CS443390A3 - Process of welding metallic tubular jacket inside a metallic tube by employing a laser beam and apparatus for making same - Google Patents

Description

Vynález se týká zařízení pro svařování dvou kovových součástí svazkemlaserových paprsků, sestávajícího z optického vlákna pro přenos svazkulaserových svařovacích paprsků a ze svařovací hlavy obsahující zaostřovacíprostředky svazku laserových paprsků vyzařujících z optického vlákna·

Vynález se též týká způsobu svařování trubkového kovového pláště svazkemlaserových paprsků uvnitř kovové trubky s malým vnitřním průměrem, napříkladv rozmezí od 1O do 50 mm·

Zařízení podle vynálezu se využívá zvláště, i když nikoliv výlučně, přiopravách ucházejících trubek tepelného výměníku typu s trubkovou deskou,přičemž k výměně tepla dochází mezi primárním chladičem reaktoru, napříkladjaderného reaktoru s tlakovou vodou nebo REP a vodu v tekuté fázi a parouvytvářející sekundární chladič·

Jde o to, aby se při opravě ucházejících trubek výměníku zabránilojakémukoli znečištění sekundárního obvodu, který musí zftstat bezpodmínečněv nečinnosti, primárním obvodem zaplněným popřípadě radioaktivními prvky·

Oprava ucházející trubky výměníku, jakkoli poškozené nebo prasklé v ro-vině jejích připevnovacích bodů k trubkové desce, je obtížná· Vnitřní průměrtrubky výměníku u trubkové desky napojené nachladicí obvod jaderného reaktoruje ve skutečnosti řádu 20 mm·

Nedostatky známých svařovacích zařízení spočívají v tom, že zaujímajímnoho místa a/nebo spotřebují množství energie a jsou proto příčinouzávažných deformací v úrovni trubkové desky a trubky opatřené opravnýmpláštěm· Úkolem vynálezu je vyvinout zařízení a způsob pro svařování pláštěuvnitř trubky s malým průměrem, odpovídající lépe požadavkům praxe než dosavadní svařovací zařízení a způsoby, a to, po^ ud jde o svařovacízařízení, aby vyžadovalo málo místa, bylo velmi pevné a umožňovalo prová-dění kvalitních svarů a pokud jde o způsob provádění, aby bylo dosaženomenší spotřeby energie než zná mými způsoby.

Svařovací zařízení dvou kovových součá stí svazkem laserových paprskůsestá vá z optického vlákna pro přenos svazku paprsků a ze svařovací hlavyobsahující axiá lně protáhlé těleso, rovnoběžné se směrem osy svazk u la-serových paprsků vyzařujících z optického vlá kna. Svařovací hlava obsahujezaostřovací prostředky svazku paprsků vyzařujícího z optického vlá kna,odchylovací prostředky svazkui paprsk ů vystupujícího ze zaostřovacích prostředkůa zaměřeného na soucá sti určené k svaření, a odchylovací prostředky svazkupaprsků .obsahující rovné- zrcadlo pro odrážení svazku paprsků na součá stiurčené k svaření.

Podstata vyná lezu spočívá v tom, že svařovací hlava obsahuje vnitřníz výstupní pásmo, .oddělující odrazové zrcadlo a bod zaostření svarzku paprsků, -? :odrazové/zrcadlo svazku paprsků-umístěné, vzhledem k .bodu. (zaostření zcelave vzdálenosti přibližně stejné nebo větší než je vzdálenost oddělující osusvařovací hlavy od bodu zaostření, a plynové proplachovací ustrojí výstupníhopásma, uspořádané pro odstranění kovových par vystupujících z taveniny kovůpři svařování z oblasti odchylo vacích prostředků. V jiném provedení sestává zařízení pro svařování trubkového kovovéhopláště svazkem laserových paprsků uvnitř kovové trubky z optického vláknapro přenos svazku paprsků a ze svařovací hlavy obsahující válcové tělesorovnoběžné se směrem osy svazku laserových paprsků vyzařujících z optické-ho vlákna. Svařovací hlava je ve funkčním spojení s vnitřkem trubky a obsa-huje prostředky pro zaostření svazku paprsků vyzařujícího z optického vlákna a odchylovací prostředky svazku paprsku vystupujícího ze zaostřovacíchprostředků, zaměřeného na část pláště určeného ke svaření» Odchylovacíprostředky svazku paprsků obsahují rovné zrcadlo pro odrážení svazku paprskůk části pláště určeného k svaření» ·-— .......

