JP2001513031A

JP2001513031A - 管体内でレーザ溶接プローブをセンタリングする方法および装置

Info

Publication number: JP2001513031A
Application number: JP53767598A
Authority: JP
Inventors: ショーンジョセフフィンドラン
Original assignee: Electric Power Research Institute Inc
Current assignee: Electric Power Research Institute Inc
Priority date: 1997-02-28
Filing date: 1998-02-10
Publication date: 2001-08-28
Also published as: WO1998038002A1; EP1015163A1; US5977513A; CA2283115A1; KR20000075724A

Abstract

(57)【要約】管体の内面内に配置される形状を有するレーザ溶接プローブ本体（６００Ｄ）を有する管体の内面を溶接する装置。流体圧力に基づいて作動するセンタリング機構を使用して、レーザ溶接プローブ本体と管体の内面との間に形成される環状空隙（５３４）内でレーザ溶接プローブ本体を実質的にセンタリングする。一実施形態では、センタリング機構は１組のシール（５３２）を用いて実施される。他の実施形態では、センタリング機構は、流体圧力に応答して環状空隙（５３４）内でレーザ溶接プローブ本体をセンタリングすべく作動する１組のセンタリングボール（６０８Ａ）を用いて実施される。流体圧力は、レーザ溶接作業中に使用されるシールドガスを用いて発生させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】管体内でレーザ溶接プローブをセンタリングする方法および装置本件出願は、「損傷した管体を補修する方法および装置(Method and Apparatu s for Repairing Damaged Tubes)」という名称に係る１９９３年２月１７日付米国特許出願第08/018,644号（現在は米国特許第5,430,270号）の一部継続出願である「損傷した管体を補修する回転装置(Rotating Apparatus for Repairing Da maged Tubes)」という名称に係る１９９４年２月７日付米国特許出願第08/192,5 56号（現在は米国特許第5,514,849号）の一部継続出願である「高出力レーザ溶接装置用回転光ファイバカプラ（Rotating Fiber Optic Coupler for High Powe r Laser Welding Applications）」という名称に係る１９９５年３月２７日付米国特許出願第08/410,714号の一部継続出願である。この米国特許出願第08/410,7 14号についてのみ優先権主張を行なう。発明の簡単な説明本発明は、一般的には、加圧水原子炉発電所での蒸気発生器の管体のような熱交換器における管体の補修に関し、より詳しくは、補修作業中に熱交換器の管体内でレーザ溶接プローブをセンタリングする技術に関する。発明の背景加圧水炉サイクルを使用する原子力発電所では、熱は、核燃料の核分裂から原子炉内で放出される。熱は、原子炉冷却剤と呼ばれる液体を連続的に循環させることにより原子炉から除去される。冷却剤は、原子炉内で加熱された後、一般に蒸気発生器と呼ばれる熱交換器に流入し、ここで熱を放出して原子炉に戻り、再び加熱される。蒸気発生器では、原子炉冷却剤は、蒸気タービンの駆動に使用される二次冷却水を加熱する。蒸気は、蒸気タービンを出た後、凝縮されて蒸気発生器に戻され、原子炉冷却剤により再び加熱される。原子炉−蒸気発生器の冷却剤ループは一般に一次ループと呼ばれ、また、蒸気発生器−タービンのループは通常二次ループと呼ばれる。蒸気発生器は一般に外筒／管体形式の熱交換器であり、一次冷却剤は熱交換器の管体の内部を通り、二次冷却水は管体の外面上を通って熱交換器の外筒内に収容される。原子炉冷却剤から二次冷却水への熱伝達は、管体のほぼ全長に亘って生じる。管体の端をシールして原子炉冷却剤と二次冷却水との混合を防止するため、管体の端は、管体端を受け入れるための貫通孔が設けられた平板からなる管体シートに連結される。管体の端は、管体シートにシール溶接されるか、孔内で拡大されて、シール継手を形成する。管体シートの周縁部は、蒸気発生器の外筒および原子炉冷却水ボックスに対してシールされる。通常、蒸気発生器は、管体全体が垂直方向に配置されており、直流またはリターンフローの形式のものである。直流形式の蒸気発生器では、管体は真直ぐであり、その両端が管体シートに連結されている。原子炉冷却剤は、蒸気発生器の頂部で水ボックスに流入し、管体を通って流れ、かつ蒸気発生器の底部で水ボックス内に収集される。より一般的なものはリターンフロー形式の蒸気発生器である。このものは、管体が逆「Ｕ」形であり、その両端が、蒸気発生器の底部の同じ管体シートに連結されている。管体シートの下の水ボックスは、管体入口を収容する管体シート部分を、出口を収容する管体シート部分から有効にシールすべく配向された仕切り板を有している。この態様では、原子炉冷却剤は、水ボックスの入口部分に流入し、逆「Ｕ」形管体を通って水ボックスの出口部分へと流れる。直流形式の蒸気発生器またはリターンフロー形式の蒸気発生器のいずれの場合でも、管体は非常に長く、その長さ方向に沿った支持が必要である。これは、管体の長さ方向に沿った種々の位置で、熱交換器内に支持板を設けることにより行なわれる。支持板は管体が通る孔を有し、支持板の周縁部は蒸気発生器の外筒に連結されている。管体の取付けを容易にし且つ管体と外筒とが別々に熱膨張できるようにするため、支持板の孔は、支持板に対して管体が摺動できるように過大なサイズになっている。しかしながら、孔は、管体の充分な水平支持が行なえ且つ作動中に管体の過度の振動を防止するのに足りる小ささのものである必要がある。かくして、支持板と管体との間には間隙が形成されている。これらの間隙には、蒸気発生器の作動中に発生する屑片および腐食生成物が集積し、間隙の腐食が促進される。また、前述の管体と管体シートとの継手も、間隙での腐食を引き起こす虞のある間隙を有している。蒸気発生器の管体は、最終的に漏洩または重大な薄壁化をもたらす数種類の腐食機構を受け易い。これらの腐食機構として、一次冷却水による応力腐食割れ、二次側粒界腐食、二次側粒界応力腐食割れおよび二次側消耗がある。一次側劣化は、一般に、拡大移行領域、内列Ｕベンドおよび管体支持位置等の高引張り残留応力が生じる箇所に生じる。二次側劣化は、管体と管体シートとの間隙、管体支持板と管体との境界部、振動防止バーの境界部およびスラッジパイル領域等の不純物が集中して腐食部位を形成する箇所に生じる。これらの腐食誘発問題に対する現在の解決技術として、蒸気発生器の交換、劣化管体の栓塞、管体内面の電気めっき及び劣化管体のスリーブ装着等がある。蒸気発生器の交換は、多大なコストが必要であり及び数カ月または数年に亘る発電所の停止を含む劇的な解決法であり、発電所の長期停止に付随して収入も失われる。劣化管体の栓塞は管体の稼働を不能にし、蒸気発生器の効率を低下させる。管体を栓塞できるか否かは、各蒸気発生器の作動経験に基づいて計算した「栓塞限度」に基づいて定められる。「栓塞限度」が消尽している場合に、更に管体を栓塞すると、蒸気発生器の能力を低下させ、従って発電所全体の定格を下げ、低出力で運転しなければならない。ニッケルで蒸気発生器の管体を電気めっきすることによって、管体を稼働状態に維持できる。また、ニッケルめっきは小さな漏洩をシールし且つこれ以上の劣化を防止するが、管体の構造的一体性を復元することはできない。従って、電気めっきは、早期に検出された極く小さい割れ（クラック）にのみ有効であり、これに限定されることから、管体の強度が大幅に損なわれる前に補修を行なわなくてはならない。