HU210091B - Welding apparatus and method for welding metal sleeve to metal tube - Google Patents

Description

A találmány tárgya hegesztőberendezés fémből lévő, cső alakú hüvely fémből lévő csőbe való behegesztésére lézernyalábbal, amely berendezésnek optikai transzmissziós szála és hegesztőfeje van, amelynek hengeres teste van, és ennek tengelye az optikai szálból származó lézernyaláb tengelyének irányával párhuzamos, a hegesztőfej pedig a cső belső nyílásába illeszkedik, továbbá az optikai szálból származó nyaláb fokuszálására szolgáló eszközei és a fókuszáló eszközökből származó nyaláb eltérítésére szolgáló eltérítő eszközei vannak az eltérített nyalábnak a hegesztendő hüvelyre való fokuszálása céljából, az eltérítő eszközök pedig a nyalábot az említett rész felé visszaverő sík visszaverő tükröt tartalmaznak, továbbá a hegesztőfejnek belső szakasza van, amely a visszaverő tükröt a fokuszálást ponttól elválasztja, és a belső szakaszt tisztító gázokkal átsöprő, a hegesztés közben a fémek fúziójából keletkező fémgőzöket az eltérítő eszközök hatóköréből kiűző tisztító eszközei vannak.

A találmány tárgya továbbá hegesztő eljárás lézernyaláb segítségével, fémes csőalakú hüvely behegesztésére fémes csőbe, amelynek belső átmérője kisebb, mint 50 mm, és amelynél a hegesztendő hüvelyt bevezetjük a csőbe, amelybe beleilleszkedik, a tengely körül elhelyezkedő, nyújtott alakú hegesztőfejet bevezetjük addig a csőbe, amíg a hegesztőfej a hegesztendő hüvelyhez képest előre meghatározott helyzetbe kerül, lézernyalábot bocsátunk ki a hegesztőfejhez kapcsolt optikai szálrendszerben, amely lézernyaláb a hegesztendő hüvelyre fókuszálódik a hegesztőfejre mereven rögzített terelők segítségével, ami maga után vonja a hüvely ráhegesztését a csőre a fém fúziója által, majd a hegesztőfejet saját tengelye körül forgatjuk, hogy a hüvely folyamatos vagy szakaszos, köralakú hozzáhegesztését hozzuk létre a cső belső felületére, és egyidejűleg a hegesztési szakaszt a lézernyaláb kibocsátásánál tisztítógázzal átsöpörjük, amelyet a hegesztőfej belsejébe injektálunk be és az eltérítő eszközök és a hegesztési szakasz közé irányítjuk, és így a fém fúziója által keletkezett fémgőzöket az eltérítő eszközök hatókörén kívülre visszük.

A találmány rendkívül jól, de nem kizárólag, hőcserélők szivárgó csöveinek javítására alkalmazható, köralakú fedlappal ellátott hőcserélő típusoknál, különösen a köralakú fedlap szintjén, amikor a hőcsere a reaktor, mint pl. nyomás alatti vízzel működő nukleáris reaktor primer hűtőoldala és folyékony fázisú víz és gőz között játszódik le, amely a hőcserélő szekunder oldalát képezi.

A találmány lehetővé teszi a szivárgó csövek megjavítását, hogy ilymódon kiküszöbölhető legyen a szekunder kör megfertőzése az esetleg radioaktív elemekkel terhelt primer kör által, amely szekunder körnek szükségszerűen inaktívnak kell maradnia.

A szivárgó csövek javítása, amelyek általában a köralakú fedlaphoz való rögzítési pontoknál sérülnek meg vagy repednek meg, nagyon nehézkes. A nukleáris reaktor hűtőköréhez tartozó, fedlappal ellátott hőcserélő csöveinek belső átmérője valójában 20 mm nagyságrendű.

A jelenleg ismert hegesztő berendezéseknek számos hiányossága van. Egyrészt nagyon sok helyet foglalnak el és/vagy nagy az energiafelvételük, és ennek következtében a fedlap szintjén és a javító-hüvellyel felszerelt cső szintjén jelentős deformációt szenvednek.

Ez olyan mértékű, hogy az ismert hegesztő berendezéseknél a hiányosságok palástolására a szivárgó csövet egyszerűen betömik anélkül, hogy megpróbálnák azt megjavítani. Ez már csak azért sem megfelelő megoldás, mert csökkenti az üzemelő csövek számát a primer kör és a szekunder kör között.

Az EP 0.300.458 sz. szabadalmi leírás a tisztítógázok betáplálását ismerteti, amelynél a gázokat egy nyíláson keresztül bocsátják ki és ezen a nyíláson halad keresztül a sugárnyaláb is afelé a tér felé, amely a visszaverő tükör és a hegesztési hely között helyezkedik el. Ez a szabadalmi leírás ismertet ugyan egy gázpályát, amely az optikai rendszeren megy keresztül, azonban itt a gázoknak csak egy részéről van szó, amelyeket eltérítenek azért, hogy az optikai rendszert hűtsék, míg a kiűző hatást létrehozó gázok egy külön csőből jönnek, amely az előbbi nyílást táplálja. A hűtőgázokat azután úgy irányítják, hogy egy kiegészítő hűtó spirálba jussanak, ami lehetetlenné teszi, hogy a szonda vége teljesen nyitott legyen.