Podstata vynálezu zařízení v tomto provedení spočívá v tom, že svařovacíhlava obsahuje výstupní pásmo, oddělující odrazové zrcadlo a bod zaostřenísvazku paprsků, jehož horní příčný průřez je větší nebo se rovná poloviněvnitřního příčného řezu válcového tělesa a proplachovací ustrojí výstupníhopásma promývacím plynem, uspořádané pro odstranění kovových par, vystupu-jících z taňeniny kovů při svařování z oblasti odchylovacích prostředků· U obou provedení svařovacích zařízení je nejmenší vzdálenost oddělujícíodchylovací prostředky od bodu zaostření menší než 30 mm»

Konec optického vlákna, z něhož vyzařuje svazek laserových paprsků,je připevněn v ose svařovací hlavy a zaostřovací prostředky svazku paprsků..obsahují odchylovací optické prostředky svazku paprsků vzhledem k osesvařovací hlavy pro vedení svazku paprsků na odrazové zrcadlo· U druhého provedení svařovacího zařízení obsahují zaostřovací prostředkysvazku paprsků, umístěné postupně na optické dráze svazku paprsků vyzařují-cích z optického vlákna meniskus, ploskovypouklou čočku a optické prostředkypro odchýlení paprsků, přičemž optické odchylovací prostředky jsou tvořenyčástí sférické plosko vypuklé čočky, jejím válcovým profilová nín) , přičemž 'Λ oda druhé sférické ploskovypuklé čočky je rovnoběžná s osou první sféricképloskovypuklé Čočky»

PlynOvé proplachovací ustrojí obsahují odchylovače tvořené stěnamiuspořádanými symetricky vzhledem k rovině procházející osou svařovací 4 hlavy a uspořádané pro zvýšení rychlosti plynu ve výstupním pásmu a dyna-mického tlaku působícího na svařovací pásmo·

Svařovací zařízení v obou provedeních dále obsahuje ovládací a kontrolníprostředky svařování laserovými paprsky vyzařovaných v postupných impulsechvyzařování od 1O do 5Ó milisekund· Používaným zdrojem svazku laserovýchpaprsků je kompaktní zdroj laserových paprsků typu laser YAG® Promývacíplyn je neutrální·

Svařovací hlava je opatřena prostředky pro automatické otáčení kolemjejí osy a prostředky pro automatické posouvání svařovací hlavy podél jejíosy» uspořádané pro podélné posouvání svařovací hlavy vzhldem k součástemurčeným s svaření®

Plynové proplachovací ustrojí obsahuje obtoky» tvořené zčásti kruhovými hrdly vyhloubenými ve vnitřním povrchu válcového tělesa okolo zaostřovacích ♦ prostředků svazku paprsků®

Způsob svařování trubkového kovového pláště uvnitř kovové trubkys vnitřním průměrem menším než 50 mm spočívá v tom» že se plást určenýk při vaření zasune do trubky» do níž se zasune svařovací hlava podlouhléhotvaru až do stanovené polohy vzhledem k plášti určenému k svaření» do systémuoptického vlákna spojeného se svařovací hlavou se vysílá svazek laserovýchpaprsků» zaostřený na část pláště určenou k svaření pomocí odchylovacíchprostředků připevněných k svařovací hlavě» Čímž se plášt při važuje k trubceroztavením kovu» a svařovací hlava se otáčí kolem své osy a provádí kruhovýsouvislý nebo přerušovaný svar pláště k vnitřní stěně trubky·

Podstata vynálezu způsobu spočívá v tom» že se svazek laserovýchpaprsků vysílá v impulsech® Současně s vysíláním svazku laserovýchpaprsků se svařovaná oblast proplachuje proplachovacím plynem, vstřikovaným 5 dovnitř svařovací hlavy a vedeným mezi odchylovacími prostředky a svařo-vanou oblastí· Kovové páry,, vzniklé roztavením kovu, se odvádějí mimooblast odchylovacích prostředků a současně se nasá vá do prázdného vnitřku . . trubky _a odvádí konoem trubky protilehlým vzhledem ke konci trubky, jímžvstupuje svařovací hlava, neutrální proplachovací plyn, vstřikovaný dovnitřsvařovací hlavy·

Vynález odstraňuje zmíněné nevýhody a poskytuje další výhody spočívajícív tom, že se používá k promývání neutrálního plynu, s výhodou argonu·

Nejmenší vzdálenost, oddělující odchylovací prostředky od bodu zaostřeníje malá, řádu 30 mm, s výhodou v rozmezí 5 až 1O mm· Konec optickéhovlákna, z něhož vyzařuje svazek laserových paprsků, je připevněn v ose sva-řovací hlavy a zostřovací prostředky svazku paprsků obsahují optické prostředkyodchylující svazek paprsků od . . osy svařovací hlavy a zaměřují jej naodrazové zrcadlo·

Vynález bude blíže objasněn v následujícím popisu konkrétních provedení, J na něž však není vynález omezeno

Na připojených výkresech znázorňují obr· 1 schéma principu svařovacíhozařízení k provádění způsobu podle vynálezu použitého při opravě trubkyvýměníku teplaj obr# 2 schéma aciálního řezu svařovací hlavy podle obr· 1ze zvětšeném měřítku} obro 3 schéma principu části optického systému zařízenípodle obr, 1; obr· 4a, 4b variantu provedení v pohledu zepředu a v řezučočky tvořící prostředky, odchylující svazek příslušející zaostřovacímprostředkům zařízení podle vynálezu} obr· 5 schematický pohled s částečnýmřezem znázornujcún část svařovací hlavy zařízení podle vynálezu s bočnímideflektory} obr· 6 schematický řez v rovině VI — VI v pohledu shora na obr· 5}obr· 7 částečný svislý řez v rovině VII—VII na obr· 2} obr· 8 částečný Μ 6 Μ schematický axiální řez ve zvětšeném měřítku koncem svařovací hlavy u jinéhoprovedení vynálezu; obr· 9 schematický perspektivní pohled na svařovacíhlavy a pláště v trubce použitelné u vynálezu; obr· 1O pohled v řezu na jiné * φ . provedení upevňovacích prostředků a obtoku čoček svařovací hlavy podleobr· 2; obr·. 11 pohled v řezu XI - XI na obr· 10.

