JPH0788665A - レーザ溶接装置及び方法 - Google Patents
レーザ溶接装置及び方法Info
- Publication number
- JPH0788665A JPH0788665A JP6247122A JP24712294A JPH0788665A JP H0788665 A JPH0788665 A JP H0788665A JP 6247122 A JP6247122 A JP 6247122A JP 24712294 A JP24712294 A JP 24712294A JP H0788665 A JPH0788665 A JP H0788665A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- tubular member
- laser
- housing
- laser welding
- sleeve
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
- B23K26/10—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece using a fixed support, i.e. involving moving the laser beam
- B23K26/103—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece using a fixed support, i.e. involving moving the laser beam the laser beam rotating around the fixed workpiece
- B23K26/106—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece using a fixed support, i.e. involving moving the laser beam the laser beam rotating around the fixed workpiece inside the workpiece
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/20—Bonding
- B23K26/21—Bonding by welding
- B23K26/24—Seam welding
- B23K26/28—Seam welding of curved planar seams
- B23K26/282—Seam welding of curved planar seams of tube sections
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 蒸気発生器の伝熱管内に設けられた補修用ス
リーブの内面を適切にレーザ溶接する装置及び方法を提
供する。 【構成】 スリーブ(210 )を伝熱管(50)の内周部に
融着させるのに十分な強さのレーザ光を発生するレーザ
を用いる。光ファイバーケーブル(230 )がレーザに光
結合されていて、レーザ光を導く。光ファイバーケーブ
ルはレーザ光を均質化するような所定の形状になってお
り、レーザ光は光ファイバーケーブルから放出される
と、所望の空間干渉性を得るようになっている。反射鏡
(240 )が光ファイバーケーブルに光結合されていて光
ファイバーケーブルから放出された均質化されている光
ビームを受ける。この反射鏡はスリーブの内周部にも光
学的に結合されていて、均質化されている光ビームを反
射してスリーブの内周部上に差し向け、スリーブを伝熱
管の内周部に融着又は溶着させる。このようにスリーブ
を伝熱管の内面に溶接して伝熱管を補修する。
リーブの内面を適切にレーザ溶接する装置及び方法を提
供する。 【構成】 スリーブ(210 )を伝熱管(50)の内周部に
融着させるのに十分な強さのレーザ光を発生するレーザ
を用いる。光ファイバーケーブル(230 )がレーザに光
結合されていて、レーザ光を導く。光ファイバーケーブ
ルはレーザ光を均質化するような所定の形状になってお
り、レーザ光は光ファイバーケーブルから放出される
と、所望の空間干渉性を得るようになっている。反射鏡
(240 )が光ファイバーケーブルに光結合されていて光
ファイバーケーブルから放出された均質化されている光
ビームを受ける。この反射鏡はスリーブの内周部にも光
学的に結合されていて、均質化されている光ビームを反
射してスリーブの内周部上に差し向け、スリーブを伝熱
管の内周部に融着又は溶着させる。このようにスリーブ
を伝熱管の内面に溶接して伝熱管を補修する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は一般に溶接装置及び方法
に関し、特に原子炉用熱交換器の伝熱管内に設けられる
補修用スリーブである管状部材の内面をレーザ溶接する
装置及び方法に関する。
に関し、特に原子炉用熱交換器の伝熱管内に設けられる
補修用スリーブである管状部材の内面をレーザ溶接する
装置及び方法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】レーザ
溶接装置及び方法は公知であるが、かかる装置及び方法
には、原子炉用熱交換器(蒸気発生器)の伝熱管内に設
けられる補修用スリーブである管状部材の内面を溶接す
ることに関し、完全には満足できない多くの操作上の課
題があることが分かっている。しかしながら、かかる課
題を理解するには、それに先立って代表的な原子炉用熱
交換器についての構造及び作動原理に関する技術的背景
を或る程度知ることが望ましい。
溶接装置及び方法は公知であるが、かかる装置及び方法
には、原子炉用熱交換器(蒸気発生器)の伝熱管内に設
けられる補修用スリーブである管状部材の内面を溶接す
ることに関し、完全には満足できない多くの操作上の課
題があることが分かっている。しかしながら、かかる課
題を理解するには、それに先立って代表的な原子炉用熱
交換器についての構造及び作動原理に関する技術的背景
を或る程度知ることが望ましい。
【0003】代表的な原子炉用の熱交換器、即ち、蒸気
発生器では、加熱された放射性の一次流体が複数本のU
字管を通って流れ、U字管は各々、流体入口端及び流体
出口端を有する。U字管の入口端部及び出口端部は熱交
換器内に配置されている管板に設けられた孔に嵌め込ま
れている。熱交換器は管板の下に入口プレナム室を備
え、入口プレナム室はU字管の入口端部と連通してい
る。熱交換器は又、管板の下に位置し、入口プレナム室
から隔離された状態の出口プレナム室を備え、出口プレ
ナム室はU字管の出口端部と連通している。熱交換器の
作動中、加熱された放射性の一次流体は入口プレナム室
に流入してU字管の入口端部に入り、U字管を通って流
れる。次いで、一次流体はU字管の出口端部を通って流
れ、出口プレナム室内へ流入する。次に、一次流体は出
口プレナム室から流れ出て熱交換器を出る。一次流体が
U字管を通って流れているときに、それと同時に温度が
一次流体よりも低い非放射性の二次流体が管板の上方で
U字管の外面の周りを流れる。一次流体がU字管を通っ
て流れているとき、一次流体はその熱をU字管の外面の
周りの二次流体に与えて蒸気を発生させ、当該技術分野
で周知の方法でこの蒸気を利用して発電を行わせる。
発生器では、加熱された放射性の一次流体が複数本のU
字管を通って流れ、U字管は各々、流体入口端及び流体
出口端を有する。U字管の入口端部及び出口端部は熱交
換器内に配置されている管板に設けられた孔に嵌め込ま
れている。熱交換器は管板の下に入口プレナム室を備
え、入口プレナム室はU字管の入口端部と連通してい
る。熱交換器は又、管板の下に位置し、入口プレナム室
から隔離された状態の出口プレナム室を備え、出口プレ
ナム室はU字管の出口端部と連通している。熱交換器の
作動中、加熱された放射性の一次流体は入口プレナム室
に流入してU字管の入口端部に入り、U字管を通って流
れる。次いで、一次流体はU字管の出口端部を通って流
れ、出口プレナム室内へ流入する。次に、一次流体は出
口プレナム室から流れ出て熱交換器を出る。一次流体が
U字管を通って流れているときに、それと同時に温度が
一次流体よりも低い非放射性の二次流体が管板の上方で
U字管の外面の周りを流れる。一次流体がU字管を通っ
て流れているとき、一次流体はその熱をU字管の外面の
周りの二次流体に与えて蒸気を発生させ、当該技術分野
で周知の方法でこの蒸気を利用して発電を行わせる。
【0004】熱交換器の運転中における応力及び腐食に
より生じる管壁の粒間割れに起因して、熱交換器の伝熱
管が劣化して漏れ止め状態を維持できなくなる場合があ
る。したがって、伝熱管を点検して、かかる応力腐食割
れ又は劣化を生じた管を検出することが望ましい。この
点検を行うには一般に、点検用プローブ、例えば、渦電
流プローブ又は超音波プローブを伝熱管内へ挿入してプ
ローブを管内面に沿って動かす。もし点検用プローブに
より応力腐食割れが特定の場所に存在し、或いは顕著で
あることが分かると、管をその場所で「スリーブ補修」
する。スリーブ補修を行う場合、管状スリーブを伝熱管
内へ差し込んで伝熱管の劣化部分を覆い、そしてスリー
ブを拡張して伝熱管に密着させることにより伝熱管に固
定する。当該技術分野で公知の幾つかの方法、例えば、
油圧拡張法、ハードローリング法、又は他の拡張法によ
りスリーブを拡張して伝熱管に係合させる。このように
すると、スリーブ補修された伝熱管は、劣化していても
使用状態を保つことができる。
より生じる管壁の粒間割れに起因して、熱交換器の伝熱
管が劣化して漏れ止め状態を維持できなくなる場合があ
る。したがって、伝熱管を点検して、かかる応力腐食割
れ又は劣化を生じた管を検出することが望ましい。この
点検を行うには一般に、点検用プローブ、例えば、渦電
流プローブ又は超音波プローブを伝熱管内へ挿入してプ
ローブを管内面に沿って動かす。もし点検用プローブに
より応力腐食割れが特定の場所に存在し、或いは顕著で
あることが分かると、管をその場所で「スリーブ補修」
する。スリーブ補修を行う場合、管状スリーブを伝熱管
内へ差し込んで伝熱管の劣化部分を覆い、そしてスリー
ブを拡張して伝熱管に密着させることにより伝熱管に固
定する。当該技術分野で公知の幾つかの方法、例えば、
油圧拡張法、ハードローリング法、又は他の拡張法によ
りスリーブを拡張して伝熱管に係合させる。このように
すると、スリーブ補修された伝熱管は、劣化していても
使用状態を保つことができる。
【0005】しかしながら、スリーブの弾性特性により
スリーブは拡張後に「スプリングバック(spring bac
k)」を生じる場合がある。この「スプリングバック」と
いう現象が起こると、比較的狭い間隙がスリーブと伝熱
管の境界部に生じることになる。かかる間隙は望ましく
ないが、その理由は、間隙がスリーブと伝熱管との間の
流路となり、かかる流路により望ましくないことには一
次流体が二次流体と混じり合うからである。したがっ
て、例えばスリーブを包囲する2つの間隔を置いた溶接
部を形成して間隙及びこれにより形成される流路を密封
することによりスリーブを伝熱管に融着させることが望
ましい。間隙が比較的狭い場合にはこれをロウ付け法に
より密封する。しかしながら、比較的大きな間隙(例え
ば、最大約0.203mm又は0.008インチ)であれ
ばレーザ溶接を用いて密封するのが好ましい。さらに、
ロウ付けを行うには、均一なロウの流れを得るために例
えばスリーブ表面のホーニング仕上げをして表面酸化物
を除去することにより予備洗浄を行う必要がある。他
方、レーザ溶接ではかかる表面予備洗浄が不要である。
スリーブは拡張後に「スプリングバック(spring bac
k)」を生じる場合がある。この「スプリングバック」と
いう現象が起こると、比較的狭い間隙がスリーブと伝熱
管の境界部に生じることになる。かかる間隙は望ましく
ないが、その理由は、間隙がスリーブと伝熱管との間の
流路となり、かかる流路により望ましくないことには一
次流体が二次流体と混じり合うからである。したがっ
て、例えばスリーブを包囲する2つの間隔を置いた溶接
部を形成して間隙及びこれにより形成される流路を密封
