DE19705320A1 - Verfahren und Vorrichtung zum mechanischen Bearbeiten der Innenoberfläche eines Rohres - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vor­ richtung zum Bearbeiten der Innenoberfläche eines Rohres, insbesondere einer Schweißnaht am Innenumfang einer in ein Heizrohr eines Dampferzeugers eingeschweißten Reparaturhülse.

Die in Kernkraftwerken mit Druckwasserreaktor zum Erzeugen von Dampf im Sekundärkreis seit längerer Zeit im Einsatz be­ findlichen Dampferzeuger können Heizrohre aufweisen, die mit Reparaturhülsen oder Sleeves an insbesondere im Bereich des Rohrbodens auftretenden Leckagen repariert sind. Diese Repa­ raturhülsen sind mit ringförmigen Schweißnähten mit dem de­ fekten Heizrohr verschweißt und überdecken die mögliche oder schon bereits vorhandene Leckstelle. Diese Schweißnähte müs­ sen in regelmäßigen Wartungsabständen mit Methoden der zer­ störungsfreien Werkstoffprüfung auf Fehler untersucht werden. Diese Messungen werden jedoch dadurch erschwert, daß die Schweißnähte an ihrer Oberfläche uneben sind, so daß die bei­ spielsweise bei der Ultraschallprüfung gewonnenen Meßresulta­ te aufgrund der durch die Unebenheit vorliegenden unklaren Einschallwinkel nur schwer interpretierbar sind.

Um eine bessere Prüfbarkeit dieser Schweißnähte zu ermögli­ chen, müssen diese Unebenheiten möglichst definiert und gleichmäßig am gesamten Rohrumfang geglättet werden. Die zum Glätten von Oberflächen üblichen Schleifverfahren sind hierzu jedoch nur bedingt geeignet. So ist es beispielsweise nicht möglich, beim Schleifen einen auf dem gesamten Umfang gleich­ mäßigen Abtrag mit einer definierten Tiefe zu gewährleisten.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum mechanischen Bearbeiten der Innenoberfläche eines Rohres anzugeben, mit dem Unebenheiten definiert und gleichmäßig ab­ getragen und geglättet werden können. Außerdem liegt der Er­ findung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Durchfüh­ ren des Verfahrens anzugeben.

Die erstgenannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst, mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Da die Innenoberfläche durch Fräsen in einem Fräswerkzeug ge­ glättet wird, können Unebenheiten definiert abgetragen und eine möglichst glatte, ebene Oberfläche bei möglichst gerin­ ger Aufhärtung des Werkstoffes erzeugt werden.

Die zweitgenannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 5.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf das Ausfüh­ rungsbeispiel der Zeichnung verwiesen, in deren einziger Figur eine Vorrichtung gemäß der Erfindung in einem beispielhaften Anwendungsfall in Arbeitsposition an einer Schweißnaht im In­ nern eines Rohres schematisch veranschaulicht ist.

Gemäß der Figur ist in einem äußeren Rohr 2, beispielsweise das Heizrohr eines Dampferzeugers einer Kernreaktoranlage mit Druckwasserreaktor, ein inneres Rohr 4 angeordnet und über eine durch das innere Rohr 4 hindurchgehende Schweißnaht 6 mit dem äußeren Rohr 2 verschweißt. Der Innendurchmesser des inneren Rohres 4 kann dabei im Ausführungsbeispiel wenig mehr als 17 mm betragen. Dieses innere Rohr 4 wird auch als Repa­ raturhülse oder Sleeve bezeichnet.

In das Innere des innenliegenden Rohres 4 ist eine Sonde 8 eingeführt, die ein Kopfteil 10 sowie ein Basisteil 12 um­ faßt, auf dem das Kopfteil 10 quer zur Längsachse 14a des Ba­ sisteils 12 verschoben exzentrisch gelagert ist, so daß sich zwischen der Längsachse 14a des Basisteils 12 und der Längs­ achse 14b des Kopfteils 10 ein Versatz 15 ergibt.

Im Kopfteil 10 ist ein Fräswerkzeug 16 sowie ein Werkzeugan­ trieb 18 gelagert, mit dem das Fräswerkzeug 16 in eine schnelle Rotationsbewegung versetzt werden kann.