Ennél a megoldásnál nem szerepelnek tisztítóeszközök, amelyek a szonda meghosszabbításába söprik a fémes gőzöket, ezért egy lesüllyesztett tükörre van szükség és a gázoknak, amelyeket ki akarnak űzni, nagy erővel kell erre a tükörre ütközniük, lényegében merőlegesen a vetítési irányra. Azonkívül egy végső nyílásra is szükség van.

Ez a megoldás meglehetősen bonyolult, az optikai rendszer, amely igen törékeny, könnyen megsérülhet, és a lézernyaláb fokuszálása és eltérítése is veszélybe kerülhet.

A találmány célja olyan hegesztő berendezés és hegesztő eljárás létrehozása hüvely behegesztésére egy kis átmérőjű cső belsejébe, amely jobban megfelel a gyakorlati követelményeknek, mint az ismert megoldások, amennyiben a hegesztő berendezés sokkal kisebb helyet igényel, rendkívül robusztus, jó minőségű varratok létrehozását teszi lehetővé, az eljárás pedig gyors, könnyen megvalósítható és sokkal kisebb az energiaigénye, mint az ismert eljárásoké.

A kitűzött célt a találmány értelmében olyan hegesztő berendezéssel valósítjuk meg, amelynek lényege, hogy a lézernyalábot visszaverő tükör a fokuszálást ponthoz képest teljes egészében olyan távolságban van elhelyezve, amely egyenlő vagy nagyobb azzal a távolsággal, amely a hegesztőfej tengelyét a fokuszálást ponttól elválasztja, és a hegesztőfej teste az egyik végén teljesen nyitott.

A találmány egy előnyös kivitelénél többek között egy vagy több, az alább következő intézkedést lehet alkalmazni:

- a legkisebb távolság, amely az eltérítő eszközöket a fokuszálást ponttól elválasztja, kisebb mint 30 mm,

- az optikai szálnak a lézernyalábot kibocsátó vége a hegesztőfej tengelyében van rögzítve, és a fókuszáló

HU 210 091 Β eszközök a lézernyalábot a hegesztó'fej tengelyéhez képest eltérítő, a lézernyalábot a visszaverő tükörre irányító, optikai eltérítő eszközöket tartalmaznak,

- a fókuszáló eszközök a szálból eredő lézernyaláb optikai pályáján, egymást követően elhelyezve, egy meniszkusz lencsét, egy konvex sík lencsét és a lézernyalábot eltérítő optikai eltérítő eszközöket tartalmaznak, amely utóbbiak konvex szférikus sík lencse-részből állnak,

- a gázzal átsöprő tisztító eszközök terelőket tartalmaznak, amelyek a hegesztőfej tengelyén átmenő síkhoz képest szimmetrikusan elhelyezett falakból állnak,

- a lézernyalábos hegesztést vezérlő és ellenőrző eszközei vannak a lézernyaláb impulzusos kibocsátásának vezérlésére, amely ellenőrző eszközök az egymást követő kibocsátási időtartamokat szabályozottan időzítő eszközöket tartalmaznak, amely kibocsátások időtartama 10 millimp és 50 millimp nagyságrend között van,

- az alkalmazott lézernyaláb forrás YAG lézer típusú szilárd lézerforrás,

- a hegesztőfejet saját tengelye körül automatikusan forgató eszközei, valamint a hegesztőfejet tengelye mentén, a hegesztendő darabokhoz képest hosszanti irányban automatikusan elmozdító eszközei vannak,

- a tisztítógáz semleges gáz,

- a tisztítóeszközök by-pass elemeket tartalmaznak, amelyeket részben a fókuszáló eszközök körül, a hengeres burkolat belső felületében kimunkált, köralakú váj átok képeznek.

Lézernyaláb alkalmazása ahhoz, hogy fényáteresztéssel vagy beirányítással eltérített nyalábokkal varratokat hozzunk létre kis átmérőjű csövek belsejében, és amelynél a hegesztőfejben a nyalábot a hegesztendő darab felé eltérítő eszközök vannak, azt a problémát jelenti, hogy fémgőzök keletkeznek, amelyek azonnal befedik az eltérítő eszközöket, amikor a lézernyalábbal a hegesztés végbemegy és így akadályozzák a hegesztés továbbfolytatását.

A találmány lehetővé teszi ennek a hiányosságnak a kiküszöbölését is, azáltal, hogy a lézerkibocsátást pulzáló ütemben hozzuk létre, és az átsöprést a hegesztőfej nyitott végének meghosszabbításában végezzük, a cső belsejében pedig egyidejűleg - a csőnek azzal a végével ellentétes végénél, amelyen keresztül a hegesztőfejet bevezettük - szívást létesítünk, és így elősegítjük a semleges tisztítógáz eltávolítását, amelyet előzőleg a hegesztőfej belsejébe beinjektáltunk.

A találmányt részletesebben a rajzok alapján ismertetjük, amelyek a találmány szerinti berendezés példakénti kiviteli alakját ábrázolják.

Az 1. ábra a hegesztő berendezés vázlatát mutatja, amint hőcserélő csövének javításánál alkalmazzuk.

A 2. ábra az 1. ábra szerinti berendezés fejének tengelyirányú vázlatos metszete, nagyobb léptékben.

A 3. ábrán az 1. ábra szerinti berendezés optikai rendszere egy részének elvi vázlata látható.

A 4a. ábra a berendezés fókuszáló eszközéhez tartozó, a sugárnyalábot eltérítő eszközt képező lencse elölnézete.