することによりスリーブを伝熱管に融着させることが望
ましい。間隙が比較的狭い場合にはこれをロウ付け法に
より密封する。しかしながら、比較的大きな間隙(例え
ば、最大約0.203mm又は0.008インチ)であれ
ばレーザ溶接を用いて密封するのが好ましい。さらに、
ロウ付けを行うには、均一なロウの流れを得るために例
えばスリーブ表面のホーニング仕上げをして表面酸化物
を除去することにより予備洗浄を行う必要がある。他
方、レーザ溶接ではかかる表面予備洗浄が不要である。
【0006】レーザビームによりスリーブを伝熱管に融
着させるのに通常はNd:YAGレーザが用いられてい
る。しかしながら、Nd:YAGレーザを用いてレーザ
ビームを発生させる場合、レーザビームの開き角は比較
的大きくて約20〜301mradであり、それによりレー
ザビームを溶接されるべきスリーブの比較的小さな所定
の領域に正確に限定するのが困難になる。したがって、
当該技術分野における課題は、正確に限定されるレーザ
ビーム、例えば、Nd:YAGレーザにより得られるレ
ーザビームを提供することである。
着させるのに通常はNd:YAGレーザが用いられてい
る。しかしながら、Nd:YAGレーザを用いてレーザ
ビームを発生させる場合、レーザビームの開き角は比較
的大きくて約20〜301mradであり、それによりレー
ザビームを溶接されるべきスリーブの比較的小さな所定
の領域に正確に限定するのが困難になる。したがって、
当該技術分野における課題は、正確に限定されるレーザ
ビーム、例えば、Nd:YAGレーザにより得られるレ
ーザビームを提供することである。
【0007】さらに、Nd:YAGレーザにより生じた
レーザビームの空間干渉性は一般に、十分な許容レベル
よりも低く、それによりレーザビームは、スリーブの溶
接時における所望の高い出力密度にならないという結果
が生じる。出力密度が所望レベルよりも低いと、溶接部
はスリーブを伝熱管に完全には融着させないということ
になる。したがって、当該技術分野における課題は、高
出力密度を有するレーザビーム、例えば、Nd:YAG
レーザに得られるレーザビームを提供することにある。
レーザビームの空間干渉性は一般に、十分な許容レベル
よりも低く、それによりレーザビームは、スリーブの溶
接時における所望の高い出力密度にならないという結果
が生じる。出力密度が所望レベルよりも低いと、溶接部
はスリーブを伝熱管に完全には融着させないということ
になる。したがって、当該技術分野における課題は、高
出力密度を有するレーザビーム、例えば、Nd:YAG
レーザに得られるレーザビームを提供することにある。
【0008】さらに、代表的なレーザ溶接装置は、レー
ザビームをスリーブ上に反射させる少なくとも一つの反
射鏡及びレーザビームを反射鏡上に合焦させる少なくと
も一枚のレンズを利用する。しかしながら、反射鏡及び
レンズは、溶接作業中に生じる溶接煙に同伴される溶接
スパッタ及び微小な屑による汚れの影響を受けやすい。
その上、かかる溶接スパッタ及び溶接屑は、レーザビー
ムがレンズを通って反射鏡へ進む際にレーザビームを遮
る。かかる反射鏡とレンズの汚れは、反射鏡及びレンズ
の有効寿命を縮め、満足の行く程度の溶接装置の溶接性
を損ねるので望ましくない。従来型のレーザ溶接装置で
は、遮蔽ガス、例えば酸素、水素等を反射鏡及びレンズ
上に強制的に供給して汚れ及びビームの遮断の影響を無
くすようにしているが、本発明者の所見では、かかる強
制ガス流は全体としてはあまり効果がない。したがっ
て、当該技術分野におけるさらにもう一つの課題は、反
射鏡及びレンズが汚れの影響を受けにくく、しかもレー
ザビームが容易には遮られない方法でレーザ溶接を実施
することである。
ザビームをスリーブ上に反射させる少なくとも一つの反
射鏡及びレーザビームを反射鏡上に合焦させる少なくと
も一枚のレンズを利用する。しかしながら、反射鏡及び
レンズは、溶接作業中に生じる溶接煙に同伴される溶接
スパッタ及び微小な屑による汚れの影響を受けやすい。
その上、かかる溶接スパッタ及び溶接屑は、レーザビー
ムがレンズを通って反射鏡へ進む際にレーザビームを遮
る。かかる反射鏡とレンズの汚れは、反射鏡及びレンズ
の有効寿命を縮め、満足の行く程度の溶接装置の溶接性
を損ねるので望ましくない。従来型のレーザ溶接装置で
は、遮蔽ガス、例えば酸素、水素等を反射鏡及びレンズ
上に強制的に供給して汚れ及びビームの遮断の影響を無
くすようにしているが、本発明者の所見では、かかる強
制ガス流は全体としてはあまり効果がない。したがっ
て、当該技術分野におけるさらにもう一つの課題は、反
射鏡及びレンズが汚れの影響を受けにくく、しかもレー
ザビームが容易には遮られない方法でレーザ溶接を実施
することである。
【0009】レーザビームを用いてスリーブと管の境界
部を融着させることによりスリーブを管内に溶接するレ
ーザ溶接ヘッドが、1987年9月15日にフィリップ
・ジェイ・ホーキンズ氏に付与され、本出願人に譲渡さ
れた米国特許第4,694,137号(発明の名称:La
ser Welding Head For Sleeve-To-Tube Welding)に開示
されている。しかしながら、この米国特許は、正確に限
定され、所望の高い出力密度をもつレーザビームを提供
するという課題に対する解決策とはなっていないように
思われる。その上、この米国特許は、溶接作業中におけ
る反射鏡及びレンズの汚れを満足の行く程度に減少させ
るレーザ溶接装置を開示しているようには思われない。
部を融着させることによりスリーブを管内に溶接するレ
ーザ溶接ヘッドが、1987年9月15日にフィリップ
・ジェイ・ホーキンズ氏に付与され、本出願人に譲渡さ
れた米国特許第4,694,137号(発明の名称:La
ser Welding Head For Sleeve-To-Tube Welding)に開示
されている。しかしながら、この米国特許は、正確に限
定され、所望の高い出力密度をもつレーザビームを提供
するという課題に対する解決策とはなっていないように
思われる。その上、この米国特許は、溶接作業中におけ
る反射鏡及びレンズの汚れを満足の行く程度に減少させ
るレーザ溶接装置を開示しているようには思われない。
【0010】本発明の目的は、管状部材(例えば、原子
炉用蒸気発生器の伝熱管内に設けられた補修用スリー
ブ)の内面を適切にレーザ溶接する装置及び方法を提供
することにある。
炉用蒸気発生器の伝熱管内に設けられた補修用スリー
ブ)の内面を適切にレーザ溶接する装置及び方法を提供
することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、広義に
は、第1の管状部材の内周部を第2の管状部材の内周部
内に設けた状態で溶接し、それにより第1の管状部材を
第2の管状部材に融着させるための装置において、第1
の管状部材を第2の管状部材に融着させるのに十分に高
い強さのレーザ光を発生するレーザと、レーザ光を導く
ようレーザに光結合され、レーザ光を均質化して均質化
された光ビームを放出するようになった光ファイバーケ
ーブルと、第1の管状部材の内周部内に配置されるよう
に寸法決めされたハウジングと、ハウジングに取り付け
られた反射器とを有し、反射器は、光ファイバーケーブ
ルから放出された均質化されている光ビームを反射する
よう光ファイバーケーブルに光結合されると共に均質化
光ビームを反射し、第1の管状部材の内周部に当てて第
1の管状部材を第2の管状部材に溶接するよう第1の管
状部材の内周部に光結合されており、第1の管状部材を
第2の管状部材に溶接すると、第1の管状部材は第2の
管状部材に融着することを特徴とするレーザ溶接装置に
ある。
は、第1の管状部材の内周部を第2の管状部材の内周部
内に設けた状態で溶接し、それにより第1の管状部材を
第2の管状部材に融着させるための装置において、第1
の管状部材を第2の管状部材に融着させるのに十分に高
い強さのレーザ光を発生するレーザと、レーザ光を導く
ようレーザに光結合され、レーザ光を均質化して均質化
された光ビームを放出するようになった光ファイバーケ
ーブルと、第1の管状部材の内周部内に配置されるよう
に寸法決めされたハウジングと、ハウジングに取り付け
られた反射器とを有し、反射器は、光ファイバーケーブ
ルから放出された均質化されている光ビームを反射する
よう光ファイバーケーブルに光結合されると共に均質化
光ビームを反射し、第1の管状部材の内周部に当てて第
1の管状部材を第2の管状部材に溶接するよう第1の管
状部材の内周部に光結合されており、第1の管状部材を
第2の管状部材に溶接すると、第1の管状部材は第2の
管状部材に融着することを特徴とするレーザ溶接装置に
ある。
【0012】本発明の要旨は又、広義には、第1の管状
部材の内周部を第2の管状部材の内周部内に設けた状態
で溶接し、それにより第1の管状部材を第2の管状部材
に融着させるための方法において、レーザの作動によ
り、第1の管状部材を第2の管状部材に融着させるのに
十分に高い強さのレーザ光を発生させ、レーザ光を導い
ているときにレーザ光を均質化するよう形作られていて
レーザに光結合されている光ファイバーケーブルにレー
ザ光を通すことにより均質化されたレーザビームを放出
させ、第1の管状部材の内周部内に配置されるように寸
法決めされたハウジングを準備し、ハウジングに取り付
けられていて、光ファイバーケーブルに光結合されると
共に第1の管状部材の内周部にも光結合された反射器に
よって、均質化されたレーザビームを反射させて第1の
管状部材の内周部に当て、第1の管状部材の内周部を溶
接し、第1の管状部材を第2の管状部材に溶接すると、
第1の管状部材は第2の管状部材に融着することを特徴
とするレーザ溶接方法にある。
部材の内周部を第2の管状部材の内周部内に設けた状態
で溶接し、それにより第1の管状部材を第2の管状部材
に融着させるための方法において、レーザの作動によ
り、第1の管状部材を第2の管状部材に融着させるのに
十分に高い強さのレーザ光を発生させ、レーザ光を導い
ているときにレーザ光を均質化するよう形作られていて
レーザに光結合されている光ファイバーケーブルにレー
ザ光を通すことにより均質化されたレーザビームを放出
させ、第1の管状部材の内周部内に配置されるように寸
法決めされたハウジングを準備し、ハウジングに取り付
けられていて、光ファイバーケーブルに光結合されると
共に第1の管状部材の内周部にも光結合された反射器に
よって、均質化されたレーザビームを反射させて第1の
管状部材の内周部に当て、第1の管状部材の内周部を溶
接し、第1の管状部材を第2の管状部材に溶接すると、
第1の管状部材は第2の管状部材に融着することを特徴
とするレーザ溶接方法にある。
【0013】本発明の特徴は、管状部材の内面をレーザ
溶接するための装置を設けたことにあり、このレーザ溶
接装置は、レーザ光発生手段に光結合されていてレーザ
光を導く導光手段を有し、この導光手段は、レーザ光を
均質化するような形状になっており、均質化されたレー
ザビームを放出する。
溶接するための装置を設けたことにあり、このレーザ溶
接装置は、レーザ光発生手段に光結合されていてレーザ
光を導く導光手段を有し、この導光手段は、レーザ光を
均質化するような形状になっており、均質化されたレー
ザビームを放出する。
【0014】本発明のもう一つの特徴は、管状部材の内
面のレーザ溶接法であり、このレーザ溶接法は、レーザ
光を均質化させるような形状の導光手段でレーザ光を導
くことにより均質化されたレーザビームを放出する段階
を有する。
面のレーザ溶接法であり、このレーザ溶接法は、レーザ
光を均質化させるような形状の導光手段でレーザ光を導
くことにより均質化されたレーザビームを放出する段階
を有する。
【0015】本発明の更にもう一つの特徴は、スリーブ
の内面に対して所定の角度に傾斜させた反射鏡を使用し
たことにあり、反射鏡は溶接作業中に生じた溶接煙によ
る汚れの影響を受けにくいようになっている。
の内面に対して所定の角度に傾斜させた反射鏡を使用し
たことにあり、反射鏡は溶接作業中に生じた溶接煙によ
る汚れの影響を受けにくいようになっている。
【0016】本発明の利点は、スリーブが、スリーブを
管に完全に融着させるための限定された比較的狭い所定
の領域にわたり正確に溶接されることにある。