Tepelný výměník, znázorněný schematicky na obro 1 je běžného typuužívaného u vodních tlakových reaktorů· Sestává z pláště J. obsahujícíhosvazek trubek tvaru U2, jejichž koncové části 3 procházejí trubkovou deskou 4·Průměr trubky 2 na obr· 1 je zakreslen v poměru k plášti lak trubkové desce 4ve zvětšeném měřítku· Zrubková deska 4_ vrymezuje přepážkou 5 nádrž S-na studenou vodu a nádrž “r na iepiou vodu·“ Nádrž ó jeopatřena přiváděcím * ' *potrubím a nádrž 7odváděcímpotrubím primárního chladivá reaktoru (nejsouznázorněny)· Část hlavního obvodu ve výměníku je izolována a vyprazdňovánaa známým způsobem čištěna· část jS výměníku ležící mezi trubkami 2 a pláštěm 1_ je naplněna připrovozu sekundárním Chladivém reaktoru a patří proto k sekundárnímu obvodu·

Zařízení podle podrobněji popsaného provedení vynálezu sestává ze sva-řovací hlavy ^například válcový ležící v prodloužení osy a připojené na jednomze svých konců k optickému vláknu IQ pro přenos svazku laserových paprsků·Optické vlákno IQ je pravidla monovlákno z křemene o průměru 500a 1500 Jjun» Je však možno použít i jiných typů svazků tvořených několikavlákny (vícevláknové svazky)· Vlákno, případně svazek vlálen, jsou druhýmkoncem spojeny se zdrojem 12 souvislého záření vysílaného laserem známéhotypu·

Zpravidla je laser pevný, známého typu pod názvem YAG (délka vlny řádumikronu) obsahující ionty ND. 7

Hustota záření spuštěného laserového zdroje v zařízení podle vynálezu 2 2je v rozmezí od 0,1 do 5 MW na cm , s výhodou řádu 0,3 MW/cm ·

Svařovací hlava 9 je spojena hadicí 13 s proplachotacím ustrojím 14- proplachovacího plynu, například ar gonu, obsahujícím nádrž-tlakového argonu a prostředky pro regulaci plynových dávek vstřikovaných do svařovací hlavy 9hadicí 13·

Svařovací zařízení obsahuje prostředky pro automatické otáčení svařo-vací hlavy 9 kolem její osy a prostředky pra podélný automatický posuv svařo-vací hlavy 9 podél její osy·

Rotační prostředky (nejsou znázorněny) jsou umístěny vně svařovacíhlavy 9· Jsou uspořádány na povrchu trubky 2 určené k opravě a jsou tvořenyznámým způsobem, například dvěma pastorky, z nichž jeden je připevněn ksvařovací hlavě 9, druhýk podpěře 15 » přičemž jsou ve vzájemném záběrupodle dvou rovnoběžných os a jsou poháněny krokovým motorem podle číselné-ho řízení, například připevněného k uvedené podpěře 15· Prostředky pro•podélný posun, které nejsou rovněž znázorněny, jsou známého typu a obsahujínekonečný závit pevně spojený se svařovací hlavou 9 spolupracující s maticípřipevněnou k podpěře 15 a poháněný krokovým motorem· Podpěra 15 je tvořenanapříklad přístroje, jehož se běžně užívá při kontrole a údržbě jadernéhoreaktoru a k němuž jsou svařovací hlava 9 a její rotační a posuvný prostředeksnadno přizpůsobitelné· Přístroj je výhodně typu nazývaného často ”pavoukM·Možné konstrukce těchto přístrojů jsou popsány například v patentovýchspisech US - A - 4 018 345 a FR A- 2 309 314·

Vakuační prostředek 16 vnitřku trubky 2 obsahuje hlavici 17., která se při-pevňuje těsně na opačném konci 3_ trubky 2 , do něhož je usazena svařovacíhlava 9· X'hlavici 17 je připojen hadicí 18 vakuační prostředek 16, napříkladvývěva· - 8 -

Rotační a posuvný prostředek svařovací 9 , zdroj 12 laserových paprsků, proplachovací ustrojí 14 a vakuační prostředek 16 jsou ovládányovládacími a kontrolními prostředky 17a ♦ Prostředky 17a obsahují napříkladprogramovatelný aftcmat a umožňují funkci zařízení, jak bude dále popsáno· €

