反应堆热室激光切割系统技术方案

本实用新型专利技术公开了反应堆热室激光切割系统，包括主要由铸铁墙构成的热室；所述热室内部设置有数控机床，数控机床上架设有激光切割头（17）；所述热室外部设置有激光发生器（2），以及给激光发生器（2）作为冷却源的水冷机组（3），以及用以控制激光发生器（2）、水冷机组（3）、数控机床运转的集中总控制台（1）和电控柜（4）；本实用新型专利技术避免了由于潮湿引起设备腐蚀。选用全不锈钢滚珠丝杆螺母副传动，传动平稳、准确，抗辐耐腐。工作台表面少缝隙和台阶，平滑，便于废屑清扫、收集；采用反射镜采用铜镀金处理，防止腐蚀，有效保证铜镜的反射率；聚焦镜通过特殊镀金方式，使激光切割技术用于热室成为可能。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一 种切割技术，具体是一种反应堆热室激光切割技术，即一种反应堆热室激光切割系统。
技术介绍
现有工件为具有强放射性的核燃料元件，其结构异形，切缝要求很小(要求切缝不大于1mm)，切割厚度不小于3mm。热室现有切割设备和技术不能完全满足该要求。统观国内切割现状，激光切割技术是最佳选择。激光切割技术在我国已有成熟的设备和工艺，它有如下特点切缝窄，一般为O. Γ0. 5mm，激光束对工件不施加任何力，是无接触切割，工件变形小等。但激光切割设备和工艺应用到热室，特别是大功率的激光切割设备，在国内、国外尚属首次，还需进行针对性的试验和改造。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种可对强放射性核元件进行精细、快速切割的反应堆热室激光切割设备，即一种反应堆热室激光切割系统。本技术的实现方案如下反应堆热室激光切割系统，包括主要由铸铁墙构成的热室；所述热室内部设置有数控机床，数控机床上架设有激光切割头；所述热室外部设置有激光发生器，以及给激光发生器作为冷却源的水冷机组，以及用以控制激光发生器、水冷机组、数控机床运转的集中总控制台和电控柜；所述数控机床主要由床身底座、以及设置在床身底座上的X轴运动部件和Y轴运动部件构成，所述Y轴运动部件连接有Z轴运动部件，Z轴运动部件上架设有激光切割头，所述铸铁墙开有备用孔，所述激光发生器发出的激光通过贯穿备用孔的穿墙光筒与激光切割头相连。Y轴运动部件主要由左立柱和右立柱构成的Y轴支柱构成，所述左立柱和右立柱均连接于床身底座，所述左立柱和右立柱之间设置有水平横梁，所述水平横梁一端连接有Y轴电机并受Y轴电机的驱动进行传动，所述水平横梁通过Y轴滚珠丝杆螺母传动副与Z轴运动部件连接。还包括外光路部件，所述外光路部件主要由上镜座、移动上镜座、镜筒支座、下镜座、垂直光筒、镜座上支架组成，所述穿墙光筒贯穿左立柱或右立柱后与垂直光筒连接；垂直光筒的轴线与穿墙光筒的轴线互相垂直，在其连接处设置下镜座进行激光反射；所述垂直光筒远离下镜座的一端被镜座上支架夹持，并设置有上镜座，所述移动上镜座设置在Z轴运动部件上；上镜座与移动上镜座之间进行激光传递；镜座上支架固定在左立柱或右立柱上，镜筒支座的两端分别与床身底座和穿墙光筒连接。Z轴运动部件主要由连接于Y轴滚珠丝杆螺母传动副的Z轴移动架、以及安装在Z轴移动架上的激光装置和传动装置构成，所述传动装置主要由依次连接的Z轴电机、Z轴联轴器、圆锥滚珠轴承构成，所述圆锥滚珠轴承内设置有驱动轴，其驱动轴外壁套有Z轴滚珠丝杆螺母传动副，Z轴滚珠丝杆螺母传动副连接有激光夹具；所述激光装置主要由连接于激光切割头的激光切割头安装棒构成，所述移动上镜座安装在激光切割头安装棒远离激光切割头一端，所述激光夹具与激光切割头安装棒连接。所述X轴运动部件主要由依次连接的X轴运动电机、X轴联轴器、X轴滚珠轴承构成，所述X轴滚珠轴承连接有X轴输出杆，所述X轴输出杆外径套有X轴滚珠丝杆螺母传动副。所述X轴滚珠丝杆螺母传动副连接有工作台，所述工作台上方安装有工件夹持装置，且工件夹持装置位于激光切割头的下方。所述工件夹持装置为U形槽体，其槽壁设置有贯穿槽壁的夹紧螺杆，所述夹紧螺杆还连接有机械手操作把手。