KR20000075724A - 튜브내부에서 레이저용접프로브의 중심잡기를 위한 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

튜브의 내측면내에서 위치설정을 하도록 형성된 레이저용접 프로브몸체(600d)가 튜브의 내측면을 용접하기 위한 장치에 구성된다. 튜브의 내측면 및 레이저용접 프로브몸체사이에 형성된 원형공간(534) 내부에서 레이저용접 프로브몸체의 중심잡기를 위하여, 유체압력에 의존하는 중심잡기기구가 이용된다. 한가지 실시예에 있어서, 한 세트의 씰(532)들이 중심잡기기구에 구성된다. 또다른 실시예에 있어서, 유체압력에 응답하여 원형공간(534) 내부에서 레이저용접 프로브몸체의 중심잡기를 수행하는 한 세트의 센터링볼(608a)들이 상기 중심잡기기구에 구성된다. 레이저용접 작업동안 이용되는 보호가스에 의해 유체압력이 형성될 수 있다.

Description

튜브내부에서 레이저용접프로브의 중심잡기를 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CENTERING A LASER WELDING PROBE WITHIN A TUBE}

가압수반응로 싸이클을 이용하는 원자력 발전소에서 핵연료의 분열과정으로부터 반응로내에서 열이 방출된다. 반응로 냉각제(reactor coolant)계속적으로 순환시켜 반응로로 부터 열이 제거된다. 반응로내에서 가열된 후에, 냉각제는 흔히 증기발생기라 알려진 열교환기로 유동하며, 상기 열교환기에서 열이 방출되고 다음에 추가의 가열작용을 위한 반응로로 귀환한다. 증기발생기에서 증기터빈을 구동시키는데 이용되는 또다른 물이 상기 핵반응로의 냉각제에 의해 가열된다. 증기터빈을 회전시킨 후, 증기는 응축되고 다음에 반응로 냉각제에 의한 추가 가열을 위해 증기발생기로 귀환된다. 일반적으로, 반응로 및 증기발생기의 냉각제 순환루프(loop)는 제 1 루프라 하며, 증기 발생기 및 터빈의 루프는 제 2 루프라고 한다.

전형적으로, 열교환기의 내부를 통과하는 제 1 냉각제 및 튜브들의 외측을 통과하고 열교환기의 쉘에 의해 수용되는 제 2 냉각수를 가지는 쉘(shell) 및 튜브(tube) 형상의 열교환기이다. 반응로 냉각제로 부터 제 2 냉각수로 열전달은 대부분의 튜브길이에 걸쳐 이루어진다. 튜브의 단부에 씰링효과를 형성하여 반응로냉각제 및 제 2 냉각수의 혼합을 방지하기 위하여 튜브들의 단부들을 수용하기 위한 관통개구를 가진 평판으로 구성된 튜브씨트(tube sheet)가 튜브들의 단부들에 연결된다. 씰링상태의 조인트(joint)를 형성하기 위해 튜브씨트에 용접되거나 개구부내에서 확대되는 씰에 의해 튜브들의 단부들이 구성된다. 튜브씨트의 주변부들은 증기발생기의 쉘 및 반응로냉각제의 워터박스(water box)에 대해 씰링상태를 형성한다.

일반적으로 튜브들은 수직방향으로 구성되고 직선 또는 귀환유동형태를 가질 수 있도록 증기발생기의 방향설정이 이루어진다. 직선형태의 증기발생기에 있어서, 튜브들은 직선으로 형성되고, 양쪽단부들에서 튜브씨트들과 연결된다. 반응로냉각제는 증기발생기의 상부에서 워터박스로 유입되고 튜브들을 통해 유동하며 증기발생기의 하부에서 워터박스내부에 수집된다. 더욱 흔한 귀환유동(return flow) 형태의 증기발생기내부에서, 증기발생기의 하부에서 동일한 튜브씨트에 연결된 양쪽단부들을 가지는 역 "U"자 형상의 튜브들이 구성된다. 튜브씨트 아래에 위치한 워터박스는 분할판(division plate)을 포함하고, 상기 분할판은 튜브씨트의 상기 부분을 효과적으로 씰링상태로 만들도록 방향설정이 이루어지고, 상기 튜브씨트는 유출구들을 포함한 상기 부분으로 부터 튜브유입구들을 포함한다. 상기 방법에 의해, 반응로 냉각제는 역 "U"자형 튜브를 통해 워터박스의 유입부분으로 유입되고, 워터박스의 유출부분으로 유입된다. 직선형 또는 귀환유동형의 증기발생기에 있어서, 튜브들의 길이는 매우 길고, 튜브들은 튜브들의 길이를 따라 지지기능이 요구된다. 튜브들의 길이를 따라 다양한 위치에서 열교환기의 쉘내부에 지지판들을 위치설정하여 상기 요구가 달성된다. 지지판들은 튜브들이 통과하는 개구부들을 포함하고, 증기 발생기의 쉘에 연결된 주변부들을 가진다.

튜브들의 설치를 용이하게 하고, 튜브들 및 쉘사이의 서로다른 열팽창을 허용하기 위하여, 지지판내부의 개구부들은 지지판에 대해 튜브의 미끄럼운동을 허용하는 크기보다 더 크다. 그러나, 지지판 내부의 개구부들은 튜브들에 수평방향의 적합한 지지기능을 제공하고, 작업시 과도한 튜브진동을 방지하기에 충분히 작은 크기를 가져야만 한다. 상기 틈새들은 증기 발생기의 작동시 부서진 조각 및 부식물들을 수집하여, 틈새부식을 야기한다. 또한 튜브들 및 튜브씨트들 사이의 조인트들은 틈새부식을 야기하는 틈새들을 가진다.

증기발생기의 튜브들은 여러 가지 형태의 부식기구들에 영향을 받아서, 결과적으로 누출 또는 벽의 상당한 박판화를 야기할 수 있다. 상기 부식기구들은 제 1 물응력부식 크랙킹(primary water stress corrosion cracking), 제 2 측면 인터그래뉼라 어택크(intergranular attack), 제 2 인터그래뉼라 응력부식 크랙킹(intergranular stress corrosion cracking) 및 제 2 측면 웨이스티지(side wastage)를 포함한다. 전형적으로 팽창전이 영역들, 내측열 U-밴드(U-bend)들 및 튜브지지 위치들과 같은 높은 인장잔류응력이 작용하는 위치들에서 제 1 측면 악화 작용이 발생한다. 튜브-대-튜브판 틈새들, 지지판-대-튜브 인터페이스, 진동방지 바 인터페이스(anti-vibration bar interface) 및 슬러지 파일(sludge pile) 영역들을 제공하는 동시에, 불순물들이 집중하는 위치에서 제 2 측면 악화작용이 발생한다. 상기 부식발생 문제들을 감소시키기 위한 최신기술은, 증기 발생기 대체, 악화된 튜브들의 플러깅(plugging), 튜브내측면들의 전기적 플레이팅 및 악화된 튜브들의 슬리빙(sleeving)을 포함한다.

증기발생기의 교체는 실질적인 자본투자, 매출 및 부가된 발전소 부수입의 손실과 함께 몇 달 또는 수년간의 발전소정지를 포함한 문제를 야기한다. 품질이 떨어진 튜브들로 플러깅(plugging)하는 것은 튜브를 수리불능으로 만들고 증기 발생기의 효율을 감소시킨다. 튜브를 플러깅하는 능력은 증기발생기에 관한 작동경험에 기초하여 계산된 "플러깅마진(plugging margin)"에 기초한다. 일단 "플러깅마진"이 확대되면, 튜브들의 또다른 플러깅에 의해 증기발생기의 능력이 감소되고, 전체 발전소는 성능이 저하되고 감소된 능력으로 운전된다.

니켈(nickel)에 의해 증기발생기를 도금하면, 튜브가 수리상태를 유지한다. 또한 니켈플레이팅은 적은 양의 누출상태로 씰링상태를 이루고, 또다른 성능저하를 방지하며, 튜브의 구조적 일체성을 복원하지 않는다. 도금방법의 주요 한계점을 보면, 튜브의 강도가 상당히 약해지기 전에 수리가 수행될 수 있도록 조기에 감지되는 작은 크랙(crack)에만 유효하다.

슬리빙(sleeving)은 비용이 더욱 많이 드는 감소기술이지만 튜브는 수리상태로 유지될 수 있다. 증기발생기의 튜브의 손상된 부분내에 조금만 삽입하는 것에 의해 슬리빙이 이루어지고, 관모양의 슬리브 외경은 증기발생기의 관내경보다 약간 더 작고, 슬리브는 튜브에 용접된다. 일반적으로 슬리브는 튜브와 동일한 재료로 제조되고 실제로 튜브 구성의 손상된 부분을 교체한다. 그러므로 상기 수리방법에 의해 튜브의 구조적 일체성이 복원된다. 일반적으로 증기발생기의 "플러깅마진"에 접근할 때, 슬리빙이 수행된다.

슬리빙에 관한 한가지 방법을 보면, 여기서 참고로 주어지고 William E Pirl에게 1991년 11월 19일에 허여된 미국특허 제 5,066,846 호를 설명한다. 상기 특허에 있어서, 튜브내부에 위치한 레이저빔 용접헤드(laser beam welding head)를 이용하여, 슬리브가 튜브에 용접된다. 레이저공급원으로 부터 공급된 레이저에너지가 광섬유케이블을 통과하고 다음에, 조정된 거울에 의해 슬리브의 내측면위로 빔을 반사시키는 용접헤드를 향한다. 슬리브의 한쪽단부와 근접한 튜브를 따라 용접헤드가 한쪽 축방향 위치내에서 회전하고, 슬리브/튜브 인터페이스(sleeve/tube interface) 주위에서 폭이 좁은 원주방향의 밴드(bend) 내부에서 슬리브를 용융하기에 충분한 열이 레이저빔에 의해 튜브로 전달된다. 슬리브 및 튜브의 기저금속이 용융되고, 용접과정동안 추가로 충진금속이 추가되지 않기 때문에, 상기 방법에 의한 용접을 종래기술에서 흔히 자생용접(autogenous weld)라고 한다. 다음에 용접헤드는 슬리브의 다른 한쪽 단부에서 재위치설정되고, 또다른 자생용접이 수행된다.