Obr· 2 je axiální řez svařovací hlavou 9 zařízení podle vynálezu·

Svařovací hlava 9 se skládá z kovového válcového pláště 20, napříkladz nerezavějící oceli s podélnou osou 21 · Vnější průměr pláště 2Oje napříkladřádu 19 mm· Vzhledem k tomu je kovový válcový plášt^20, vhodný k spoluprácis vnitřkem trubky 2 výměníku,jehož vnitřní průměr je řádu 20 mm, cožumožňuje samostředění svařovací hlavy 9 v trubce 2· Je možno použít speci-fických samo středících prostředků známého typu, nebo prostředků, kterébudou.dále popsány v souvislosti s .provedeními znázorněnými na obr· 8, 9·

Kovový válcový plášt 20 je na jednom svém konci 22 otevřený a na druhém konci 23je opatřen kovovou zátkou 24, proraženou místy přívodními průchody 25proplachovacího plynu, jehož dráha je znázorněna na obr· 2 uvnitř svařovacíhlavy 9 šipkami 26» Přívodní průchody 25 jsou umístěny symetricky podle osy 21 a jejich početje například šest nebo osm· Svařovací hlava 9 je spojena s optickým vláknem IQpro převod svazku 27 laserových paprsků koncem 28 optického vlákna IQpřipevněným k zátce 24 v ose 21 svařovací hlavy _9 ·

Jak je znázorněno na obr. 2, 3 obsahuje svařovací hlava 9 zaostřovacíprostředky 29 svazku 27, tvořené například sférickým meniskem 30, sférickouplosko vypuklou čočkou 31 a optickými odchylovacími prostředky 32 svazku 27paprsků, tvořenými ploskovyptklou poločočkou vystupující z odříznutého válco— *vého okraje ploskovypuklé čočky s velkým průměrem, vyznačeným na obr· 3čárkovaně. - 9 - ty

Obr· 4a a 4b znázorňují přesněji provedení odchylovacích prostředků32» tvořených čočkou 35 s osou 35 *» vystupující z válcové karotáže neboz vývrtu sférické ploskovypuklé čočky 36 s osou 36 *', přičemž osa 35 Γje rovnoběžná s osou 36 * čočky 36»

Odchylovací prostředek 37 (viz obr. 2) je tvořen plochým zrcadlem 37 *umístěným v rovině kolmé k svazku paprsků a skloněné o úhel 20 až 60°vůči ose 21»

Zrcadlo 37 * odchyluje svazek 38 paprsků a zaostřuje odchýlený svazek 40paprsků na bod 39 zaostření, ležící na součástech určených k svaření, tvo-řených v popisovaném příkladu trubkou 2 výměníku a válcovým pouzdrem 41,které je v těsném dotyku s vnitřní stěnou trubky 2, do níž bylo dříve vloženoa k níž bylo připevněno napřáklad zaválcováním, rozepřením nebo hydraulickýmdrážkováním. Uhly odchýlení svazku laserových paprsků 40 mezi dopadajícímia odpovídajícími odraženými uhly jsou v rozmezí 80 až 10 O°. Jsou určenyvelikostí sklonu zrcadla 37 vůči ose 21 a vzdáleností mezi zrcadlem 37 *a bodem 39 zaostření· , Odchýlený svazek 40 paprsků tvoří kužel, jehož vrcholem je bod 39zaostření· nOdchylovací prostředky 32 a zrcadlo 37 *jsou například uspořádánytak, aby osa kuželu svazku 40 paprsků svírala s tečnou rovinou součástíurčených k svařování úhel dopadu v rozmezí mezi 30 a 0° (normální dopad),což příznivě ovlivňuje dobrý průnik svaru· Podle vynálezu má svařovací hlava 9výstupní pásmo 42 oddělující zrcadlo 37 * od zaostřovacího bodu 39 svazkupaprsků·

Toto výstupní pásmo 42 ležící uvnitř nebo, což se pokládá za ekviva-lentní, zčásti uvnitř svařovací hlavy_9, představuje vzhledem k tomu, že seplást 20 uzavírá více nebo méně nad zrcadlem 37 , nominální průchod plynu ίο vypouštěného proplachovacím ustrojím 14· -Tento minimální průřez je zpra-vidla větší než polovina nebo se rovná polovině vnitřního průřezu válce 20 ,což je proto» že odraz svazku 27 paprsků je zcela umístěn vzhledem k bodu 39zaostření ve vzdálenosti rovnající se nebo převyšující vzdálenost d^ oddělujícíosu 21 svařovací hlavy _9 od bodu 39 zaostření· Vzdálenost d roviny , rovno-běžné s osou 21 a dosahující k horní zarážce zrcadla 37 * nebo obecněji vy-jádřeno, obsahující bod odchylovacích prostředků 37, ležící nejblíže bodu 39zaostření je stejná nebo je větší než d^o

Ve svařovacím zařízení podle vynálezu je u popisovaného provedení vzdá-lenost d řádu 1O mm* o ....... . Pro umožnění přístupu plynu vstřikovaného do svařovací hlavv 9 přívodními průchody 25» umístěnými na opačné straně vzhledem k výstupnímu pásmu 42,ležícímu v blízkosti jednoho konce svařovací hlavy 9 obsahují proplachovacíustrojí14 obtoky 43 plynu okolo zaostřovacích prostředků 29 · Tyto obtokovéprostředky jsou tvořeny například zčásti kruhovými hrdly vyhloubenými vevnitřním povrchu válcového plá ště 20 svařovací hlavy 9»