所述工件夹持装置夹持有锯齿状工作台板。·所述激光切割头主要由套设在激光切割头安装棒外壁的光头锁紧螺母、以及附着在光头锁紧螺母内壁的镜片安装座、以及附着在镜片安装座内壁的镜片弹性垫圈、以及安装在镜片弹性垫圈上的镀金聚焦透镜构成，所述镜片安装座内壁还连接有进气套体，进气套体通过紧固螺母与镜片弹性垫圈套接，进气套体远离镜片安装座的一端连接有焊嘴，焊嘴通过焊嘴锁紧螺母安装在进气套体上。还包括调整螺钉，所述调整螺钉构成进气套体并延伸进进气套体内部，其延伸进进气套体内部的一端与焊嘴接触。本技术的工作原理为本专利技术选用常规气体激光切割设备，根据热室环境和工件切割要求作了局部部件更改(数控机床全不锈钢结构，免维护设计等)和安装变化(分体式安装)。其主要设备组成为激光发生器及与之配套的水冷机组、外光路部件和数控机床、控制系统。由于现有热室内空间有限，设备部分重要零部件不耐辐射和腐蚀等因素，仅把必须的激光切割头和数控机床置于热室内，激光发生器、水冷机组、控制系统和其余部件放置在热室外的前区，通过铸铁墙有效隔离，把激光发生器产生的激光通过铸铁墙上备用孔与热室内激光切割头相连，达到工件切割目的。在立体三维空间中由激光切割头实现上下方向运动，即Y轴运动，还需实现左右方向运动，即Z轴方向移动，数控机床带动工件前后运动，即X轴运动，这三种运动分别对应着运动部件为x轴运动部件、Y轴运动部件和Z轴运动部件，可实现工件在立体空间的定位切割。数控机床分为上下两部分，便于机床在热室内的安装和激光光路调整。数控机床和激光切割头中的动力传动均采用全不锈钢滚珠螺母畐IJ，使运动平稳、传动准确，并在前区控制实现。普通玻璃类的聚焦镜不耐辐射，在强放环境很容易变色，影响使用效果，结构上采用模块化设计，可快速、简便的更换；采用的聚焦透镜和反射镜均经过特殊镀金处理，使其在强放场所的使用寿命大为增加，也使激光切割系统应用到热室成为可能。由于热室内所有部件处于强放环境中，为了去污容易，数控机床设计加工时抛弃国内常用的锯齿状工作台，改为少缝隙、少台阶、光滑平整的工作台，以利于废屑的清扫、收集；在工作台上安装用于异型结构工件的夹持装置，利于机械手操作；切割小尺寸样品时，把工件放在一个可移动且单独的锯齿状工作台上进行，不伤下面的整体工作台面；数控机床的安装布局、外形尺寸便于机械手操作和人员通过窥视窗观察。本专利技术安装完成后，针对不同材料(如不锈钢、锆合金等)、厚度、切割速度、焦距等状况进行多次试切割，并金相检验其热影响区大小，从而建立了热室激光切割系统的最佳切割参数和工艺。当核元件需要切割并运输至切割热室定位后，检查设备系统准备状况，开动激光发生器、水冷机组和数控机床，根据核元件材料、厚度等修改切割参数，使系统处于正确的切割状态，启动激光器红光，模拟激光切割走刀路线，观察并调整光路与预想切割路线一致，再启动激光发生器进行激光切割。切割完成后，关停激光发生器升高激光切割头退回至起始点，并冷却相应时间后关停其余设备。本专利技术的效果在于本专利技术专利采用气体激光切割方式，利用其光波较长，系统分体式安装。使激光发生器和控制系统等重要部件与强放场所有效隔离，便于维护和保养。本专利技术专利热室内的数控机床免维护设计，全不锈钢结构，避免了由于潮湿引起设备腐蚀。本专利技术专利传动机构选用全不锈钢滚珠丝杆螺母副传动，传动平稳、准确，抗辐耐腐。本专利技术专利针对被切割工件具有强放射性，工作台表面少缝隙和台阶，平滑，便于废屑清扫、收集。本专利技术专利工件夹持装置利于异形结构工件装夹和机械手操作。本专利技术专利反射镜采用铜镀金处理，防止腐蚀，有效保证铜镜的反射率。本专利技术专利聚焦镜采用特殊镀金处理，有效·延长使用寿命，使激光切割系统运用到热室成为可能；其部件采用插件式设计，操作容易，更换方便。本专利技术专利激光切割头喷嘴由76_增至100_，可切割较厚工件。本专利技术专利在切割锆合金时使用氩气作为保护气体，相比采用氮气，其切缝小、焊渣少，利于机械手操作。附图说明图I是本专利技术的激光切割系统在热本文档来自技高网...