A 4b. ábra a berendezés fókuszáló eszközéhez tartozó, a sugárnyalábot eltérítő eszközt képező lencse metszete.

Az 5. ábrán a hegesztő berendezés fejének egy része látható részben metszetben, részben nézetben, oldalsó terelőkkel.

A 6. ábra az 5. ábra VI-VI vonala mentén vett vázlatos metszet.

A 7. ábra a 2. ábra VII-VII vonala mentén vett függőleges metszet.

A 8. ábrán a hegesztő berendezés fejének vége látható egy másik megoldás szerint, vázlatosan, tengelyirányú metszetben, nagyobb léptékben.

A 9. ábrán vázlatosan, perspektivikusan, a fejet a csőben és a hüvelyben önmagától központosító eszköz látható.

A 10. ábrán a 2. ábra szerinti hegesztőfej lencsék by-pass eszközeinek és rögzítő eszközeinek másik kivitele látható metszetben.

All. ábra a 10. ábra XI-XI vonala mentén vett metszet.

Az 1. ábrán vázlatosan ábrázolt, általában nyomás alatti vízzel működő reaktoroknál alkalmazható hőcserélő 1 burkolatot tartalmaz, amelyben U-alakú 2 csövekből álló csőköteg található és ennek 3 végei a 4 fedlapon hatolnak át. A csőnyaláb 2 csövének átmérőjét az 1. ábrán túlzottan nagy méretűre ábrázoltuk az 1 burkolathoz és a 4 fedlaphoz viszonyítva. A 4 fedlap az 5 válaszfallal egy hidegvizes 6 kamrát és egy melegvizes 7 kamrát határol, amelyek mindegyike bemenő vezetékkel és kimenő vezetékkel van felszerelve a rajzon nem ábrázolt reaktorból jövő primer hűtőközeg számára. A primer kör a hőcserélőben önmagában ismert módon szigetelve van.

Működés közben a hőcserélőnek a 2 csövek és az 1 burkolat közötti 8 része a reaktor szekunder hűtőközegével van kitöltve, így a szekunder körhöz tartozik.

A találmány szerinti berendezés 9 hegesztőfejet tartalmaz, amely tengely körül, például hengeres tengely körül helyezkedik el és ez egyik végénél lézernyalábot kibocsátó optikai 10 szálhoz van csatlakoztatva. Az optikai szál előnyösen szilíciumból lévő mono-szál, átmérője 500-1500 μιη. Azonban más száltípusok is alkalmazhatók, például amelyek több szálból (multifíber) állnak. A 10 szál a másik végénél koherens sugárzást kibocsátó 12 lézerforráshoz van kapcsolva.

Előnyösen a lézer szilárdtest lézer, amelyet YAG név alatt ismernek (a hullámhossz mikrométer nagyságrendű), amely Na-ionokat tartalmaz. A lézerforrással üzembe helyezett, találmány szerinti berendezésben a teljesítmény sűrűsége 0,1-5 MW/cm², előnyösen 0,3 MW/cm².

A 9 hegesztőfej flexibilis 13 tömlő útján a 14 tisztító eszközök gázforrásához van csatlakoztatva. A tisztító gáz lehet argon gáz, és a tisztító eszközök nyomás alatti gáztartályból és a 9 hegesztőfejbe a flexibilis 13 tömlőn át beinjektált tisztító gáz mennyiségét szabályozó eszközökből állnak.

A hegesztő berendezés a 9 hegesztőfejet annak tengelye körül automatikusan forgató eszközöket, valamint a 9 hegesztőfejet a tengely mentén automatikusan hosszanti irányban elmozdító eszközöket tartalmaz.

HU 210 091 Β

A rajzon nem ábrázolt forgató eszközök a 9 hegesztó'fejen kívül helyezkednek el. Ezek. a javítandó 2 cső külsején vannak elhelyezve és ismert módon pl. két kis fogaskerékből állnak, amelyek közül az egyik a 9 hegesztőfejre van erősítve és a másik a 15 tartóra. A kettő egymással két párhuzamos tengely körül kapcsolódik és a 15 tartóra rögzített motorral vannak lépésenként numerikusán vezérelve.

A rajzon ugyancsak nem ábrázolt hosszanti mozgatást biztosító eszközök is ismert típusúak és pl. a 9 hegesztőfejre erősített végtelenített csavarból állhatnak, amely a 15 tartóra erősített anyával működik együtt, amelyet ismét lépésenként motor működtet.

A 15 tartó például egy olyan szerkezet lehet, amelyet a nukleáris reaktor szabályozása és karbantartása alatt általában alkalmazunk és amelyre a 9 hegesztőfej és annak forgató és mozgató eszközei könnyen ráilleszthetők. A szerkezet előnyösen ún. „pókháló”. Ilyen pókháló szerkezetek találhatók a US 4 018 345 sz. és az FR 309 314 sz. szabadalmi leírásokban.

A 2 cső belsejének vákuum alá helyezésére szolgáló 16 eszközöket is alkalmazunk. Ezek tömített 19 fejet tartalmaznak, amelyet a 2 cső azon 3 végére rögzítünk, amely azzal a véggel ellentétes, amelybe a 9 hegesztőfejet bevezettük.

A flexibilis 18 tömlő köti össze a 19 fejet a vákuumot létrehozó 16 eszközökkel, amelyek pl. vákuumszivattyút tartalmaznak.

