DE9011959U1

DE9011959U1 - Device for inner pipe welding

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Publication number: DE9011959U1
Application number: DE9011959U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1990-08-17
Filing date: 1990-08-17
Publication date: 1990-10-25
Anticipated expiration: 2000-08-18

Description

Siemens AktiengesellschaftSiemens AG

Vorrichtung zum Innenrohrschweißen 5Device for internal pipe welding 5

Die Neuerung betrifft eine Vorrichtung zum Innern^.irschweißen mittels eines Schweißkupfes, in dem eine Optik mit zugehöriger halterung angeordnet ist, von der hochenergetische Strahlen, insbesondere Laserstrahlen, empfangen und durch ein Strahlungsloch im SchweiSkopf auf eine Schweißstelle fokussiert werc/s·· =The innovation concerns a device for internal welding using a welding head in which an optic with an associated holder is arranged, from which high-energy rays, in particular laser rays, are received and focused onto a welding point through a radiation hole in the welding head.

r> In Hochdruck- bzw. Hochtciüpe; tursysiemen zur elektrischenr> In high pressure or high temperature systems for electrical Energiegewinnung finden Wärßu :stausch*vsteme breite Anwendung. Für den v'^;rmeaust<ausch wird dabei eir>- Vielzahl von Rohren verwendet, an deren Beschaffenheit ur·:? -jali^ät hohe Anforderungen gestellt werden müssen. Insbesondere bei deren Installation in Kernkraftwerken wird auf die möglichst rasche Reparatur auftretender Beschädigungen, beispielsweise in Form von Rissen in den Rohrwänden, Wert gelegt. 20Heat exchange systems are widely used in energy production. ^A large number of pipes are used for heat exchange, and their quality must meet extremely high requirements. Particularly when they are installed in nuclear power plants, it is important to repair any damage that occurs as quickly as possible, for example in the form of cracks in the pipe walls. 20

Eine Methode und Vorrichtung zur Verhinderung der weiteren Korrosion eines beschädigten Rohres ist aus der EP-A 0 3Ü0 458 bekannt. Dabei wird in das Rohr eine interne Schutzhülle, beispielsweise in Form eines weiteren Rohres, eingebracht, um die 25 beschädigte Stelle von innen zu überdecken. Das Schutzrohr und das beschädigte Rohr werden durch eine Schweißung, z.B. mit Laserstrahlen, mit Hilfe einer in das Innenrohr eingeführten f Schweißvorrichtung verbunden. Eine Lasereinrichtung liefert die _t- Strahlen, die von einer optischen Einrichtung empfangen und von \ 30 einem in einer Halterung befestigten Spiegel auf die zu ,f schweißende Stelle am Innenrohr umgelenkt werden.A method and device for preventing further corrosion of a damaged pipe is known from EP-A 0 300 458. An internal protective cover, for example in the form of another pipe, is introduced into the pipe in order to cover the damaged area from the inside. The protective pipe and the damaged pipe are connected by welding, for example with laser beams, using a welding device introduced into the inner pipe. A laser device supplies the _beams , which are received by an optical device and deflected by a mirror attached to a holder onto the area on the inner pipe to be welded.

Die Schweißvorrichtung weist ein Strahlungsloch auf, durch das ■ die vom Spiegel in einem senkrechten Winkel umgelenkten Laser-^F 35 strehlen hindurchtreten. Beim Schweißvorgang srlbst entstehenThe welding device has a radiation hole through which the ^laser beams, which are deflected by the mirror at a vertical angle, pass. During the welding process itself,

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Schweißspritzer, die sich am Rand des Durchgangsloches ansammeln und somit zur Beeinträchtigung der Funktionstüchtigkeit der Schweißvorrichtung führen können. Außerdem verursacht die von der Schweißstelle reflektierte Laserstrahlung eine Aufhei-Weld spatter that accumulates at the edge of the through hole and can thus impair the functionality of the welding device. In addition, the laser radiation reflected from the welding point causes heating. 2ung der Optik, die unter Umstanden deren Zerstörung zur Folge haben kann.2damage to the optics, which may result in their destruction.

