蒸汽发生器是高温气冷堆核电系统中的关键设备之一。蒸汽发生器传热管是一回路压力边界的重要组成部分，是防止放射性裂变产物外泄的重要屏障。传热管长期在高温、高压及高辐射作用下，容易引发严重破损事故，因此对故障前期的传热管进行封堵作业至关重要。本发明专利技术针对高温气冷堆蒸汽发生器给水端的特殊结构，给出了基于多轴机器人和激光焊接工艺的高温气冷堆蒸汽发生器给水端激光焊接堵管装置及方法。利用该装置，可提高给水端堵管作业精度和自动化程度，减少人工操作时间。本发明专利技术为高温气冷堆核电站蒸汽发生器给水端的的激光焊接堵管提供创新性解决方案。提供创新性解决方案。提供创新性解决方案。
【技术实现步骤摘要】
高温气冷堆蒸汽发生器给水端激光焊接堵管装置及方法
[0001]本专利技术属于核电技术和装备领域，具体涉及一种用于高温气冷堆核电站蒸汽发生器给水端的激光焊接堵管装置及方法。
技术介绍
[0002]高温气冷堆(HTR
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PM)核电站经济性好、效率高，被核能界认为是最有希望满足第四代先进核能装备系统要求的堆型之一。蒸汽发生器(SG)是高温气冷堆(HTR
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PM)核电系统中最关键的设备之一。蒸汽发生器是将反应堆的热能传递给二回路介质以产生蒸汽的热交换设备，是一、二回路的枢纽。一回路工质为带有放射性的冷却剂，二回路工质为非放射性蒸汽,，这些特点对蒸汽发生器结构、强度、耐蚀性等与安全可靠性有关的内容提出了非常苛刻的要求。高温气冷堆的蒸汽发生器在功能结构上有给水端和主蒸汽出口端等，其中，主蒸汽出口端向汽轮机组提供蒸汽动力，而给水端用于给蒸汽发生器提供循环介质。主蒸汽出口端和给水端均含有固定传热管的管板结构，然而其整体几何形状、空间尺寸、安装位置、配套建筑设施等各不相同。
[0003]传热管是防止放射性裂变产物外泄的重要屏障，也是蒸汽发生器中最薄弱的环节。无论是主蒸汽出口端还是给水端，管板结构中的传热管长期在高温、高压及高辐射作用下，会产生机械或化学损伤，导致传热管破损从而发生放射性冷却剂外泄事故，造成严重的社会、环境问题和巨大的经济损失。对破损或故障早期的传热管进行封堵作业是防止放射性冷却介质泄漏的主要手段。现阶段，对蒸汽发生器堵管主要有爆炸堵管、机械堵管、焊接堵管等方法。其中，爆炸堵管由于高残余应力容易导致应力腐蚀，基本已不再使用；机械堵管是较为常用方法，大量文献报道了机械堵头设计和堵管装置设计(张利军,朱鹏超,薛祥义,等.一种核电站蒸汽发生器传热管用辊胀式机械堵头:CN203687745U[P]；龚卫民,丁明.一种用于蒸汽发生器传热管机械堵管的转动力矩测量校验装置:CN108267251A[P]；未永飞,闫国华,冯利法,等.基于ANSYS的蒸汽发生器机械堵管接触分析[J].机械设计与制造,2012,000(004):106
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108；)；针对机械堵管，美国Westinghouse公司、法国AREVA集团的Framatome
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ANP公司、美国zetec公司等相继开发了堵管检修、作业机械装置，提高了机械堵管作业的自动化和智能化。然而，机械堵管存在的关键问题是管体在堵头的作用下膨胀产生高应力和塑性变形。与在役的压水堆SG系统相比，HTR
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PM中SG加热管的服役温度更高，一次侧的温度由343℃提高到了750℃。应用于常规压水堆的机械堵管方法可能会因高温下的应力松弛而导致堵管失效。焊接堵管是另一种可行的堵管方法，其原理是利用焊接手段将堵头材料与传热管端部材料局部熔合，解决机械堵管容易出现的密封失效问题。现有技术主要利用氩弧焊等传统焊接方法实现堵管作业，相关工作包括设计焊接堵头及研究堵头的可靠性问题(章贵和，邓小云，徐晓.蒸汽发生器焊接堵管堵头的设计与评价[J].原子能科学技术,50(7):1270
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1274)、解决焊接堵管效率问题(鲁艳红,张茂龙,孙志远.提高蒸汽发生器堵管效率的焊接工艺:CN201710743687.1)、考察焊接服役可靠性问题(薛纫蓉,田柏园.秦山核电厂蒸汽发生器焊接堵管的腐蚀试验[J].核动力工程,1993,014(004):340
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343.)等。现有的焊接堵管方法多处于探索也研究阶段，极少有针对高温气冷堆蒸汽发生器或其它类型蒸汽发生器工作现场的自动化焊接堵管的案例报道。
[0004]激光焊接(laser welding)利用激光束作为热源，能量密度高、激光光斑直径小、热量可精确控制、焊接热影响区小、接头质量高、光束可达性好，适用于精密加工，可有效减少焊接变形，广泛应用于汽车、船舶、航空航天等装备制造业领域中。相比于氩弧焊等焊接工艺，激光焊接有望进一步提高堵管的可靠性和密封性，进一步提高堵头焊接质量和焊接精度，这一特质对进一步提升核电系统的运行安全具有重要意义。针对高温气冷堆蒸汽发生器给水端的激光焊接堵管技术，主要存在的问题是：(1)如何根据给水端的特殊结构，实现激光焊接堵管工艺？(2)如何提高堆蒸汽发生器给水端激光焊接堵管作业的自动化程度，降低作业人员在辐射环境下的近程操作时间？(3)如何解决设备通过性问题，可使整套设备顺利通过狭小的输运空间？上述问题是制约激光焊接技术用于高温气冷堆核电站蒸汽发生器给水端堵管作业的关键所在。