A 9 hegesztőfej forgatását és elmozdítását végző eszközök, a 12 lézerforrás, a 14 tisztító eszközök és a vákuumot létrehozó 16 eszközök a 17 ellenőrző eszközökkel vannak szabályozva és vezérelve. A 17 ellenőrző eszközök pl. egy programozható automatából állnak, amely lehetővé teszi a berendezés működését úgy, ahogy azt a következőkben ismertetjük.

A 2. ábrán a 9 hegesztőfej tengelyirányú metszete látható, amely hegesztőfejet a következőkben részletesebben ismertetünk.

A 9 hegesztőfej fémből, pl. nem-oxidálódó acélból készült, hengeres 20 burkolatot tartalmaz a 21 tengelye körül. A 20 burkolat külső átmérője pl. 19 mm. A 20 burkolat ilymódon együtt tud működni a hőcserélő 2 csövének belső térfogatával, amelynek belső átmérője pl. 20 mm. Ez lehetővé teszi a 9 hegesztőfej önközpontosítását a 2 csőben. Alkalmazhatunk azonban speciális, ismert típusú önközpontosító eszközöket is vagy olyanokat, mint amilyeneket a 8. és 9. ábrával kapcsolatban később ismertetünk.

A 20 burkolat egyik 22 végénél nyitott, másik 23 végénél fémből lévő 24 dugóval le van zárva. Ezen 25 járatok vannak kifúrva a tisztítógáz számára, amelynek pályáját a 9 hegesztőfej belsejében a 2. ábrán 26 nyilakkal jelöltük.

A 25 járatok előnyösen szimmetrikusan vannak elhelyezve a 21 tengelyhez képest és például hat vagy nyolc 25 járat képezhető ki.

A 9 hegesztőfej a 27 lézernyaláb optikai transzmissziós 10 szálához 28 végénél fogva van csatlakoztatva, amely 10 szál a 9 hegesztőfej 21 tengelyében a 24 dugóhoz van rögzítve.

Amint a 2. és 3. ábrákon látható, a 9 hegesztó'fej a 27 lézernyaláb fókuszbeállítására szolgáló 29 fókuszáló eszközöket tartalmaz. Ezek állhatnak pl. 30 meniszkusz lencséből, konvex, szférikus 31 sík lencséből és a nyalábot eltérítő optikai 32 eltérítő eszközökből, amelyek trepanálásból származó konvex, szférikus, sík fél lencséből állhatnak, hengeres üreggel és egy nagy átmérőjű konvex, sík lencséből, amit a 3. ábrán szaggatott vonallal jelöltünk.

Pontosabban a 4a. és 4b. ábrák egy kiviteli alakot ábrázolnak a 35’ tengelyű 35 lencséből álló 32 eltérítő eszközök számára, amely 35 lencse konvex, szférikus 36 sík lencse hengeres karottázsából vagy trepanálásából keletkezett, amelynek 36’ tengelye van. A 35’ tengely párhuzamos a 36’ tengellyel.

A 37 eltérítő eszközök, amelyek a 2. ábrán láthatók, sík 37’ tükörből állnak, amely a lézernyalábra merőleges síkban van elhelyezve és a 21 tengelyhez képest 20-60’-os szögben meg van döntve.

A sík visszaverő 37’ tükör eltéríti a 38 nyalábot és az eltérített 40 nyalábot a 39 fokuszálást pontban a hegesztendő darabokra állítja be. A hegesztendő darabokat az alkalmazott példában a hőcserélő 2 csöve és egy hengeres 41 hüvely képezi, amely annak a csőnek a belső falával működik együtt, amelybe előzőleg bevezették és amelyhez rögzítve van például csőperemezés vagy expanzió vagy hidraulikus befoglalás útján. A lézernyaláb sugarainak eltérítési szögei a bemenő sugarak és visszavert sugarak között előnyösen 80-100° között vannak. A szögek attól függnek, hogyan van megdöntve a tükör és hogy mekkora a távolság a 37’ tükör és a 39 fokuszálást pont között.

Az eltérített 40 nyaláb egy olyan kúpot képez, amelynek csúcsa a 39 fokuszálási pont. A 32 eltérítő eszközöket és 37’ tükröt például úgy mozgatjuk, hogy a 40 nyaláb kúpjának tengelye a hegesztendő darabokat érintő síkkal 30^a-tól zérus nagyságrendű szöget zárjon be, ami elősegíti a hegesztőanyag jó behatolását.

A találmány értelmében a 9 hegesztőfejben belső 42 szakasz van, amely a 37’ tükröt a 40 nyaláb 39 fokuszálási pontjától elválasztja. Ez a belső 42 szakasz - vagy amit hasonlónak tekintünk - egy részben belső szakasz, - attól függően, hogy a 20 burkolat többé-kevésbé rácsukódik a 37’ tüköne - egy előre meghatározott minimális keresztmetszetet képez a 14 tisztító eszközök által kibocsátott tisztító gázok számára. Ez a minimális keresztmetszet előnyösen nagyobb vagy egyenlő a 20 burkolat fél belső keresztmetszetével, ami akkor valósul meg, ha a nyalábot visszatérítő 37’ tükör a 39 fokuszálási ponthoz viszonyítva olyan távolságban helyezkedik el, amely egyenlő vagy nagyobb mint az a d₀ távolság, amely a 9 hegesztőfej 21 tengelyét a 39 fokuszálási ponttól elválasztja. Előnyösen a d távolság a P] síktól, amely párhuzamos a 21 tengellyel és érintőleges a 37’ tükör felső éléhez, vagy általánosságban, amely tartalmazza a 39 fokuszálási ponthoz legközelebb lévő eltérítő eszközök csúcsát, a d₀ távolsággal egyenlő vagy annál nagyobb.