&idiagr;&iacgr;&udiagr;&iacgr;.&agr;&Ggr; liegt der v-liegenden Neuerung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Innenrohrschweißen zu schaffen, mit der&idiagr;&iacgr;&udiagr;&iacgr;.&agr;&Ggr; the underlying innovation is the task of creating a device for internal pipe welding with which sich das Aufheizen der Optik samt zugehöriger Halterung zuverlässig vermeiden läßt. Ein weiteres Ziel der Neuerung ist es, die Beeinträchtigung des Schweißvorgangs, hervorgerufen durch Anlagerung von Schweißspritzern am Strahlungsloch, zu verhindern.Heating of the optics and associated holder can be reliably avoided. Another aim of the innovation is to prevent the impairment of the welding process caused by the accumulation of welding spatter on the radiation hole.

Die allgemeine Aufgabe wird neuerungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Bohrung durch den Schweißkopf und die Optikhalterung vorgesehen 1st. Sie ist derart ausgeführt, daß von der Schweißstelle reflektierte Strahlen in der Bohrung verlaufen.The general problem is solved according to the innovation by providing a hole through the welding head and the optics holder. It is designed in such a way that rays reflected from the welding point run in the hole.

Gemäß einer Weiterbildung der Neuerung wird die Bohrung bzw. das Strahlungsloch in einem Winke.¹ ausgeführt, der dem Winkel der von der Schweißstelle reflektierten bzw. von der Optik umgelenkten Strahlen entspricht. In einer bevorzugten Ausfüh-According to a further development of the innovation, the bore or the radiation hole is made at an angle ¹ that corresponds to the angle of the rays reflected from the welding point or deflected by the optics. In a preferred embodiment, rungsforifl ist die Bohrung kegelig ausgebildet.The bore is conical in shape.

Andere Weiterbildungen der Neuerung beziehen sich auf die Optik und ihre zugehörige Optikhalterung, sowie auf einen im Schweißkopf eingefügten Kanal, über den Kühlmittel der Schweißkopfoberfläche zugeführt werden können.Other further developments of the innovation relate to the optics and their associated optics holder, as well as to a channel inserted in the welding head through which coolant can be supplied to the welding head surface.

Durch die Bohrung kann der Teil der an der Schweißstelle reflektierten Strahlen durch den Schweißkopf und die Optikhalterung hindurchtreten, so daß keine Strahlung auf die Optik ramt 35The hole allows the part of the rays reflected at the welding point to pass through the welding head and the optics holder, so that no radiation hits the optics 35

6 &iacgr; 5 0 7 DE6 &iacgr; 5 0 7 EN

Halterung mehr zurückgeführt und somit ein Hitzestau vermieden wird. Ein Teil der in der Bohrung verlaufenden strahlen wird von einer der Schweißstelle gegenüberliegenden Rohrwandung absorbiert, während der von der Rohrwandung reflektierte Antei] der Strahlen ausgeweitet auf die Oberfläche des SchweiGkopfes trifft.holder and thus a build-up of heat is avoided. A portion of the rays running through the bore are absorbed by a pipe wall opposite the welding point, while the portion of the rays reflected by the pipe wall hits the surface of the welding head in an expanded form.

Unterstützt wird die neuerunqsgemäOe Maßnahme dadurch, daß der Winkel des Strahlungsloches bzw. der Bohrungswinkel entsprechend dem Winkel der von der Optik umgelenkten bzw. von der Schweißstelle reflektierten Strahlen gewählt wird. Dies hat auch den Vorteil, daß sich Schweißsprit7er weder in dem Strah-]' ngsloch anlagern noch auf die Optik treffen können. Di- an der Schweißkopfoberfläche auftretende tiwärmunq kann durch 7uführung eines Kühlmittels von außen in einfacher Weise reduziert werden.The innovative measure is supported by the fact that the angle of the radiation hole or the hole angle is selected according to the angle of the rays deflected by the optics or reflected by the welding point. This also has the advantage that welding spatter can neither accumulate in the radiation hole nor hit the optics. The heat generated on the surface of the welding head can be easily reduced by supplying a coolant from the outside.

Ein in der Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispiel der neuerungsgemäßen Vorrichlung wird nun näher beschrieben.An embodiment of the device according to the invention shown in the drawing will now be described in more detail.