スリーブ装着はより費用の嵩む解決技術であるが、管体を稼働状態に維持できる。スリーブ装着は、蒸気発生器管体の内径より僅かに小さい外径をもつ短い管状スリーブを、蒸気発生器管体の損傷部分内に挿入し、スリーブを管体に溶接することにより行なわれる。スリーブは管体と同じ材料で作られており、実際には管体の損傷部分を置換するものである。従って、この補修方法では、管体の構造的一体性が復元される。一般に、スリーブ装着は、蒸気発生器の「栓塞限度」に近づいたときに行なわれる。 William E．Pirlの１９９１年１１月１９日に発生した米国特許第5,066,846号（この米国特許は本件明細書に援用する）には、スリーブ装着の１つのアプローチが開示されている。この米国特許では、スリーブは、管体内に配置されるレーザビーム溶接ヘッドを用いて管体に溶接される。レーザ源からのレーザエネルギは、光ファイバケーブルを介して溶接ヘッドに導かれ、ここで、傾斜ミラーがビームをスリーブ内面に反射する。溶接ヘッドはスリーブの一端近くの管体に沿う軸線方向の一位置で回転し、レーザビームは、スリーブ／管体の境界の回りの小さい周方向帯域で、スリーブを溶融させるのに充分な熱を管体に供給する。この方法により行なわれる溶接は、当業界で一般にガス溶接（autogeneous weld）と呼ばれるもので、溶接作業中にスリーブの母材および管体が溶融され、溶加材は全く付加されない。次に、溶接ヘッドはスリーブの他端に位置決めされ、べつのガス溶接が行なわれる。この方法でのスリーブ装着は管体の構造的一体性を復元できるが、多くの欠点も有している。第１に、スリーブは必然的に管体通路の内径を減少させ、蒸気発生器が稼働状態におかれたときに管体を通る冷却剤の流れに対し大きな圧力降下を与える。また、補修箇所が例えば管体シートにおけるような管体の下部に位置する場合には、この最初のスリーブの位置より上方に位置する管体劣化箇所をその後に補修することが妨げられる。なぜならば、既に装着されているスリーブを通して他のスリーブを挿入することは不可能だからである。また、溶加材を付加することなくスリーブの端に高品位のすみ肉溶接を行なうことは非常に困難なため、スリーブの両端でのガス溶接部は、通常、管体の端から引っ込んだ位置で行なわれる。これらの溶接部はスリーブの端から引っ込んでいるので、スリーブの端と溶接部との間の領域におけるスリーブと管体との間には間隙が生じる。また、溶接部自体は小さい周方向帯域を有するので、帯域間のスリーブの外部領域は管体との間に間隙を形成する。割れまたはピンホールのような補修を必要とする管体の損傷は、水がこの間隙に流入することを可能にする。これらの間隙領域は、蒸気発生器が稼働されたときに種々様々な腐食を受け易い。スリーブを使用することなく、管体内に連続ガス溶接を行なって損傷した管体を補修しようとする試みがなされているが、これらの努力は失敗に終わっている。なぜならば、ガス溶接を使用すると、損傷を招いた腐食が、傷を生じさせる酸化表面および空隙を残すからである。溶接工程で溶加材を使用する場合、ガス溶接に付随する傷および空隙の発生を防止する脱酸剤および粘度調整剤を溶加材に含有させることができる。また、溶加材の使用により管体壁を補強でき、これにより、損傷した管体の壁と新しい溶接堆積部との完全な構造的置換を行なうことができる。かくして、ＰＷＲ発電所の更なる要求に合致する優れた解決技術が要望されていることは明白である。ひとたび管体栓塞限度が消尽されかつ多量（全管体の１０％以上）のスリーブが装着されるようなことがあると、管体劣化が、最終的に、蒸気発生器の交換、発電所の出力低下または停止の決定を招くことになる。従って、経済的コストで、発電所寿命の終時まで長期の管体寿命を提供できる別の補修技術が要望されている。米国特許第5,430,270号および第5,514,849号には、ＰＷＲ発電所の管体寿命を経済的に延長できる技術が開示されている。本件出願人が所有する米国特許第5, 430,270号には、熱交換器管体の内面をクラッド溶接する技術が開示されている。本件出願人が所有する米国特許第5,514,849号には、同期回転装置を使用して熱交換器管体の内面をクラッド溶接する改善技術が開示されている。同期回転装置内には、レーザ溶接プローブが配置される。正確な溶接作業を遂行するには、レーザ溶接プローブを所定位置（一般には、中心位置）に維持する必要がある。この目的は本来的に達成が困難であり、異なるサイズの管体に単一のレーザ溶接プローブを使用する場合にはより一層達成が困難である。異なるサイズの管体は必ずしも異なる熱交換器管体に限定されるものではなく、スリーブ補修した管体の場合のように、同じ熱交換器管体でも異なる内周をもつことがある。従来技術では、構造体内で装置のセンタリングを行なうのに、ばね付勢形式のパッド、ホイールまたはレバーが使用されている。米国特許第5,514,849号に開示の同期回転装置に適用すると、このような技術は回転抵抗すなわち牽引力を発生し、従って、レーザ溶接プローブシステムの回転速度および安定性に影響を与える。上記観点から、管体内でレーザ溶接プローブのセンタリングを行なう優れた技術を提供することが強く望まれている。この技術は、管体内での溶接ヘッドの半径方向位置を維持すると同時に、溶接ヘッドの円滑な回転を可能にする低牽引力のセンタリング方法を提供できるものでなくてはならない。また、この技術は、単一のレーザ溶接プローブを、異なる内周をもつ単一または複数の管体に使用できるものでなくてはならない。発明の概要本発明は、管体の内面を溶接する装置を含んでいる。この装置は、管体の内面内に配置される形状を有するレーザ溶接プローブ本体を有している。流体圧力に基づいて作動するセンタリング機構を使用して、レーザ溶接プローブ本体と管体の内面との間に形成される環状空隙内でレーザ溶接プローブ本体を実質的にセンタリングする。一実施形態では、センタリング機構は１組のシールを用いて実施される。他の実施形態では、センタリング機構は、流体圧力に応答して環状空隙内でレーザ溶接プローブ本体をセンタリングすべく作動する１組のセンタリングボールを用いて実施される。流体圧力は、レーザ溶接作業中に使用されるシールドガスを用いて発生させることができる。本発明は、管体内でレーザ溶接プローブ本体をセンタリングする効率的な技術を提供する。このセンタリング作業は、重要なレーザ溶接精度を向上させる。この技術により回転抵抗または牽引力を最小にでき、従って、レーザ溶接プローブシステムの回転速度および安定性が確保される。本発明は、その単一の溶接装置を、周囲長さの異なる種々の管体に使用できる点でも優れている。図面の簡単な説明本発明の本質のより良き理解のため、添付図面に関連して述べる以下の詳細な説明を参照されたい。第１図は、加圧水原子炉発電所に使用される一般的な蒸気発生器を示す側断面図である。第２図は、蒸気発生器管体内に配置されかつ溶加材として予配備形ワイヤコイルを使用するレーザ・クラッド溶接補修装置の一実施形態を示す断面図である。第３図は、管体支持板の近くで蒸気発生器管体内に配置されたレーザ・クラッド溶接装置の他の実施形態を示す簡単化された断面図である。第４図は、蒸気発生器管体内に配置されかつクラッド溶接すべき領域上に直接予配備される溶加材ワイヤコイルを使用するレーザ・クラッド溶接補修装置の他の実施形態を示す断面図である。第５図は、本発明に従って使用される回転装置の側面図である。第６図は、第５図の回転装置の回転スリーブの端に配置される回転溶接ヘッドを示す側断面図である。第７図は、ウェッジプリズムを使用するレーザエネルギ方向修正組立体を示す側面図である。第８図は、本発明に使用される他の回転装置を示す側面図である。第９図は、第８図の回転装置の回転スリーブの端に配置される回転溶接ヘッドを示す側断面図である。第１０図は、カットした光ファイバケーブルを使用するレーザエネルギ方向修正組立体を示す側面図である。第１１図は、湾曲光ファイバケーブルを使用するレーザエネルギ方向修正組立体を示す側面図である。