A találmány szerinti hegesztő berendezésben a d₀ távolság kb. 10 mm nagyságú.

HU 210 091 Β

Annak érdekében, hogy a 42 szakaszt meg lehessen közelíteni, amely a 9 hegesztőfej egyik végének közelében helyezkedik el, míg a tisztító gáz beinjektálására szolgáló 25 járatok a 9 hegesztőfej másik végénél vannak, a 14 tisztító eszközök 43 by-pass elemeket tartalmaznak a 29 fókuszáló eszközök körül. Ezek a 43 by-pass elemek például részben köralakú vájatok, amelyek a 9 hegesztőfej 20 burkolatának belső felületébe vannak bemunkálva.

Alkalmazunk továbbá egy második hengeres 44 burkolatot a 29 fókuszáló eszközök és a 37 eltérítő eszközök rögzítésére. Ezt úgy alakítjuk ki, hogy lehetővé tegye a tisztítógázok áthaladását és együttműködjön a 20 burkolattal, amelyben csökkentett súrlódással foroghat. A 44 burkolatban a köralakú váj átoktól jobbra kialakított lyukak a 43 by-pass elemek második részét képezik. A gáz a 2. ábrán a 26 nyilakkal jelzett utat követi.

Természetesen más rögzítő és by-pass elemeket is alkalmazhatunk. Például, amint a 10. és 11. ábrákon látható, a 60 lencse a hengeres 61 darabba van rögzítve, amely a hengeres 20 burkolat belső üregével dolgozik együtt, amelybe rögzítve van.

A 61 darabnak, amelynek külső átmérője pl. 16 mm nagyságú, egy első 62 része van, amelynek első belső átmérője van és második 63 része van, amelynek belső átmérője nagyobb az elsőnél, ami által köralakú 64 váll jön létre, amelyre a 60 lencse támaszkodik és rögzítve van. Két hengeralakú 65 furat, amelyeknek átmérője pl. 8 mm, van keresztirányban a 61 darab tengelyére merőlegesen kifúrva. Ezek képezik a 66 gázok számára a by-pass elemeket, amint az a 10. ábrán látható. Egy ilyen elrendezés a tisztító gázok számára nagy keresztmetszetű járatot biztosít a lencsék körül, ami elősegíti azok lehűtését és csökkenti a terhelésveszteségeket.

Végül a 9 hegesztőfej tisztító eszközei 45 terelőkből állnak, amelyek sík felületet képeznek és a 9 hegesztőfej 21 tengelyén átmenő síkhoz képest szimmetrikusan vannak elhelyezve és egymáshoz hosszanti 47 él mentén vannak rögzítve, hogy ilymódon V-alakú sarkot képezzenek, amelynek belső felületei előnyösen érintőlegesek a fókuszáló eszközökből eredő 40 nyalábhoz, ahogyan az a 2. és 7. ábrán látható. A 47 élő 46 nyílás van kialakítva, hogy a lézernyaláb a hegesztendő darabok felé azon át tudjon haladni.

A 45 terelők egy másik kivitele az 5. és 6. ábrákon látható. A 45 terelők itt ívelt felületekből állnak, amelyek a 21 tengelyen átmenő síkra szimmetrikusak és ilymódon szűkületet képeznek, amely Venturi-hatást okoz, hogy vezesse és gyorsítsa a tisztító gázt a 39 fokuszálást pont és ilymódon a hegesztendő darabok felé.

Amint már említettük, a hegesztő berendezés (lásd

2. ábra) a fejen kívül lévő külső automatikus forgató eszközöket tartalmaz, amelyeket a rajzon nem ábrázoltunk. Ezeket az eszközöket úgy működtetjük, hogy lehetővé tegyék a 44 burkolat forgását és egyidejűleg a hegesztőfej hengeres 20 burkolatának belsejében a 9 hegesztőfej különböző részeinek forgását, amelyek ahhoz rögzítve vannak, mint pl. a 24 dugó, a 29 fókuszáló eszközök, a 37’ tükör, a 45 terelők. Egy gyűrűalakú 50 elem, amely a 20 burkolatra van rögzítve és ismert típusú 51 tömítést tartalmaz, biztosítja a 44 burkolattal a forgás során a tömítettséget, hogy ilymódon megakadályozzuk, hogy a nyomás alatt a 9 hegesztőfejbe a 25 járatokon át beinjektált gáz megszökjön.

Hasonlóképpen automatikus hosszanti elmozdulást létrehozó eszközöket is alkalmazunk. Ezek lehetővé teszik a 9 hegesztőfej hosszanti elmozdítását a javítandó 2 csőben. 52 tömítődarabot tartalmaznak, amely általában harang alakú, alapja 55 tömítéssel van ellátva a köralakú 4 fedlappal érintkező felületén. A harangon helyenként áthatol a 9 hegesztőfej csőalakú 20 burkolata. A harang és a 20 burkolat egymáshoz képest elmozdítható, egymással az 54 tömítés útján dolgoznak együtt. A harang nyomással a 4 fedlapon van tartva, önmagában ismert és a rajzon nem ábrázolt módon.