Sie zeigt eine Ausführungsform der neuerungsgemäßen Vorrichtung zum Schweißen eines Innenrohres 10, das als Schutzmantel für eventuell an einem Außenrohr 5 auftretende Beschädigungen eingefügt ist. So können beispielsweise Risse, die auf Grjnd von Korrosion entstehen, eine Vermischung der im Rohr 5 enthaltenen sowie der außerhalb befindlichen Substanzen zur Folge haben. Eine Beschädigungsstelle 6 läflt sich dadurch zuverlässig reparieren, daß das Innenrohr 10 an der zu überbrückenden Stelle angeordnet ist.It shows an embodiment of the device according to the innovation for welding an inner pipe 10, which is inserted as a protective cover for any damage that may occur on an outer pipe 5. For example, cracks that arise due to corrosion can result in a mixing of the substances contained in the pipe 5 and those located outside. A damaged area 6 can be reliably repaired by arranging the inner pipe 10 at the point to be bridged.

Innenrohr 10 und Außenrohr 5 werden an der BeschädiQüngsstelle 7 zusammgeschweißt. Zu diesem Zweck wird ein Schweißkopf 9 in das Innerohr 10 eingebracht, der beispielsweise zylindrisch ausgebildet und parallel zu einer Mittelpunktsachse des Rohres 10 beweglich ausgeführt ist.Inner tube 10 and outer tube 5 are welded together at the damaged area 7. For this purpose, a welding head 9 is inserted into the inner tube 10, which is, for example, cylindrical and designed to be movable parallel to a central axis of the tube 10.

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G 1 5 O 7 DEG 1 5 O 7 EN

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Der Schweiükopf 9 enthält eine Lssereinrichtung 3 zum Aussenden vrn Laserstrahlung, die von einem optischen Fokussiersystem 2 aufgenommen wird. Dabei kann das System 2 aus einem Linsensystem, aufgebaut aus Im Seil- geschalteten Streu- und Bündellinsen, bestehen. Die vom System 2 ausgesandten Laserstrahlen sind wegen einei anschaulicheren üarstellungsart in einen mittleren Laserstrahl 1 zusammengefaßt.The welding head 9 contains a laser device 3 for emitting laser radiation, which is received by an optical focusing system 2. The system 2 can consist of a lens system made up of scattering and bundle lenses connected in a cable. The laser beams emitted by the system 2 are combined into a central laser beam 1 for a more clear representation.

Dieser Laserstrahl 1 trifft auf eine Optik 4, die im Schweißkopf 9 so angeordnet ist, daß ein von ihr umgelenkter Strahl 8This laser beam 1 strikes an optic 4, which is arranged in the welding head 9 in such a way that a beam 8 deflected by it

in einem Winkel ^ auf die zu schweißende Stelle 7 abgelenkt y wird, der sich von einem senkrechten Winkel unterscheidet. Dazu ist das Strahlungsloch 11 in der Wandung 15 des Schweißkopfes entsprechend dem Umlenkwinkel «4 ausgebildet, so daß der Strahl 8 ungehindert zur Schweißstelle 7 durchdringen kann.is deflected at an angle ^ to the point 7 to be welded y which differs from a vertical angle. For this purpose, the radiation hole 11 in the wall 15 of the welding head is designed in accordance with the deflection angle «4, so that the beam 8 can penetrate unhindered to the welding point 7.

Damit der von der Schweißstelle 7 reflektierte Strahl 13 die Optik 4 sowie die zugehörige Halterung 14 für die Optik nicht aufheizt, ist eine Bohrung 12 durch die Wandungen 15 des Schweißkopfes 9 und durch die Optikhalterung 14 vorgeseher. Sie ist derart ausgeführt, daß der reflektierte Strahl 13 in ihr verlaufen kann, bis er auf die gegenüberliegende wandung des Außenrohres 5 trifft. Die Bohrung 12 ist kegelig ausgeführt, und ihr Winkel entspricht dem Winkel oi des von der Schweißstel-( 25 ie 7 reflektierten Strahls 13.To ensure that the beam 13 reflected from the welding point 7 does not heat up the optics 4 and the associated holder 14 for the optics, a bore 12 is provided through the walls 15 of the welding head 9 and through the optics holder 14. It is designed in such a way that the reflected beam 13 can run through it until it hits the opposite wall of the outer tube 5. The bore 12 is conical and its angle corresponds to the angle oi of the beam 13 reflected from the welding point 7.