第１２図は、第５図の装置に使用できる光カプラを示す側面図である。第１３図は、第１２図の光カプラの固定光学組立体を示す拡大側面図である。第１４図は、第１２図の光カプラの回転ケーブルインターフェース組立体を示す拡大側面図である。第１５図は、安全光ファイバおよび対応する安全光ファイバフォトセルを有する回転ケーブルインターフェース組立体を示す拡大側面図である。第１６図は、非回転保護シースを備えた回転スリーブの端に配置された回転溶接ヘッドを示す側断面図である。第１７図は、本発明の一実施形態による自動センタリングルーザ溶接プローブを示す側面図である。第１８図は、本発明の一実施形態による自動センタリングレーザ溶接プローブの他の実施形態を示す側面図である。第１９図は、本発明の一実施形態による自動センタリングレーザ溶接プローブの他の実施形態を示す側面図である。第２０図は、本発明の「センタリングボール」が引込み位置にあるところを示す側面図である。第２１図は、本発明の「センタリングボール」が突出位置にあるところを示す側面図である。幾つかの図面において、同類の部品には同じ参照番号が使用されている。発明の詳細な説明本発明は、熱交換器または物質搬送システム等の任意の用途に使用できる、腐食または損傷を受けた小径管体の補修に適用できる。本発明の装置および作業について以下に述べる詳細な説明には、例えば、加圧水原子炉発電所サイクルに使用される蒸気発生器として知られている特殊な熱交換器を使用する。第１図は、リターン形式のの一般的な蒸気発生器を示す。尚、幾つかの図面の全てに亘って、同類の部品には同じ参照番号が使用されている。全体を参照番号１０で示す蒸気発生器は、外筒１２、管体の束１４、管体シート１６および水ボックス１８を有している。図面の明瞭化のため１本のみの「Ｕ」形管体２０を示すが、管体の束１４は数千本の個々の管体２０で構成できることを理解すべきである。仕切り板２２が、水ボックス１８を第１入口セクション２４と出口セクション２６とに区画している。作動に際し、熱い原子炉冷却剤が、ノズル２８を通って入口セクション２４すなわち水ボックス１８内に流入する。入口セクション２４から、冷却剤は、管体２０を通って水ボックスの出口セクション２６へと流れ、ノズル３０を通って原子炉（図示せず）に戻される。二次冷却水が、ノズル４０を通って外筒１２に流入し、管体２０との接触により加熱される。二次冷却水が加熱されると、沸騰して蒸気を発生し、該蒸気は、蒸気発生器１０の頂部のノズル４２、４４を通って外筒１２から出る。このようにして発生した蒸気は蒸気タービン（図示せず）に導かれ、ここで発電機（図示せず）を駆動すべく膨張される。蒸気発生器内で、管体２０は、シール溶接により管体シート１６に連結されるか、管体シート１６の管体孔内で管体を拡大することにより管体シート１６に連結される。管体２０を通す孔が設けられた管体支持板５０が、外筒１２内で種々の高さに配置されている。管体支持板５０の孔は管体２０の外径より僅かに大きく、管体２０が支持板５０内で垂直方向に摺動できるようになっている。この相対摺動可能性は、蒸気発生器１０が作動されて作動温度にゆっくり加熱されるときに生じる種々の熱膨張を吸収するのに必要である。前述のように、支持板５０と管体２０との間に形成される間隙並びに管体シート１６への管体２０の取付け部に存在する間隙は腐食を受け易く、これが管体２０を劣化させ、最終的には管体の破裂すなわち故障を招く。ここで第２図を参照すると、レーザ・クラッド溶接補修装置の一実施形態の断面図が示されている。この図面は、小径管体の内部をクラッド溶接すべく本発明を使用するときの全体を示すものである。蒸気発生器管体２０は、管体支持板５０を通る部分が示されている。一般に、管体２０の外面と支持板５０の孔の内径との間の間隙は、約0.008〜0.015インチである。かくして、間隙腐食が生じることは明白である。この実施形態では、補修装置が蒸気発生器管体内に配置され、補修装置は溶加材として、予配備形ワイヤコイルを使用する。レーザ１００は、損傷した管体２０を溶接するための熱源である。レーザ１００は、溶接に一般的に使用されている任意の形式のものでよいが、Nd:YAGレーザがより一般的である。本発明者が使用しているこのようなレーザの一例は、2,40 0ワットの出力を発生するHobart Laser Products社のモデル２４００である。レーザ１００は、該レーザ源１００により発生されたレーザ出力を溶接ヘッド２００に案内する光ファイバ１０２に連結されている。溶接ヘッド２００は、円筒状の回転本体２０２を有している。本体２０２内には、該本体２０２の軸線に対して所定角度に配向されたミラー２０４が収容されている。後述のように、ミラー２０４の代わりに、方向変換光学素子を使用することもできる。本体２０２内には、レーザビームのための２つの通路が穿設されている。第１通路２０３は本体２０２の軸線に対して同心状であり、本体の下面から入ってミラー２０４の表面で終端している。第２通路２０５は本体２０２の周囲から半径方向に穿孔されており、これもミラー２０４の表面で終端している。この態様で、本体２０２の底部に入るレーザビーム光はミラー２０４から半径方向に反射されて、管体２０の内面に向かって外に出る。本体２０２の底部は回転継手２０６に連結されている。回転継手２０６は、上方回転部分２０８および下方回転部分２１０を有し、溶接ヘッド２００の本体２０２がその軸線を中心として回転できるようにしている。回転継手２０６の静止部分２１０には、回転ヘッド駆動モータ２１２が連結されている。駆動モータ２１２は、溶接ヘッド２００の作動中に本体２０２を回転させるのに必要な回転力を付与する中空軸を備えた小型電気モータまたは空気圧モータである。モータ２１２の底部は、レーザ源１００に連結され且つ光ファイバ１０２を収容している可撓性ケーブル２１４に連結されている。駆動モータ２１２が電気モータである場合には、ケーブル２１４には、モータ２１２に給電するための導電線（図示せず）が収容される。溶接ヘッド２００を駆動するのに空気圧モータを使用する場合には、ケーブル２１４には、モータ２１２に給電するための空気圧管体（図示せず）が収容される。また、溶接分野の当業者には容易に理解されようが、ケーブル２１４には、最終溶接を向上させるためのアルゴンまたはヘリウムのようなシールドガス供給用導管（図示せず）を含めることができる。シールドガスは専用管体または導管を通して供給することもできるが、殆どの場合には、光ファイバケーブル、ワイヤ導管およびスリーブの間のギャップを通して強制供給される。この場合、ガスは、溶接部位に向かってガスを導くための孔を溶接ヘッド２００に穿けることにより分配される。モータ２１２は中空軸を有するので、レーザエネルギは、モータ２１２および回転継手２０６を通ってミラー２０４に到達できる。モータ２１２の中空軸内には合焦レンズ２１３、２１５が取り付けられている。これらのレンズは、レーザエネルギが管体２０の内面上に集中されるように、通路の焦点距離を調節できる。当業者に知られた種々の方法を使用してレンズ２１３とレンズ２１５との間の距離を調節し、焦点距離を調節できるようにすることにより、種々の内径の管体内で同じ溶接ヘッド２００を使用することができる。溶接ヘッド本体２０２の頂部には、リング状ベアリング２２０が取り付けられている。ベアリング２２０は、相対回転できるように本体２０２に対して回転可能に連結されている。回転ベアリング２２０および駆動モータ２１２にはリーフスプリング２２２が連結されており、該リーフスプリング２２２の遠位端にはシュー２２４が取り付けられている。リーフスプリング２２２は、シュー２２４を、溶接ヘッド２００の中心軸線から半径方向外方に押圧する。シュー２２４は管体２０の内壁と係合して、溶接ヘッド２００が作動される間に、溶接ヘッド２００を管体２０内でセンタリングする機能を有する。しかしながら、シュー２２４と管体２０との間の摩擦は比較的小さいので、溶接ヘッド２００は管体２０内で容易に軸線方向に移動でき、このため、溶接ヘッド２００を正確に位置決めして溶接作業を行なうことができる。