管に完全に融着させるための限定された比較的狭い所定
の領域にわたり正確に溶接されることにある。
【0017】本発明のもう一つの目的は、スリーブの内
面を正確に溶接するための空間干渉性のあるレーザ光ビ
ームが得られることにある。
面を正確に溶接するための空間干渉性のあるレーザ光ビ
ームが得られることにある。
【0018】本発明のさらにもう一つの目的は、反射鏡
が溶接作業中に生じる溶接煙による汚れの影響を受けに
くいので、反射鏡の有効寿命が伸びることにある。
が溶接作業中に生じる溶接煙による汚れの影響を受けに
くいので、反射鏡の有効寿命が伸びることにある。
【0019】本発明の内容は、添付の図面を参照して以
下の説明を読むと、一層明らかになろう。
下の説明を読むと、一層明らかになろう。
【0020】
【実施例】図1を参照すると、蒸気を発生させるための
全体を符号10で示す代表的な原子炉用熱交換器または
蒸気発生器が示されている。熱交換器10は上部30及
び下部40を備えたシェル又は胴20を含む。下部40
内には、放射性の一次流体(図示せず)を循環させるた
めの複数本の鉛直方向に差し向けられた逆U字形の伝熱
管(「細管」ともいう)50が配置されている。各伝熱
管50は複数の水平方向に差し向けられた支持プレート
70に設けられた対応関係をなす孔60を貫通してい
る。各伝熱管50は内面又は内周部80(図3参照)を
有する。図1に示すように、伝熱管50の端部110を
受け入れる複数の孔100を備えた水平方向の管板90
が、下部40内に設けられていて、これに取り付けられ
ている。シェル20には、一次側入口ノズル120及び
一次側出口ノズル130がそれぞれ入口プレナム室14
0及び出口プレナム室150と連通状態に配置されてい
る。入口プレナム室140及び出口プレナム室150に
接近できるようにするための複数のマンホール又は出入
口160(一つしか図示せず)が管板100の下でシェ
ル20を貫通して形成されている。さらに、非放射性の
二次流体(図示せず)を上部30に流入させるための二
次側入口ノズル170が伝熱管50の上方でシェル20
を貫通して形成されている。熱交換器10から蒸気を出
すための二次側出口ノズル180が上部30の頂部に取
り付けられている。
全体を符号10で示す代表的な原子炉用熱交換器または
蒸気発生器が示されている。熱交換器10は上部30及
び下部40を備えたシェル又は胴20を含む。下部40
内には、放射性の一次流体(図示せず)を循環させるた
めの複数本の鉛直方向に差し向けられた逆U字形の伝熱
管(「細管」ともいう)50が配置されている。各伝熱
管50は複数の水平方向に差し向けられた支持プレート
70に設けられた対応関係をなす孔60を貫通してい
る。各伝熱管50は内面又は内周部80(図3参照)を
有する。図1に示すように、伝熱管50の端部110を
受け入れる複数の孔100を備えた水平方向の管板90
が、下部40内に設けられていて、これに取り付けられ
ている。シェル20には、一次側入口ノズル120及び
一次側出口ノズル130がそれぞれ入口プレナム室14
0及び出口プレナム室150と連通状態に配置されてい
る。入口プレナム室140及び出口プレナム室150に
接近できるようにするための複数のマンホール又は出入
口160(一つしか図示せず)が管板100の下でシェ
ル20を貫通して形成されている。さらに、非放射性の
二次流体(図示せず)を上部30に流入させるための二
次側入口ノズル170が伝熱管50の上方でシェル20
を貫通して形成されている。熱交換器10から蒸気を出
すための二次側出口ノズル180が上部30の頂部に取
り付けられている。
【0021】しかしながら、応力又は腐食によって生じ
る管壁の粒界割れ又は劣化に起因して、伝熱管50のう
ち何本かは漏れ止め状態ではなくなる場合がある。劣化
の存在が疑われると伝熱管の劣化部分(図示せず)をス
リーブ補修することによって、伝熱管50の使用を(劣
化しているにもかかわらず)続ける。以下に詳細に説明
するように、本発明の装置及び方法は、レーザ光エネル
ギを用いることによってかかる劣化した伝熱管を適切に
スリーブ補修することができる。
る管壁の粒界割れ又は劣化に起因して、伝熱管50のう
ち何本かは漏れ止め状態ではなくなる場合がある。劣化
の存在が疑われると伝熱管の劣化部分(図示せず)をス
リーブ補修することによって、伝熱管50の使用を(劣
化しているにもかかわらず)続ける。以下に詳細に説明
するように、本発明の装置及び方法は、レーザ光エネル
ギを用いることによってかかる劣化した伝熱管を適切に
スリーブ補修することができる。
【0022】従って、図2及び図3を参照すると、第1
の管状部材、例えばスリーブ210の内面又は内周部2
00を、スリーブ210を第2の管状部材(即ち、伝熱
管50)の内面又は内周部80に固定し又は融着させる
ようレーザ溶接するための本発明の要旨である全体を符
号190で示す装置が示されている。このようにして、
スリーブ210は伝熱管50の劣化部分を覆うので伝熱
管50がたとえ劣化していても使用できるようになる。
の管状部材、例えばスリーブ210の内面又は内周部2
00を、スリーブ210を第2の管状部材(即ち、伝熱
管50)の内面又は内周部80に固定し又は融着させる
ようレーザ溶接するための本発明の要旨である全体を符
号190で示す装置が示されている。このようにして、
スリーブ210は伝熱管50の劣化部分を覆うので伝熱
管50がたとえ劣化していても使用できるようになる。
【0023】引き続き図2及び図3を参照すると、スリ
ーブ210を伝熱管50の内面80に溶接又は融着させ
るのに充分な強さのレーザ光を発生してスリーブ210
と伝熱管50がその境界面で密封的に接合されるように
するためのレーザ光発生手段、例えばNd:YAGレー
ザ220を含む。レーザ220は、例えば英国ワーウィ
ックシャー(Warwickshire)に所在のルモニックス・リ
ミテッド(Lumonics Limited)から入手できる形式のも
のであるのがよい。システム190はさらに、レーザ2
20に光結合されていて、レーザ光を導くための導光手
段、例えば細長い可撓性の光ファイバーケーブル230
を含む。光ファイバーケーブル230を、レーザ220
の放出電磁スペクトルに対して透明であって、レーザ光
を適切に導くためのシリカ製の光ファイバーで作るのが
好ましい。光ファイバーケーブル230は、レーザ22
0と光通信状態にある第1の端部235及び後述する第
2の端部237を有する。以下に詳細に説明するよう
に、光ファイバーケーブル230は、レーザ光をレーザ
220から受け入れて、レーザ光を「均質化(homogeni
ze)」して、「均質化された」光ビーム(以下、「均質
化光ビーム」という)を放出するよう形作られている。
本発明においては、均質化光ビームは、許容しうる空間
干渉性をもつ光ビームである。この点に関し、光ファイ
バーケーブル230は、光を均質化させるよう所定の部
分又は所定の長さ部分に沿って全体としてS字の形状、
即ち、曲率又は曲りを有する。許容レベルの空間干渉性
をもつレーザ光ビームを発生し、それにより比較的高い
出力密度をもつレーザ光ビームを発生させるためには、
光ビームを均質化させることが重要である。装置190
は、光ファイバーケーブル230の第2の端部237に
光結合されていて、光ファイバーケーブル230の第2
の端部237から放出された均質化された光ビームを受
け入れるための光反射手段、例えば平らなミラー又は反
射鏡240をさらに有する。反射鏡240は、高反射能
の表面を得ると共に酸化に耐えるよう磨き銅、モリブデ
ン、タングステン、銀で被覆された銅などであるのがよ
い。平らな反射鏡240はまた、スリーブ210の内面
200に光結合されていて、均質化光ビームを内面20
0上に反射するようになっている。反射鏡240は、反
射鏡240の汚れを防止するよう内面200に対して所
定の向き(即ち、約20°の所定の角度“φ”が約20
°の傾斜角度)をなしており、もしそのようにしなけれ
ば、溶接作業中に内面200から生じる溶接煙(図示せ
ず)中に同伴される溶接スパッタ及び微小な屑により汚
れが生じる。
ーブ210を伝熱管50の内面80に溶接又は融着させ
るのに充分な強さのレーザ光を発生してスリーブ210
と伝熱管50がその境界面で密封的に接合されるように
するためのレーザ光発生手段、例えばNd:YAGレー
ザ220を含む。レーザ220は、例えば英国ワーウィ
ックシャー(Warwickshire)に所在のルモニックス・リ
ミテッド(Lumonics Limited)から入手できる形式のも
のであるのがよい。システム190はさらに、レーザ2
20に光結合されていて、レーザ光を導くための導光手
段、例えば細長い可撓性の光ファイバーケーブル230
を含む。光ファイバーケーブル230を、レーザ220
の放出電磁スペクトルに対して透明であって、レーザ光
を適切に導くためのシリカ製の光ファイバーで作るのが
好ましい。光ファイバーケーブル230は、レーザ22
0と光通信状態にある第1の端部235及び後述する第
2の端部237を有する。以下に詳細に説明するよう
に、光ファイバーケーブル230は、レーザ光をレーザ
220から受け入れて、レーザ光を「均質化(homogeni
ze)」して、「均質化された」光ビーム(以下、「均質
化光ビーム」という)を放出するよう形作られている。
本発明においては、均質化光ビームは、許容しうる空間
干渉性をもつ光ビームである。この点に関し、光ファイ
バーケーブル230は、光を均質化させるよう所定の部
分又は所定の長さ部分に沿って全体としてS字の形状、
即ち、曲率又は曲りを有する。許容レベルの空間干渉性
をもつレーザ光ビームを発生し、それにより比較的高い
出力密度をもつレーザ光ビームを発生させるためには、
光ビームを均質化させることが重要である。装置190
は、光ファイバーケーブル230の第2の端部237に
光結合されていて、光ファイバーケーブル230の第2
の端部237から放出された均質化された光ビームを受
け入れるための光反射手段、例えば平らなミラー又は反
射鏡240をさらに有する。反射鏡240は、高反射能
の表面を得ると共に酸化に耐えるよう磨き銅、モリブデ
ン、タングステン、銀で被覆された銅などであるのがよ
い。平らな反射鏡240はまた、スリーブ210の内面
200に光結合されていて、均質化光ビームを内面20
0上に反射するようになっている。反射鏡240は、反
射鏡240の汚れを防止するよう内面200に対して所
定の向き(即ち、約20°の所定の角度“φ”が約20
°の傾斜角度)をなしており、もしそのようにしなけれ
ば、溶接作業中に内面200から生じる溶接煙(図示せ
ず)中に同伴される溶接スパッタ及び微小な屑により汚
れが生じる。
【0024】依然として図2及び図3を参照すると、装
置190は、レーザ220から延びて出口プレナム室1
50又は入口プレナム室140に入る可撓性の導管25
0をさらに有する。導管250は、スリーブ補修される
べき伝熱管50の部分に応じて、入口プレナム室140
又は出口プレナム室150のいずれかの中に延びる。光
ファイバーケーブル230が導管250を貫通してい
る。従って、導管250は光ファイバーケーブル230
を損傷から守るために光ファイバーケーブル230を包
囲している。導管250をスリーブ210の内周部20
0に沿い、且つ伝熱管50の内周部80の内側で軸方向
に駆動するための導管駆動装置260が導管250に係
合している。なお、このスリーブ210は伝熱管50の
中に同心状に設けられている。即ち、導管駆動装置26
0は後述の理由で導管250をスリーブ210及び伝熱
管50の長さ方向軸線に沿って押し込んだり引っ込めた
りすることができる。さらに、遮蔽ガス(例えば、窒
素)を毎分約30〜100リットルの流量でスリーブ2
10の溶接域に供給するための加圧遮蔽ガス供給装置2
70が導管250の内面とガス連通状態にある。
置190は、レーザ220から延びて出口プレナム室1
50又は入口プレナム室140に入る可撓性の導管25
0をさらに有する。導管250は、スリーブ補修される
べき伝熱管50の部分に応じて、入口プレナム室140
又は出口プレナム室150のいずれかの中に延びる。光
ファイバーケーブル230が導管250を貫通してい