Als Fräswerkzeug 16 ist ein Hartmetall-Schaftfräser vorgese­ hen. Der Werkzeugantrieb 18 ist im Ausführungsbeispiel eine druckluftbetriebene Turbine, mit der eine hohe Drehzahl des Fräswerkzeuges 16 erreicht werden kann. Die Drehgeschwindig­ keit der das Fräswerkzeug 16 tragenden Spindel des Werk­ zeugantriebs 18 beträgt im Ausführungsbeispiel im Leerlauf etwa 60.000 Umdrehungen/min, so daß je nach Durchmesser des Fräswerkzeuges 16 Geschwindigkeiten zwischen Schneide und Be­ arbeitungsfläche von wenigstens 30 m/s erreicht werden.

Das Fräswerkzeug 16 ist im Kopfteil 10 in einem halbschalen­ förmigen Gehäuse 20 angeordnet, das oberhalb und unterhalb des Fräswerkzeuges 16 jeweils einen Anschlag 22 aufweist, über den das Fräswerkzeug 16 mit einer vorgegebenen Höhe aus einer seitlichen Öffnung 23 des Gehäuses hinausragt, die der maximalen Bearbeitungstiefe entspricht. Die Anschläge 22 sind im Ausführungsbeispiel so eingestellt, daß die Bearbei­ tungstiefe des Fräswerkzeuges 16 auf etwa 0,1 mm begrenzt ist.

Gegenüber der Öffnung 23 des Gehäuses 20 sind am Kopfteil 10 oberhalb und unterhalb des Fräswerkzeuges 16 Federelemente 24 angeordnet, die sich federnd an die Innenoberfläche des inne­ ren Rohres 4 anlegen und das Kopfteil 10 quer zu seiner Längsachse 14b an die dem Federelement 24 gegenüberliegende Innenoberfläche des inneren Rohres 4 andrücken, so daß das Fräswerkzeug 16 gleichmäßig und achsparallel an die Oberflä­ che der Schweißnaht 6 angestellt wird. Da das Basisteil 12 weitgehend zentrisch und drehfixiert im inneren Rohr 4 und somit auch im äußeren Rohr 2 gelagert ist, ergibt sich der bereits vorstehend erwähnte Versatz der Längsachse 14b des Kopfteils 10 gegenüber der Längsachse 14a des Basisteils 12 und damit auch gegenüber der Längsachse des Rohres 2, so daß das Fräswerkzeug 16 exzentrisch zur Rohrachse angeordnet ist.

Der quer zur Längsachse 14b des Basisteils 12 vorhandene Ver­ satz 15 des Kopfteils 10 ermöglicht eine Bearbeitung der Schweißnaht 6 auch dann, wenn diese in einem Bereich des in­ neren Rohres 4 liegt, der gegenüber dem restlichen Bereich des inneren Rohres 4 einen größeren Innendurchmesser hat.

Dieser im Ausführungsbeispiel etwa 0,8 mm größere Innendurch­ messer entsteht dadurch, daß das innere Rohr 4 vor seinem Einschweißen in das Rohr 2 in der für das Schweißen vorgese­ henen Zone mechanisch oder hydraulisch aufgeweitet und in in­ nigem Kontakt mit dem Rohr 2 gebracht wird.

Zum axialen Vorschub der Sonde 8 im inneren Rohr 4 ist das Basisteil 12 mit einem Schubschlauch 30, im Ausführungsbei­ spiel ein flexibles drucksteifes Kunststoffrohr aus Polyethy­ len PE, verbunden. Der Schubschlauch 30 ist hierzu zwischen antreibbaren Rollen eines in der Figur nicht dargestellten, außerhalb der Rohre 2 und 4 befindlichen axialen Vorschubsy­ stems gelagert. Dieses Vorschubsystem ist im Anwendungsbei­ spiel an einem Manipulator gehaltert ist, der sich unterhalb des Rohrbodens des Dampferzeugers befindet und die Sonde 8 vor ihrem Einführen in das mit dem inneren Rohr 4 versehene äußere Rohr 2 in Position bringt.