Zařízení podle vynálezu je opatřeno druhým válcovým pláštěm 44 pro upevnění zaostřovacích prostředků 29 a odchylovacích prostředků 37· Druhý« válcový plášt*44 umožňuje průchod proplachovacího plynu a je v dotykus prvním pláštěm 20, v němž se může otáčet s malým třením· Otvory 45 ve vál-covém plášti 44 v místě obtoku 43 tvoří druhou část obtokových prostředků·

Plyn sleduje dráhu vyznačenou na ofcr. 2 šipkami 26 ·

Jsou možná ještě další provedení těchto připevnovacíeh prostředků a obtoků 43 čoček 30, 31, 32· Například, jak je znázorněno na obr. 1O, 11,čočka 60 je připevněna ve válcovém tělese 61, které je v dotyku s vnitřkemválcového pláště 20, v němž je upevněna· -114'- ------- válcové těleso 61 i, jehož vnější průměr je například řádu 16 mm, se skládá z první části 62 s prvním vnitřním průměrem a z druhé části 63s druhým vnitřním průměrem, který je větší než první vnitřní průměr a tvoříprstencové osazení 64, na něž dosedá a k němuž je připevněna čočka 60 ·

Dva válcové otvory 65 o průměru například 8 mm jsou napříč, podél a kolmok ose válcového tělesa 61 a tvoří obtokové prostředky plynů 66, jak je zná—

V zorněno na obr® 1O. Takovéto uspořádání umožňuje široký průchod plynukolem čočky 60, což se příznivě projevuje chlazením plynu a Snížením jeho , ztrát·

Proplachovací ustrojí 14 svařovací hlavy 9 obsahuje ještě deflektory 46tvořené rovnými stěnami umístěnými symetricky vzhledem k rovině procházejícíosou 21 svařovací hlavy 9 a vzájemně připevněnými podélnou zarážkou 47(obr. 7), tvořící úhelník ve tvaru písmena V, jehož vnitřní plochy jsou v dotykuse svazkem 38 paprsků (obr· 2). vycházejících od zaostřovacích prostředkůčoček 30, 31, 32 · Zarážka 46 (obr· 7) je opatřena otvorem 47 propouštějícímsvazek laserových paprsků k součástem určeným k svařování·

Jiné provedení def lektoru 46 je znázorněno na obr· 5, 6· Deflektory 46jsou tvořeny zakřivenými stěnami symetrickými vzhledem k rovině procházejícíosou 21 a zužující se do tvaru Venturiho trubice pro vedení a zrychlení plynuk bodu 39 zaostření a svaření.

Jak bylo uvedeno, svařovací zařízení (viz obr· 2) obsahuje prostředky(nejsou znázorněny), umístěné vně svařovací hlavy 9 pro automatické otáčenísvařovací hlavy 9 kolem osy 21 · Tyto prostředky umožňují otáčení válcovéhopláště 44 a současně různých Částí svařovací hlavy 9, které jsou k ní připevně—né, totiž zátky 24 zaostřovacích prostředků 29 , zrcadla 37 , deflektory 46uvnitř válcového pláště 20 svařovací hlavy 9· Prstenec 50 připevněný k plášti20 a obsahující těsnicí spoj 51 známého typu (například spoj torický),

zajišťuje při otáčení těsnost s pláštěm 2(¾ aby se zabránilo uniku vstříkanéhotlakového plynu do svařovací hlavy 9 průchody 25·

Zařízení je rovněž opatřeno prostředky pro podélné automatické posouvánísvařovací hlavy 9 v trubce 2 určené k opravě· Obsahují těsnicí část 52 vetvaru poklopu, jehož základna je opatřena těsnicím spojem 53 s trubkovoudeskou 4# Těsnicí částí 52 ve tvaru poklopu prochází na příslušných místech v trubkový plást 20 svařovací hlavy 9o Těsnicí část 52 ve tvaru poklopu atrubkový plást* 20 jsou vzájemně posuvné# Spolupracují.v dotyku pomocítorického těsnicího spoje 54# Těsnicí část 52 ve tvaru poklopu je udržovánapod tlakem na trubkovou desku 4 známými prostředky, které nejsou znázorněny#

Na obr# 8 je znázorněno jiné provedení konce svařovací hlavy 9 podlevynálezu se zvýšeným působením promývacího plynu v blízkosti bodu 39zaostření#

Konec 70 svařovací hlavy 9 má menší vnější průměr než vnitřní průměrpláště 71» do něhož je zasunut# Náběžník 72 je připevněn k válcovému plášti 73 svařovací hlavy 9před zrcadlem 74 obráceném proti směru dráhy svazku 75 laserových paprsků·

