(19)国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 2021234279 94.X (22)申请日 2021.12.31 (73)专利权人 西安热工 研究院有限公司 地址 710032 陕西省西安市碑林区兴庆路 136号 专利权人 南京辉锐光电科技有限公司 (72)发明人 杨二娟　刘福广　王艳松　米紫昊　 李勇　刘刚　杨兰　王博　黄河　 张强　 (74)专利代理 机构 西安智大知识产权代理事务 所 61215 专利代理师 何会侠 (51)Int.Cl. B23K 26/21(2014.01) B23K 26/08(2014.01)B23K 26/70(2014.01) B23K 26/03(2006.01) (ESM)同样的发明创造已同日申请发明 专利 (54)实用新型名称 高温气冷堆核电站蒸汽发生器给水端激光 焊接堵管装置 (57)摘要 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。 本实用新型 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 气冷堆核电站蒸汽发生器给水端激光焊接堵管 装置。 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。 本实用新型 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 。 权利要求书1页 说明书4页 附图4页 CN 216502971 U 2022.05.13 CN 216502971 U 1.高温气冷堆核电站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所述的高温气冷堆核电站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所述的高温气冷堆核电站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所述的高温气冷堆核电站蒸汽发生器给水端激光焊接堵管装置， 其 特征在于： 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)能通过气管 连接压力气源实现所需动作。 5.根据权利要求1所述的高温气冷堆核电站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)、 激光头(6)及其配套装置能承受一定程度的核电辐射， 耐 辐照能力不低于10Gy/ h。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 216502971 U 2高温气冷堆核电站 蒸汽发生器给水端激光焊接堵管 装置 技术领域 [0001]本实用新型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 。 背景技术 [0002]高温气冷堆(HTR ‑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 ‑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:CN203687745  U[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 ‑108； )； 针对机械堵管， 美国Westinghouse公司、 法国AREVA集团的 Framatome ‑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 ‑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 ‑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 ‑说　明　书 1/4 页 3 CN 216502971 U 3