Im Innern des Schubschlauches 30 ist eine durch das Basisteil 12 geführte und drehmomentschlüssig mit dem drehbar in dem Basisteil 12 gelagerten Kopfteil 10 verbundene Welle 34 ge­ führt, die mit ihrem von der Sonde 8 abgewandten Ende drehmo­ mentschlüssig mit einem Drehantrieb 32 verbunden ist, der ebenso wie das Vorschubsystem auch dann, wenn die Sonde 8 in Arbeitsposition ist, außerhalb der Rohre 2 und 4 verbleibt. Bei einer Drehbewegung des Kopfteils 10 wird die Schweißnaht 6 in Umfangsrichtung des Rohres 4 vom Fräswerkzeug 16 bear­ beitet.

Die Welle 34 ist als Hohlwelle ausgeführt und besteht bei­ spielsweise aus einem Edelstahlwellschlauch. Sie dient zu­ gleich zur Führung der Druckluft zum Betreiben des als Turbi­ ne ausgebildeten Antriebes 18 zur Sonde 8, die mit einer zwi­ schen Drehantrieb 32 und Schubschlauch 30 angeordneten Dreh­ durchführung 36 in die Welle 34 eingeleitet wird.

Aufgrund der sehr hohen Drehzahl des Fräswerkzeuges 16 und der durch das Federelement 24 einstellbaren geringen Andruck­ kräfte in Verbindung mit einer geringen Leistung des Werk­ zeugantriebs 18, beispielsweise etwa 20 W, erfolgt die Bear­ beitung sehr schonend und erzeugt eine sehr glatte Oberflä­ che. Darüber hinaus ist die durch eine solche mechanische Be­ arbeitung erfolgende Werkstoff-Kaltverfestigung und damit auch die Anfälligkeit für das Auftreten einer Spannungsriß­ korrosion gegenüber anderen Bearbeitungsverfahren, beispiels­ weise Schleifverfahren, deutlich verringert.

Claims (13)

1. Verfahren zum mechanischen Bearbeiten der Innenoberfläche eines Rohres (4), insbesondere einer Schweißnaht (6) am In­ nenumfang einer in ein Heizrohr eines Dampferzeugers einge­ schweißten Reparaturhülse, wobei die Innenoberfläche durch Fräsen mit einem Fräswerkzeug (16) geglättet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als Fräswerkzeug (16) ein Hartmetall-Schaftfräser verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Geschwindig­ keit des Fräswerkzeuges (16) an seiner Schneide im Leerlauf wenigstens 30 m/s beträgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Fräswerkzeug (16) federnd an die Innenoberfläche des Rohres (4) angestellt wird.

5. Vorrichtung zum mechanischen Bearbeiten der Innenoberflä­ che eines Rohres (4), insbesondere einer Schweißnaht am In­ nenumfang einer in ein Heizrohr eines Dampferzeugers einge­ schweißten Reparaturhülse, mit einer in das Rohr (4) einführ­ baren Sonde (8), in der ein Fräswerkzeug (16) sowie ein Werk­ zeugantrieb (18) für dessen Rotation gelagert sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der als Werkzeugantrieb (18) eine druckluftbetriebene Turbine vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, bei der die Sonde (8) ein Basisteil (12) umfaßt, das an einen Schub­ schlauch (30) zum axialen Vorschub der Sonde (8) im Rohr (4) angeschlossen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der im Basisteil (12) ein das Fräswerkzeug (16) und den Werkzeugantrieb (18) enthalten­ des Kopfteil (10) drehbar gelagert ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, mit einem außerhalb des Roh­ res (4) angeordneten und drehmomentschlüssig mit dem Kopfteil (10) über eine innerhalb des Schubschlauches (30) angeordnete Welle (34) verbundenen Drehantrieb (32).

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der als Welle (34) eine Hohlwelle vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei der die Hohlwelle zugleich zum Führen der Druckluft für die Tur­ bine vorgesehen ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei dem das Kopfteil (10) auf dem Basisteil (12) exzentrisch gelagert ist und am Außenmantel des Kopfteiles (10) wenigstens ein Federelement (24) derart an der Innenoberfläche des Rohres (4) abstützbar angeordnet ist, daß das Kopfteil (10) mit dem Fräswerkzeug (16) an die gegenüberliegende Innenoberfläche des Rohres (4) federnd und achsparallel anstellbar ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, mit einem am Kopfteil (10) befindlichen mechanischen Anschlag zum Begrenzen der Abtrags­ tiefe des Fräswerkzeuges.