상기 방법에 의한 슬리빙이 튜브의 구조적 일체성을 복원하더라도, 상기 슬리빙 다수의 단점들을 가진다. 우선, 필연적으로 슬리브는 튜브통로의 내경을 감소시키고, 증기발생기가 수리시 놓여있을 때 튜브를 통과하는 냉각제유동의 압력강하를 증가시킨다. 만약 튜브씨트와 같은 튜브의 하측부에서 수리가 이루어지면, 또다른 슬리브는 이미 설치된 슬리브를 통해 삽입될 수 없기 때문에 제 1 슬리브의 구성위치 위에서 튜브성능저하를 수리하는 작업이 방해된다. 또한 충진재료없이 슬리브의 단부위에 품질 필렛용접(quality fillet weld)을 형성하기는 매우 어렵기 때문에, 슬리브의 양쪽 단부들에서 이루어지는 자생용접(autogenous weld)들이 일반적으로 튜브의 단부로 부터 들어가 형성된다. 슬리브들의 단부들로 부터 상기 용접들이 들어가 형성되기 때문에, 슬리브의 단부 및 용접부분 사이의 영역에서 슬리브 및 튜브사이에는 틈새가 유지된다. 용접부분들 자체는 폭이 작기 때문에 원주방향의 밴드(band)들, 밴드들 사이에서 슬리브의 외측면은 튜브와 함께 틈새를 형성한다. 수리작업을 필요로 하는 크랙(crack) 또는 핀홀(pin hole)과 같은 튜브손상에 의해 틈새내부로 물이 유입될 수 있다. 증기발생기가 수리시 원위치로 놓여질 때, 상기 틈새는 다시 다수의 형태의 부식작용이 가해진다.

손상된 튜브들의 수리를 위하여, 슬리브를 이용하지 않고도 튜브내부에서 연속적이고 자생적인 용접을 이용하는 방법들이 수행되어왔다. 그러나 자생용접이 이용될 때, 틈새형성 및 사이공간을 야기하는 산화표면들이 손상과 관련된 부식에 의해 남겨지기 때문에, 상기 방법들은 실패했다. 충진재료가 용접과정에서 이용된다면, 자생용접과 관련된 틈새형성 및 사이공간 형성을 방지하는 탈산 및 점성조절제들이 충진재료에 포함될 수 있다. 또한 충진재료를 이용하면 튜브벽증가능력이 가능하여, 새로운 용접 디포지트(weld deposit)에 의해 손상된 튜브를 구조적으로 완전히 교체하게 된다.

따라서 PWR 발전소의 미래 요구사항들을 충족시키기 위한 개선된 감소기술이 필요한 것이 분명하다. 일단 플러깅마진이 이용되고, 다량의 슬리브(예를 들어 10%의 튜브보다 많게)들이 연속되는 작업을 가능하도록 설치된다면, 결과적으로 튜브성능저하는 결과적으로 증기발생의 교체, 발전소 작동속도 저하, 시설의 운전정지를 야기한다. 따라서, 발전소 운전수명까지 경제적인 비용으로 튜브사용을 연장할 수 있는 선택적 수리기술이 필요하다.

미국특허 제 5,430,270 호 및 제 5,514,849 호에 따르면, PWR 발전소에서 경제적으로 튜브사용을 증가시키는 기술이 소개된다. 본 발명의 양수인에게 양도된 미국특허 제 5,430,270 호에 따르면, 열교환기 튜브의 내부면을 클래드 용접하기 위한 기술이 설명된다. 본 발명의 양수인에게 양도된 미국특허 제 5,514,849 호에 따르면, 동기회전장치를 통해 열교환기튜브의 내부면을 클래드(clad)용접하기 위한 개선된 기술이 설명된다. 레이저용접프로브(laser welding probe)가 동기회전장치내부에 위치한다. 정밀한 용접작업을 수행하기 위해, 정해진 위치 전형적으로 중심잡기된 위치에 레이저용접헤드를 위치하는 것이 필수적이다. 상기 목적은 본질적으로 달성하기 어렵고, 만약 한 개의 레이저 용접프로브가 서로다른 크기의 튜브들과 함께 이용된다면, 더욱더 이루어지기 어렵다. 서로다른 크기의 튜브는 반드시 서로다른 열교환기튜브에 국한되기 보다는, 슬리브수리작업에 의한 튜브의 경우에서 처럼, 동일한 열교환기튜브가 서로다른 내부원주들을 가질 수 있다.

종래기술에 따르면, 구조물내에 장치의 중심잡기를 위해 스프링 가압식 패드(pad), 휠(wheel), 또는 레버(lever)들이 이용되어왔다. 만약 미국특허 제 5,514,849 호의 동기회전장치에 상기 기술이 적용된다면, 상기 기술은 회전저항 또는 드래그(drag)를 야기하여, 레이저용접프로브시스템의 회전속도 및 안정성에 영향을 준다.

상기 설명들을 참고할 때, 튜브내부에서 레이저용접프로브의 중심잡기를 위한 개선된 기술을 제공하는 것이 매우 필요하다. 튜브내부에서 용접헤드의 반경방향위치를 유지하면서 용접헤드의 원활한 회전운동을 가능하게 하고 저항이 적은 중심잡기 방법이 제공되어야 한다. 또한 서로다른 내측 원주들을 가진 튜브 또는 튜브들과 함께 한 개의 레이저용접헤드가 이용가능해야 한다.

본 발명은 일반적으로 가압수 반응로 발전소내의 증기발생튜브와 같은 열교환튜브의 정비와 관련된다. 좀더 특별히, 본 발명은 정비중 열교환튜브내부에서 레이저 용접프로브(laser welding probe)의 중심잡기기술과 관련된다.

도 1 은 가압수 원자로발전소내에서 이용되는 전형적인 증기발생기의 측면도.

도 2 는 충진재료로서 미리 위치설정된 코일구조의 와이어를 이용하고 증기발생기 내부에 위치하는 레이저 클래드 용접수리장치(laser clad welding repair apparatus)에 관한 실시예의 단면도.

도 3 은 튜브지지판 근처에서 증기발생기 내부에 위치한 레이저 클래드 용접장치에 관한 또다른 실시예의 단면도.

도 4 는 클래드용접되어야 하는 영역위에 직접 미리 위치설정된 코일형태의 충진금속을 이용하고, 증기발생기내부에 위치한 레이저클래드 용접장치에 관한 선택적 실시예의 단면도.

도 5 는 본 발명을 따르는 회전장치의 측면도.

도 6 은 도 5 의 회전장치에 구성된 회전슬리브의 단부에 위치하고 회전하는 용접헤드의 측단면도.

도 7 은 쐐기형 프리즘을 가진 레이저에너지 방향변환 조립체의 측면도.

도 8 은 본 발명을 따르는 회전장치의 선택적 실시예에 관한 측면도.

도 9 는 도 8 의 회전장치에 구성된 회전슬리브의 단부에 위치하고 회전하는 용접헤드의 측단면도.

도 10 은 절단된 광섬유 케이블을 가진 레이저에너지 방향변환 조립체의 측면도.

도 11 은 곡선형상의 광섬유케이블을 가진 레이저에너지 방향변환 조립체의 측면도.

도 12 는 도 5 의 장치에 따라 이용될 수 있는 광커플러(optical coupler)의 측면도.

도 13 은 도 12 의 광커플러에 구성되고 고정된 광학조립체의 확대측면도.

도 14 는 도 12 의 광커플러에 구성되고 회전하는 케이블 인터페이스의 확대측면도.

도 15 는 안전광섬유 및 해당 안전광섬유 포토셀을 포함하는 회전기능의 케이블인터페이스의 확대측면도.

도 16 은 비회전구조의 보호커버를 포함하는 회전슬리브의 단부에 위치하는 회전식 용접헤드의 측단면도.

도 17 은 본 발명을 따르는 자동조심 레이저 용접프로브(self-centering laser welding probe)의 측면도.

도 18 은 본 발명을 따르는 자동조심 레이저용접프로브의 선택적 실시예에 관한 측면도.

도 19 는 본 발명을 따르는 자동조심 레이저용접프로브의 선택적 실시예에 관한 측면도.

도 20 은 수축된 위치에서 센터링볼(centering ball)을 가진 본 발명의 "센터링볼(centering ball)"에 관한 측면도.

도 21 은 확대된 위치에서 센터링볼을 가진 본 발명의 센터링볼에 관한 측면도.

여러 장의 도면들에 걸쳐서 동일한 도면부호들은 동일한 부품들을 나타낸다.

* 부호설명

10 ... 증기발생기 20 ... 튜브

28,30,42,44 ... 노즐 50 ... 지지판

100 ... 레이저공급원 102 ... 광섬유

200,334 ... 용접헤드 202 ... 회전몸체

203,205 ... 통로 204 ... 거울

206 ... 회전조인트 208 ... 회전부분

210 ... 정지부분 212 ... 구동모터

213,215 ... 렌즈 214 ... 가요성케이블

220 ... 베어링 222 ... 판스프링

224 ... 슈 230 ... 공급모터

232 ... 마찰차 234 ... 안내부

250 ... 씨트 300 ... 로드

326 ... 충진기조립체 332 ... 미끄럼 링

353 ... 컴퓨터제어기 396 ... 입력렌즈조립체

397 ... 쐐기프리즘 398 ... 출력렌즈조립체

450 ... 기저판 452 ... 광학조립체

454 ... 케이블인터페이스조립체 600A,600B ... 용접프로브

본 발명은 튜브의 내부면을 용접하기 위한 방법을 포함한다. 튜브내부면내에서 위치설정을 하도록 구성된 레이저용접프로브몸체가 상기 장치에 포함된다. 실제로 튜브의 내측면 및 레이저용접프로브몸체 사이에 형성된 원형공간 내부에서 레이저용접프로브 몸체의 중심잡기를 위하여, 유체압력에 의존하는 중심잡기기구가 이용된다. 한가지 실시예에 있어서, 한 세트의 씰(seal)들이 중심잡기 기구에 구성된다. 또다른 실시예에 있어서, 유체압력에 반응하여, 원형공간 내부에서 레이저 용접프로브몸체의 중심잡기기능을 수행하는 한 세트의 센터링 볼(centering ball)들이 중심잡기기구에 구성된다. 레이저 용접작업동안 사용된 보호가스에 의해 유체압력이 형성될 수 있다.