Zrcadlo 74 je umístěno zcela pod axiální rovinou 77 svařovací hlavy 9 vzhledemk zaostřovacímu bodu 83# Na náběžníku 72 je vytvořena rovná plocha 78 , na, nižpůscbí plyn 79, skloněná směrem k zrcadlu 74, například v úhlu 60° vůčirovině zrcadla 74 «

První náběžník 72 je rovněž opatřen zadní stěnou 80, zakřivenou zčástido kuželovitého, zčásti do rovného tvaru, jejíž směr je téměř rovnoběžnýs nejbližší tvořící přímkou 81 kuželovitého svazku laserových paprsků zaostře-ných do bodu 83#

Nad zrcadlem 74 je umístěn druhý náběžník 84 vedení plynu tvořící‘ šikánu 85 mezi zadní stěnou 80 prvního náběžníku 72 a přední stěnou 86 druhého náběžníku 84» Tato přední stěna 86 je například rovná nebo zčásti kuželovitá a je téměř rovnoběžná s nejfcližší tvořící ρ řír Jr ou 87 svazku - 12 - laserových paprsků 82» Výška zrcadla 74 druhého náběžníku 84 a horního promývacího pásma 88jsou například a výhodně přibližně stejné, každá z nich je rovná třetiněvnitřního průměru svařovací hlavy 9» Takovéto uspořádání, které má zanásledek nucenou změnu směru promývacího plynu, umožňuje prodloužení jehodynamického učinku, přičemž vhání prach vznikající při svařování do prouduplynu a do prodloužení svařovací hlavy _9 · U popisovaného provedení je svařo-vací hlava 9 na svém konci 89 zcela otevřená»

Na tomto konci jsou například připevněny samostředné prostředky 90,které budou dále popsány v souvislosti s popisem provedení znázorněným na obr. 8 a 9»

Tyto prostředky obsahují například tři pružné kovové, 2 mm široké a 5 cmdlouhé lamely 91, které mohou též tvořit válcovitou třínožku, přičemž jednotlivélamely 91 jsou vzájemně k sobě připevněny jedním svým koncem 92 a tvoří taktřínožku· Každá lamela 91 je zakončena patkou 93 ohnutou v 90° uhlu ven avtlačenou bočně do dírky 94 vyhloubené za tímto účelem na konci 89» V společném konci 92 je vsazeno kolo 95 tvořící kruhový kartáč s radiálnímikovovými nebo slaměnými ohebnými štětinami 96» Průměr kola 95 je o něcovětší, například o několik desetin milimetru než vnitřní průměr pláště 71»Štětiny 96 jsou jednotlivé nebo jsou uspořádané v chomáčích vzájemně od sebeoddělených mezerami 97 pro umožnění hladkého toku proudu plynů 79 »

Například v plášti, s průměrem 16 mm, průměrem kola 95 mm, je kovováštětina od jednoho konce ke druhému 16 mm 3 desetiny mm, jsou štětinyrozděleny do osmi chomáčků, každý s deseti ohebnými štětinami s 3 až 4desetiny mm větším průměrem. 13 Dále bude popsána činnost svařovacího zařízení podle vynálezu, jehožbylo použito k opravě trubky malého průměru, přesněji k opravě trubkytepelného výměníku jaderného reaktoru·

Nejprve se zjistí trubka 2, jíž je třeba opravit, poté se zasune předběžně .dovnitř do trubky určené ke svaření, například v blízkosti trubkové desky 4.válcový plást 41, načež se připevní nosná podpěra 15 svařovací hlavy 9ve skříni 6 čelem k trubce 2 určené k opravě· Do trubky 2 se poté zavede sva-řovací hlava 9 až do polohy určené vzhledem k válcovému plášti 41, s nímž mábýt trubka 2 svařena, například tak, aby dosedla na válcový pláš^ 41 , jak jeznázorněno na obr· 2· Tento úkon se provádí dálkově a je řízen ovládacímia kontrolními . prostředky 17a· Zevnitř trubky 2 se nasává pomocí vakuačníchprostředků 16, těsnicí hlavice 17, která byla dříve připevněna na druhém koncitrubky _2, určené k opravě, vzduch do skříně 7·

Poté se vstřikuje do svařovací hlavy 9 pod tlakem několika barů (HPa)proplachovací plyn, například známý neutrální plyn argon nebo dusík· Plyn vnikádo svařovací hlavy 9 průchody 25» sleduje dráhu označenou na obr· .2,5,.6 ,šipkami 26 a promývá pod tlakem, který se rovná tlaku vstřikovaného plynubeze ztrát výstupní pásmo 42· Deflektory 45 zvyšují rychlost produ plynuve výstupním pásmu 42 a usměrňují jeho dráhu na bod 39 zaostření· Odváděníproplachovacího plynu je usnadněno nasáváním uvnitř trubky 2 ve směru sva-řovací hlavy 9 pomocí vývěvy 16 ·

Plynový obvod uvedený do provozu vysílá souvislý svazek paprsků zezdroje 12 záření typu laser Nd : YAG intenzitou řádu několika set Wattů·

Vysílání probíhá výhodně impulsivně, přičemž doba emise impulsů kolísáv rozmezí 5 až 1OO ms, například 20 ms pro energii od 10 do 50 Y rychlostíod 1 do 1O rázů za sekundu, například 6/s· ________ _____-14-______________________