A 8. ábrán a találmány szerinti 9 hegesztőfej végének egy másik kivitelét ábrázoltuk, amellyel a tisztítógázok jobban tudják elérni a tisztítandó darabot a fokuszálást 83 pont közelében.

A 9 hegesztőfej 70 végének külső átmérője kisebb, mint annak a 71 hüvelynek a belső átmérője, amelybe azt bevezetjük.

A 9 hegesztőfej hengeres 73 burkolatára 72 toldalék van rögzítve a 75 nyaláb pályájához képest a 74 tükör előtt. A 74 tükör teljesen a 9 hegesztőfej axiális 77 síkja alatt helyezkedik el, a fokuszálást 83 ponthoz viszonyítva.

A 72 toldalék a 79 gázok számára sík 78 ütközőfelületet képez. A 78 ütközőfelület a 74 tükör felé döntött és annak síkjával 60°-os szöget zár be.

A 72 toldaléknak hátsó, ívelt 80 felülete van, kúpos felületrész vagy sík felületrész formájában, amelynek az iránya párhuzamos a 83 pontban fókuszált kúpos 82 lézernyaláb legközelebb eső 81 érintőjével.

A 74 tükör fölött a gázcsatornában második 84 toldalék van, amely a 72 toldalék hátsó 80 felülete és a 84 toldalék elülső 86 felülete között 85 ütközőt képez. Ez az elülső 86 felület például sík vagy kúprész alakú lehet és a 82 lézernyaláb legközelebbi 87 érintőjével közel párhuzamos.

A 74 tükör, a 84 toldalék és a felső 88 tisztítószakasz magassága előnyösen közel egyenlő egymással, például mindegyik a 9 hegesztőfej belső átmérőjének egyharmadával egyenlő.

Egy ilyen ütközős beszerelés lehetővé teszi, hogy a tisztítógázok dinamikus hatását meghosszabbítsuk, amelyek így a hegesztés alatt képződött port lefelé űzik a hegesztőfej meghosszabbításába. Az alább ismertetett kiviteli példákban a hegesztőfej a 89 végénél teljesen nyitott.

Éne a 89 végre vannak például rögzítve a 90 önközpontosító eszközök, amelyeket a következőkben a 8. és 9. ábrákkal kapcsolatban ismertetünk.

Ezek az eszközök például három, flexibilis 91 fémcsíkból állnak, amelyeknek szélessége 2 mm, hosszúsága 5 cm és amelyek hengeres alakúak lehetnek és egyik 92 végüknél fogva egymáshoz vannak erősítve, hogy háromlábú állványt képezzenek. Mindegyik 91 fémcsík egyik 93 végénél 90°-ban kifelé vissza van

HU 210 091 Β hajtva és egy 94 furatba, amely ebből a célból a 89 végbe van kifúrva, oldalsó nyomás alatt be tud illeszkedni.

A közös 92 végen 95 kerék van, amely körlakú kefét képez, és amelyen fémből lévő, sugárirányú, flexibilis 96 szőrök vagy pikkelyek vannak. A 95 kerék átmérője kissé nagyobb, pl. néhány tized mm-rel nagyobb, mint a 71 hüvely belső átmérője. A 96 szőrök szét vannak szórva vagy csomónként vannak elhelyezve és egymástól 97 térközökkel vannak elválasztva, hogy a gázok jól át tudjanak haladni a kefén és a terhelésveszteségek minimálisak legyenek. Például egy 16 mm belső átmérőjű 71 hüvelyben a 95 kerék átmérője a fémből lévő 96 szőrök végénél 16 mm és három tized mm. A 96 szőrök nyolc csoportra vannak elosztva, mindegyikben nagyjából tíz flexibilis fémszőr van, amelyeknek átmérője 3-4 tized mm.

A következőkben a találmány szerinti hegesztő berendezés működését ismertetjük, amelyet egy kis átmérőjű cső javításához, különösen nukleáris reaktor hőcserélője egyik csövének javításához alkalmazunk.

Először meghatározzuk a javítandó csövet, majd a hegesztendő javító 41 hüvelyt bevezetjük egy előre meghatározott helyre a 2 cső belsejébe, például a köralakú 4 fedlap közelébe. Ezután helyére tesszük a pókszerű 15 tartót, amely a 9 hegesztőfejet hordja a 6 kamrában, a javítandó 2 csővel szemben. Ezután a 9 hegesztőfejet bevezetjük a 2 csőbe, a hegesztendő 41 hüvelyhez képest egy előre meghatározott helyzetig, például úgy, hogy nekiütközzön a hüvelynek, mint ahogyan az a 2. ábrán látható. Ez a művelet távolról történik és a 17 ellenőrző eszközökkel van vezérelve.

Ezután a 2 cső belsejébe a vákuumot létrehozó 16 eszközökkel beszívjuk a 9 hegesztőfejet, amelyeket előzőleg a javítandó 2 cső másik végére rögzítettünk a 7 kamrában.