溶接ヘッド本体２０２の頂部且つリング状ベアリング２２０内には、溶接ワイヤ送りモータ２３０も取り付けられている。溶接ワイヤ送りモータ２３０は、自動車工業等におけるガス／ヘリアーク溶接に使用されている。従って、これらの構造および作動は、当業界で広く知られている。送りモータ２３０は中空軸および複数の摩擦ホイール２３２を有し、該摩擦ホイール２３２は、溶接ワイヤを把持して、これを中空軸を通して直線的に送り出す。摩擦ホイール２３２の回転軸線は、溶接ヘッド本体２０２の回転軸線から僅かにオフセットしている。従って、溶接ヘッド本体２０２が回転されると、摩擦ホイール２３２は、ホイールの接線方向係合面間に保持された溶接ワイヤに直線運動を伝達する。送りモータ２３０の中空軸は、溶接ワイヤガイド２３４と整合するようにして、モータ２３０の下縁部で終端している。溶接ワイヤガイド２３４は、溶接ヘッド本体２０２を通る穿孔通路である。ガイド２３４への上方の入口は本体２０２の上面の中心に位置しており、ガイド２３４の下方の出口は、レーザビーム通路２０５の半径方向出口の直ぐ上で、本体２０２の側面に設けられている。この態様で、ガイド２３４を通って送られる溶接ワイヤは、溶接部位に導かれる。溶接ヘッド２００の上方に溶接ワイヤ２４０が示されている。溶接ワイヤ２４０は、管体２０と同じ材料で作られる。好ましくは、管体材料よりもクロム含有量が高いInconel（登録商標）合金を使用して、腐食割れに対する感受性を低下させる。Inconel（登録商標）合金625、52または72を使用し、かつシリコンおよびチタンのような脱酸剤および粘度調節剤を含有させることができる。溶接ワイヤ２４０は、管体２０の内径にほぼ等しい外径をもつコイルとして予成形される。コイル状溶接ワイヤ２４０と管体２０の内面との間の摩擦力によって、溶接ワイヤ２４０は、溶接ヘッド２００の作動中に所定位置に保持される。溶接ワイヤ２４０の下端は、ワイヤ送りモータ２３０の摩擦ホイール２３２を通ってガイド２３４内に入り、本体２０２の側部から出て溶接部位に導かれる。溶接ヘッド２００は、管体２０内で補修部位に位置決めされる。溶接ヘッド２００は、光ファイバからのレーザエネルギを半径方向に方向転換し、管体２０の内壁に当たるようにする。本発明による管体補修を行なうのに使用される手順および作動を以下に説明する。最初に、コイルの外径が管体２０の内径にほぼ等しくなるようにして、溶接ワイヤ２４０をコイル状にする。溶接ワイヤ２４０の下端をコイルの中心に向くように曲げ、次に、コイルが管体２０内に挿入されたときに管体２０の中心線上に位置するように、下方に曲げる。次に、溶接ワイヤのコイルを管体２０内に挿入し、意図する溶接補修部位より僅かに上方の位置まで押し込む。コイルは、管体２０の内径より僅かに小さい外径をもつ可撓性中空ホースを用いて、コイル形状を変形させることなく管体内に移動させることができる。ワイヤコイルを配置したら、ワイヤ送りモータ２３０が最初に挿入されるようにして、溶接ヘッド２００を管体２０内に挿入する。次に、溶接ヘッド２００が補修部位に配置されるまで、ケーブル２１４を管体２０内に送り込むことにより、溶接ヘッド２００を管体２０内に押し込む。溶接ヘッド２００が適正位置に到達したならば、予め配置されているコイル状溶接ワイヤ２４０の端をワイヤ送りモータ２３０の中心内に送り込み、摩擦ホイール２３２と係合させる。溶接ワイヤのコイルは、溶接ヘッド２００の頂部に取り付けられたシリンダ内に配置して、溶接ヘッドおよび溶接ワイヤの両者が同時に管体２０内に挿入されるように構成することもできる。溶接を開始するため、電力または空気圧のいずれかの動力を、溶接ヘッド本体２０２を回転させる駆動モータ２１２に供給する。溶接ヘッド本体２０２が回転すると、ワイヤ送りモータ２３０が、ワイヤガイド２３４を通してワイヤ２４０を管体２０の内壁に向かって送り込む。同時に、レーザ源１００のスイッチが入れられ、レーザエネルギが、光ファイバ１０２およびミラー２０４を介して管体２０の内壁に伝達される。ケーブル２１４を引っ張ることにより、溶接ヘッド２００が管体２０内で軸線方向に移動される。或いは、当業者に良く知られている態様で溶接ヘッド本体２０２とリング状ベアリング２２０とを正確にねじ連結することにより、溶接作業中に、溶接ヘッド本体２０２を均一に軸線方向に前進させることもできる。かくして、溶接ヘッド本体２０２が回転すると、管体２０の母材が溶融され、同時に溶接ワイヤ２４０が溶接部位に送り込まれる。溶接ワイヤは溶融されて、クラッド溶接を形成する。ここで第３図を参照すると、レーザクラッド溶接装置の他の実施形態の簡単化した断面図が示されている。この実施形態では、前述の溶接ワイヤ２４０の代わりに、溶加材からなる薄シート２５０が使用される。このシートに使用される溶加材には、溶接ワイヤ２４０について前述したように、脱酸剤および粘度調節剤を含有させることができる。溶加材のシート２５０は厚さが約0.025インチであり、かつ補修すべき管体セクションの長さと一致する長さをもつ中空シリンダの形状に曲げられる（溶加材の厚さは、所望の堆積量すなわちクラッド厚さに基づいて決定される）。このようにして形成されるシリンダの外径は管体２０の内径にほぼ等しく、従って、シリンダは、ワイヤコイルについて前述したのと同じ態様で、予配備することもできる。シリンダが予配備されたならば、管体２０内に溶接ヘッド２００を挿入して、同じ態様で溶接を行なう。この結果得られる溶接は、管体の内径を僅かに0.050 インチだけ増大させる均一クラッディングを形成する。溶接の溶込み深さは約0. 022インチであり、この結果、クラッド厚さは0.047インチとなり、薄シート２５０と管体２０との間には優れた接合がなされる。0.047インチのクラッド厚さは、0.042インチの公称厚さを有する管体２０の元の壁厚および構造的一体性を完全に復元させる。溶込み深さおよびクラッド厚さは、選択される溶接パラメータ（レーザ出力、移動速度、ピッチ、箔厚さ等）により制御される。ここで第４図を参照すると、本発明の第３実施形態が示されている。第４図は、蒸気発生器管体内に配置されかつクラッド溶接すべき領域上に直接予配備される溶加材のコイルを使用するレーザクラッド溶接補修装置の別の実施形態を示す簡単化した断面図である。この実施形態では、溶接ヘッド２００は中空ねじロッド３００を有し、該ねじロッド３００の頂部には、ミラー２０４が所定角度（例えば４５°）に取り付けられている。ロッド３００は、雌ねじが設けられた円形の上端板３０２に螺合している。ロッド３００の下端は、駆動モータ２１２のアーマチャ３０４として機能する。上端板３０２は、ガイドロッド３１０を介してワッシャ形下端板３０６に連結されている。下端板３０６および上端板３０２は、リーフスプリング２２２およびシュー２２４により管体２０内の所定位置に保持される。ガイドロッド３１０は「Ｔ」形断面を有し、かつ中央フランジが溶接ヘッド装置２００の中心に向かって半径方向内方を向くようにして、ロッド３００の軸線に平行に配置される。モータ２１２のステータ３１２は、ガイドロッド３１０の縁部を受け入れる各側に長手方向溝３１４を有している。モータアーマチャ３０４は、ケーブル２０４に取り付けられた回転継手２０６に取り付けられている。作動に際し、溶接ワイヤ２４０のきつく巻かれたコイルが、管体２０内で、クラッド溶接すべき領域の直ぐ上に予配備される。次に、ミラー２０４がワイヤ２４０の頂部より僅か上方に位置するようにして管体２０内に挿入される。レーザエネルギが溶接ヘッド２００に供給されかつモータ２１２が付勢されると、ロッド３００およびミラー２０４が回転して、レーザエネルギを溶接ワイヤ２４０のコイル上に指向させる。また、ロッド３００が上端板３０２内に螺合すると、溶接ビームが、回転モータと同期する速度でコイル状ワイヤを通って軸線方向下方に移動される。ロッド３００の軸線方向移動に適合するため、モータステータ３１２はガイドロッド３１０に沿って摺動するが、ガイドロッド３１０の縁部と係合する溝３１４により、回転することは防止される。