튜브내부에서 레이저용접프로브몸체의 중심잡기를 위한 효과적인 기술이 본 발명에 의해 제공된다. 상기 중심잡기작업은 레이저용접정밀도의 상당한 개선을 제공한다. 상기 기술에 의해 회전저항은 최소화되어, 레이저용접프로브시스템의 회전속도 및 안정성이 보호된다. 유리하게, 다양한 튜브원주들에 의해 본 발명의 한가지 실시예가 이용될 수 있다.

본 발명의 특징을 이해하기 위해, 첨부된 도면들과 함께 다음의 상세한 설명을 참고한다.

본 발명은 열교환기 또는 재료 전달시스템내에서 이용되고 부식되거나 손상된 소직경의 튜브들을 수리하는 작업과 관련된다. 예를 들어 가압수 원자로 핵발전소 싸이클내에서 이용되는 증기발생기로서 알려진 열교환기가 본 발명의 장치 및 작동에 관한 하기 상세한 설명에서 이용된다.

여러개의 도면들에 걸쳐서 동일 부호들이 동일 부품들을 나타낼 때, 도 1 을 참고하면, 귀환형의 전형적인 증기발생기(steam generator)가 도시된다. 증기발생기(10)는 쉘(shell)(12), 튜브 보호요소(14), 튜브 씨트(16) 및 워터박스(18)로 구성된다. 명확한 설명을 위하여, 단지 한 개의 U자형 튜브(20)가 도시되더라도, 튜브 번들(tube bundle)은 수천개의 튜브(20)들로 구성되는 것으로 이해한다. 분할판은 워터박스(water box)(18)를 유입부(24) 및 유출부(26)로 나눈다. 작동시, 고온인 원자로의 냉각제가 노즐(28)을 통해 유입부(24) 또는 워터박스(18)로 유입된다. 유입부(24)로 부터 냉각제가 튜브(20)들을 통해 워터박스의 유출부(26)로 유동하며, 노즐(30)을 통해 (도면에 도시되지 않은) 원자로로 귀환한다. 제 2 유수가 노즐(40)을 통해 쉘(12)내부로 유입되고, 튜브(20)들과 접촉하여 가열된다. 제 2 유수가 가열되면, 유수는 끓고 증기를 발생시키며, 상기 증기는 노즐(42,44)을 통해 증기발생기(10)의 상부에서 쉘(12)로 부터 유출한다. 다음에 (도면에 도시되지 않은) 전기 발전기를 구동하기 위해 증기가 팽창되는 (도시되지 않은) 증기터빈으로 증기가 유입된다.

증기 발생기에 있어서, 튜브씨트(16) 내부의 튜브개구부내에 튜브를 팽창시키거나, 씰용접하는 것에 의해 튜브(20)들이 튜브씨트(16)에 연결된다. 튜브(20)들의 통로를 형성하는 개구부들을 포함한 튜브지지판(50)들이 쉘(12) 내부에서 여러 가지 높이들에 위치한다. 튜브들이 지지판들 내부에서 수직방향으로 미끄럼운동을 할 수 있도록, 튜브지지판(50)들 내부의 개구부직경들은 튜브(20)들의 외경들보다 약간 더 크다. 상대적으로 미끄럼운동이 가능하므로 서로다른 열팽창을 수용하기 위해 필요하고, 상기 열팽창은 증기발생기(10)가 작동상태로 작동온도까지 서서히 가열될 때 발생한다. 상기 설명에서와 같이, 튜브(20)들이 튜브씨트(16)에 부착되는 위치에서 형성되는 틈새들 뿐만 아니라 지지판(50) 및 튜브(20)들 사이에 형성된 틈새들이 튜브(20)들의 상태를 악화시키려 결과적으로, 튜브의 파괴 또는 파손을 야기하는 부식될 수 있다.

도 2 를 참고할 때, 레이저 클래드용접 수리장치의 한가지 실시예가 단면도로서 도시된다. 직경이 작은 튜브의 내부를 클래드용접(clad weld)을 하기 위한 본 발명의 전체 구성 및 방법이 도 2 에 도시된다. 증기발생기를 구성하는 튜브(20)의 일부분이 튜브지지판(50)을 통과한다. 전형적으로, 튜브지지판(50)을 통과하는 개구부의 내경 및 튜브(20)의 외부면사이의 간격은 0.008인치 내지 0.015인치의 크기를 가진다. 틈새부식이 잠재적으로 나타날 것이 분명하다. 상기 실시예에 있어서, 증기발생기 내부에 위치한 상기 장치는 충진기 재료로서 미리 위치설정된 코일구조의 와이어를 이용한다.

손상된 튜브(20)를 용접하기 위한 열공급원은 레이저 공급원(100)이다. 흔히 용접용으로 이용되는 형태의 레이저공급원(100)은 Nd:YAG 레이저이다. 발명가들에 의해 이용되어온 레이저의 실례는 호바트 레이저 프로덕트 모델 2400 으로서, 2400와트(watt)의 출력을 가진다. 레이저공급원(100)에 의해 발생된 레이저가 용접헤드(weld head)(200)로 안내되는 광섬유(102)에 상기 레이저공급원(100)이 연결된다.

용접헤드(200)는 원통형의 회전몸체(202)로 구성된다. 회전몸체(202)의 축에 대해 정해진 각도의 방향을 형성하는 거울(204)이 회전몸체 내부에 설치된다. 하기 설명과 같이, 방향변환 광학기구는 거울(204)로서 대체될 수 있다. 레이저빔광선을 위한 두 개의 통로들이 회전몸체(202)내에 천공된다. 제 1 통로(203)가 회전몸체(202)의 축과 동심을 이루고, 하부표면으로 부터 구성되고, 거울(204)에서 구성이 끝난다. 제 2 통로(205)가 몸체(202)의 원주부로 부터 반경방향으로 천공되고 다시 거울(204)에서 구성이 끝난다. 상기 구성에 의해, 몸체(202)의 하부로 유입하는 레이저빔광선이 거울(204)로 부터 반사되어 튜브(20)의 내부면을 향해 반경방향으로 반사된다.

회전조인트(rotary joint)(206)가 몸체(202)의 하부에 연결된다. 회전조인트(206)는 상부 및 하부의 회전부분(208) 및 회전부분(210)을 가지고, 용접헤드(200)의 몸체(202)는 축주위에서 회전가능하다. 회전운동하는 헤드구동모터(212)가 회전조인트(206)의 정지부분(210)에 연결된다. 용접헤드(200)가 작동하는 동안 몸체(202)를 회전시키는 필요한 회전력을 제공하며 중공축구조의 소형 전기모터 또는 공압모터가 구동모터(212)로서 구성된다.

레이저공급원(100)에 연결되고 광섬유(102)를 포함하는 가요성 케이블(214)에 구동모터(212)의 하부가 연결된다. 또한 구동모터(212)가 전기 구동모터일 때 전원을 공급하기 위해 (도면에 도시되지 않은) 전기선이 상기 케이블(214)에 포함된다.

용접헤드(200)를 구동하기 위해 공압모터가 이용될 때, 구동모터(212)를 구동하기 위해 케이블(214)은 (도면에 도시되지 않은) 공기압 튜브를 가진다. 또한 용접분야의 당업자에게 알려진 바와 같이, 최종용접상태를 개선하기 위한 아르곤(argon) 또는 헬륨(helium)과 같은 보호가스를 전달하기 위한 (도시되지 않은) 관이 케이블(214)에 포함된다. 흔히 광섬유케이블, 전선관 및 슬리브 사이의 간격을 통해 보호가스가 가압되더라도, 보호가스는 구성된 튜브 또는 관을 통해 전달될 수 있다. 다음에, 가스를 용접공정으로 공급하기 위해 용접헤드에 구멍을 천공하여, 가스가 분배된다.

구동모터(212)가 중공축을 가지기 때문에, 레이저에너지는 회전조인트(206) 및 구동모터를 통해 거울(204)로 전달될 수 있다. 초점렌즈(213,215)들이 구동모터(212)의 중공축내부에 장착된다. 튜브(20)의 내부면위에 레이저에너지가 집중되도록, 상기 렌즈들은 통로의 초점거리를 조절가능하다. 초점길이가 조정가능한 렌즈(213) 및 렌즈(215) 사이의 거리를 조절가능하여, 동일한 용접헤드(200)가 서로다른 내경의 튜브들내부에 이용될 수 있고 당업자에게 공지된 여러 가지 방법들이 이용가능하다.

링모양의 베어링(220)이 회전몸체(202)의 상부에 장착된다. 상대회전운동을 허용하도록, 베어링(220)이 몸체(202)에 회전가능하게 연결된다. 판스프링(222)들이 회전베어링(220) 및 구동모터(212)에 연결되고, 판스프링의 단부위에 장착된 슈(224)들이 판스프링(222)에 구성된다. 판스프링(222)들에 의해 용접헤드(200)의 중심축으로 부터 슈(224)들이 반경방향으로 하중을 받는다. 용접헤드가 작동되는 동안, 슈(224)들은 용접헤드(200)를 튜브(20) 내부에서 중심잡기가 유지되고, 튜브(20)의 내벽과 결합된다. 그러나, 슈(224) 및 튜브(20) 사이에서 상대적으로 약한 마찰작용에 의해 용접헤드(200)가 튜브내부에서 축방향으로 용이하게 운동하고 그결과 용접헤드는 용접작업을 위해 정확한 위치설정이 이루어질 수 있다.