る。従って、導管250は光ファイバーケーブル230
を損傷から守るために光ファイバーケーブル230を包
囲している。導管250をスリーブ210の内周部20
0に沿い、且つ伝熱管50の内周部80の内側で軸方向
に駆動するための導管駆動装置260が導管250に係
合している。なお、このスリーブ210は伝熱管50の
中に同心状に設けられている。即ち、導管駆動装置26
0は後述の理由で導管250をスリーブ210及び伝熱
管50の長さ方向軸線に沿って押し込んだり引っ込めた
りすることができる。さらに、遮蔽ガス(例えば、窒
素)を毎分約30〜100リットルの流量でスリーブ2
10の溶接域に供給するための加圧遮蔽ガス供給装置2
70が導管250の内面とガス連通状態にある。
【0025】次に、図3及び図4及び図5を参照する
と、導管250は例えばコネクタ280によって全体と
して管状のハウジング290に連結されている。ハウジ
ング290の中には回転手段、例えば比較的小型のモー
タ組立体ハウジング300が設けられており、この小型
モータ組立体ハウジング300は歯車箱シャフト又は駆
動シャフト305に連結されていて駆動シャフト305
を回転させるようになっている。モータ組立体ハウジン
グ300は歯車装置又は「歯車箱」(これまた図示せ
ず)に係合し、それに従って駆動シャフト305に係合
する変速モータ(図示せず)を収容している。モータの
動作を制御するためのエンコーダ(図示せず)がモータ
に電気的に接続されている。モータの動作を制御するこ
とにより、以下に一層詳細に説明するように、駆動シャ
フト305の回転を制御する。さらに、電線(図示せ
ず)がモータを作動させるためにモータに接続されてお
り、他の電線(図示せず)がエンコーダを動作させるた
めにエンコーダに接続されている。モータ組立体ハウジ
ング300は、それに沿って設けられていて、光ファイ
バーケーブル230をぴったりと受け入れる長さ方向に
延びる「平らな」側部302及び「平らな」側部302
に形成されていて、適当な遮蔽ガスを通過させるための
溝303を有する。モータ組立体ハウジング300は、
フロリダ州セントピーターズバーグに所在のマイクロ・
モ(Micro Mo)社から入手できる形式のものであるのが
よい。後述の理由により、全体を符号310で示す歯車
組立体がモータ組立体ハウジング300の上部に設けら
れている。歯車組立体310は第1の端部330及び第
2の端部340を備えた細長い全体として円筒形の第1
の支持部材320を有する。第1の端部330は駆動シ
ャフト305を受け入れるためのボア350を有し、ま
た後述の理由によりほぼS字形の湾曲部を画定する貫通
チャンネル355を有する。さらに、細長い車軸370
を受け入れるためのキャビティ360が第1の支持部材
320に形成されている。車軸370は、第1の自在継
手385によって駆動シャフト305に連結されてい
て、車軸370が駆動シャフト305の回転時に回転す
るようにする第1の端部380を有する。また、車軸3
70は、第2の自在継手387によって回転自在な駆動
歯車400に連結された第2の端部382を有してい
て、従って駆動歯車400は車軸370の回転につれて
回転するようになっている。車軸370は、第2の自在
継手387のところの回転速度及びトルクが第1の自在
継手385のところの回転速度及びトルクと実質的に同
一であるように駆動シャフト305の中心軸線に対して
傾斜していている。このように、駆動歯車400及び被
動歯車410の回転速度は駆動シャフト305の回転速
度と実質的に同じである。以下に一層詳細に説明するよ
うに、スリーブ210の内周部200周りにおける円周
方向溶接部の形成速度は、駆動歯車400及び被動歯車
410の回転速度と同じである。上述の説明から分かる
ように、エンコーダはスリーブ210の内周部200周
りにおける円周方向溶接部の形成速度を制御する。とい
うのは、エンコーダはモータの動作を制御するからであ
り、それにより駆動歯車400及び被動歯車410の回
転速度が制御される。本発明者は、円周方向溶接部の形
成速度を制御することが重要であることに気付いた。こ
れが重要である理由は、円周方向溶接部の形成速度はス
リーブ210と伝熱管50との間の融着の度合いを定め
る重要なパラメータであるからである。
と、導管250は例えばコネクタ280によって全体と
して管状のハウジング290に連結されている。ハウジ
ング290の中には回転手段、例えば比較的小型のモー
タ組立体ハウジング300が設けられており、この小型
モータ組立体ハウジング300は歯車箱シャフト又は駆
動シャフト305に連結されていて駆動シャフト305
を回転させるようになっている。モータ組立体ハウジン
グ300は歯車装置又は「歯車箱」(これまた図示せ
ず)に係合し、それに従って駆動シャフト305に係合
する変速モータ(図示せず)を収容している。モータの
動作を制御するためのエンコーダ(図示せず)がモータ
に電気的に接続されている。モータの動作を制御するこ
とにより、以下に一層詳細に説明するように、駆動シャ
フト305の回転を制御する。さらに、電線(図示せ
ず)がモータを作動させるためにモータに接続されてお
り、他の電線(図示せず)がエンコーダを動作させるた
めにエンコーダに接続されている。モータ組立体ハウジ
ング300は、それに沿って設けられていて、光ファイ
バーケーブル230をぴったりと受け入れる長さ方向に
延びる「平らな」側部302及び「平らな」側部302
に形成されていて、適当な遮蔽ガスを通過させるための
溝303を有する。モータ組立体ハウジング300は、
フロリダ州セントピーターズバーグに所在のマイクロ・
モ(Micro Mo)社から入手できる形式のものであるのが
よい。後述の理由により、全体を符号310で示す歯車
組立体がモータ組立体ハウジング300の上部に設けら
れている。歯車組立体310は第1の端部330及び第
2の端部340を備えた細長い全体として円筒形の第1
の支持部材320を有する。第1の端部330は駆動シ
ャフト305を受け入れるためのボア350を有し、ま
た後述の理由によりほぼS字形の湾曲部を画定する貫通
チャンネル355を有する。さらに、細長い車軸370
を受け入れるためのキャビティ360が第1の支持部材
320に形成されている。車軸370は、第1の自在継
手385によって駆動シャフト305に連結されてい
て、車軸370が駆動シャフト305の回転時に回転す
るようにする第1の端部380を有する。また、車軸3
70は、第2の自在継手387によって回転自在な駆動
歯車400に連結された第2の端部382を有してい
て、従って駆動歯車400は車軸370の回転につれて
回転するようになっている。車軸370は、第2の自在
継手387のところの回転速度及びトルクが第1の自在
継手385のところの回転速度及びトルクと実質的に同
一であるように駆動シャフト305の中心軸線に対して
傾斜していている。このように、駆動歯車400及び被
動歯車410の回転速度は駆動シャフト305の回転速
度と実質的に同じである。以下に一層詳細に説明するよ
うに、スリーブ210の内周部200周りにおける円周
方向溶接部の形成速度は、駆動歯車400及び被動歯車
410の回転速度と同じである。上述の説明から分かる
ように、エンコーダはスリーブ210の内周部200周
りにおける円周方向溶接部の形成速度を制御する。とい
うのは、エンコーダはモータの動作を制御するからであ
り、それにより駆動歯車400及び被動歯車410の回
転速度が制御される。本発明者は、円周方向溶接部の形
成速度を制御することが重要であることに気付いた。こ
れが重要である理由は、円周方向溶接部の形成速度はス
リーブ210と伝熱管50との間の融着の度合いを定め
る重要なパラメータであるからである。
【0026】図3、図4及び図5を引き続き参照する
と、駆動歯車400は、図3で最もよく示されているよ
うに、第1の支持部材320を包囲した状態でこれに固
定された被動歯車410に係合する。かくして、上述の
説明から分かるように、第1の支持部材320はシャフ
ト370、駆動歯車400及び被動歯車410を支持す
る。貫通したボア430を有する全体として円筒形の第
2の支持部材420が、第1の支持部材320の第2の
端部350を包囲していて例えば第1の回転止めピン4
15によってこれに連結されている。光ファイバーケー
ブル230は、溝303の中に設けられ、チャンネル3
55を貫通すると共にボア430を貫通している。
と、駆動歯車400は、図3で最もよく示されているよ
うに、第1の支持部材320を包囲した状態でこれに固
定された被動歯車410に係合する。かくして、上述の
説明から分かるように、第1の支持部材320はシャフ
ト370、駆動歯車400及び被動歯車410を支持す
る。貫通したボア430を有する全体として円筒形の第
2の支持部材420が、第1の支持部材320の第2の
端部350を包囲していて例えば第1の回転止めピン4
15によってこれに連結されている。光ファイバーケー
ブル230は、溝303の中に設けられ、チャンネル3
55を貫通すると共にボア430を貫通している。
【0027】図3、図4、図5、図6、図7及び図8を
参照すると、光ファイバーケーブル230から放出され
た均質化レーザービームを合焦させ、次にこれを反射さ
せるための全体として符号350で示す光学系組立体
が、例えば第2の回転止めピン440により第2の支持
本体420に連結されると共にこれによって支持されて
いる。光学系組立体450は、第2の回転止めピン44
0によって第2の支持本体420に連結された全体とし
て管状のレンズハウジング460を有する。レンズハウ
ジング460は、光ファイバーケーブル230を受け入
れるためのボア470を有し、また少なくとも1つのレ
ンズ480を収容するために形成された開放室475を
有している。限定的な例としてではなく例示としてのみ
述べると、レンズ480は、レーザ光にとって耐酸性の
透明な合焦媒体となるようにセレン化亜鉛、石英、溶融
シリカ、塩化カリウム、塩化ナトリウム、臭化カリウム
等であるのがよい。さらに、反射鏡240を包囲するた
めの全体として管状のエンクロージャ490がレンズハ
ウジング460を包囲した状態でこれに取り付けられて
いる。以下により詳細に説明するように、反射鏡240
は、溶接作業中に生じた溶接煙中に同伴される溶接スパ
ッタまたは微小な溶接屑の反射鏡240上への付着を防
止するよう内面200に対してほぼ10°〜20°の所
定の角度に配向又は傾斜している。このようにすると、
反射鏡240の有効寿命は相当延びる。一層詳細には、
本発明者は、反射鏡をスリーブ210の内面200に対
して約20°傾斜させると、反射鏡240の汚れが実質
的に回避されてその有効寿命が約2倍になることを発見
した。これとは対照的に、従来型の反射鏡の傾斜角度
は、通常は0°〜10°なのでかかる汚れの影響を受け
やすくなる。
参照すると、光ファイバーケーブル230から放出され
た均質化レーザービームを合焦させ、次にこれを反射さ
せるための全体として符号350で示す光学系組立体
が、例えば第2の回転止めピン440により第2の支持
本体420に連結されると共にこれによって支持されて
いる。光学系組立体450は、第2の回転止めピン44
0によって第2の支持本体420に連結された全体とし
て管状のレンズハウジング460を有する。レンズハウ
ジング460は、光ファイバーケーブル230を受け入
れるためのボア470を有し、また少なくとも1つのレ
ンズ480を収容するために形成された開放室475を
有している。限定的な例としてではなく例示としてのみ
述べると、レンズ480は、レーザ光にとって耐酸性の
透明な合焦媒体となるようにセレン化亜鉛、石英、溶融
シリカ、塩化カリウム、塩化ナトリウム、臭化カリウム
等であるのがよい。さらに、反射鏡240を包囲するた
めの全体として管状のエンクロージャ490がレンズハ
ウジング460を包囲した状態でこれに取り付けられて
いる。以下により詳細に説明するように、反射鏡240
は、溶接作業中に生じた溶接煙中に同伴される溶接スパ
ッタまたは微小な溶接屑の反射鏡240上への付着を防
止するよう内面200に対してほぼ10°〜20°の所
定の角度に配向又は傾斜している。このようにすると、
反射鏡240の有効寿命は相当延びる。一層詳細には、