Die Optik 4 besteht beispielsweise aus einem Metallspiegel, der an seiner Umlenkfläche poliert ist, und bildet mit der Halterung 14 zusammen eine Einheit, die dann als ein in den Schweißkopf 9 genau eingepaßter Metallblock, beispielsweise aus Kupfer, ausgebildet ist.The optics 4 consist, for example, of a metal mirror that is polished on its deflection surface and forms a unit together with the holder 14, which is then designed as a metal block, for example made of copper, that is precisely fitted into the welding head 9.

Wegen des von der Wandung des Außenrohres 5 reflektierten Teils der Strahlung 13 wird die Oberfläche des Schweißkopfes 9 erwärmt. Daher dient ein im Schweißkopf 9 vorgesehener Kanal 16Because of the part of the radiation 13 reflected by the wall of the outer tube 5, the surface of the welding head 9 is heated. Therefore, a channel 16 provided in the welding head 9 serves

t 90 ß 1 5 0 7 OE ■· "" ;'; &udigr;· &igr;'&Iacgr;','&Iacgr; t 90 ß 1 5 0 7 OE ■· "";';&udigr;·&igr;'&Iacgr;','&Iacgr;

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I 1 zur Zuführung von Kühlmittel 18 an die Oberfläche, so daß der I 1 for supplying coolant 18 to the surface so that the

&aacgr;&aacgr; durch die Absorption der Laserstrahlung in der Wandung des Aus-by the absorption of the laser radiation in the wall of the

&Iacgr;&Iacgr; senrohres 5 und durch Aufweitung der reflektierten Strahlantel-senrohr 5 and by widening the reflected beam angle

: Ie 17 bereits abgeschwächte Erwärmungseft'ekt zusätzlich verrin-: Ie 17 already weakened warming effect further reduced

5 gert wird.5 is used.

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3030

3535

Claims

6 1 5 0 7 EN Protection claims

1. Vorrichtung zum Innenrohrschweißen mittels eines Schweißkopfes (9), in dem eine Optik (4) mit zugehöriger Halterung (14)1. Device for inner pipe welding by means of a welding head (9) in which an optic (4) with associated holder (14) angeordnet ist, von der hochenergetische Strahlen, insbesondere Laserstrahlen (1), empfangen und durch ein Strahlungsloch (11) im Schweißkopf (9) auf eine Schweißstelle (7) fokussisrt werden, gekennzeichnet durch eine Bohrung (12) durch den Schweißkopf (9) und die Optikhalterung (14), die derart ausgeführt ist, daß von der Schweißstelle (7) reflektierte Strahlen (13) in der Bohrung (12) verlaufen.is arranged, from which high-energy rays, in particular laser rays (1), are received and focused through a radiation hole (11) in the welding head (9) onto a welding point (7), characterized by a bore (12) through the welding head (9) and the optics holder (14), which is designed in such a way that rays (13) reflected from the welding point (7) run in the bore (12).

2. Device according to claim 1, characterized in that the bore ( ⁿ 2) or the radiation hole (il) is designed at an angle corresponding to the angle W) of the rays (13 or 8) reflected by the welding point (7) or deflected by the optics (4).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch3. Device according to claim 1 or 2, characterized

gekennzeichnet, daß eile Bohrung (12) kegelig ausgebildet ist.characterized in that each bore (12) is conical.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik (4)4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the optics (4) aus einem an der Umlenkfläche polierten Metallspiegel besteht.consists of a metal mirror with a polished deflection surface.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Optikhalterung (14) samt Optik (4) als einheitliches Metallelement aus-5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the optics holder (14) together with the optics (4) is made as a single metal element. gebildet und in den Schweißkopf (9) eingepaßt 1st.formed and fitted into the welding head (9).

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Schweißkopf (9) ein Kanal (16) vorgesehen ist, durch den Kühlmittel (18)6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that a channel (16) is provided in the welding head (9) through which coolant (18) d*r Oberflache des Schweißkopfes (9) zuführbar sind.d*r surface of the welding head (9).