충진기 와이어 공급모터(230)가 용접헤드몸체(202)의 상부 및 링모양의 베어링(220) 내부에 장착된다. 자동차산업에서 가스 또는 헬리아크(heliarc) 용접에서 상기 와이어공급모터(230)가 이용되어왔다. 따라서, 와이어공급모터의 구성 및 작용은 공지기술이다. 와이어공급모터(230)는 중공축 및 복수개의 마찰차(232)들을 가지고, 상기 마찰차들은 와이어를 고정하여 상기 중공축을 통해 선형으로 와이어를 공급한다. 마찰차(232)들의 회전축이 용접헤드몸체(202)의 회전축과 경미하게 오프셋(offset) 구성된다. 따라서 용접헤드몸체(202)가 회전됨에 따라, 상기 마찰차들에 의해 마찰차들의 접선방향 결합면들 사이에서 고정된 와이어에 선형운동이 이루어진다. 구동모터(230)의 하측변부에서 와이어공급모터의 중공축의 구성은 와이어 안내부(234)와 일직선상태를 이루며 끝난다.

와이어안내부(234)는 용접헤드몸체(202)를 통해 천공된 통로이다. 용접헤드몸체(202) 내부에서 와이어안내부(234)의 상측입구가 중심잡기기능이 이루어지고, 레이저빔통로(205)의 반경방향 출구 바로 상측 및 몸체(202)의 측면에서 안내부(234)의 하측출구가 위치한다. 상기 구성에 의해, 안내부(234)로 공급되는 와이어가 용접위치를 향한다. 용접헤드(200)위에 충진기 와이어(240)가 구성된다.

충진기 와이어(240)는 튜브(20)와 유사한 재료로 제조된다. 부식에 의한 크랙발생을 감소시키기 위해 튜브재료보다 크롬함량이 더 많은 Inconel?? 합금이 이용된다. Inconel?? 합금 625, 52 또는 72가 이용가능하고, 실리콘 및 타이타늄과 같은 탈산 및 점성조절제를 포함할 수 있다.

튜브(20)의 내경과 대략 일치하는 외경을 가진 코일로 충진기와이어(240)가 미리 성형된다. 용접헤드(200)가 작동하는 동안 코일구조의 충진기와이어(240) 및 튜브(20)의 내부면사이의 마찰력에 의해 와이어의 소요위치가 유지된다.

충진기와이어(240)의 하단부가 와이어공급모터(230) 내부에서 마찰차(232)들을 통과하여 안내부(234)로 들어가고, 몸체(202)의 측면을 나와 용접위치에 도달한다. 수리작업시, 용접헤드(200)가 튜브(20) 내부에 위치한다. 용접헤드(200)에 의해 레이저에너지가 광섬유로 부터 튜브(20)의 내벽에 대해 반경방향을 향한다.

본 발명에 따라 튜브수리작업을 수행하기 위한 절차 및 작업이 설명된다. 우선, 코일의 외경이 튜브(20)의 내경과 대략 일치하도록, 충진기와이어(240)가 코일을 형성한다. 코일이 튜브내부에 삽입된 후, 와이어(240)의 단부가 튜브(20)의 중심선위에 위치하도록, 와이어의 하단부가 튜브(20)의 중심선위에 놓이고, 다음에 하향으로 구부러진다. 다음에 충진기와이어의 코일이 튜브(20) 내부로 삽입되고, 소요 용접수리위치보다 약간 더 높은 위치로 가압된다. 튜브(20)의 내경보다 약간 작은 외경을 가지고 가요성을 가진 중공호스를 이용하여, 튜브내부에서 상기 코일은 형상변형없이 이동될 수 있다.

충진기 와이어의 코일이 위치설정된 후에, 용접헤드(200)가 튜브(20) 및 와이어공급모터(230)로 삽입된다. 내측반경방향으로 슈(224)들을 압축하고 다음에 튜브(20) 내부로 용접헤드(200)를 삽입하면, 용접헤드(200)가 삽입된다. 다음에 용접헤드(200)가 수리위치에 위치할 때까지, 케이블(214)을 튜브(20) 내부로 공급하여 용접헤드(200)가 튜브내부에 가압된다. 용접헤드(200)가 적합한 위치에 도달하면, 미리 위치설정된 충진기와이어의 코일단부가 와이어공급모터(230) 내부의 중심으로 공급되고, 마찰차(232)와 결합된다. 또한 동시에 용접헤드 및 충진기와이어가 튜브내부로 삽입되도록, 용접헤드의 상부에 장착된 실린더 내부에서 충진기와이어의 코일이 위치설정될 수 있다.

용접작업을 개시하기 위하여, 용접헤드몸체(202)를 회전시키는 구동모터에 전기 또는 공기압이 가해진다. 용접헤드몸체(202)가 회전하면, 와이어공급모터(230)는 와이어(240)를 와이어안내부(234)를 통해 튜브(20)의 내벽까지 공급한다. 동시에, 레이저공급원(100)의 전원이 켜지고, 레이저에너지가 광섬유(102) 및 거울(204)을 통해 튜브(20)의 내벽으로 전달된다. 케이블(214)을 끌어당기면, 용접헤드(200)가 튜브(20) 내부에서 축방향으로 이동될 수 있다. 선택적으로, 당업자에게 공지되고, 용접헤드몸체(202) 및 링모양의 베어링(220) 사이에 형성된 정밀한 나사체결에 의해, 용접작업시 용접헤드몸체(202)의 균일한 축방향 전진운동이 이루어질 수 있다. 따라서 용접헤드몸체(202)가 회전운동함에 따라, 튜브(20)의 기저금속은 용융되고 동시에, 충진기와이어가 용접위치로 공급된다. 클래드용접을 형성하기 위해, 충진기와이어가 용융된다.

도 3 을 참고할 때, 레이저클래드 용접장치의 또다른 실시예에 관한 단면도가 간단하게 도시된다. 상기 실시예에 있어서, 상기 충진기와이어(240)와 관련하여 용접재료의 얇은 씨트(250)가 이용된다. 상기씨트내에서 이용되는 용접재료는 충진기와이어(240)에 관한 설명에서 처럼 탈산 및 점성조절제를 가진다. 충진기금속의 씨트(250)는 대략 0.025인치의 두께를 가지고 수리되어야 하는 튜브단면의 길이와 일치하는 길이를 가진 중공구조의 실린더를 형성하도록 구부러진다(충진기금속의 두께는 소요 증가두께 또는 클래드두께에 의해 결정된다). 따라서 실린더의 외경은 튜브(20)의 내경과 대략 동일하고 따라서, 와이어코일에 대한 상기 설명과 유사하게 실린더의 위치가 미리 결정된다.

실린더가 미리 위치설정된 후에, 튜브내부로 용접헤드(200)가 삽입되고, 동일한 방법으로 용접이 이루어진다. 형성되는 용접상태에 의해 균일한 클래딩(cladding)상태가 형성되고, 상기 클래딩상태는 튜브의 내경을 단지 0.050인치 만큼 감소시킨다. 용접에 의한 관통깊이는 0.047인치의 클래드두께를 형성하는 대략 0.022인치가 되며, 얇은 씨트(250) 및 튜브(20)사이에 우수한 결합상태가 형성된다. 0.047인치의 클래드두께는 0.042인치의 규정두께를 가진 원래 벽두께 및 튜브의 구조적 일체성을 충분히 복원한다. 선택된 용접매개변수(레이저출력, 이동속도, 피치 포일(foil) 두께 등)에 의해 관통두께 및 클래드두께가 제어된다.

제 4 도를 참고할 때, 본 발명의 제 3 실시예가 도시된다. 증기발생기의 튜브내부에 위치하고, 클래드용접되는 영역위에 바로 충진금속와이어의 코일을 이용하는 레이저 클래드용접 수리장치의 선택적 실시예가 단면도로 도시된다. 상기 실시예에 있어서, 정해진 각도 예를 들어 45°도 각도로 상부에 장착되는 거울(204)을 가진 중구조 및 나사구조의 로드(rod)(300)가 용접헤드(200)에 구성된다. 원형을 이루고 내부나사를 가진 상부의 상단부판(302)내부로 로드(300)가 나사체결된다. 구동모터(212)를 위한 아마츄어(304)로서 로드(300)의 하단부가 작동한다. 안내로드(310)에 의해 와셔(washer) 형상의 하단부판(306)에 상단부판(302)이 연결된다. 상기 상단부판 및 하단부판(302,306)이 판스프링(222) 및 슈(224)에 의해 튜브(20) 내부에서 소요위치에 고정된다. 안내로드(310)는 "T"자 형상의 단면을 가지고, 중심플랜지(center flange)를 가진 로드(300)의 축과 평행하게 위치하며, 상기 중심플랜지는 용접헤드장치(200)의 중심을 향해 내측반경방향을 향한다. 안내로드(310)의 변부들을 수용하는 각각의 측부에서 모터(212)의 스테이터(stator)(312)가 종방향요홈(314)들을 가진다. 케이블(214)에 연결되는 회전조인트(206)에 아마츄어(304)의 하부가 부착된다.

작동시, 클래드용접되는 영역 바로 상부 및 튜브(20) 내부에서 충진기와이어(240)가 빽빽하게 감겨진 코일의 위치설정이 이전에 이루어진다. 다음에 와이어(240)의 약간 위에 거울(204)이 위치하도록, 용접헤드(200)가 튜브내부로 삽입된다. 레이저에너지가 용접헤드(200)에 공급되고, 모터(212)에 에너지가 주어질 때, 와이어(240)의 코일위로 레이저에너지를 향하면서 로드(300) 및 거울(204)이 회전한다. 또한, 회전속도와 동기화되는 속도로 코일구조의 와이어(240)를 통해 축방향 및 하향으로 용접 빔이 운동하면서, 로드(300)는 상단부판(302)으로 나사체결된다. 로드(300)가 축방향으로 운동하도록, 스테이터(312)는 안내로드(310)를 따라 미끄럼운동하지만, 안내로드(310)의 변부들과 결합된 요홈(314)들에 의한 회전운동은 방지된다. 따라서 레이저빔은 튜브내부에서 회전하고 축방향으로 운동하며, 튜브(20)의 내부면에 와이어(240)를 용융시키며, 균일한 클래드 용접상태를 형성한다.