本発明者は、反射鏡をスリーブ210の内面200に対
して約20°傾斜させると、反射鏡240の汚れが実質
的に回避されてその有効寿命が約2倍になることを発見
した。これとは対照的に、従来型の反射鏡の傾斜角度
は、通常は0°〜10°なのでかかる汚れの影響を受け
やすくなる。
【0028】依然として、図3、図4、図5、図6、図
7及び図8を参照すると、エンクロージャ490の壁を
貫通してポート500が設けられており、このポート5
00は、レーザビームを通すよう平らな反射鏡240の
中央部分と整列している。さらに、直ぐ後に述べる理由
により、交換可能なインサート505がポート500に
隣接した状態でエンクロージャ490に取り付けられて
いる。この点に関し、従来技術における問題点は、ポー
ト500の周りの領域が、望ましくはないことにはレー
ザ光ビームによって損傷を受けるような形でレーザ光ビ
ームを不注意にも遮る場合があることである。本発明に
よればこの問題点は発明者によるインサート505によ
って解決され、また、このインサート505は、たとえ
レーザ光ビームによって損傷しても交換が容易である。
このように、エンクロージャ490は損傷しないよう保
護される。加うるに、レーザ溶接ヘッドをスリーブ21
0及び伝熱管50の中で心出しするための全体を510
で示す心出し手段がエンクロージャ490の上方に設け
られ、これに連結されている。心出し手段510は、ロ
ーラ540が連結されている少なくとも一対のリンク部
材530を支持するようになった支持シャフト520を
有し、ローラ540は伝熱管50の内面80に摺動自在
に係合することができる。支持シャフト520に固定さ
れている固定リング部材560から間隔をおいて位置し
た摺動リング部材550が支持シャフト520の周りに
適切に位置している。摺動リング部材550を下方へ押
圧するための圧縮ばね570が摺動リング部材550と
固定リング部材560との間に設けられている。リンク
部材530のうち一方の一端部は摺動リング部材550
に取り付けられ、その他端はローラ540に取り付けら
れている。他方のリンク部材530の一端部は支持シャ
フト520に取り付けられ、その他端部はローラ540
に取り付けられている。リンク部材530、リング部材
550/560及びばね560は協働することにより、
ローラ540は適切に外方へ延びて伝熱管50の内面8
0に摺動的に係合することができ、従って溶接ヘッドを
異なる直径の伝熱管の中で心出しすることができるよう
になる。さらに、心出し手段510は光学系組立体45
0をスリーブ210内で心出しすることができ、光学系
組立体450は伝熱管50内に同心状に設けられるよう
になる。レーザビームをスリーブ210の内面210に
正確に合焦させてスリーブ210を伝熱管50に正確に
融着させるようにするためには、光学系組立体450を
スリーブ210内で心出しすることが重要である。
7及び図8を参照すると、エンクロージャ490の壁を
貫通してポート500が設けられており、このポート5
00は、レーザビームを通すよう平らな反射鏡240の
中央部分と整列している。さらに、直ぐ後に述べる理由
により、交換可能なインサート505がポート500に
隣接した状態でエンクロージャ490に取り付けられて
いる。この点に関し、従来技術における問題点は、ポー
ト500の周りの領域が、望ましくはないことにはレー
ザ光ビームによって損傷を受けるような形でレーザ光ビ
ームを不注意にも遮る場合があることである。本発明に
よればこの問題点は発明者によるインサート505によ
って解決され、また、このインサート505は、たとえ
レーザ光ビームによって損傷しても交換が容易である。
このように、エンクロージャ490は損傷しないよう保
護される。加うるに、レーザ溶接ヘッドをスリーブ21
0及び伝熱管50の中で心出しするための全体を510
で示す心出し手段がエンクロージャ490の上方に設け
られ、これに連結されている。心出し手段510は、ロ
ーラ540が連結されている少なくとも一対のリンク部
材530を支持するようになった支持シャフト520を
有し、ローラ540は伝熱管50の内面80に摺動自在
に係合することができる。支持シャフト520に固定さ
れている固定リング部材560から間隔をおいて位置し
た摺動リング部材550が支持シャフト520の周りに
適切に位置している。摺動リング部材550を下方へ押
圧するための圧縮ばね570が摺動リング部材550と
固定リング部材560との間に設けられている。リンク
部材530のうち一方の一端部は摺動リング部材550
に取り付けられ、その他端はローラ540に取り付けら
れている。他方のリンク部材530の一端部は支持シャ
フト520に取り付けられ、その他端部はローラ540
に取り付けられている。リンク部材530、リング部材
550/560及びばね560は協働することにより、
ローラ540は適切に外方へ延びて伝熱管50の内面8
0に摺動的に係合することができ、従って溶接ヘッドを
異なる直径の伝熱管の中で心出しすることができるよう
になる。さらに、心出し手段510は光学系組立体45
0をスリーブ210内で心出しすることができ、光学系
組立体450は伝熱管50内に同心状に設けられるよう
になる。レーザビームをスリーブ210の内面210に
正確に合焦させてスリーブ210を伝熱管50に正確に
融着させるようにするためには、光学系組立体450を
スリーブ210内で心出しすることが重要である。
【0029】図3に最も良く示されているように、光フ
ァイバーケーブル230は、第1の支持部材320に形
成されていて、上述の全体としてS字形の曲率部または
湾曲部を有するチャンネル355の曲率にぴったりと適
合する。かくして、光ファイバーケーブル230は、第
1の支持部材320のチャンネル355を貫通すると全
体としてS字の形又は曲率形状となる。これは、以下に
より詳細に説明する方法で光ファイバーケーブル230
を通って導かれているレーザ光を「均質化」するために
重要である。
ァイバーケーブル230は、第1の支持部材320に形
成されていて、上述の全体としてS字形の曲率部または
湾曲部を有するチャンネル355の曲率にぴったりと適
合する。かくして、光ファイバーケーブル230は、第
1の支持部材320のチャンネル355を貫通すると全
体としてS字の形又は曲率形状となる。これは、以下に
より詳細に説明する方法で光ファイバーケーブル230
を通って導かれているレーザ光を「均質化」するために
重要である。
【0030】この点に関し、本発明者は、光ファイバー
ケーブル230の幾何学的な形状が光ファイバーケーブ
ル230から放出されるレーザビームの空間干渉性また
は均質性を決定することを発見した。非均質レーザビー
ムは例えば光のない中央部分または光のない同心リング
部分を備えた光ビームとなる。より詳細には、本発明者
の光ファイバーケーブル230は、空間干渉性のある、
即ち均質性の光ビームが得られるようにする所定の全体
的にS字の形状に形成されている。その上、光ファイバ
ーケーブル230がこのように全体的にS字の形になる
ことにより、市販の小型モータ、歯車箱及びエンコーダ
を所要の長さの光ファイバーケーブルと併用することが
できる。
ケーブル230の幾何学的な形状が光ファイバーケーブ
ル230から放出されるレーザビームの空間干渉性また
は均質性を決定することを発見した。非均質レーザビー
ムは例えば光のない中央部分または光のない同心リング
部分を備えた光ビームとなる。より詳細には、本発明者
の光ファイバーケーブル230は、空間干渉性のある、
即ち均質性の光ビームが得られるようにする所定の全体
的にS字の形状に形成されている。その上、光ファイバ
ーケーブル230がこのように全体的にS字の形になる
ことにより、市販の小型モータ、歯車箱及びエンコーダ
を所要の長さの光ファイバーケーブルと併用することが
できる。
【0031】図2に戻ると、装置190は、ハウジング
290と協働して、ハウジング290をスリーブ210
の内周部200と同心状に整列させるためのマニプレー
タアーム590を備えた全体を符号580で示す遠隔操
作自在なマニプレータをさらに有する。この点に関し、
マニプレータ580は、ペンシルベニヤ州ピッツバーグ
所在のウエスチングハウス・エレクトリック・コーポレ
イションにより入手できる適当なロボット装置、例えば
ROSA(Remotely Operated Service Arm )であるの
がよい。加うるに、スリーブ210の底端部を位置決め
して溶接ヘッドをスリーブ210内で位置決めするよう
にするためのプローブ600(これは、渦電流プローブ
または超音波プローブであるのがよい)が、コネクタ2
80に取り付けられている。さらに、コネクタ280
は、流体(例えば、遮蔽ガス)をコネクタ280の周り
に設けられた半径方向に膨張自在な袋620に導くため
の流れチャンネルを有するのがよい。膨張自在な袋は、
半径方向に膨張して伝熱管50の内面80に密着して溶
接ヘッドを内面80に固定することができ、従って溶接
ヘッドはスリーブ210の溶接中、軸方向に移動しない
ようになっている。溶接ヘッドの軸方向の動きを防止す
ることにより、スリーブ210をその所定の軸方向位置
で正確に溶接するのことができる。
290と協働して、ハウジング290をスリーブ210
の内周部200と同心状に整列させるためのマニプレー
タアーム590を備えた全体を符号580で示す遠隔操
作自在なマニプレータをさらに有する。この点に関し、
マニプレータ580は、ペンシルベニヤ州ピッツバーグ
所在のウエスチングハウス・エレクトリック・コーポレ
イションにより入手できる適当なロボット装置、例えば
ROSA(Remotely Operated Service Arm )であるの
がよい。加うるに、スリーブ210の底端部を位置決め
して溶接ヘッドをスリーブ210内で位置決めするよう
にするためのプローブ600(これは、渦電流プローブ
または超音波プローブであるのがよい)が、コネクタ2
80に取り付けられている。さらに、コネクタ280
は、流体(例えば、遮蔽ガス)をコネクタ280の周り
に設けられた半径方向に膨張自在な袋620に導くため
の流れチャンネルを有するのがよい。膨張自在な袋は、
半径方向に膨張して伝熱管50の内面80に密着して溶
接ヘッドを内面80に固定することができ、従って溶接
ヘッドはスリーブ210の溶接中、軸方向に移動しない
ようになっている。溶接ヘッドの軸方向の動きを防止す
ることにより、スリーブ210をその所定の軸方向位置
で正確に溶接するのことができる。
【0032】上記の溶接ヘッドは、比較的小さな内周部
80を備えた伝熱管80にスリーブ210を融着するの
に特に役立つ。限定的な例ではなく例示としてのみ述べ
ると、本発明の溶接ヘッドは、スリーブ210を伝熱管
50(この内径は比較的小さく、約0.750インチで
ある)に融着させるために外形が約0.512インチで
ある。さらに、モータ、歯車箱及びエンコーダの最大径
は、伝熱管50の比較的小さな内周部80及びスリーブ
210の比較的小さな内周部200を通過するよう寸法
決めされたモータ組立体300の中に納まるために、そ
れぞれ約10mmであるのがよい。
80を備えた伝熱管80にスリーブ210を融着するの
に特に役立つ。限定的な例ではなく例示としてのみ述べ
ると、本発明の溶接ヘッドは、スリーブ210を伝熱管
50(この内径は比較的小さく、約0.750インチで
ある)に融着させるために外形が約0.512インチで
ある。さらに、モータ、歯車箱及びエンコーダの最大径
は、伝熱管50の比較的小さな内周部80及びスリーブ
210の比較的小さな内周部200を通過するよう寸法
決めされたモータ組立体300の中に納まるために、そ
れぞれ約10mmであるのがよい。
【0033】動 作 原 理 当該技術分野における従来方法で蒸気発生器10の運転
を停止させ、装置190を蒸気発生器10に十分近接し
て配置して所要のレーザ溶接を実施する。当然のことな
がら、スリーブ210は前もって拡張させて伝熱管50
に係合させ、スリーブ210を伝熱管50に連結してお
く。スリーブ210を、伝熱管50の劣化部分を被覆し
またはブリッジするようなやり方で伝熱管50内に位置
決めする。しかしながら、スリーブ210の弾性特性よ