かくして、レーザビームが回転しかつ管体２０内で軸線方向に移動して、ワイヤ２４０を管体２０の内面に溶融させ、均一なクラッド溶接を形成する。第５図は、損傷した管体２０の補修に回転装置３２０を使用する、本発明の別の実施形態を示す図面である。この実施形態では、第２図〜第４図の実施形態で使用された回転ヘッド駆動モータ２１２およびこれに付随する回転継手２０６が多数の回転要素にとって代わられている。より詳しくは、回転溶接ヘッド３２２は回転スリーブ３２４の端に配置されている。回転駆動機構３２５がスリーブ３２４を回転させる。回転駆動機構３２５は、溶加材受容器３２８および溶加材供給システム３３０を備えた溶加材組立体３２６を同期回転させる。溶加材受容器３２８は、溶接すべき溶加材を保持する。一般に、溶加材受容器３２８は、溶加材ワイヤのリールの形態をなしている。溶加材供給システム３３０は、溶加材を受け入れ、該溶加材を、回転スリーブ３２４内の溶加材通路内に供給する。回転スリーブ３２４および溶加材組立体３２６は同期して回転するので、溶加材が絡み合うことはない。溶加材供給システム３３０は、溶加材組立体のスリップリングを介して給電される。ワイヤ送りモータの速度は、種々のワイヤ送り速度を与えてクラッド厚さを制御するため、およびレーザ出力レベル、移動速度、回転ピッチおよび他のファクタの変化を調節できるようにするため、変えることができる。回転装置３２０はまた、ガス供給源３３８に連結されるガスカプラ３３６を有している。回転スリーブ３２４は、回転光ファイバケーブル３４０を有している。レーザ３３４は、固定光ファイバケーブル３４３にエネルギを供給する。レーザエネルギは、固定光ファイバケーブル３４３から、光カプラ３４２（この好ましい実施形態は後述する）を介して回転光ファイバケーブル３４０に伝達される。回転装置３２０は、軸３５１に取り付けられた軸線方向駆動システム３５０により、その長手方向軸線に沿って移動される。回転スリーブ３２４を所定位置に案内するのにガイドローラ３４９を使用できる。回転装置駆動機構３２５、軸線方向駆動システム３５０および溶加材供給システム３３０の作動を制御するのにコンピュータ制御装置３５３が使用される。より詳しくは、コンピュータ制御装置３５３は、回転装置駆動機構３２５の速度、軸線方向駆動システム３５０の位置および溶加材供給システム３３０の溶加材供給速度を設定するのに使用される。回転装置３２０の作動は、回転溶接ヘッド３２２の拡大断面図である第６図を参照することにより、より完全に理解されよう。回転溶接ヘッド３２２は、溶加材通路３８６を形成する本体３８０を有している。「ワイヤ導管」とも呼ばれる溶加材通路３８６は、回転スリーブ３２４の長さ方向に形成されている。溶加材３８８は、溶加材供給システム３３０から、溶加材通路３８６を通って本体孔３９４へと押し出される。レーザエネルギが本体孔３９４を通って供給され、溶加材３８８を溶接する。ガス導管３８９が溶接ヘッド３２２にシールドガスを供給する。ガス導管３８９は、ガスを多数の位置の孔３９４に分配する分配チャンネル（図示せず）で終端するのが好ましい。また、第６図は、回転溶接ヘッド３２２の本体３８０内に配置される回転光ファイバケーブル３４０を示している。回転光ファイバケーブル３４０は、回転スリーブ３２４の長さ方向に延びていて、スリーブ３２４に取り付けられている。回転光ファイバケーブル３４０は、レーザエネルギ方向修正組立体３９２で終端している。本発明の前述した実施形態では、レーザエネルギ方向修正組立体３９２をミラー２０４の形態で開示した。組立体３９２は、光学的組立体として形成することもできる。第７図には、入力レンズ組立体３９６、ウェッジプリズム３９７および出力レンズ組立体３９８を備えた別のレーザエネルギ方向修正組立体３９２が開示されている。ウェッジプリズム３９７はレーザエネルギの方向を変える機能を有している。ウェッジプリズム３９７は、ミラー２０４から得られるよりも高いレーザエネルギ出力を供給する。レーザエネルギは、非直交角度で、受け面に向けられるのが好ましい。従来技術の装置は、レーザエネルギが直交態様で表面に衝突するようにしてレーザエネルギを表面に指向させるミラーを使用している。この形態では、反射するレーザエネルギが、入射レーザエネルギを混乱させてしまう。また、光学素子の損傷を防止するため慣用技術で除去しなければならないプルームおよびスパッタが発生する。レーザエネルギが、第７図に示すように、溶接すべき表面２０に対して例えば４５°の角度で衝突するときには、反射レーザエネルギが入射レーザエネルギを混乱させることはない。第８図は本発明の他の実施形態を示す。第８図の実施形態は、第５図の実施形態に全体として一致するが、回転スリーブ３２４内に固定内部管体４０２が配置されている点で異なっている。固定した内部管体４０２は、回転スリーブ３２４Ａが回転している間に、固定光ファイバケーブル３４３を静止状態に維持できる。換言すると、第５図の実施形態とは異なり、第８図の光ファイバケーブルは回転しない。光ファイバケーブルが回転しないため、第５図の光カプラ３４２は不要になる。この代わり、固定した内部管体支持体４０４が使用される。第９図は、第８図の装置に使用される回転溶接ヘッド３２２Ａを示すものである。第９図には、固定内部管体４０２内に配置された固定光ファイバケーブル３４３が示されている。回転スリーブ３２４Ａは、固定内部管体４０２の回りで回転する。回転スリーブ３２４Ａは、ガス導管３８９を有している。回転スリーブ３２４Ａは、溶加材通路として機能する、機械加工溝３８６Ａ（破線で示す）を有している。溶加材通路３８６Ａは、回転スリーブ３２４Ａの長さ方向に延びている。溶加材通路はまた、回転スリーブ３２４Ａの長さ方向に延びた小さい管体として形成することもできる。この実施形態では、レーザエネルギ方向修正組立体３９２は回転スリーブ３２４Ａと一緒に回転しかつ静止光ファイバケーブル３４３からのレーザエネルギを受ける。第１０図には、方向修正組立体３９２Ａの別の実施形態が示されている。この実施形態では、光ファイバケーブル３４３Ａは、その出力端４０５が斜めに切断され、ウェッジを形成している。この構造は、第７図に示したウェッジプリズムと同じ効果を奏する。この実施形態は、これまでウェッジプリズムまたはミラーを必要としたレーザエネルギ方向修正が行なえる。レーザビームは非直交角度で光ファイバ３４３Ａを出て、合焦レンズ４０６を通って溶接部位に指向される。この設計の長所は、光学素子（すなわち、コリメータレンズ、中間合焦レンズ、ウェッジプリズム）の個数を低減でき、従って、各インターフェースでのエネルギ損および光学ヘッドの全体的コストを低減できることである。第１１図は、別のレーザエネルギ方向修正組立体３９２Ｂを示す。この実施形態では、表面２０に対する予選択された非直交角度を得るため、光ファイバケーブル３４３Ｂが曲げられている。光ファイバケーブル３４３Ｂからのレーザエネルギ出力は、合焦レンズ４０８を通って、表面２０上の溶接部位に指向される。方向修正組立体のこの実施形態は、光学素子の個数を低減でき、これによりエネルギロスも低減される。第５図〜第１１図の実施形態は、Hobart Laser Products，Inc．（Livermore, カリフォルニア州）から市販されている1064ナノメートルの波長をもつHob-art2 400Wattレーザを用いて実施された。本発明に使用される光ファイバケーブルは、可撓性金属シース内に収容される融解石英ファイバで形成するのが好ましい。ファイバは、レーザビームの表面吸収を防止しかつ伝達性を高めるため反射コーティングで被覆される。光ファイバケーブルは、600〜800ミクロンのスポットサイズを有するもので構成できる。回転スリーブ３２４は、ステンレス鋼または可撓性金属管体で形成できる。回転スリーブ３２４は、0.5インチの外径および0.370インチの内径をもつスリーブにより実施される。溶加材通路３８６は、溶接ワイヤのサイズにより決定される。溶加材通路３８６のサイズは、溶接ワイヤの直径より数千分の１インチ大きいことが好ましい。