손상된 튜브(20)들을 수리하기 위해 회전장치(320)가 이용되고 본 발명을 따르는 선택적 실시예가 도 5 에 도시된다. 상기 실시예에 있어서, 도 2 내지 도 5 의 실시예에서 이용된 회전운동의 헤드 구동모터(212) 및 회전조인트(206)가 다수의 회전요소들로 대체된다. 구체적으로 말해, 회전슬리브(324)의 단부에 회전운동하는 용접헤드(322)가 위치한다. 회전구동기구(325)는 슬리브(324)를 회전시킨다.

충진기금속 수용기(328) 및 충진기 금속전달시스템(330)을 포함하는 충진기조립체(326)가 동시에 회전구동기구(325)에 의해 회전된다. 용접되어야 하는 충진기금속이 충진기금속수용기(328)에 의해 고정된다. 일반적으로, 릴형태의 충진기 금속와이어가 충진기 금속수용기(328)로서 구성될 수 있다. 충진기 금속 전달시스템(330)은 충진기금속을 수용하고, 회전슬리브(324) 내부에서 상기 충진기금속을 충진기 통로에 전달한다. 회전슬리브(324) 및 충진기조립체(326)가 동기화되어 회전하기 때문에 충진기금속은 엉키지 않는다.

충진기 조립체 미끄럼링(slip ring)을 통해 충진기 금속 전달시스템(330)에 하중이 가해진다. 서로다른 와이어 공급속도를 허용하여 클래드 두께를 제어하고 레이저출력레벨(laser output level), 운동속도, 회전피치 및 다른 요소들사이의 변화를 조정가능하도록, 와이어공급모터의 속도가 변화될 수 있다.

가스공급원(338)에 연결된 가스연결구(336)가 또한 회전장치(320)에 포함된다. 회전슬리브(324)는 회전운동하는 광섬유케이블(340)을 포함한다. 고정된 광섬유케이블(343)에 레이저공급원(334)은 에너지를 공급한다. 선호되는 실시예로서 설명된 광학연결기(342)를 통해 고정된 광섬유케이블(343)로 부터 회전하는 광섬유케이블(340)로 레이저에너지가 전달된다.

축(351)상에 장착된 축방향 구동시스템(350)에 의해 회전장치(320)의 종방향축을 따라 회전장치가 이동된다. 회전슬리브(324)를 제위치로 안내하기 위해 안내롤러(349)들이 이용될 수 있다. 회전장치 구동기구(325), 축방향 구동시스템(350) 및 충진기 재료전달 시스템(330)의 작동을 제어하기 위해 컴퓨터제어기(353)가 이용된다. 특히, 회전장치 구동기구(325)의 속도, 축방향 구동시스템(350)의 위치, 충진기재료 전달시스템(330)의 충진기전달속도를 설정하기 위해 컴퓨터제어기(353)가 이용된다.

회전하는 용접헤드(322)의 확대 단면도를 제공하는 도 6 을 참고하여, 회전장치(320)의 작동이 더욱 상세히 설명된다. 충진기 통로(386)를 형성하는 몸체(380)가 용접헤드에 포함된다. "와이어관(wire conduit)"라고도 일컫는 충진기통로(386)는 회전슬리브(324)의 구성길이에 걸쳐 구성된다. 충진기(388)가 충진기 금속전달시스템(330)으로 부터 충진기통로(386)를 통해 몸체개구부(394)로 충진기(388)가 가압된다. 레이저에너지가 몸체개구부(394)를 통해 전달되고 충진기(388)를 용접한다. 가스관(389)은 보호가스를 용접헤드(322)에 전달한다. 다수의 위치에서 가스를 개구부(394)에 분포시키는 (도시되지 않은) 분배채널에서 가스관(389)의 구성이 끝난다.

용접헤드(322)의 몸체(380)내부에 위치한 광섬유케이블(340)이 도 6 에 도시된다. 회전하는 광섬유케이블(340)이 회전슬리브(324)의 구성길이에 걸쳐 구성되고, 고정된다.

레이저에너지의 방향변환기(392)에서 광섬유케이블(340)의 구성이 끝난다. 본 발명의 이전 실시예에 있어서 레이저에너지의 방향변환기(392)가 거울(204)형태로 설명되었다. 상기 방향변환기(392)는 또한 광학조립체로서 구성가능하다. 입력렌즈 조립체(396), 쐐기프리즘(397) 및 출력렌즈 조립체(398)를 포함하는 레이저에너지의 선택적 방향변환기(392)가 도 7 에 도시된다. 쐐기프리즘(397)에 의해 레이저에너지의 방향이 변화한다. 거울(204)을 이용할 때보다, 쐐기프리즘(397)은 더욱 높은 레이저에너지를 제공한다.

레이저에너지는 수용표면에 대해 직각으로 향한다. 종래기술을 따르는 장치에 따르면, 레이저에너지가 표면에 대해 직각으로 부딪히도록 표면에 레이저에너지의 방향을 형성한다. 상기 구성에 의하여 반사하는 레이저에너지가 유입하는 레이저에너지를 교란시킨다. 또한, 광학장치에 대한 손상을 방지하기 위한 종래기술에 의하여 제거되어야만 하는 프룸 및 스파터(plume and spatter)가 발생된다. 레이저에너지가 도 7 에 도시된 것처럼 예를 들어 45°도 각도로 용접되어야 하는 표면위에 부딪힐 때, 반사되는 레이저에너지는 유입되는 레이저에너지를 교란시키지 않는다.

도 8 은 본 발명의 또다른 실시예를 도시한다. 도 8 의 실시예는 일반적으로 도 5 의 실시예와 동일하지만, 고정된 내측튜브(402)는 회전슬리브(324) 내부에 위치한다. 회전슬리브(324A)가 회전하는 동안, 고정된 내측튜브(402)에 의해 고정된 광섬유케이블(343)은 정지상태를 유지한다. 다시 말해, 도 5 의 실시예와는 달리, 도 8 의 광섬유케이블은 회전하지 않는다. 광섬유케이블이 회전하지 않기 때문에, 도 5 의 광학연결기(342)는 불필요하다. 대신에, 고정된 내측튜브지지대(404)가 이용된다.

도 9 는 도 8 의 장치와 함께 이용가능한 용접헤드(322A)를 도시한다. 고정된 내측튜브(402)에 위치한 고정된 광섬유케이블(343)이 도시된다. 고정된 내측튜브(402) 주위에서 회전슬리브(324A)가 회전운동한다. 회전슬리브(324A)는 가스관(389)을 포함한다. 충진기통로로서 이용되고, (점선으로 도시된) 기계가공된 요홈(386A)이 회전슬리브(324A)에 포함된다. 회전슬리브(324A)의 구성길이에 걸쳐서 충진기통로(386A)가 구성된다. 또한 회전슬리브(324A)의 구성길이에 걸쳐 구성되면서 충진기통로는 크기가 작게 구성될 수도 있다. 상기 실시예에 있어서, 회전슬리브(324A)와 함께 레이저에너지의 방향변환기(392)가 회전운동하고, 정지상태의 광섬유케이블(343)로 부터 레이저에너지를 수용한다.

방향변환기(392A)의 선택적 실시예가 도 10 에 도시된다. 상기 실시예에 있어서, 쇄기를 형성하기 위해 광섬유케이블(343A)은 출력단부(405)에서 경사구조를 가진다. 상기 실시예에 의해, 이전에 쐐기프리즘 또는 거울을 필요로 하던 레이저에너지의 방향변환기능이 제공된다. 레이저빔은 직교를 이루지 않고 광케이블(343A)을 유출하고, 초점렌즈(406)를 통해 용접위치를 향하게 된다. 상기 설계의 장점을 보면, 상기 설계에 의해 (시준 렌즈, 중간초점렌즈 및 쐐기프리즘과 같은) 광학 구성요소들의 갯수가 감소되고 그결과, 각각의 인터페이스(interface)에서 에너지 손실 및 광학헤드의 전체비용이 감소된다.

레이저에너지의 선택적 방향변환기(392B)가 도 11 에 도시된다. 상기 실시예에 있어서, 표면(20)에 대해 미리 선택된 비직교 각을 구하기 위해 광섬유케이블(343B)이 구부러진다. 광섬유케이블(343B)로 부터 레이저에너지출력은 초점렌즈(408)를 통해 표면(20)위의 용접위치를 향하게 된다. 방향변환기의 상기 실시예에 의해 광학 구성요소들의 갯수가 제거되어 에너지손실이 감소된다.

캘리포니아 리버모아 소재의 Hobart Laser Products Inc.에 의해 제조되고, 1064 나노미터(nanometer) 파장의 Hobart 2400 와트(watt)의 레이저를 이용하여, 도 5 내지 도 11 의 실시예들이 실시되어왔다. 가요성을 가진 금속제 커버내부에 삽입되고 용융된 실리카섬유(silica fiber)에 의해 본 발명의 광케이블이 제조되는 것이 선호된다. 레이저빔의 표면흡수를 방지하고 전달을 향상시키기 위해 상기 섬유에 반사기능의 코팅(coating)이 덮여진다. 광케이블은 600 내지 800 마이크론 스폿(micron spot)의 크기를 가질 수 있다. 회전슬리브(324)는 스테인레쓰강 또는 가요성의 금속제 튜빙(tubing)으로 제조될 수 있다.