り、スリーブ210は拡張後に「スプリングバック」す
る場合がある。このスプリングバックが生じると、比較
的小さな隙間がスリーブと伝熱管の境界部に生じるよう
になる。かかる隙間は、スリーブ210と伝熱管50の
間で、そして伝熱管50の劣化部分を通る一次流体の流
路となり、この流路により、望ましくないことには、一
次流体が二次流体と混じり合う場合がある。従って、こ
の隙間を以下により詳細に述べる方法で封止することが
望ましい。
を停止させ、装置190を蒸気発生器10に十分近接し
て配置して所要のレーザ溶接を実施する。当然のことな
がら、スリーブ210は前もって拡張させて伝熱管50
に係合させ、スリーブ210を伝熱管50に連結してお
く。スリーブ210を、伝熱管50の劣化部分を被覆し
またはブリッジするようなやり方で伝熱管50内に位置
決めする。しかしながら、スリーブ210の弾性特性よ
り、スリーブ210は拡張後に「スプリングバック」す
る場合がある。このスプリングバックが生じると、比較
的小さな隙間がスリーブと伝熱管の境界部に生じるよう
になる。かかる隙間は、スリーブ210と伝熱管50の
間で、そして伝熱管50の劣化部分を通る一次流体の流
路となり、この流路により、望ましくないことには、一
次流体が二次流体と混じり合う場合がある。従って、こ
の隙間を以下により詳細に述べる方法で封止することが
望ましい。
【0034】この点に関し、ハウジング290をマニプ
レータアーム590に連結し、マニプレータ580を操
作してマニプレータアーム590を、スリーブ補修され
るべき伝熱管50の部分に応じて、出口プレナム室15
0内へ、又は入口プレナム室140内へ伸長させる。導
管駆動装置260を作動させて導管250及びこれと関
連の光ファイバーケーブル230を伝熱管50の内面8
0及びスリーブ210の内面200に沿って軸方向に駆
動させる。それと同時にプローブ600を作動させてス
リーブ210の底端部を正確に位置決めする。その目的
は、溶接ヘッドを補修されるべきスリーブ210の部分
に隣接して位置決めするためである。
レータアーム590に連結し、マニプレータ580を操
作してマニプレータアーム590を、スリーブ補修され
るべき伝熱管50の部分に応じて、出口プレナム室15
0内へ、又は入口プレナム室140内へ伸長させる。導
管駆動装置260を作動させて導管250及びこれと関
連の光ファイバーケーブル230を伝熱管50の内面8
0及びスリーブ210の内面200に沿って軸方向に駆
動させる。それと同時にプローブ600を作動させてス
リーブ210の底端部を正確に位置決めする。その目的
は、溶接ヘッドを補修されるべきスリーブ210の部分
に隣接して位置決めするためである。
【0035】レーザ220を作動させてレーザ光を光フ
ァイバーケーブル230の第1の端部235内へ導入す
る。レーザ光が光ファイバーケーブル230を通って導
かれると、レーザ光は光ファイバーケーブル230の曲
り部またはS字形部分に遭遇し、均質化されて空間干渉
性のレーザ光ビームとなる。光ファイバーケーブル23
0のS字形曲率部はレーザ光が壁235から跳ね飛ぶよ
うなものである。レーザ光が光ファイバーケーブル23
0の内壁235に多数回当たることにより、レーザ光の
拡散の度合いが小さくなって一層コヒーレントの状態に
なり「均質化された」レーザ光ビームを生ずるようにな
る。すると、均質化レーザ光ビームは光ファイバーケー
ブル230の第2の端部から出てレンズ480を通って
進み、レンズ480は光ビームを反射鏡240上に合焦
させ、この反射鏡240は光ビームを反射してポート5
00を通過させる。ポート500の通過後、光ビームは
スリーブ210の内面200によって遮られ、スリーブ
210を伝熱管50の内周部80に融着させて上述の隙
間を密封し、またスリーブ210を伝熱管50に密封的
に固定する。
ァイバーケーブル230の第1の端部235内へ導入す
る。レーザ光が光ファイバーケーブル230を通って導
かれると、レーザ光は光ファイバーケーブル230の曲
り部またはS字形部分に遭遇し、均質化されて空間干渉
性のレーザ光ビームとなる。光ファイバーケーブル23
0のS字形曲率部はレーザ光が壁235から跳ね飛ぶよ
うなものである。レーザ光が光ファイバーケーブル23
0の内壁235に多数回当たることにより、レーザ光の
拡散の度合いが小さくなって一層コヒーレントの状態に
なり「均質化された」レーザ光ビームを生ずるようにな
る。すると、均質化レーザ光ビームは光ファイバーケー
ブル230の第2の端部から出てレンズ480を通って
進み、レンズ480は光ビームを反射鏡240上に合焦
させ、この反射鏡240は光ビームを反射してポート5
00を通過させる。ポート500の通過後、光ビームは
スリーブ210の内面200によって遮られ、スリーブ
210を伝熱管50の内周部80に融着させて上述の隙
間を密封し、またスリーブ210を伝熱管50に密封的
に固定する。
【0036】さらに、装置190はスリーブ210を伝
熱管50の周りにぐるりと融着させることができる。こ
の点に関し、モータ組立体ハウジング300を作動させ
て車軸370を回転させ、それにより駆動歯車400を
回転させる。駆動歯車400が回転すると、被動歯車4
10は同程度回転して第2の支持本体420を回転させ
る。第2の支持本体が回転すると、ハウジング460内
に設けられていてこれに取り付けられている反射鏡24
0が回転する。反射鏡240及びハウジング460が同
時に回転すると、反射鏡240から反射し、ポート50
0を通過した光ビームはスリーブ210の周りに進んで
スリーブ210を伝熱管50の内面80に連続的に円周
方向に融着させる。同様に、所望ならば、多数の間隔を
おいた溶接部をスリーブ210の周りに設けてもよい。
熱管50の周りにぐるりと融着させることができる。こ
の点に関し、モータ組立体ハウジング300を作動させ
て車軸370を回転させ、それにより駆動歯車400を
回転させる。駆動歯車400が回転すると、被動歯車4
10は同程度回転して第2の支持本体420を回転させ
る。第2の支持本体が回転すると、ハウジング460内
に設けられていてこれに取り付けられている反射鏡24
0が回転する。反射鏡240及びハウジング460が同
時に回転すると、反射鏡240から反射し、ポート50
0を通過した光ビームはスリーブ210の周りに進んで
スリーブ210を伝熱管50の内面80に連続的に円周
方向に融着させる。同様に、所望ならば、多数の間隔を
おいた溶接部をスリーブ210の周りに設けてもよい。
【0037】しかしながら、本発明の方法により得られ
る溶接部は不純物が無く、したがって応力腐食割れの影
響を受けないものであるべきである。従って、遮蔽ガス
を溶接中の内面200の部分上に流して溶接域の酸化を
防止し、不純物が溶接域(即ち、溶接中のスリーブ21
0の部分)に移動しないようにする。また、遮蔽ガスを
溶接域の付近に供給すると、溶接煙(図示せず)が反射
鏡240から吹き飛ばされて反射鏡240の汚れが防止
されるようになる。溶接煙が反射鏡240を汚さないよ
うにするのに加えて、反射鏡240と溶接煙との接触を
実質的に回避し、或いは遮断するために反射鏡240は
スリーブ210の内面200に対してほぼ20°の角度
をなして傾斜している。反射鏡240の汚れを回避する
と、反射鏡240の有効寿命が増す。
る溶接部は不純物が無く、したがって応力腐食割れの影
響を受けないものであるべきである。従って、遮蔽ガス
を溶接中の内面200の部分上に流して溶接域の酸化を
防止し、不純物が溶接域(即ち、溶接中のスリーブ21
0の部分)に移動しないようにする。また、遮蔽ガスを
溶接域の付近に供給すると、溶接煙(図示せず)が反射
鏡240から吹き飛ばされて反射鏡240の汚れが防止
されるようになる。溶接煙が反射鏡240を汚さないよ
うにするのに加えて、反射鏡240と溶接煙との接触を
実質的に回避し、或いは遮断するために反射鏡240は
スリーブ210の内面200に対してほぼ20°の角度
をなして傾斜している。反射鏡240の汚れを回避する
と、反射鏡240の有効寿命が増す。
【0038】伝熱管を必要な本数についてスリーブ補修
した後、装置190を熱交換器10の付近から取り外
し、次に熱交換器10を使用状態にする。
した後、装置190を熱交換器10の付近から取り外
し、次に熱交換器10を使用状態にする。
【0039】上述の説明から分かるように、本発明の利
点は、スリーブをその比較的狭い制限された領域にわた
って溶接し、それによりスリーブを伝熱管に適切に融着
させることができることである。上述の説明から分かる
ように、本発明のもう1つの利点は、スリーブの内面を
正確に溶接するための比較的高い出力密度の空間干渉性
のあるレーザ光ビームが得られることである。加うる
に、上述の説明から理解されるように、本発明のさらに
もう1つの利点は、反射反射鏡の有効寿命が延びること
であり、その理由は、反射反射鏡が傾斜していて溶接作
業中に生じる溶接煙による汚れを受けにくいからであ
る。
点は、スリーブをその比較的狭い制限された領域にわた
って溶接し、それによりスリーブを伝熱管に適切に融着
させることができることである。上述の説明から分かる
ように、本発明のもう1つの利点は、スリーブの内面を
正確に溶接するための比較的高い出力密度の空間干渉性
のあるレーザ光ビームが得られることである。加うる
に、上述の説明から理解されるように、本発明のさらに
もう1つの利点は、反射反射鏡の有効寿命が延びること
であり、その理由は、反射反射鏡が傾斜していて溶接作
業中に生じる溶接煙による汚れを受けにくいからであ
る。
【0040】本発明をその好ましい実施例において図示
説明したが、本発明は図示の細部に限定されるものでは
ない。というのは、本発明に関する種々の変形例を本発
明の精神またはその均等範囲から逸脱することなく想倒
できるからである。例えば、一層高い出力密度を望なら
ば、Nd:YAGレーザに代えてCO2 レーザを用いて
もよい。別の例として、反射鏡240を回転させ、それ
と同時に溶接ヘッドを伝熱管50内で軸方向に並進さ
せ、それによりスリーブ210の内面上に螺旋状の溶接
部を形成してもよい。螺旋状溶接部は、スリーブ210
を伝熱管50に密封的に融着させる効果がさらに高い。
説明したが、本発明は図示の細部に限定されるものでは
ない。というのは、本発明に関する種々の変形例を本発
明の精神またはその均等範囲から逸脱することなく想倒
できるからである。例えば、一層高い出力密度を望なら
ば、Nd:YAGレーザに代えてCO2 レーザを用いて
もよい。別の例として、反射鏡240を回転させ、それ
と同時に溶接ヘッドを伝熱管50内で軸方向に並進さ
せ、それによりスリーブ210の内面上に螺旋状の溶接
部を形成してもよい。螺旋状溶接部は、スリーブ210
を伝熱管50に密封的に融着させる効果がさらに高い。
【0041】かくして、原子炉用熱交換器の伝熱管内に
配置される補修用スリーブである管状部材の内面をレー
ザ溶接するための装置及び方法を開示した。
配置される補修用スリーブである管状部材の内面をレー
ザ溶接するための装置及び方法を開示した。
【0042】
【図1】複数本のU字形伝熱管が設けられた代表的な原
子炉用熱交換器の部分側面図であり、明確化のために一
部を切り欠いて示す図である。
子炉用熱交換器の部分側面図であり、明確化のために一
部を切り欠いて示す図である。
【図2】補修用スリーブを伝熱管のうち選択された1本
の内面に溶接するために作動状態にある本発明の装置を
示す図である。
の内面に溶接するために作動状態にある本発明の装置を
示す図である。
【図3】スリーブを伝熱管をレーザ溶接するために、選
択された伝熱管の中に配置された導光手段及び光反射手
段の部分側面図である。
択された伝熱管の中に配置された導光手段及び光反射手
段の部分側面図である。
【図4】図3の4−4線における断面図である。
【図5】スリー部内に配置された導光手段を示す部分立
面図である。
面図である。
【図6】スリーブ内に配置された光反射手段の部分立面
図である。
図である。
【図7】図6の6−6線における断面図である。
【図8】スリーブを伝熱管に融着する均質化レーザビー
ムを示す部分立面図である。
ムを示す部分立面図である。
【図9】本発明の一部をなす光ファイバーケーブルによ