Ezt követően néhány bar nyomáson, pl. 10 bar nyomáson tisztítógázt, pl. semleges gázt, argont vagy nitrogén gázt injektálunk be a 9 hegesztőfejbe a 14 tisztítóeszközök gázforrásából. A tisztitógáz behatol a 9 hegesztőfejbe a 25 járatokon keresztül, követi a 2., 5. és 6. ábrákon 26 nyilakkal jelzett utat és nyomás alatt kisöpri a 42 szakaszt. (A nyomás egyenlő a beinjektálási nyomással, csökkentve a veszteségekkel.) A 45 terelők gyorsítják a tisztítógázt a 42 szakaszban és pályáját a 39 fokuszálási pontra irányítják. A tisztítógázok eltávolítását megkönnyíti a 2 cső belsejének szívás alá helyezése a 9 hegesztőfej utáni szakaszon a vákuumot létesítő 16 eszközök segítségével.

Amikor a tisztító gázáramok létrejöttek, összetartó sugárnyalábot bocsátunk ki az Nd⁺ : YAG típusú 12 lézerforrásból, amelynek néhány Watt nagyságrendű teljesítménye van. A kibocsátás előnyösen impulzusszerű, az impulziók kibocsátási ideje előnyösen 5-100 ms között változik, pl. 20 ms lehet, 10-50 J energia esetén, percenként 1-10 „lökés” kibocsátási sűrűségnél, pl. hat lökés percenként.

A 12 lézerforrás által kibocsátott lézernyalábot önmagában ismert módon a 3. ábrán látható 12’ kondenzátor kondenzálja, a 28’ száloptika átadja, a 29 fókuszáló eszközök fókuszálják, majd a 37 eltérítő eszközök eltérítik, hogy közel merőlegesen a 41 hüvelyre legyen irányítva, amit így fúzióval a 2 csőre hegesztünk. A fokuszálási pont átmérője, amelyet a találmány szerinti berendezéssel kapunk, kicsi, pl. 500 μπι nagyságú, és jó hegesztési áthatolást érünk el, pl. 1,5 mm-t.

A hegesztés alatt fémgőz kibocsátás jön létre a 37’ tükör irányába. Azáltal, hogy a 42 szakaszt tisztító gázok tisztítják át és ennek a keresztmetszete kissé nagyobb vagy egyenlő a 9 hegesztőfej fél keresztmetszeténél, amely minimális keresztmetszet pl. 100 mm², és mivel a 9 hegesztőfej vége felületének jelentős részén nyitott, így lehetővé válik, hogy a fémgőzöket kiűzzük a tükör köréből lefelé a csőbe és a hegesztőfej meghosszabbításába és így kiküszöböljük azt, hogy a tükör elpiszkolódjék, amelyet egyébként mindig bevonnak a kondenzált fémgőzök. A hegesztési pontra kifejtett dinamikus nyomás egyébként nagyon lecsökkenti a fémgőzök képződését.

Ezt követően a 9 hegesztőfej felső részét forgatjuk tengelye körül, hogy a hüvelyt folyamatosan vagy szakaszosan a csőhöz hegesszük, amelyben van.

Minden műveletet előnyösen a 17 ellenőrző eszközök vezérelnek és programoznak. Ez történhet automatikusan vagy félautomatikusan.

Magától értetődik, és amint az előzőekből kitűnik, a találmány nincs az előzőekben elmondott kivitelre korlátozva. Előfordulhat az, hogy a 37’ tükör hátsó részének felülete profilírozott, hogy elősegítse a tisztítógázok lamináris áramlását a 42 szakasztól lefelé.

Megvalósíthatók más by-pass megoldások vagy fokuszálási megoldások a 9 hegesztőfej belsejében a tisztítógáz számára. Kialakítható például egy olyan vezeték, amely a 9 hegesztőfejen hosszanti irányban halad át, hogy a tisztító gázt közvetlenül a 42 szakaszba injektáljuk be.

A találmány szerinti hegesztő berendezéssel elérhető előnyök a következők: kis helyet igényel, rendkívül robusztus, jó minőségű varratokat hoz létre, energiaigénye kisebb, mint az ismert berendezéseké.

A lencsék körül biztosított nagy keresztmetszetű járat elősegíti a lencsék hűtését és csökkenti a terhelésveszteségeket.

A hegesztő berendezés jó tömítettsége révén megakadályozza, hogy nyomás alatt a hegesztőfejbe beinjektált gáz megszökjön.

A hegesztőfej burkolatának megtoldása következtében a tisztítógázok dinamikus hatását meghosszabbítjuk, amelyek így a hegesztés alatt képződött port lefelé űzik, a hegesztőfej meghosszabbításába, és a por a hegesztőfej nyitott végén át tud távozni.

Claims (11)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Hegesztő berendezés fémből lévő, cső alakú hüvely fémből lévő csőbe való behegesztésére lézernyalábbal, amely berendezésnek optikai transzmissziós szála és hegesztőfeje van, amelynek hengeres teste van, és ennek tengelye az optikai szálból származó