0.5인치의 외경 및 0.370인치의 내경을 가진 원형슬리브에 의해 회전슬리브(324)가 구성되어왔다. 충진제와이어 크기에 의해 충진제통로(386)의 크기가 결정된다. 충진제통로(386)의 크기는 와이어직경의 수천분의 일인치이다. 흔히 사용되는 와이어직경들은 0.020, 0.025, 0.030 및 0.035 인치이다.

가스연결구(336)는 정지상태로 고정되고, 슬리브(324)는 가스연결구(336)를 통해 자유롭게 회전될 수 있다. 가스연결구(336) 내부에 가스압력을 유지하는 동시에, 슬리브(324)의 회전운동을 허용하는 O링이 가스연결구(336)에 포함된다. 슬리브(324)는 구멍들을 가져서, 가스가 가스공급원(338)으로 부터 슬리브(324)의 내부까지 전달될 수 있다. 다음에 가스관(389)을 통해 가스가 용접헤드(322)에 전달된다. 가스관(389)을 이용하는 대신에, 광섬유케이블(340), 와이어관(386) 및 슬리브(324)사이에 간격이 구성될 수 있다.

회전장치의 구동기구(25)는 스텝모터(stepper motor)로 구성되는 것이 선호된다. 기어 또는 벨트와 같은 종래기술에 의해 구동기구(325)가 회전슬리브(324) 및 충진기조립체(326)에 연결된다.

축(351)위에 장착된 스텝모터에 의해 축방향 구동시스템(350)이 구성된다. 작업자에 의해 축(351)을 위치설정하면 축방향 또는 평면운동이 이루어질 수 있다. 선택적 실시예에 있어서, (도면에 도시되지 않은) 모터구동식 평면운동장치 내부에 상기 축(351)이 위치설정가능하여, 회전장치(320)는 선택된 모든 튜브(20)에서 위치설정될 수 있다.

현존하는 용접장치에서 이용되는 형태가 충진기 금속 전달시스템(330)으로 구성가능하다. 예를 들어, 캘리포니아 선 벨리 소재의 ASTRO ARC 사에서 제조된 ASTRO ARC 와이어공급기에 의해 본 발명이 실시될 수 있다. 버지니아 블랙스버그 소재의 Litton Poly-Scientific 사에서 제조된 미끄럼링 모델 AC 4598 이 충진기 금속 전달 시스템(330)을 작동하기 위해 이용된다.

표준렌즈에 의해 도 7 에 도시된 레이저에너지의 방향변환기(392)가 실시된다. 시준된 빔(collimated beam)을 형성하기 위해, 입력렌즈조립체(396)는 레이저광선빔을 시준한다. 윈도우렌즈(window lense)(396A), a -20㎜ f.l. 렌즈(396B), a +10㎜ f.l. 렌즈(396C)가 입력렌즈조립체(396)에 포함된다. 곡선을 이루고 시준된 빔을 형성하기 위해, 10도 내지 60도 선호되게 20 내지 45로 그리고 가장 선호되게 대략 30도의) 시준된 빔이 쐐기프리즘(397)에 의해 구부러진다. a +20㎜ f.l. 렌즈(398A) 및 윈도우렌즈(398B)를 포함하는 출력렌즈 조립체(398)에 상기 구부러지고 시준된 빔이 전달된다. 매우 높은 에너지밀도(energy density)에 의해 출력렌즈조립체(398)는 초점형성되고 시준되며 직경이 작은 빔을 형성한다. 용접위치에서 상기 빔은 최대 열에너지를 제공하여, 충진기 재료 및 기저재료의 일부분을 용융제어한다. 2400 와트의 연속적인 출력에서 레이저에너지의 방향변환기(392)가 고장없이 이용된다. 거울을 이용하는 종래기술의 장치들이 1000와트의 레이저에너지에 국한된다.

도 9 의 고정된 내측튜브(402)는 스테인레쓰강으로 제조되는 것이 선호된다. 도 9 의 회전튜브(324A)는 스테인레쓰강으로 제조되는 것이 선호된다. 고정된 내측튜브(402) 및 회전튜브(324A) 사이에서, 상업적으로 이용가능한 Nylon 또는 Teflon?? 베어링이 이용된다.

도 12 내지 도 14 의 광학연결기(342)가 본 발명에 따라 이용될 수 있다. 광학연결기(342)의 한가지 특징을 가진 선택적 실시예가 도 15 에 도시된다.

(도 5 를 참고할 때) 도 12 를 참고하면, 회전하는 광섬유케이블(340)을 포함하는 회전슬리브(324) 및 고정된 광섬유케이블(343) 사이의 인터페이스가 광학연결기(342)에 의해 제공된다. 고정된 광학조립체(452) 및 회전하는 케이블인터페이스 조립체(cable interface assembly)를 지지하는 기저판(450)이 광학연결기(342)에 포함된다.

우선 도 13 에 도시되고 고정된 광학조립체(452)를 참고한다. 고정된 광학조립체(452)는 광학소켓조립체(460)를 포함하고, 상기 광학소켓조립체(460)는 튜브세트 또는 독립된 장착체세트로서 구성될 수 있다. 제 1 빔 발산감소렌즈(464), 구형 수차렌즈(466), 제 2 빔발산감소렌즈(468) 및 시준렌즈(470)를 가지는 시준렌즈조립체(462)가 고정된 광학조립체에 포함되는 것이 선호된다. 고정된 광학조립체(452)는 또한 초점렌즈(472)를 포함하는 것이 선호된다. 레이저빔(482)의 광에너지의 초점을 맞추고 시준하는 기능이 고정된 광학조립체(452)의 광학작용에 의해 이루어진다. 당업자에게 공지된 것과 같이, 상기 목적을 위해 다양한 광학적 구성들이 이용될 수 있다.

독립적인 축방향 정렬 및 동심정렬작용을 제공하는 위치설정장치가 광학조립체(452)에 포함되는 것이 선호된다. 광학 소켓조립체(460)용 축방향 장착대(474)가 도 13 에 도시된다. 회전하는 광섬유케이블(340) 및 고정된 광섬유케이블(343)에 의해 형성되는 축을 따라 축방향 정렬장치(476)에 의해 축방향장착대(474)의 위치가 설정될 수 있다. 당업자들에 알려진 축방향기어를 조정하는 나사 또는 유사 구성으로서, 축방향 정렬장치가 실시될 수 있다.

회전하는 광섬유케이블(340) 및 고정된 광섬유케이블(343)에 의해 형성된 축에 대하여 횡방향으로 구성된 축을 따라 위치설정가능한 횡방향지지대(478)가 도 13 에 도시된다. 특정한 횡방향(또는 동심방향)으로 축방향 장착대(474)의 위치를 재설정하기 위해 횡방향 정렬장치(480)가 이용될 수 있다. 축방향기어를 조정하는 나사 또는 등가한 구조체로서 횡방향 정렬장치(480)가 실시될 수 있다.

도 14 를 참고할 때, 본 발명을 따르고 회전하는 케이블 인터페이스 조립체(cable interface assembly)(454)의 한가지 실시예가 도시된다. 고정된 광학조립체(452)에 의해 형성되고, 초점이 맞춰지며 시준된 레이저빔(482)이 인터페이스 수용체(487)에 의해 수용된다. 회전하는 광섬유케이블(340)이 인터페이스 수용체(487)의 내부 및 회전하는 케이블인터페이스 조립체(454)의 축을 따라 위치한다. 실리카 글래스 클래딩(silica glass cladding)을 가지고 용융된 실리카글래스 모노필라멘트 섬유(monofilament fiber)에 의해 회전하는 광섬유케이블(340)이 구성된다. 폴리머코팅(polymer coating) 버퍼층(buffer layer) 및 폴리에틸렌 커버(polyethylene cover)를 포함한 금속제 보호커버가 회전슬리브(324)에 포함된다.

기저판(450)에 모두 연결된 제 1 인터페이스 지지대(484), 및 제 2 인터페이스지지대(486)가 회전하는 케이블 인터페이스 조립체(454)에 포함된다. 정렬튜브(504)에 의해 둘러싸이는 장착슬리브(500)를 지지하기 위해 제 1 인터페이스 지지대(484) 및 제 2 인터페이스 지지대(486)가 이용된다. 인터페이스 지지대(484,486)들 내부에 각각 위치한 한 세트의 베어링(506A,506B)들 내부에서 정렬튜브(504)가 회전한다. 기어(510)에 의해 정렬튜브(504)가 구동될 수 있다. 한 세트의 정렬나사(508A, 508B, 508C, 508D)에 의해 정렬튜브(504)의 위치가 조정될 수 있다. 본 발명의 한가지 실시예에 의하면, 정렬튜브(504)의 각각의 단부에 4개의 정렬나사(508)들이 제공된다.

명칭에서 알 수 있듯이, 정렬튜브(504)는 유입되는 레이저빔(482)에 의해 광섬유(340)의 위치를 정렬하기 위해 정렬튜브(504)가 이용된다. 장착슬리브(500) 내부에 위치한 조정공동(502)에 의하여 정렬상태가 정밀도가 측정된다. 포토셀(photocell)(512)이 조정공동(502)에 광학적으로 연결된다. 조정공동내에서 광량에 비례하는 전압이 상기 포토셀에 의해 발생된다. 전도체(516)위의 미끄럼링(514)에 전압(출력)신호가 전달된다. 포토셀(512)의 출력에 비례하는 신호를 제공하는 디지탈 볼트미터(digital volt meter)와 같은 (도시되지 않은) 장치의 정치부분에 미끄럼링이 연결된다. 모든 회전위치들에 대해 광섬유(340)로 부터 방출되는 빛의 레벨이 최소(그리고 광섬유(340)의 출력이 최대)일 때, 적합한 축방향정렬 및 동심정렬이 형성된다. 따라서, 상기 목적을 위해 조정나사(508)들이 조정된다. 축방향 정렬장치(476) 및 횡방향 정렬장치(480)가 경로조정을 위해 이용될 수 있다.