って放出されている均質化レーザビームの部分立面図で
ある。
って放出されている均質化レーザビームの部分立面図で
ある。
10 蒸気発生器 50 伝熱管 100 管板 190 レーザ溶接装置 210 スリーブ 220 Nd:YAGレーザ 230 光ファイバーケーブル 240 反射鏡 310 歯車組立体 450 光学系組立体 510 心出し手段 580 マニプレータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G21D 1/00 H01S 3/101
Claims (17)
- 【請求項1】 第1の管状部材の内周部を第2の管状部
材の内周部内に設けた状態で溶接し、それにより第1の
管状部材を第2の管状部材に融着させるための装置にお
いて、第1の管状部材を第2の管状部材に融着させるの
に十分に高い強さのレーザ光を発生するレーザと、レー
ザ光を導くようレーザに光結合され、レーザ光を均質化
して均質化された光ビームを放出するようになった光フ
ァイバーケーブルと、第1の管状部材の内周部内に配置
されるように寸法決めされたハウジングと、ハウジング
に取り付けられた反射器とを有し、反射器は、光ファイ
バーケーブルから放出された均質化されている光ビーム
を反射するよう光ファイバーケーブルに光結合されると
共に均質化光ビームを反射し、第1の管状部材の内周部
に当てて第1の管状部材を第2の管状部材に溶接するよ
う第1の管状部材の内周部に光結合されており、第1の
管状部材を第2の管状部材に溶接すると、第1の管状部
材は第2の管状部材に融着することを特徴とするレーザ
溶接装置。 - 【請求項2】 光ファイバーケーブルは、レーザ光を均
質化するように所定の全体的にS字の形状になっている
ことを特徴とする請求項1のレーザ溶接装置。 - 【請求項3】 反射器は反射鏡であり、第1の管状部材
の内周部を溶接しているときの反射鏡の汚れを防止する
ため、反射鏡は第1の管状部材の内面に対して所定の向
きをなしていることを特徴とする請求項1のレーザ溶接
装置。 - 【請求項4】 ハウジング内に設けられ、反射器に連結
されていて、反射器を回転させて第1の管状部材の内周
部周りに溶接をぐるりと行わせるための回転器を更に有
することを特徴とする請求項1のレーザ溶接装置。 - 【請求項5】 ハウジングに連結されていて、ハウジン
グを第1の管状部材の内周部に沿って軸方向に移動させ
るための導管を更に有することを特徴とする請求項1の
レーザ溶接装置。 - 【請求項6】 導管に係合して導管を第1の管状部材の
内周部に沿って軸方向に移動させる導管駆動装置を更に
有し、ハウジングは、導管駆動装置が導管を駆動する
と、第1の管状部材の内周部に沿って軸方向に移動する
ことを特徴とする請求項5のレーザ溶接装置。 - 【請求項7】 ハウジングに連結されていて、ハウジン
グを操作して第1の管状部材と同心状に整列させるマニ
プレータを更に有することを特徴とする請求項7のレー
ザ溶接装置。 - 【請求項8】 第1の管状部材の内周部とガス連通して
いて、遮蔽ガスを該内周部に供給し、不純物を該内周部
から除去して不純物の無い溶接部が形成されるようにす
る遮蔽ガス供給装置を更に有することを特徴とする請求
項7のレーザ溶接装置。 - 【請求項9】 ハウジングに連結されていて、溶接され
るべき第1の管状部材の内周部の部分の位置を識別する
プローブを更に有することを特徴とする請求項8のレー
ザ溶接装置。 - 【請求項10】 第1の管状部材の内周部を第2の管状
部材の内周部内に設けた状態で溶接し、それにより第1
の管状部材を第2の管状部材に融着させるための方法に
おいて、レーザの作動により、第1の管状部材を第2の
管状部材に融着させるのに十分に高い強さのレーザ光を
発生させ、レーザ光を導いているときにレーザ光を均質
化するよう形作られていてレーザに光結合されている光
ファイバーケーブルにレーザ光を通すことにより均質化
されたレーザビームを放出させ、第1の管状部材の内周
部内に配置されるように寸法決めされたハウジングを準
備し、ハウジングに取り付けられていて、光ファイバー
ケーブルに光結合されると共に第1の管状部材の内周部
にも光結合された反射器によって、均質化されたレーザ
ビームを反射させて第1の管状部材の内周部に当て、第
1の管状部材の内周部を溶接し、第1の管状部材を第2
の管状部材に溶接すると、第1の管状部材は第2の管状
部材に融着することを特徴とするレーザ溶接方法。 - 【請求項11】 レーザビームを反射させる段階におい
て、反射器を第1の管状部材の内周部に対して所定の角
度に差し向けることにより反射器の汚れを防止すること
を特徴とする請求項10のレーザ溶接方法。 - 【請求項12】 ハウジング内に設けられると共に反射
器に連結されて反射器を回転させるための回転器を操作
することにより第1の管状部材の内周部周りに溶接を行
う段階を更に有することを特徴とする請求項10のレー
ザ溶接方法。 - 【請求項13】 可撓性導管が連結されたハウジングを
第1の管状部材の内周部に沿って軸方向に移動させる段
階を更に有することを特徴とする請求項10のレーザ溶
接方法。 - 【請求項14】 ハウジングを第1の管状部材の内周部
に沿って軸方向に移動させる段階において、光ファイバ
ーケーブルに係合する導管駆動装置を作動させることに
より導管を第1の管状部材の内周部に沿って軸方向に駆
動する段階を更に有することを特徴とする請求項13の
レーザ溶接方法。 - 【請求項15】 ハウジングに連結されたマニプレータ
を操作することによりハウジングを第1の管状部材の内
周部と同心状に整列させる段階を更に有することを特徴
とする請求項14のレーザ溶接方法。 - 【請求項16】 遮蔽ガスを第1の管状部材の内周部に
供給して第1の管状部材の内周部から不純物を除去する
ことにより不純物の無い溶接部を得る段階を更に有する
ことを特徴とする請求項15のレーザ溶接方法。 - 【請求項17】 ハウジングが第1の管状部材の内周部
に沿って軸方向に移動しているときにハウジングに連結
されたプローブを付勢することにより、溶接されるべき
第1の管状部材の部分の位置を識別する段階を更に有す
ることを特徴とする請求項16のレーザ溶接方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US08/126,212 US5491317A (en) | 1993-09-13 | 1993-09-13 | System and method for laser welding an inner surface of a tubular member |
US08/126212 | 1993-09-13 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0788665A true JPH0788665A (ja) | 1995-04-04 |
Family
ID=22423609
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6247122A Withdrawn JPH0788665A (ja) | 1993-09-13 | 1994-09-13 | レーザ溶接装置及び方法 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5491317A (ja) |
EP (1) | EP0642874A1 (ja) |
JP (1) | JPH0788665A (ja) |
CA (1) | CA2131851A1 (ja) |
Families Citing this family (27)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5653897A (en) * | 1993-02-17 | 1997-08-05 | Electric Power Research Institute | Rotating fiber optic coupler for high power laser welding applications |
US6350326B1 (en) | 1996-01-15 | 2002-02-26 | The University Of Tennessee Research Corporation | Method for practicing a feedback controlled laser induced surface modification |
US7045015B2 (en) | 1998-09-30 | 2006-05-16 | Optomec Design Company | Apparatuses and method for maskless mesoscale material deposition |
US6294225B1 (en) | 1999-05-10 | 2001-09-25 | The University Of Tennessee Research Corporation | Method for improving the wear and corrosion resistance of material transport trailer surfaces |
US6173886B1 (en) | 1999-05-24 | 2001-01-16 | The University Of Tennessee Research Corportion | Method for joining dissimilar metals or alloys |
US6299707B1 (en) | 1999-05-24 | 2001-10-09 | The University Of Tennessee Research Corporation | Method for increasing the wear resistance in an aluminum cylinder bore |
US6497985B2 (en) | 1999-06-09 | 2002-12-24 | University Of Tennessee Research Corporation | Method for marking steel and aluminum alloys |
US6423162B1 (en) | 1999-07-02 | 2002-07-23 | The University Of Tennesse Research Corporation | Method for producing decorative appearing bumper surfaces |
US6284067B1 (en) | 1999-07-02 | 2001-09-04 | The University Of Tennessee Research Corporation | Method for producing alloyed bands or strips on pistons for internal combustion engines |
US6328026B1 (en) | 1999-10-13 | 2001-12-11 | The University Of Tennessee Research Corporation | Method for increasing wear resistance in an engine cylinder bore and improved automotive engine |
US6229111B1 (en) | 1999-10-13 | 2001-05-08 | The University Of Tennessee Research Corporation | Method for laser/plasma surface alloying |
US6486432B1 (en) | 1999-11-23 | 2002-11-26 | Spirex | Method and laser cladding of plasticating barrels |
JP4209366B2 (ja) * | 2004-07-29 | 2009-01-14 | 三菱重工業株式会社 | 配管の残留応力改善装置 |