Svazek laserových paprsků vysílaný zdrojem 12 záření je zhuštovánznámým způsobem kondenzátorem 12 f (obr· 3)» přenášen optickým vláknem 28zaostřován prostředky 29 a poté odchylován zrcadlem 37, řízen a zaostřovánpod strmým dopadem blízkýmkolmicína válcový jpláš*4l·, který še takto při vařínatavením na trubku 2· Průměr bodu 39 zaostření, dosaženého zařízenímpodle vynálezu, se zmenšuje, například na 50 mikronů, čímž d se dosahujedokonalého průniku svaru, například 1,5 mmo Během svařování dochází k emisi kovových par (páry a tekutých kapek) ve směru k zrcadlu 3¾ Proplachování výstupního pásma 42 plynem, například minimálního horního useku nebo rovnajícího se polovině useku svařovací2 hlavy 9, například s minimálním průřezem řádu lOOm , přičemž konec sva-

V řovací hlavy_9 otevřený směrem k důležité části povrchu, umožňuje dopravitkovové páry mimo oblast zrcadla 37 dopředu trubky 2 a do prodloužení sva-řovací hlavy 9 a tím zabránit znečištění zrcadla 37 , které by se jinak okamžitěpokrylo rekondenzovánými kovovými parami·

Dynamický tlak, působící na svařovací bod, omezuje však sám o sobětvoření kovových par·

Poté se uvádí horní část svařovací hlavy 9 do otočného pohybu kolemjejí osy za účelem přetržitého nebo souvislého povrchového svaření válcovéhopláště 41 s trubkou 2 , která ji obsahuje. Všechny tyto operace byly naprogramovány a řízeny ovládacími a kontrol-ními prostředky 17a > Provádějí se například bud automaticky nebo poloautoma-ticky.

Jak je zřejmé a jak vyplývá ostatně z toho, co bylo uvedeno, není vynálezomezen na popsaná provedení. Zahrnuje zvláště případ, kdy povrch zadníčásti zrcadla 37 má tvar misky profilované tak, aby podporovala laminární -15 - výtok proplachovacího plynu ve směru výstupního pásma 42» proplachovacíplyn může být veden jiným provedením obtoku· Jinak mohou být provedenyi zaostřovací prostředky uvnitř svařovací hlyvy 9» Může být například potrubnívedeni procházející podél svařovací hlavy 9, jímž se vstřikuje proplachovacíplyn přímo do výstupního pásma 42»

Claims (3)

1. - 1ζ’ ^ΐΐ'-ΫΌΓ PATENT O V E N A R O K Y 1· Zařízení pro svařování dvou kovových součástí svazkem laserovýchpaprsků, sestávající z optického vlákna pro přenos svazku paprsku~a ze svařovací hlavy obsahující axiálně protáhlé těleso, rovnoběžnése směrem osy svazku laserových paprsků, vyzařujících z optického vláknapřičemž svařovací hlava obsahuje zaostřovací prostředky svazku paprsků,vyzařujících z optického vlákna, a odchylovací prostředky svazku paprskůvystupujícího ze zaostřovacích prostředků a zaměřeného na součásti určenék svaření a odchylovací prostředky svazku paprsků obsahující rovnézrcadlo pro odrážení svazku paprsků na součásti určené k svaření, vyznačují-cí se tím, že svařovací hlava (9) obsahuje vnitřní výstupní pásmo (42), oddělu-jící odrazové zrcadlo (37 *) a bod (39) zaostření svazku paprsků, přičemžodrazové zrcadlo (37 *) svazku paprsků je zcela umístěno vzhledem k bodu(39) zaostření ve vzdálenosti přibližně stejné nebo větší než je vzdálenost(dQ), oddělující osu (2l) svařovací hlavy (9) od bodu (39) zaostření a plynovéproplachovací ustrojí (14) výstupního pásma (42), uspořádané pro odstraněníkovových par vystupujících z taveniny kovů při svařování z oblasti odchylo-vacích prostředků (37) o 2· Zařízení pro svařování kovového trubkového pláště uvnitř kovové trubky,sestávající z optického vlákna pro přenos svazku paprsků ze svařovací hlavyobsahující válcové těleso, jehož osa je rovnoběžná s osou ^svazku laserovýchpaprsků vyzařujících z optického vlákna, přičemž svařovací hlava je vefunkčním spojení s vnitřkem trubky a obsahuje prostředky pro zaostření svazku paprsků vyzařujícího z optického vlákna a odchylovací prostředkysvazku paprsků vystupujícího ze zaostřovacích prostředků, zaměřeného načást pláště určeného k svaření, ochylovací prostředky svazku paprsků TJ >· O c < c· i 5- < '<· c ί LO O