一般に使用されるワイヤ直径として、0.020、0.025、0.03 0および0.035インチがある。ガスカプラ３３６は静止保持されかつスリーブ３２４はカプラ３３６を通って自由に回転することができる。ガスカプラ３３６は、スリーブ３２４の回転を可能にすると同時にカプラ３３６内にガス圧力を維持するためのＯ-リングを有している。スリーブ３２４には、ガスがガス供給源３３８からスリーブ３２４の内部へと流れ得るようにする孔が設けられている。ガスは、ガス導管３８９を通って溶接ヘッド３２２に供給される。専用のガス導管３８９を用いる代わりに、光ファイバケーブル３４０と、溶接ワイヤ導管３８６と、スリーブ３２４との間にギャップを設けることもできる。回転装置駆動機構２５はステッパモータで構成するのが好ましい。駆動機構３２５は、ギアまたはベルト等の慣用技術を介して回転スリーブ３２４および溶加材組立体３２６に連結される。軸線方向駆動システム３５０は、軸線方向３５１に取り付けられたステッパモータを用いて実施される。水平運動すなわち平面運動は、軸３５１を手動位置決めすることにより達成される。或いは、軸３５１は、回転装置３２０を任意の選択管体２０に位置決めできる動力駆動形平面移動装置（図示せず）内に配置できる。溶加材供給システム３３０は、既存の溶接機に一般に使用されているものでよい。例えば、本発明は、ASTRO ARC Inc．（Sun Valley,カリフォルニア州）から市販されているASTRO ARCワイヤフィーダを用いて実施された。溶加材供給システム３３０に給電するのに、Poly-Scientific（Blackburg,バージニア州）から市販されているモデルAC4598スリップリングが使用された。第７図のレーザエネルギ方向修正組立体３９２は、標準レンズを用いて実施された。入力レンズ組立体３９６はレーザ光ビームを平行にして、平行ビームを形成する。入力レンズ組立体３９６は、ウィンドウ・レンズ３９６Ａ、−20mmf.l. レンズ３９６Ｂおよび＋10mmf.l.レンズ３９６Ｃを有している。ウェッジプリズム３９７は、平行化されたビームを１０〜６０°、好ましくは２０〜４５°、最も好ましくは約３０°曲げて、曲げられかつ平行化されたビームを形成する。曲げられかつ平行化されたビームは、＋20mmf.l.レンズ３９８Ａおよびウィンドウ・レンズ３９８Ｂに導かれる。出力レンズ組立体３９８は、非常に高いエネルギ密度をもつ小径の、合焦平行化ビームを形成する。ビームは溶接部位で最大熱エネルギを供給し、これにより溶加材および母材の一部を制御された態様で溶融する。レーザエネルギ方向修正組立体３９２は、故障がない2400ワットの連続出力で使用される。ミラーを使用する従来技術の装置は、一般に1000ワットのレーザエネルギに制限される。第９図の固定内部管体４０２は、ステンレス鋼で形成するのが好ましい。第９図の回転管体３２４Ａは、ステンレス鋼で形成するのが好ましい。固定内部管体４０２と回転管体３２４Ａとの間には、商業的に入手可能なN-ylon（登録商標）またはTeflon（登録商標）ベアリングが使用される。第１２図〜第１４図は、本発明に使用できる光カプラ３４２を示す。第１５図は、光カプラ３４２の１つの特徴についての別の実施形態を示す。第１２図（および第５図）に示すように、光カプラ３４２、固定光ファイバケーブル３４３と、回転光ファイバケーブル３４０を収容する回転スリーブ３２４との間のインターフェースを形成する。光カプラ３４２は、固定光学組立体452 および回転ケーブルインターフェース組立体４５４を支持するベース板４５０を有している。最初に、第１３図に示す固定光学組立体４５２に留意されたい。固定光学組立体４５２は、管体または１組の独立マウントとして実施される光ソケット組立体４６０を有している。好ましくは、固定光学組立体４５２はコリメータレンズ組立体４６２を有し、該コリメータレンズ組立体４６２は、第１ビーム拡散低減レンズ４６４、光行差低減球面レンズ４６６、第２ビーム拡散低減レンズ４６８およびコリメータレンズ４７０を有している。また、固定光学組立体４５２は、好ましくは合焦レンズ４７２を有している。固定光学組立体４５２の光学的機能は、レーザビーム４８２の光エネルギを平行化しかつ合焦することである。当業者には知られているように、この目的のために種々の光学的形態を使用できる。光学組立体４５２は、好ましくは、独立した軸線方向および同心状整合を与える位置決め装置を有する。第１３図には、光ソケット組立体４６０の軸線方向取付け段４７４が示されている。軸線方向取付け段４７４は、回転光ファイバケーブル３４０および固定光ファイバケーブル３４３により定められる軸線に沿って軸線方向整合装置４７６と一緒に位置決めできる。軸線方向整合装置４７６は、アキシャルギアまたはアナログ構造を調節するねじとして実施され、これらの多くは当業者には知られたものである。第１３図にはまた、回転光ファイバケーブル３４０および固定光ファイバケーブル３４３により定められる軸線に対して横方向の軸線に沿って位置決めされる横方向支持体４７８が示されている。軸線方向取付け段４７４を特定の横方向（すなわち同心方向）に位置修正するのに、横方向整合装置４８０を使用することができる。横方向整合装置４８０は、アキシャルギアまたは均等構造を調節するねじとして実施できる。ここで第１４図を参照すると、本発明の回転ケーブルインターフェース組立体４５４の一実施形態が示されている。固定光ファイバ組立体４５２により作られる合焦されかつ平行化されたレーザビーム４８２が、インターフェース受入れ構造４８７により受けられる。回転光ファイバケーブル３４０が、インターフェース受入れ構造４８７内でかつ回転ケーブルインターフェース組立体４５４の軸線に沿って配置されている。回転光ファイバケーブル３４０は、石英ガラスのクラッディングを備えた融解石英ガラスモノフィラメントファイバで形成されている。回転スリーブ３２４は、ポリマーコーティング、バッファ層およびポリエチレンカバーを備えた保護金属シースで構成できる。回転ケーブルインターフェース組立体４５４は、第１インターフェース支持体４８４および第２インターフェース支持体４８６を有し、両支持体はベース板４５０に連結されている。第１インターフェース支持体４８４および第２インターフェース支持体４８６は、整合管体５０４により包囲された取付けスリーブ５００を支持するのに使用される。整合管体５０４は、インターフェース支持体４８４、４８６にそれぞれ配置された１組のベアリング５０６Ａ、５０６Ｂ内で回転する。整合管体５０４はギア５１０により駆動される。整合管体５０４の位置は、１組の整合ねじ５０８Ａ、５０８Ｂ、５０８Ｃ、５０８Ｄにより調節できる。本発明の一実施形態では、整合管体５０４の各端に４つの整合ねじ５０８が設けられている。その名前が示す通り、整合管体５０４は、光ファイバ３４０の位置を入射レーザビーム４８２と整合させるのに使用される。好ましくは、整合精度は、取付けスリーブ５００内に配置されたモニタキャビティ５０２を用いて測定される。モニタキャビティ５０２には、フォトセル５１２が光学的に連結される。フォトセル５１２は、キャビティ５０２内の光量に比例する電圧を発生する。電圧（出力）信号は、導体５１６上のスリップリング５１４に導かれる。スリップリング５１４は、フォトセル５１２の出力に一致する信号を発生するデジタル電圧計のような機器（図示せず）の静止部片に接続されている。光ファイバ３４０から出る光レベルがあらゆる回転位置について最小（光ファイバ３４０の出力は最大）になるとき、適正な軸線方向および同心方向の整合が達成される。かくして、整合ねじ５０８を調節してこの結果を達成できる。軸線方向整合装置４７６および横方向整合装置４８０を使用して、粗調節を行なうことができる。第１５図は、本発明に従って使用できる回転ケーブルインターフェース組立体４５４Ａの別の実施形態を示す。本発明のこの実施形態は、安全光ファイバ５２０を有している。安全光ファイバ５２０は、溶接温度での反射光をモニタする。