US7674671B2 (en) | 2004-12-13 | 2010-03-09 | Optomec Design Company | Aerodynamic jetting of aerosolized fluids for fabrication of passive structures |
US7938341B2 (en) * | 2004-12-13 | 2011-05-10 | Optomec Design Company | Miniature aerosol jet and aerosol jet array |
US20070056939A1 (en) * | 2005-09-09 | 2007-03-15 | Colby Paul T | Method for laser cladding of tubes |
US7879394B1 (en) | 2006-06-02 | 2011-02-01 | Optomec, Inc. | Deep deposition head |
US20100310630A1 (en) * | 2007-04-27 | 2010-12-09 | Technische Universitat Braunschweig | Coated surface for cell culture |
TWI482662B (zh) | 2007-08-30 | 2015-05-01 | Optomec Inc | 機械上一體式及緊密式耦合之列印頭以及噴霧源 |
US9168613B2 (en) | 2010-10-22 | 2015-10-27 | Paul T. Colby | Vertical laser cladding system |
US8927897B2 (en) | 2010-11-17 | 2015-01-06 | Rolls-Royce Corporation | Laser maintenance tool |
US9851164B2 (en) * | 2014-03-13 | 2017-12-26 | Corestar International Corporation | Laser centering of robotic arm |
CN107548346B (zh) | 2015-02-10 | 2021-01-05 | 奥普托美克公司 | 通过气溶胶的飞行中固化制造三维结构 |
US11484973B2 (en) | 2016-11-28 | 2022-11-01 | Raytheon Technologies Corporation | Laser cladding system and method |
KR20200087196A (ko) | 2017-11-13 | 2020-07-20 | 옵토멕 인코포레이티드 | 에어로졸 스트림의 셔터링 |
CA3096275A1 (en) * | 2018-04-23 | 2019-10-31 | Lsp Technologies, Inc. | Apparatus for laser peening hidden surfaces |
CN116160100B (zh) * | 2023-04-21 | 2023-06-27 | 中建材(合肥)钢构科技有限公司 | 一种钢管自动上料的等离子切割装置 |
Family Cites Families (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4814702A (en) * | 1984-05-31 | 1989-03-21 | Westinghouse Electric Corp. | Process for accurately determining the position of the edges of support plates in steam generators |
US4736092A (en) * | 1985-04-04 | 1988-04-05 | Westinghouse Electric Corp. | Braze heater assembly and method |
US4694137A (en) * | 1986-01-23 | 1987-09-15 | Westinghouse Electric Corp. | Laser welding head for sleeve-to-tube welding |
US4827098A (en) * | 1987-07-06 | 1989-05-02 | Westinghouse Electric Corp. | Flexible laser welding head for sleeve-to-tube welding |
EP0300458B1 (en) * | 1987-07-21 | 1991-12-18 | Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha | Laser beam welding method for an inner cicumferential surface of a tube |
FR2637829A1 (fr) * | 1988-10-14 | 1990-04-20 | Framatome Sa | Procede de dispositif de soudage a distance d'un manchon dans un tube notamment dans un generateur de vapeur de centrale nucleaire |
FR2649030B1 (fr) * | 1989-06-28 | 1992-04-24 | Framatome Sa | Dispositif de soudage au laser a l'interieur d'un element tubulaire |
JP2659809B2 (ja) * | 1989-08-07 | 1997-09-30 | 三菱重工業株式会社 | レーザ用反射ミラー |
FR2656558B1 (fr) * | 1989-12-28 | 1992-05-07 | Framatome Sa | Procede de travail au laser dans un tube. |
FR2656557B1 (fr) * | 1989-12-28 | 1992-05-07 | Framatome Sa | Tete de travail au laser a l'interieur d'un tube. |
US5066846A (en) * | 1990-06-26 | 1991-11-19 | Westinghouse Electric Corp. | System and method for laser welding the inner surface of heat exchanger tubes |
DE4115562A1 (de) * | 1990-08-17 | 1992-02-20 | Siemens Ag | Vorrichtung und verfahren zum laserschweissen eines rohres |
US5182429A (en) * | 1991-05-23 | 1993-01-26 | Westinghouse Electric Corp. | System and method for laser welding the inner surface of a tube |
-
1993
- 1993-09-13 US US08/126,212 patent/US5491317A/en not_active Expired - Lifetime
-
1994
- 1994-09-07 EP EP94306562A patent/EP0642874A1/en not_active Withdrawn
- 1994-09-12 CA CA002131851A patent/CA2131851A1/en not_active Abandoned
- 1994-09-13 JP JP6247122A patent/JPH0788665A/ja not_active Withdrawn
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CA2131851A1 (en) | 1995-03-14 |
US5491317A (en) | 1996-02-13 |
EP0642874A1 (en) | 1995-03-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JPH0788665A (ja) | レーザ溶接装置及び方法 | |
EP0665080B1 (en) | System and method for laser welding an inner surface of a small diameter tubular member | |
CA1264070A (en) | Laser welding of a sleeve within a tube | |
JP2766396B2 (ja) | 損傷管の修理方法および装置 | |
US4694137A (en) | Laser welding head for sleeve-to-tube welding | |
EP0300458B1 (en) | Laser beam welding method for an inner cicumferential surface of a tube | |
EP0234721B1 (en) | Laser beam alignment and transport system | |
EP0465106B1 (en) | System and method for laser welding the inner surface of a conduit | |
WO1997041994A1 (en) | Apparatus and method for laser welding the inner surface of a tube | |
JPH02151383A (ja) | 特に原子力発電所の蒸気発生器の管の内部で遠隔溶接を実施する方法及び装置 | |
JP3097936B2 (ja) | 導管の内壁のレーザ溶接装置及び方法 | |
JP2001513031A (ja) | 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 | |
EP0238171B1 (en) | Laser welding head for sleeve-to-tube welding | |
CZ285515B6 (cs) | Způsob svařování kovového trubkového pláště uvnitř kovové trubky svazkem laserových paprsků a zařízení pro provádění tohoto způso bu | |
US6211482B1 (en) | Apparatus and method for precision excavation and welding of thick-walled components | |
JP2862255B2 (ja) | 管内周面レーザ溶接装置 | |
CN113427128A (zh) | 一种密封焊缝焊接维修激光头 | |
JP2560652Y2 (ja) | 管内周面のレーザ溶接装置 | |
JPH10146684A (ja) | レーザ照射装置 | |
JP7216326B2 (ja) | 配管溶接方法及び配管溶接装置 | |
KR100876310B1 (ko) | 원자로 헤드 제어봉 구동부의 노즐 내면 손상부 보수용접장치 | |
JP2000084685A (ja) | 配管用レーザ切断・溶接装置 | |
JPH0716770A (ja) | レーザ加工装置 | |
CN117506130A (zh) | 核电站蒸汽发生器管内激光焊接***和方法 | |
JPH05261573A (ja) | レーザービーム熔接工具用光学チャネルの操作制御方法およびその装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20011120 |