測量返回光束的強度，并在此期間將所述傳輸光纖相對于所述光學(xué)單元軸向地移動，直至到達最佳位置為止，此時，所述光強達到一個最大值和/或一個預(yù)定值，然后將所述最佳位置固定。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求1的方法，所述方法還包括轉(zhuǎn)動命中點的操作，圍繞所述容納管軸(A)轉(zhuǎn)動所述光學(xué)單元(30、37)，以使得所述命中點(H)沿所述待焊襯套上至少一段圓弧運動，從而形成一條焊縫;所述方法的特征在于所述光學(xué)單元的所述轉(zhuǎn)動是通過所述延伸器部件(19、20、23)、由一設(shè)置在所述容納管(T)外的馬達(2)來驅(qū)動的;所述聚焦調(diào)節(jié)操作是用所述光學(xué)單元(30、37)的轉(zhuǎn)動、以及在所述轉(zhuǎn)動儲存期間所述返回束強度的變動來完成的。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述延伸器部件(19、20、23)包括一根軟護套(19)，所述部件和/或所述光學(xué)單元(30、37)由外部對中裝置(21、42)來引導(dǎo)，所述外部對中裝置(21、42)具有至少一個在所述待焊襯套(M)的壁(S)和/或在所述容納管(T)的所述內(nèi)表面上的活動支承點，所述傳輸光纖(F)由一個內(nèi)部對中裝置(26)來導(dǎo)向，所述內(nèi)部對中裝置(26)在至少一個活動支承點處支承在所述延伸器部件上。
4.在一根管內(nèi)、特別在核電站的蒸汽發(fā)生器內(nèi)進行遠程焊接的裝置，用以將一根具有軸(A)的容納管(T)與一根具有壁(S)并預(yù)先置入所述管內(nèi)應(yīng)有位置處的待焊襯套(M)相連接，所述裝置包括一個焊接激光器(104)，它建立起一個適合于焊接在所述容納管(T)內(nèi)所述待焊襯套的焊接光束;一個焊頭(4、5、6)，它適合于放入到所述容納管內(nèi)的應(yīng)有位置處，并設(shè)置有一個光學(xué)單元，所述光學(xué)單元本身包括光學(xué)反射裝置(37)，它接收沿所述容納管的所述軸(A)的焊接光束，并朝著所述待焊襯套的所述壁反射所述光束;以及聚焦裝置(30)，它按這樣一種方式將所述光束聚焦于所述待焊襯套所述壁上的命中點(H)處，以致在所述命中點處所述襯套與所述容納管相焊接;所述裝置進而包括一根構(gòu)成傳輸光纖(F)的軟光纖，它具有一個接收由所述焊接激光器(104)提供的所述焊接光束的入口(105)和一個將所述光束傳送到所述光學(xué)單元的出口(49);以及內(nèi)部對中裝置(26)，它保持所述出口相對于所述光學(xué)單元(30、37)成這樣一種狀態(tài)，以致能保證當(dāng)所述焊頭(4、5、6)放置在所述管內(nèi)時，所述出口設(shè)置在所述容納管(T)的所述軸(A)上;所述裝置的特征在于所述裝置包括一個調(diào)節(jié)激光器(106)，它以這樣的一種方式將一個功率低于所述焊接光束的調(diào)節(jié)光束注入所述傳輸光纖(F)的所述入口(105)，即所述命中點(H)被照射，且從所述點處有一光束返回到所述入口處;測量裝置(52)，它測量所述返回光束的強度;以及軸向定位裝置(13、16)，它驅(qū)動所述光纖出口(49)相對于所述光學(xué)單元按這樣一種方式軸向位移，即將所述調(diào)節(jié)和焊接光束聚焦于所述命中點(H)處;所述內(nèi)部對中裝置(26)，它被選用以使得所述傳輸光纖的所述出口能產(chǎn)生所述的軸向位移。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的裝置，其特征在于它還包括一個馬達(2);一個延伸器部件(19、20、23)，它將所述馬達連接到所述光學(xué)單元(30、37)，以使得所述光學(xué)單元以這樣一種方式環(huán)繞著所述容納管的所述軸(A)旋轉(zhuǎn)，即能引起所述命中點(H)沿至少一段圓弧運動，以形成一條焊縫，所述延伸器部件圍繞著所述傳輸光纖(F);所述內(nèi)部對中裝置(26)支承在所述延伸器部件內(nèi)，且能保證所述光纖以不旋轉(zhuǎn)的方式在所述光纖和所述部件之間產(chǎn)生相對的轉(zhuǎn)動。
全文摘要
為了給增壓水核電站的蒸汽發(fā)生器的管子的損壞部分做襯里，先將襯套(M)固定在多孔板(P)上的一根管子(T)內(nèi)。由釔鋁石榴石激光器提供的光束通過光纖(F)傳送到為焊接而將束聚焦于襯套上的光學(xué)單元(30、37)，光學(xué)單元圍繞著光纖轉(zhuǎn)動，以形成圓形焊縫。光纖可自由地在軸向滑動，并用一由氦—氖激光器提供的調(diào)節(jié)光束改進聚焦，調(diào)節(jié)光束沿光纖雙向行進。
文檔編號B23K26/02GK1041718SQ8910792
公開日1990年5月2日 申請日期1989年10月14日 優(yōu)先權(quán)日1988年10月14日
發(fā)明者雅可斯·格里法通 申請人:法瑪通公司