본 발명에 따라 이용가능하고 회전운동하는 케이블인터페이스조립체(454A)의 선택적 실시예가 도 15 에 도시된다. 본 발명의 상기 실시예는 안전광섬유(520)를 포함한다. 용접위치에서 안전광섬유(520)는 반사된 빛을 조정한다. 안전광섬유(520)를 통해 반사된 빛이 분석되는 포토셀 탐지기에 반사광이 전달된다. 조정된 빛의 레벨이 정상작동과 불일치된다면, 레이저에너지는 중단된다. 광학구성요소들 내부의 반사광에너지에 기인하여 광학적 손상을 최소화하기 위해 조정장치를 이용하는 것이 중요하다.

정치식 용접장치를 위해 안전광섬유(520)를 이용하는 것이 공지된 반면에, 본 발명에 의하면 안전광섬유(520)가 회전하는 용접장치 내부로 구성된다. 특히 회전슬리브(324)는 또다른 광섬유(520)를 가진다. 또다른 광섬유(520)는 회전슬리브(324)의 구성길이에 걸쳐서 구성되고 회전하는 용접헤드(322)에서 구성이 끝난다. 회전슬리브(324)의 반대쪽 단부에서, 안전광섬유(520)의 구성은 상기 실시예에서 조정공동(502) 내부에 위치한 안전광섬유 포토셀(522)에서 끝난다. 제 2 전도체(524)위에서 안전광섬유 포토셀(522)로 부터 출력신호가 미끄럼링(514)으로 전달된다. 다음에 전원 전달 광섬유(488)와 관련하여 설명한 것과 같이, 장치의 정치부분에 의해 미끄럼링으로 부터의 신호가 분석될 수 있다.

도 15 에 있어서, 회전슬리브(324)가 비회전식 보호커버(530) 내부에 삽입될 수 있다. 비회전식 보호커버(530) 및 회전슬리브(324) 사이에 베어링(532)들이 구성될 수 있다. 회전슬리브(324) 및 그 내부의 광섬유케이블(340)에 대한 손상 및 마모를 방지하기 위한 보호커버가 상기 보호커버(530)에 의해 제공된다. 또한 보호커버(530)에 의해 축방향 구동기구는 직접 보호커버(530)를 고정가능하여, 소요축방향위치에 회전하는 광섬유케이블(340)이 구성될 수 있다.

도 16 에 있어서, 비회전식 보호커버(530) 내부에 삽입된 회전하는 용접헤드(322)가 도시된다. 회전하는 헤드몸체(380) 및 비회전식 보호커버(530) 사이에 베어링(532)들이 구성되는 것이 선호된다.

전형적인 실시예에 있어서, 베어링(532)들이 용접헤드(322) 내부에 제공되고, 회전슬리브(324)의 구성길이를 따라 대략 12인치마다 제공된다. 선택적 실시예에 있어서, 회전슬리브(324) 및 비회전식 보호커버(530) 사이에 그리스 또는 헤비(heavy) 오일윤활유가 이용될 수 있다. 스테인레쓰강 꼬임보강이 형성된 나일론(nylon) 또는 플라스틱에 의해 비회전식 보호 커버(530)가 구성될 수 있다.

다수의 여러 가지 비회전식 보호커버(530)가 실시가능하다. 예를 들어 도 16 에 있어서 가스관(389)이 도시된다. 가스관(389)은 제거될 수 있고, 회전슬리브(324) 및 비회전식 보호커버(530) 사이에 형성된 공간(534)을 통해 가스가 전달될 수 있다. 상기 구성에 있어서 가스를 위한 전달헤드는 회전하는 용접헤드(322)에 제공될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따라 자동조심(self-centering) 기능의 레이저용접프로브(laser welding probe)(600A)가 도 17 에 도시된다. 상기 레이저용접프로브(600A)는 일반적으로 앞서 설명한 용접헤드(200) 및 용접헤드(322)와 일치하지만 자동조심기능을 가진다. 자동조심기능에 의해 더욱 정확한 용접작업이 가능하다. 또한, 자동조심기능에 의해 단일의 레이저용접프로브(600)는 다양한 튜브환경에서 이용될 수 있다. 또한, 본 발명을 따르는 자동조심기능의 실시예들이 상기 서로다른 회전장치들과 함께 이용될 수 있다.

도 17 에 있어서, 공간(394)을 포함한 레이저 용접 프로브몸체(601)가 자동조심기능의 레이저용접프로브(600A)에 포함된다. 공간(394)은 도 9 및 도 16 을 참고로 설명된 형태이다. 특히, 공간(394)에 의하여 레이저에너지는 공간을 통과하여, 이전의 방법에 따라 레이저 용접 작업들을 수행하기 위해 레이저에너지가 이용될 수 있다. 몸체(601)위에 위치한 한 세트의 씰(602A,602B)이 또한 자동조심기능의 레이저 용접프로브(600A)에 포함될 수 있다. 씰(602)은 튜브(603)의 내부면에 접촉하여, 튜브(603)의 내측면 레이저용접프로브몸체(601) 및 씰(602)들 사이에 가압영역(604)을 형성한다. 하기 설명에서와 같이, 본 발명은 또한 씰(602) 없이도 실시될 수 있다.

하기에서 추가로 설명되듯이, 유체는 유체포트(605)를 통해 가압영역(64)으로 유입된다. 정의에 의해 유체는 액체 또는 가스일 수 있다. 또다른 실시예에 있어서, 튜브(603) 내부에서 프로브몸체(601)의 중심이 맞춰진다면, 프로브몸체(601)의 모든 면에서 동일한 압력이 가압영역(604) 내부에서 상기 유체에 의해 형성된다. 프로브몸체(601)가 중심에서 떨어져 위치하면, 튜브(603)와 가장 가까이 위치한 프로브몸체(601)의 측면위에서 압력이 증가한다. 반대로, 벽표면으로 부터 가장 멀리 떨어진 프로브몸체(601)의 측면상에서 가압영역(604)의 압력이 감소된다. 결과적으로, 반대쪽 측면위의 하측 가압영역에 대해 프로브몸체(601)의 한쪽 측면에 형성되고 높이가 더 큰 가압영역은 프로브를 튜브(603)의 중심으로 가압하여, 모든 측면들에서 동일한 압력을 제공한다. 본 발명의 모든 실시예들은 기본적으로 자동조심 압력원리(self-centering pressure principle)에 의존한다.

고수 또는 탄성중합체 특성을 가진 다른 재료에 의해 상기 씰(602)에 구성될 수 있다. 하기 설명되는 본 발명의 실시예들이 도면에서 처럼, 씰(602)이 이용될 필요가 없다. 레이저 용접 프로브몸체(601)를 둘러싸는 커버내부에 유체포트들이 이용될 수 있다. 레이저용접프로브의 정치 또는 회전 실시예들을 위해 본 발명이 이용될 수 있다.

본 발명을 따르는 "센터링 볼(centering ball)"의 단순도면이 도 18 에 도시된다. 상기 실시예에 있어서, 앞서 설명된 형태의 개구부(394)를 가진 레이저용접프로브몸체(601)가 자동조심기능의 레이저용접프로브(600B)에 포함된다. 볼(ball)이 가압된 한 세트의 유체포트(606)들이 자동조심기능의 레이저용접프로브(600B)에 포함된다. 하기 설명과 같이, 저압상태동안, 각각의 센터링볼(centering ball)은 볼이 가압되는 유체포트(606) 내부에서 지지되어, 몸체(601)의 외측변부 내부에 구성되고, 상기 몸체(601) 내부에 유체포트(606)가 형성된다. 고압상태에서, 각각의 센터링볼(608)은 볼이 가압되는 각각의 유체포트(606)를 통해 연장구성되고, 튜브의 내부면과 결합한다. 도 18 을 참고할 때, 들어간 센터링볼(608A, 608B, 608C)들 및 한 개의 연장구성된 센터링볼(608D)이 제공된다. 연장구성된 위치에서, 센터링볼들은 도 17 을 참고로 설명된 것처럼 등가압력에 따라 운동하고, 상기 운동은 튜브내부에서 레이저용접프로브몸체(601)의 중심잡기기능과 일치한다.

도 18 의 실시예는 씰(602)을 이용하지 않는다. 또한 유체포트(606)들 내부에서 센터링볼(608)들이 자유롭게 운동가능하기 때문에, 도 18 의 실시예가 이용하기에 이상적이다.

본 발명의 또다른 실시예에 따르면 자동조심기능의 레이저용접프로브(600C)가 도 19 에 도시된다. 본 발명의 상기 실시예에 의해 도 16 의 장치에 자동조심기능이 추가된다. 상기 목적을 위하여 비회전식 보호커버(530) 내부에 유체포트(605)들이 형성된다. 도 19 에 의하면, 한 세트의 씰(602A, 602B)이 커버(530)에 부착된다.

레이저용접프로브몸체(601C) 내부에 형성된 유체공급포트(612) 형태를 가진 유체관이 도 19 에 도시된다. 유체공급포트(612)가 가스관(389)에 연결된다. 따라서, 본 발명의 상기 실시예에 있어서 유체압력은 가스압력을 형성한다.

상기 실시예에 있어서, 레이저 용접프로브 몸체(601C)가 회전운동하고 따라서, 회전경로내에서 유체공급포트(612)는 가스를 주입한다. 가스는 가압영역(604)을 충진시킨다. 커버(530) 및 용접프로브몸체(601C) 사이의 공간(534) 내부로 가스가 자유롭게 유입된다. 프로브몸체(601C)의 중심잡기가 유지되도록, 앞서 설명한 방법에 의해 가스는 유체압력을 형성한다.