【技术保护点】
反应堆热室激光切割系统，其特征在于：包括主要由铸铁墙构成的热室；所述热室内部设置有数控机床，数控机床上架设有激光切割头（17）；所述热室外部设置有激光发生器（2），以及给激光发生器（2）作为冷却源的水冷机组（3），以及用以控制激光发生器（2）、水冷机组（3）、数控机床运转的集中总控制台（1）和电控柜（4）；所述数控机床主要由床身底座（7）、以及设置在床身底座（7）上的X轴运动部件（8）和Y轴运动部件（9）构成，所述Y轴运动部件（9）连接有Z轴运动部件（10），Z轴运动部件上架设有激光切割头（17），所述铸铁墙开有备用孔，所述激光发生器发出的激光（13）通过贯穿备用孔的穿墙光筒（6）与激光切割头相连。

【技术特征摘要】
1.反应堆热室激光切割系统，其特征在于包括主要由铸铁墙构成的热室；所述热室内部设置有数控机床，数控机床上架设有激光切割头(17);所述热室外部设置有激光发生器(2)，以及给激光发生器(2)作为冷却源的水冷机组(3)，以及用以控制激光发生器(2)、水冷机组(3)、数控机床运转的集中总控制台(1)和电控柜(4);所述数控机床主要由床身底座(7)、以及设置在床身底座(7)上的X轴运动部件(8)和Y轴运动部件(9)构成，所述Y轴运动部件(9)连接有Z轴运动部件(10)，Z轴运动部件上架设有激光切割头(17)，所述铸铁墙开有备用孔，所述激光发生器发出的激光(13)通过贯穿备用孔的穿墙光筒(6)与激光切割头相连。2.根据权利要求1所述的反应堆热室激光切割系统，其特征在于Y轴运动部件(9)主要由左立柱(11)和右立柱(18)构成的Υ轴支柱(32)构成，所述左立柱(11)和右立柱(18)均连接于床身底座(7)，所述左立柱(11)和右立柱(18)之间设置有水平横梁(15)，所述水平横梁(15) —端连接有Υ轴电机并受Υ轴电机(19)的驱动进行转动，所述水平横梁(15)通过Υ轴滚珠丝杆螺母传动副(31)与Ζ轴运动部件(10)连接。3.根据权利要求2所述的反应堆热室激光切割系统，其特征在于还包括外光路部件，所述外光路部件主要由上镜座(12)、移动上镜座(14)、镜筒支座(20)、下镜座(21)、垂直光筒(22)、镜座上支架(23)组成，所述穿墙光筒(6)贯穿左立柱(11)或右立柱(18)后与垂直光筒连接；垂直光筒的轴线与穿墙光筒(6)的轴线互相垂直，在其连接处设置下镜座(21)进行激光反射；所述垂直光筒远离下镜座(21)的一端被镜座上支架(23)夹持，并设置有上镜座(12)，所述移动上镜座(14)设置在Ζ轴运动部件上；上镜座(12)与移动上镜座(14)之间进行激光传递；镜座上支架(23)固定在左立柱(11)或右立柱(18)上，镜筒支座(20)的两端分别与床身底座和穿墙光筒(6)连接。4.根据权利要求3所述的反应堆热室激光切割系统，其特征在于Ζ轴运动部件主要由连接于Υ轴滚珠丝杆螺母传动副(31)的Ζ轴移动架、以及安装在Ζ轴移动架上的激光装置和传动装置构成，所述传动装置主要由依...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓冰，陈军，温榜，王斐，伍晓勇，蒋国富，卿明兵，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：实用新型
国别省市：