反射光は、安全光ファイバ５２０を介してフォトセル検出器に伝達され、ここで分析される。モニタリングされた光レベルが正常な作動と一致しない場合には、レーザエネルギが遮断される。このモニタリング装置の使用は、光学素子内の反射光エネルギによる光学的損傷を最小にする。静止溶接装置に安全光ファイバ５２０を使用することは知られているが、本発明は、回転溶接装置に安全光ファイバ５２０を組み込む。より詳しくは、回転スリーブ３２４は追加の光ファイバ５２０を支持している。この追加の光ファイバ５２０は、回転スリーブ３２４の長さ方向に延び、回転溶接ヘッド３２２で終端している。回転スリーブ３２４の反対側端で、安全光ファイバ５２０は、この実施形態ではモニタキャビティ５０２内に配置された安全光ファイバフォトセル５２２で終端している。安全光ファイバフォトセル５２２からの出力信号は、第２導体５２４を介してスリップリング５１４に伝達される。次に、スリップリングからの信号が、パワー伝達光ファイバ４８８に関連して説明したように、機器の静止部片により分析される。第１５図は、回転スリーブ３２４を非回転保護シース５３０内に収容できることを示している。回転スリーブ３２４と非回転保護シース５３０との間には、ベアリング５３２を配置できる。シース５３０は、回転スリーブ３２４及びこの中に配置された回転光ファイバケーブル３４０への損傷および摩擦を防止する保護カバーを形成する。シース５３０はまた、軸線方向駆動機構がシース５３０を直接把持でき、これにより、回転光ファイバケーブル３４０が所望の軸線方向位置に配置されるようにする。第１６図は、非回転保護シース５３０内に収容された回転溶接ヘッド３２２を示している。回転溶接ヘッド本体３８０と非回転保護シース５３０との間には、ベアリング５３２を配置するのが好ましい。典型的な実施形態では、ベアリング５３２は、回転溶接ヘッド３２２内で、回転スリーブ３２４の長さ方向に沿って約12インチ毎に設けられる。或いは、回転スリーブ３２４と非回転保護シース５３０との間に、グリースまたは重油潤滑を使用できる。非回転保護シース５３０は、ステンレス鋼編組補強体を備えたナイロンまたはプラスチックで形成できる。非回転保護シース５３０の多くの変更が可能である。例えば、第１６図にはガス導管３８９が示されている。ガス導管３８９は省略し、ガスを、回転スリーブ３２４と非回転保護シース５３０との間に形成される空隙５３４を通して搬送することができる。この態様では、ガス供給ヘッドは、回転溶接ヘッド３２２に設けられる。第１７図は、本発明の一実施形態による自動センタリングレーザ溶接プローブ６００Ａを示す。自動センタリングレーザ溶接プローブ６００Ａは、全体として、前に説明した溶接ヘッド２００および回転溶接ヘッド３２２と同じであるが、自動センタリングの特徴を有している。自動センタリングの特徴により、より正確な溶接作業が行なえる。また、自動センタリングの特徴により、単一のレーザ溶接プローブ６００を、種々の周長の管体に使用することが可能になる。更に、本発明の自動センタリング技術は、本願明細書に開示する種々の回転装置に使用できる。第１７図は、自動センタリングレーザ溶接プローブ６００Ａが、空隙３９４を備えたレーザ溶接プローブ本体６０１を有していることを示している。空隙３９４は、第９図および第１６図に関連して前述した形式のものである。より詳しくは、空隙３９４は、レーザエネルギがこれを通ることを可能にし、これにより、レーザエネルギを使用して前述の態様でレーザ溶接作業を遂行できる。自動センタリングレーザ溶接プローブ６００Ａはまた、本体６０１に配置された１組のシール６０２Ａ、６０２Ｂを有している。これらのシール６０２は管体６０３の内面に当接し、これにより、レーザ溶接プローブ本体６０１と、管体６０３の内面と、シール６０２との間に圧力領域６０４を形成している。後述のように、本発明は、シール６０２を用いることなく実施することもできる。更に後述するように、流体が、流体ポート６０５を通って圧力領域６４内に導入される。流体とは、液体またはガスであると定義する。どの実施形態でも、流体は、圧力領域６０４内に圧力を発生し、この圧力は、プローブ本体６０１が管体６０３内でセンタリングされたとき、プローブ本体６０１のあらゆる側面上に等しく作用する。プローブ本体６０１が、その中心がずれた位置に配置された場合には、管体６０３に最も接近して配置されたプローブ本体６０１の側面に大きな圧力が作用する。逆にいえば、管体６０３の壁面から最も離れて配置されたプローブ本体６０１の側面に作用する圧力領域６０４の圧力は小さくなる。この結果、プローブ本体６０１の一方の側面に作用する高い圧力領域と、反対側の低い圧力領域との相対圧力差により、プローブ本体６０１が管体６０３の中心に向かって押しやられ、プローブ本体６０１の全側面に等しい圧力が作用するようになる。本発明の全ての実施形態は、この基本的自動センタリング圧力の原理に基づいている。シール６０２は、ゴムまたは弾性を有する他の物質で実施できる。下記の本発明の実施形態に示すように、シール６０２は必ずしも使用する必要はない。また、後述のように、流体ポート６０５は、レーザ溶接プローブ本体６０１を包囲するシースに形成することができる。本発明は、レーザ溶接プローブの静止形実施形態または回転形実施形態のいずれにも使用できる。第１８図は、本発明の「センタリングボール(centering ball)」の簡単化した例を示す。この実施形態では、自動センタリングレーザ溶接プローブ６００Ｂが、前述の形式の孔３９４を備えたレーザ溶接プローブ本体６０１を有している。自動センタリングレーザ溶接プローブ６００Ｂは、１組のボール付勢形式の流体ポート６０６を有している。以下に示すように、低圧状態にある間、各センタリングボール６０８は、これが、本体６０１の外周または流体ポート６０６が形成されたシースの外周内に位置するようにして、ボール付勢形流体ポート６０６内に内にある。高圧状態では、各センタリングボール６０８はそれぞれのボール付勢形流体ポート６０６から突出して、管体の内面と係合する。第１８図は、引っ込んでいる３つのボール（６０８Ａ、６０８Ｂ、６０８Ｃ）および突出した１つのボール（６０８Ｄ）を示している。突出位置では、ボールは、第１７図に関連して説明したように、管体内でのレーザ溶接プローブ本体６０１のセンタリングと一致する均等圧力に移動する。第１８図の実施形態は、シール６０２を使用するものではないことに留意されたい。また、第１８図の実施形態は、センタリングボール６０８が流体ポート６０６内で自由に移動するため、回転装置に使用するのに理想的であることに留意されたい。第１９図は、本発明の他の実施形態による自動センタリングレーザ溶接プローブ６００Ｃを示す。本発明のこの実施形態は、第１６図の装置に自動センタリングの機能を付加したものであることに留意されたい。これを達成するため、非回転保護シース５３０に流体ポート６０５が形成されている。第１９図は、また、１組のシール６０２Ａ、６０２Ｂがシース５３０に取り付けられていることを示している。第１９図はまた、レーザ溶接プローブ本体６０１Ｃに形成された流体供給ポート６１２の形態をなす流体導管を示している。流体供給ポート６１２はガス導管３８９に連結されている。かくして、本発明のこの実施形態では、流体圧力はガス圧力の形態である。この実施形態では、レーザ溶接プローブ本体６０１Ｃが回転するため、流体供給ポート６１２が回転経路内にガスを噴射する。ガスは圧力領域を充満する。ガスはまた、シース５３０と溶接プローブ本体６０１Ｃとの間の空隙５３４内に自由に流入する。ガスは、前述の態様で流体圧力を発生し、プローブ本体６０１Ｃを中心に維持する。第２０図は、本発明の「センタリングボール」実施形態の断面図である。この実施形態では、レーザ溶接プローブ本体６０１Ｄが静止しており、回転シース６２０がプローブ本体６０１Ｄを包囲している。回転シース６２０は、管体６０１内に比較的きつく嵌合される。シース６２０は１組のボール付勢形流体ポート６０６を有している。各ポート６０６内には、センタリングボール６０８が配置されている。