본 발명을 따르는 "센터링 볼(centering ball)"에 관한 단면도가 도 20 에 도시된다. 본 발명의 상기 실시예에 있어서, 레이저 용접프로브몸체(601D)는 정지상태에 있고, 회전하는 커버(620)가 레이저용접 프로브몸체(601D)를 둘러싼다. 회전하는 커버(620)가 튜브(610) 내부에 상대적으로 억지 끼워맞춤 상태를 형성한다. 센터링 볼이 가압되는 한 세트의 유체포트(606)들이 커버(620)에 포함된다. 센터링볼(608)이 각각의 유체포트(606) 내부에 위치한다. 각각의 센터링볼(608)이 프로브 몸체(601D)상에 지지되어, 커버(620)의 외측 페리미터(perimeter) 내부에서 각각의 센터링볼이 작동한다. 프로브몸체(601D) 및 커버(620) 사이에 형성된 공간(534) 내부로 유체를 주입하기 위해, 유체통로(624) 형상의 유체관이 이용될 수 있다.

도 20 의 실시예에 있어서, 상대적으로 저압인 유체압력이 형성되어, 각각의 센터링볼(608)은 각각의 유체포트(606) 내부에 위치한다. 반면에 도 21 에 있어서, 유체 통로(624)를 통해 유체가 주입되면, 상대적으로 고압인 유체압력이 형성된다. 그결과, 센터링볼(608)들이 연장된 위치에 있게 되고, 튜브(610)를 가압한다. 본 발명을 따르는 이전의 실시예들에 의하여, 상대적으로 고압인 유체압력에 의해 프로브몸체(601D)의 중심위치에 해당하는 균형위치에 센터링볼(608)들이 도달한다.

도 20 및 도 21 을 참고할 때, 상대적으로 고압인 유체압력 상태에 있는 유체포트(606)로 부터 센터링볼들이 이탈하는 것을 방지하고, 상대적으로 저압인 유체압력상태에 있는 프로브몸체(601D)에 대해 센터링볼들이 낙하하는 것을 허용하도록 센터링볼이 가압되는 유체포트(606)들은 각을 형성한 표면들을 가진다.

지지링들, 세트스크류, 피닝(peening)된 변부들, 또는 다른 공지의 지지기술이 이용될 수도 있다. 본 발명의 장점에 의하면, 상대적으로 고압인 상태에서 센터링볼(608)들은 유체를 씰링상태로 만들고 그결과, 커버(620) 및 튜브(610D) 사이의 원형공간 내부로 액체가 누출되지 않기 때문에, 용접헤드(601D)의 중심잡기를 위해 필요한 유속이 감소된다. 본 발명의 또다른 장점에 의하면, 임의 방향으로 볼(608)들이 자유롭게 회전하여, 볼들은 상대적으로 작은 저항을 가진다.

도 21 의 튜브(610D)는 도 20 의 튜브(610)보다 더 큰 원주를 가진다. 따라서 도 20 및 도 21 에 따르면, 단일의 프로브몸체(601D)가 서로다른 원주를 가진 튜브들에 의해 이용되는 방법이 도시된다.

본 발명은 튜브내에서 레이저용접 프로브몸체의 중심잡기를 위한 효과적인 기술을 제공한다. 레이저용접의 정밀도가 상기 중심잡기작업에 의해 향상된다. 상기 기술에 의해 최소회전저항 또는 드래그(drag)가 이루어져서, 레이저용접 프로브시스템의 회전속도 및 안정성이 유지된다. 유리하게, 본 발명의 단일 실시예가 여러 가지 튜브원주들과 이용될 수 있다.

본 발명의 전체 장치와 관련한 다수의 잇점들이 당업자들에게 알려져 있다. 가장 기본적인 기능에 있어서, 본 발명은 손상된 튜브들을 수리하는 간단하고도 용이한 방법을 제공한다. 따라서 증기발생기를 분해하지 않고도, 본 발명에 의하면 증기 발생기의 수리가 가능하다. 그결과, 본 발명에 의해, 증기발생기의 튜브들을 플러깅(plugging) 조건이 최소화되고 증기발생기의 용량손실이 최소화된다.

본 발명의 실시예에 관한 상기 설명들이 설명을 위해 제공된다. 상기 설명들을 고려해볼 때 분명히 다수의 수정예들 및 변형예들이 가능하며 상기 설명들은 공개된 형태들에 국한되지 않는다. 상기 실시예들은 본 발명의 원리들 및 적용예를 설명하기 위해 선택되고 설명되며, 따라서 당업자들에 의해 여러 가지 실시예들 및 수정예들이 가장 양호하게 이용될 수 있다. 청구범위들 및 다른 등가물들에 의해 본 발명의 범위가 정해진다.

Claims (15)

1. 튜브의 내측면내에서 위치설정하도록 형성된 레이저용접 프로브몸체가 구성되어, 상기 레이저용접 프로브몸체의 적어도 일부분 및 상기 튜브의 상기 내측면 사이에 공간이 형성되고,

   상기 튜브의 상기 내측면 및 상기 레이저용접 프로브몸체 사이에 형성된 원형공간내부에서 상기 레이저용접 프로브몸체의 중심잡기를 위하여, 유체압력에 의존하는 중심잡기기구로 구성되는 튜브의 내측면을 용접하기 위한 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 레이저용접 프로브몸체, 상기 튜브의 내측면, 상기 세트의 셀들사이에서 가압영역을 형성하기 위하여, 상기 튜브의 상기 내측면 및 상기 레이저용접 프로브몸체 사이에 위치한 한 세트의 씰들이 상기 중심잡기기구에 포함되는 것을 특징으로 하는 튜브의 내측면을 용접하기 위한 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 원형공간 내부에서 상기 레이저용접 프로브몸체의 중심잡기를 위하여, 상기 가압영역 내부에 유체를 주입하는 유체관이 상기 레이저용접 프로브몸체에 포함되는 것을 특징으로 하는 튜브의 내측면을 용접하기 위한 장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 유체관에 연결된 가스관이 상기 레이저용접 프로브몸체에 포함되고, 상기 가스관은 가스형태의 유체를 상기 가압영역으로 전달하는 것을 특징으로 하는 튜브의 내측면을 용접하기 위한 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 원형공간내부에서 상기 레이저용접 프로브몸체의 중심잡기를 위해 상기 유체압력에 응답하는 복수개의 센터링볼들이 상기 중심잡기 기구에 포함되는 것을 특징으로 하는 튜브의 내측면을 용접하기 위한 장치.
6. 내부에 유체관을 가진 레이저용접 프로브몸체로 구성되고,

   상기 레이저용접 프로브몸체를 둘러싸는 커버로 구성되며, 상기 커버는 튜브의 내측면내부에서 위치설정을 하도록 구성되어, 상기 커버의 적어도 일부분 및 상기 튜브의 상기 내측면 사이에 공간이 형성되고, 상기 유체관으로 부터 유체를 수용하기 위한 한 개이상의 유체포트가 상기 커버에 포함되며, 상기 튜브의 상기 내측면 및 상기 레이저용접 프로브몸체 사이에 형성된 원형공간내부에서 상기 레이저용접 프로브몸체의 중심잡기를 수행하면서, 상기 유체관으로 부터 상기 유체에 의해 상기 유체포트에 압력차가 형성되는 것을 특징으로 하는 튜브의 내측면을 용접하기 위한 장치.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 커버, 상기 튜브의 상기 내측면, 그리고 상기 세트의 씰들 사이에 가압영역을 형성하도록, 상기 튜브의 상기 내측면 및 상기 커버사이에 위치하는 한 세트의 씰들이 구성되는 것을 특징으로 하는 튜브의 내측면을 용접하기 위한 장치.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 원형공간 내부에서 상기 레이저용접 프로브몸체의 중심잡기를 위하여, 상기 가압영역 내부에 유체관이 유체를 주입하는 것을 특징으로 하는 튜브의 내측면을 용접하기 위한 장치.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 레이저용접 프로브몸체는 상기 유체관에 연결된 가스관을 포함하고, 상기 가압영역 내부로 가스형태의 유체가 상기 가스관에 의해 전달되는 것을 특징으로 하는 튜브의 내측면을 용접하기 위한 장치.
10. 제 6 항에 있어서, 상기 커버는 복수개의 유체포트들을 포함하고, 상기 유체포트들은 내부에 부분적으로 놓여지는 해당 갯수의 센터링볼들을 가져서, 상기 커버에 의해 형성된 외측주변부 내부에 복수개의 각각의 상기 센터링볼들이 위치하는 것을 특징으로 하는 튜브의 내측면을 용접하기 위한 장치.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 센터링볼들이 상기 유체포트를 통해 연장구성되고, 상기 튜브의 상기 내측면과 결합하면서, 상기 유체관에 의해 유체가 상기 센터링볼을 가압하는 것을 특징으로 하는 튜브의 내측면을 용접하기 위한 장치.
12. 튜브의 내측면 내부에서 레이저용접 프로브몸체의 위치를 설정하여, 상기 튜브의 상기 내측면 및 상기 레이저용접 프로브몸체의 적어도 일부분 사이에 공간이 형성되는 단계,

    상기 튜브의 상기 내측면 및 상기 레이저용접 프로브몸체사이에 형성된 원형공간내부에서 상기 레이저용접 프로브몸체의 중심잡기를 위하여 유체압력을 이용하는 단계,

    상기 원형공간 내부에서 상기 레이저용접 프로브몸체의 중심잡기가 이루어지는 동안, 상기 튜브의 상기 내측면이 용접되는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 튜브의 내측면을 용접하기 위한 방법.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 튜브의 상기 내측면 및 상기 레이저용접 프로브몸체 사이의 씰링상태를 형성하는 영역 내부의 유체압력을 이용하는 단계가 상기 이용단계에 포함되는 것을 특징으로 하는 튜브의 내측면을 용접하기 위한 방법.
14. 제 12 항에 있어서, 상기 튜브의 상기 내측면에 대해 센터링 볼들을 가압하여, 상기 원형공간내에서 상기 레이저용접 프로브몸체의 중심잡기를 위한 유체압력의 이용단계가 상기 이용단계에 포함되는 것을 특징으로 하는 튜브의 내측면을 용접하기 위한 방법.
15. 제 12 항에 있어서, 가스압력형태의 유체압력을 이용하는 단계가 상기 이용단계에 포함되는 것을 특징으로 하는 튜브의 내측면을 용접하기 위한 방법.