   HU 210 091 Β lézernyaláb tengelyének irányával párhuzamos, a hegesztőfej pedig a cső belső nyílásába illeszkedik, továbbá az optikai szálból származó nyaláb fokuszálására szolgáló eszközei és a fókuszáló eszközökből származó nyaláb eltérítésére szolgáló eltérítő eszközei vannak az eltérített nyalábnak a hegesztendő hüvelyre való fokuszálása céljából, az eltérítő eszközök pedig a nyalábot az említett rész felé visszaverő sík visszaverő tükröt tartalmaznak, továbbá a hegesztőfejnek belső szakasza van, amely a visszaverő tükröt a fokuszálási ponttól elválasztja, és a belső szakaszt tisztítógázokkal átsöprő, a hegesztés közben a fémek fúziójából keletkéz fémgőzöket az eltérítő eszközök hatóköréből kiűző tisztító eszközei vannak, azzal jellemezve, hogy a lézernyalábot visszaverő tükör (37’) a fokuszálási ponthoz (39) képest teljes egészében olyan távolságban van elhelyezve, amely egyenlő vagy nagyobb azzal a távolsággal (d₀), amely a hegesztőfej (9) tengelyét (21) a fokuszálási ponttól (39) elválasztja, és a hegesztőfej (9) teste az egyik végén (22, 89) teljesen nyitott.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti hegesztő berendezés, azzal jellemezve, hogy a legkisebb távolság, amely az eltérítő eszközöket (37) a fokuszálási ponttól (39) elválasztja, kisebb mint 30 mm.
3. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti hegesztő berendezés, azzal jellemezve, hogy az optikai szálnak (10) a lézernyalábot kibocsátó vége (28) a hegesztőfej (9) tengelyében (21) van rögzítve, és a fókuszáló eszközök (29) a lézernyalábot a hegesztőfej (9) tengelyéhez (21) képest eltérítő, a lézernyalábot a visszaverő tükörre (37’) irányító, optikai eltérítő eszközöket (32) tartalmaznak.
4. 4. A 3. igénypont szerinti hegesztő berendezés, azzal jellemezve, hogy a fókuszáló eszközök (29) a szálból (10) eredő lézernyaláb optikai pályáján, egymást követően elhelyezve, egy meniszkusz lencsét (30), egy konvex sík lencsét (31) és a lézernyalábot eltérítő optikai eltérítő eszközöket (32) tartalmaznak, amely utóbbiak konvex szférikus sík lencse-részből állnak.
5. 5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti hegesztő berendezés, azzal jellemezve, hogy a tisztítógázzal átsöprő tisztító eszközök (14) terelőket (45) tartalmaznak, amelyek a hegesztőfej (9) tengelyén (21) átmenő síkhoz képest szimmetrikusan elhelyezett falakból állnak.
6. 6. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti hegesztő berendezés, azzal jellemezve, hogy ezenfelül a lézernyalábos hegesztést vezérlő és ellenőrző eszközei (17) vannak a lézernyaláb impulzusos kibocsátásának vezérlésére, amely ellenőrző eszközök (17) az egymást követő kibocsátási időtartamokat szabályozottan időzítő eszközöket tartalmaznak, amely kibocsátások időtartama 10 millimp és 50 millimp között van.
7. 7. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti hegesztő berendezés, azzal jellemezve, hogy az alkalmazott lézernyaláb forrás YAG lézer típusú szilárd lézerforrás.
8. 8. Az 1-7. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a hegesztőfejet (9) saját tengelye körül automatikusan forgató eszközei, valamint a hegesztőfejet (9) tengelye (21) mentén, a hegesztendő darabokhoz képest hosszanti irányban automatikusan elmozdító eszközei vannak.
9. 9. Az 1-8. igénypontok bármelyike szerinti hegesztő berendezés, azzal jellemezve, hogy a tisztítógáz semleges gáz.
10. 10. Az 1-9. igénypontok bármelyike szerinti hegesztő berendezés, azzal jellemezve, hogy a tisztítóeszközök by-pass elemeket (43) tartalmaznak, amelyeket részben a fókuszáló eszközök (29) körül, a hengeres burkolat (20) belső felületében kimunkált, köralakú váj átok képeznek.
11. 11. Hegesztő eljárás lézernyaláb segítségével, fémes csőalakú hüvely behegesztésére fémes csőbe, amelynek belső átmérője kisebb, mint 50 mm, és amelynél a hegesztendő hüvelyt bevezetjük a csőbe, amelybe beleilleszkedik, a tengely körül elhelyezkedő, nyújtott alakú hegesztőfejet bevezetjük addig a csőbe, amíg a hegesztőfej a hegesztendő hüvelyhez képest előre meghatározott helyzetbe kerül, lézernyalábot bocsátunk ki a hegesztőfejhez kapcsolt optikai szálrendszerben, amely lézernyaláb a hegesztendő hüvelyre fókuszálódik a hegesztőfejre mereven rögzített terelők segítségével, ami maga után vonja a hüvely ráhegesztését a csőre a fém fúziója által, majd a hegesztőfejet saját tengelye körül forgatjuk, hogy a hüvely folyamatos vagy szakaszos, köralakú hozzáhegesztését hozzuk létre a cső belső felületére, és egyidejűleg a hegesztési szakaszt a lézernyaláb kibocsátásánál tisztítógázzal átsöpörjük, amelyet a hegesztőfej belsejébe injektálunk be és az eltérítő eszközök és a hegesztési szakasz közé irányítjuk, és így a fém fúziója által keletkezett fémgőzöket az eltérítő eszközök hatókörén kívülre visszük, azzal jellemezve, hogy a lézerkibocsátást pulzáló ütemben hozzuk létre, és az átsöprést a hegesztőfej nyitott végének meghosszabbításában végezzük, a cső belsejében pedig egyidejűleg - a csőnek azzal a végével ellentétes végénél, amelyen keresztül a hegesztőfejet bevezettük - szívást létesítünk, és így elősegítjük a semleges tisztítógáz eltávolítását, amelyet előzőleg a hegesztőfej belsejébe beinjektáltunk.