技术实现思路
[0005]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种用于高温气冷堆核电站蒸汽发生器给水端激光焊接堵管装置及方法。
[0006]本专利技术解决技术问题所采取的技术方案如下：
[0007]高温气冷堆蒸汽发生器给水端激光焊接堵管装置，包括焊接堵头3、多轴机器人7、气动卡爪4、卡爪快换接头5、激光头6、机器人快换接头8、X轴运动机构9、Y轴运动机构10、Z轴运动机构11、堵头容器盒12、支撑架13、摄像头14和激光头快换接头15；
[0008]所述的X轴运动机构9、Y轴运动机构10和Z轴运动机构11组成三轴运动平台，并通过X轴运动机构9固定于支撑架13上；多轴机器人7的底盘固定在Z轴运动机构11上并可在三轴运动平台的带动下实现X/Y/Z方向的直线运动；
[0009]所述的机器人快换接头8固定安装于多轴机器人7的前端，气动卡爪4和卡爪快换接头5固定安装，激光头快换接头15和激光头6固定安装；机器人快换接头8可分别与卡爪快换接头5或激光头快换接头15相互配套连接和分离，即，机器人快换接头8松开卡爪快换接头5后可连接放置于支撑架13上的激光头快换接头15，松开激光头快换接头15后可连接放置于支撑架13上的卡爪快换接头5；
[0010]所述的焊接堵头3放置于堵头容器盒12中，堵头容器盒12安装于支撑架13上；焊接堵头3可由气动卡爪4抓取并在多轴机器人7的带动下运送并插入给水端管板2上待封堵的传热管中，实现焊接堵头3的上料；
[0011]所述的激光头6可在多轴机器人7的带动下移动至安装在给水端管板2上的焊接堵头3处，并跟随多轴机器人7的运动轨迹实现焊接作业；
[0012]所述的摄像头14安装于多轴机器人7的前端不受气动卡爪4或激光头6影响的位置，所获取的图像用于判断给水端管板2上的故障传热管位置、多轴机器人7的空间位置及焊接作业的质量。
[0013]进一步地，所述的多轴机器人7为六轴机器人，能通过轨迹规划避免与蒸汽发生器容器1和给水端管板2干涉。
[0014]进一步地，所述的激光头6可通过光纤接受外部激光源，并可通过连接外部冷却介
质或保护气体实现降温冷却或焊接保护。
[0015]进一步地，所述的气动卡爪4、卡爪快换接头5、激光头快换接头15和机器人快换接头8可通过气管连接压力气源实现所需动作。
[0016]进一步地，所述的多轴机器人7、激光头6及其它配套装置可承受一定程度本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.高温气冷堆蒸汽发生器给水端激光焊接堵管装置，其特征在于：包括焊接堵头(3)、多轴机器人(7)、气动卡爪(4)、卡爪快换接头(5)、激光头(6)、机器人快换接头(8)、X轴运动机构(9)、Y轴运动机构(10)、Z轴运动机构(11)、堵头容器盒(12)、支撑架(13)、摄像头(14)和激光头快换接头(15)；所述的X轴运动机构(9)、Y轴运动机构(10)和Z轴运动机构(11)组成三轴运动平台，并通过X轴运动机构(9)固定于支撑架(13)上；多轴机器人(7)的底盘固定在Z轴运动机构(11)上并可在三轴运动平台的带动下实现X/Y/Z方向的直线运动；所述的机器人快换接头(8)固定安装于多轴机器人(7)的前端，气动卡爪(4)和卡爪快换接头(5)固定安装，激光头快换接头(15)和激光头(6)固定安装；机器人快换接头(8)能分别与卡爪快换接头(5)或激光头快换接头(15)相互配套连接和分离，即，机器人快换接头(8)松开卡爪快换接头(5)后则连接放置于支撑架(13)上的激光头快换接头(15)，松开激光头快换接头(15)后则连接放置于支撑架(13)上的卡爪快换接头(5)；所述的焊接堵头(3)放置于堵头容器盒(12)中，堵头容器盒(12)安装于支撑架(13)上；焊接堵头(3)由气动卡爪(4)抓取并在多轴机器人(7)的带动下运送并插入给水端管板(2)上待封堵的传热管中，实现焊接堵头(3)的上料；所述的激光头(6)在多轴机器人(7)的带动下移动至安装在给水端管板(2)上的焊接堵头(3)处，并跟随多轴机器人(7)的运动轨迹实现焊接作业；所述的摄像头(14)安装于多轴机器人(7)的前端不受气动卡爪(4)或激光头(6)影响的位置，所获取的图像用于判断给水端管板(2)上的故障传热管位置、多轴机器人(7)的空间位置及焊接作业的质量。2.根据权利要求1所述的高温气冷堆蒸汽发生器给水端激光焊接堵管装置，其特征在于：所述的多轴机器人(7)为六轴机器人，能通过轨迹规划避免与蒸汽发生器容器(1)和给水端管板(2)干涉。3.根据权利要求1所述的高温气冷堆蒸汽发生器给水端激光焊接堵管装置，其特征在于：所述的激光头(6)能通过光纤接受外部激光源，并能通过连接外部冷却介质或保护气体实现降温冷却或焊接保护。4.根据权利要求1所述的高温气冷堆蒸汽发生器给水端激光焊接堵管装置，其特征在于：...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨二娟，刘福广，王艳松，米紫昊，李勇，刘刚，杨兰，王博，黄河，张强，
申请(专利权)人：南京辉锐光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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