各センタリングボール６０８はプローブ本体６０１Ｄに当接しており、従って各センタリングボールはシース６２０の外周内に有効に位置している。流体通路６２４の形態をなす流体導管を使用して、プローブ本体６０１Ｄとシース６２０との間に形成される空隙５３４内に流体が噴射される。本発明のこの実施形態はシールを使用しないことに留意されたい。第２０図に示す実施形態では、比較的低い流体圧力が存在し、このため、各センタリングボール６０８はそれぞれのポート６０６内にある。これに対し、第２１図では、流体通路６２４を通して流体を噴射させることにより、比較的高い流体圧力が発生される。この結果、センタリングボール６０８は、管体６１０に当接してこれを押す突出位置にある。本発明の前の実施形態と同様に、比較的高い流体圧力によって、センタリングボール６０８が、プローブ本体６０１Ｄの中心位置に一致する均衡位置に移動される。第２０図および第２１図に示すように、ボール付勢形流体ポート６０６は、比較的高い流体圧力状態でボールがポート６０６から出ることを防止し、かつ比較的低い流体圧力状態でボールが落下してプローブ本体６０１Ｄに当接できるようにする傾斜面を有している。保持リング、止めねじ、打曲げ縁部または他の良く知られた保持技術を使用することもできる。この実施形態の長所は、溶接ヘッド６０１Ｄのセンタリングに必要な流量を低減できることにある。なぜならば、比較的高い圧力状態ではボール６０８が流体をシールし、従って、シース６２０と管体６１０Ｄとの間の環状空隙内に流体が漏出しないからである。この実施形態の他の長所は、ボール６０８があらゆる方向に自由に回転でき、このため抵抗が比較的小さいことにある。第２１図の管体６１０Ｄは、第２０図の管体６１０より大きい周囲を有する。従って、第２０図および第２１図は、異なる周囲をもつ管体に、単一のプローブ本体６０１Ｄを如何にして使用できるかを示すものである。本発明は、管体内でレーザ溶接プローブ本体をセンタリングする効率的技術を提供する。このセンタリング作業は、重要なレーザ溶接精度を向上させる。本発明の技術は、回転抵抗または牽引力を最小にでき、従って、レーザ溶接プローブシステムの回転速度および安定性が確保される。本発明の単一装置を管体周囲の異なる種々の管体に使用できることは優れた長所である。当業者であれば、本発明の全装置がもたらす多くの利益を理解できるであろう。その最も基本的な機能において、本発明は、損傷した管体を補修する簡単かつ容易な方法を提供する。かくして、本発明は、蒸気発生器を大きく分解することなく、蒸気発生器管体の補修を行なうことを可能にする。このため、本発明は、蒸気発生器管体の栓塞の必要性を最小にし、かつ栓塞により生じる蒸気発生器能力の損失を最小にする。本発明の特定実施形態に関する上記説明は、例示および説明のためになされたものである。従って上記説明は、本発明をここに開示した正確な形態と完全同一なものに制限するものではなく、上記教示の観点から多くの変更をなし得ることは明らかである。本発明の実施形態は、本発明の原理およびその実際の用途を最良に説明するために選択および説明され、これにより、当業者は、本発明および意図する特定用途に適した種々の変更がなされた種々の実施形態を最も良く利用できるであろう。本発明の範囲は、請求の範囲の記載およびその均等物により定められるものである。

Claims

【特許請求の範囲】１．レーザ溶接プローブ本体を有し、該レーザ溶接プローブ本体は、該本体の少なくとも一部と管体の内面との間に空隙が存在するようにして管体の内面内に配置される形状を有し、レーザ溶接プローブ本体と管体の内面との間に形成される環状空隙内でレーザ溶接プローブ本体を実質的にセンタリングする流体圧力に基づいて作動するセンタリング機構を更に有することを特徴とする管体の内面を溶接する装置。２．前記センタリング機構はレーザ溶接プローブ本体と管体の内面との間に配置される１組のシールを有し、レーザ溶接プローブ本体と、管体の内面と、前記１組のシールとの間に圧力領域が形成されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。３．前記レーザ溶接プローブ本体は、環状空隙内でレーザ溶接プローブ本体を実質的にセンタリングすべく、圧力領域内に流体を噴射する流体導管を有していることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の装置。４．前記レーザ溶接プローブ本体は流体導管に連結されたガス導管を有し、該ガス導管は、ガスの形態をなす液体を圧力領域に搬送することを特徴とする請求の範囲第３項に記載の装置。５．前記センタリング機構は、流体圧力に応答して環状空隙内でレーザ溶接プローブ本体を実質的にセンタリングする複数のセンタリングボールを有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。６．流体導管が形成されたレーザ溶接プローブ本体と、該レーザ溶接プローブ本体を包囲するシースとを有し、該シースは、該シースの少なくとも一部と管体の内面との間に空隙が存在するようにして管体の内面内に配置される形状を有し、シースは、流体導管から流体を受け入れる少なくとも１つの流体ポートを備え、流体導管からの流体により引き起こされる流体ポートでの圧力差は、レーザ溶接プローブ本体と管体の内面との間に形成される環状空隙内でレーザ溶接プローブ本体を実質的にセンタリングすべく作用することを特徴とする管体の内面を溶接する装置。７．前記シースと管体の内面との間に配置される１組のシールを更に有し、シースと、管体の内面と、前記１組のシールとの間に圧力領域が形成されることを特徴とする請求の範囲第６項に記載の装置。８．前記流体導管は、環状空隙内でレーザ溶接プローブ本体を実質的にセンタリングすべく、圧力領域内に流体を噴射することを特徴とする請求の範囲第７項に記載の装置。９．前記レーザ溶接プローブ本体は流体導管に連結されたガス導管を有し、該ガス導管は、ガスの形態をなす液体を圧力領域に搬送することを特徴とする請求の範囲第８項に記載の装置。 10．前記シースは複数の流体ポートを備え、該流体ポート内にはポートと同数のセンタリングボールが収容され、各センタリングボールは、実質的に、シースにより形成された外周内にあるように、流体ポート内に一部が存在することを特徴とする請求の範囲第６項に記載の装置。 11．前記流体導管は、流体をセンタリングボールに作用させ、センタリングボールを流体ポートから突出させて管体の内面と係合させることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の装置。 12．レーザ溶接プローブ本体の少なくとも一部と管体の内面との間に空隙が存在するようにして管体の内面内にレーザ溶接プローブ本体を配置する工程と、流体圧力を使用して、レーザ溶接プローブ本体と管体の内面との間に形成される環状空隙内でレーザ溶接プローブ本体を実質的にセンタリングする工程と、レーザ溶接プローブ本体が環状空隙内で実質的にセンタリングされている間に管体の内面を溶接する工程とを有することを特徴とする管体の内面を溶接する方法。 13．前記流体圧力を使用する工程が、レーザ溶接プローブ本体と管体の内面との間のシール領域内の流体圧力を使用することからなることを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の方法。 14．前記流体圧力を使用する工程が、流体圧力を使用して管体の内面に対してセンタリングボールを押しつけ、環状空隙内でレーザ溶接プローブ本体を実質的にセンタリングすることからなることを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の方法。 15．前記流体圧力を使用する工程が、流体圧力をガス圧力の形態で使用することからなることを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の方法。