   ΨτΖΗστ 17- obsahující rovné zrcadlo (37 *) pro odrážení svazku paprsků na částpláště určeného k svaření, vyznačující se tím, že svařovací hlava (9)obsahuje výstupní pásmo (42) oddělující odrazové zrcadlo (37 *) a bod (39)zaostření svazku paprsků, jehož horní příčný řez je větší nebo se rovnápolovině vnitřního příčného řezu válcového tělesa (20), a proplachovacíustrojí (14) výstupního pásma (42) proplachovacím plynem jsou uspořádanépro odstranění kovových par vystupujících z taveniny kovů při svařováníz oblasti odchylovacích prostředků (37)· 3· Svařovací zařízení podle bodu 1, 2, vyznačující se tím, že nejmenší vzdále-nost oddělující odchylovací prostředky (37) od bodu (39) zaostření jemenší než 30 mm· . ............................ . 4· Svařovací zařízení podle bodů 1 až 3, .vyznačující se tím, že,konec optickéhovlákna (28), z něhož vyzařuje svazek laserových paprsků je připevněnv ose (21) svařovací hlavy (9) a zaostřovací prostředky (29) svazku paprskůobsahují odchylovací optické, pro středky (32)-svazku· paprsků vzhledem k ose(21) svařovací hlavy (9) pro vedení svazku paprsků na odrazové zrcadlo (37 *)· 5· Svařovací zařízení podle bodu 4, vyznačující se tím, že zaostřovací pro-středky (29) svazku paprsků, umístěné postupně na optické dráze svazkupaprsků vyzařujících z optického vlákna (28) obsahují meniskus (30), prvníploskovypyklou čočku (3l) a optické prostředky (32) pro odchýlení svazkupaprsků, přičemž optické odchylovací prostředky (32) jsou tvořeny částídruhé sférické plosko vypuklé čočky, jejím válcovým profilováním, přičemžosa druhé sférické ploskovypuklé čočky je rovnoběžná s osou první sféricképloskovypuklé čočky (31)·
2. 6. Svařovací zařízení podle bodů 1 až 5, vyznačující se tím, žeplynulé propla-chovací ustrojí (14) obsahuje odchylovače (45), tvořené stěnami, uspořádanýmisymetricky vzhledem k rovině procházející osou (2l) svařovací hlavy (9) . ., ........ _. - 18 - a uspořádané pro zvýšení rychlostiplynu ve výstupním pásmu (42) a dynamic-kého tlaku působícího na svařovací pásmo· 7· Svařovací zařízení podle bodů 1 až 6, vyznačující se tím, že dále obsahujeovládací a kontrolní prostředky (17) svařování laserovými paprsky vyzařova-ných v postupných impulsech od 1O do 50 milisekund. 8· Svařovací zařízení podle bodů 1 až 7, vyznačující se tím, že zdrojem používanýmsvazku laserových paprsků je kompaktní zdroj laserových paprsků typu laser YAG. 9· Svařovací zařízení podle bodu 8, vyznačující se tím, že svařovací hlava (9) jeopatřena prostředky pro automatické otáčení kolem její osy (2l) a prostředky pro automatické posouvání svařovací hla 7 (9) podél její osy (2l), uspořádané propodélné posouvání svařovací hlavy (9) vzhledem k součástem určeným k svaření· 1O. Svařovací zařízení podle bodů 1 až 9, vyznačující se tím, že proplachovacíplyn je neutrální·
3. 11·,Svařovací zařízení podle bodů 1 až 1O, vyznačující se tím, že plynové propla-chovací ustrojí (l4) obsahuje obtoky (43), tvořené zčásti kruhovými hrdly vyhlou-benými ve vnitřním povrchu válcového tělesa (20) okolo zaostřovacích prostředků(29) svazku paprsků· 12· Způsob svařování trubkového kovového pláště uvnitř kovové trubky s vnitřnímprůměrem menším než 50 mm svazkem laserových paprsků, podle něhož se pláštk přivařění zasune do trubky, do níž se zasune svařovací hlava podlouhléhotvaru až do stanovené polohy vzhledem k plášti určenému k svaření, do systémuoptického vlákna spojeného se svařovací hlavou se vysílá svazek laserovýchpaprsků zaostřený na část pláště určenou k svaření pomocí odchylovacích prostřed-ků připevněných k svařovací hlavě, čímž se plášt přivařuje k trubce roztavenímkovu, a svařovací hlava se otáčí kolem své osy k provedení kruhového souvislého ,nebopřerušovaného svaru pláště k vnitřní stěně trubky, vyznačující se tím, že 1« 19 se svazek laserových paprsků vysílá v impulsech» přičemž současně s vysí-láním svazku laserových paprsků se svařovaná oblast proplachuje proplachovacímplynem, vstřikovanýmdovnitř svařovací hlavy a vedeným mezi odchylovacímiprostředky a svařovanou oblastí, kovové páry vzniklé roztavením kovu se odvá-dějí mimo oblast odchylovacích prostředků a současně se nasává do prázdnéhovnitřku trubky a odvádí koncem trubky protilehlým vzhledem ke konci trubky,jímž vstupuje svařovací hlava, neutrální proplachovací plyn, vstřikovaný dovnitřsvařovací hlavy* Zástupce: A' / u/ -- ---- ς L ť r· ° i/řno Z 3096 14.11.1990