(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 202123427985.0 (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 刘福广　杨二娟　李勇　米紫昊　 刘刚　王艳松　杨兰　韩天鹏　 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 26/03(2006.01)B23K 26/08(2014.01) B23K 26/70(2014.01) (ESM)同样的发明创造已同日申请发明 专利 (54)实用新型名称 高温气冷堆蒸汽发生器主蒸汽出口端激光 焊接堵管装置 (57)摘要 高温气冷堆核电站蒸汽发生器主蒸汽出口 端的传热管长期在高温、 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。 本实用新型将激光焊 接工艺应用于高温气冷堆核电站蒸汽发生器主 蒸汽出口端的焊接堵管作业中， 给出了适用于高 温气冷堆蒸汽发生器主蒸汽出口端激光焊接堵 管装置及方法。 利用该装置可提高激光焊接堵管 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， 解决高温气冷堆核电站蒸汽发 生器主蒸汽 出口端狭长人孔的设备通过性问题， 保障激光焊接设备的定位精度和焊接作业精度。 本实用新型为高温气冷堆核电站蒸汽发生器主 蒸汽出口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5页 附图4页 CN 216502970 U 2022.05.13 CN 216502970 U 1.一种高温气冷堆蒸汽发生器主蒸汽出口端激光焊接堵管装置， 其特征在于： 包括电 机(4)、 联轴器(5)、 右轴承支承(6)、 左轴承支承(18)、 丝杠(7)、 滑竿(8)、 激光焊接光学系统 (17)、 第一地脚(1)、 第一支承杆(2)、 滑台支架(3)、 人孔(9)、 伸缩装置(10)、 弹性浮动头 (11)、 多轴机器人(12)、 快换接头(16)、 固定盘(19)、 第二支承杆(20)、 第二地脚(21)、 移动 滑块(22)、 丝杠 螺母(23)和滑块套筒(24)； 其中， 滑台支架(3)、 电机(4)、 联轴器(5)、 右轴承 支承(6)、 丝杠(7)和滑竿(8)组成输运单元； 多轴 机器人(12)、 快换接头(16)和激光焊接光 学系统(17)组成焊接单 元； 所述的滑台支架(3)固定于第一支承杆(2)和第二支承杆(20)上， 第一支承杆(2)和第 二支承杆(20)分别布置于人孔(9)两侧， 第一支承 杆(2)连接第一地脚(1)， 第二支承 杆(20) 连接第二 地脚(21)， 第一 地脚(1)和第二 地脚(21)固定 于地面； 所述的丝杠(7)通过左轴承支承(18)和右轴承支承(6)分别安装于滑台支架(3)的左、 右两侧， 其右端通过联轴器(5)连接电机(4)， 并能在电机(4)的带动下旋转， 丝杠(7)和丝杠 螺母(23)相互配合， 将丝杠(7)的旋转运动转化为丝杠螺母(23)的直线运动； 滑竿(8)固定 于滑台支架(3)上， 滑竿(8)与滑 块套筒(24)相配合， 确保滑块套筒(24)在滑竿(8)的导向下 沿直线运动； 所述的丝杠螺母(23)和滑块套筒(24)安装于移动滑块(22)上， 移动滑块(22)与固定盘 (19)相连接， 固定盘(19)沿周向均匀布置2 ‑3组伸缩装置(10)， 每组伸缩装置(10)顶端 连接 一个弹性浮动头(11)， 弹性浮动头(11)能在伸缩装置(10)的带动下卡紧主蒸汽 出口端内壁 面(13)； 所述的多轴机器人(12)安装于固定盘(19)上， 激光焊接光学系统(17)通过快换接头 (16)安装于多轴机器人(12)的执行末端， 多轴机器人(12)在控制轨迹下对布置在传热管 (14)上的堵头(15)进行焊接 封堵。 2.根据权利要求1所述的一种高温气冷堆蒸汽发生器主蒸汽出口端激光焊接堵管装 置， 其特征在于： 所述的多轴机器人(12)为六轴机器人， 能通过轨迹规划避免与主蒸汽 出口 端内壁面(13)和传热 管(14)干涉。 3.根据权利要求1所述的一种高温气冷堆蒸汽发生器主蒸汽出口端激光焊接堵管装 置， 其特征在于： 激光焊接光学系统(17)含有摄像头装置， 安装于激光头旁侧， 激光焊接光 学系统(17)能通过光纤接受外 部激光源， 并能通过 连接外部冷却介质实现降温冷却。 4.根据权利要求1所述的一种高温气冷堆蒸汽发生器主蒸汽出口端激光焊接堵管装 置， 其特征在于： 所述的第一地脚(1)和第二地脚(21)上设置有装拆孔， 便于通过螺纹结构 安装、 固定和拆卸。 5.根据权利要求1所述的一种高温气冷堆蒸汽发生器主蒸汽出口端激光焊接堵管装 置， 其特征在于： 所述的固定盘(19)上设置有加强筋结构， 防止因多轴机器人(12)的倾覆力 矩导致断裂或结构失效。 6.根据权利要求1所述的一种高温气冷堆蒸汽发生器主蒸汽出口端激光焊接堵管装 置， 其特征在于： 所述的弹性浮动头(11)上设置有力反馈单元， 伸缩装置(10)的伸出长度能 根据反馈力的大小通过外 部控制器控制。 7.根据权利要求1所述的一种高温气冷堆蒸汽发生器主蒸汽出口端激光焊接堵管装置， 其特征在于： 所述的多轴机器人(12)和激光焊接光学系统(17)耐辐照能力不低于10Gy/h 。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 216502970 U 2高温气冷堆蒸汽发生器主蒸汽出口端激光焊接堵管 装置 技术领域 [0001]本实用新型属于核电技术和装备领域， 涉及一种用于高温气冷堆核电站蒸汽发生 器主蒸汽出口端的激光焊接堵管装置 。 背景技术 [0002]核电站的动力装置一般由反应堆、 核供汽系统(一回路系统)、 热能 ‑电能转换系统 (二回路系统)等核心部 分组成。 其中， 反应堆基于可控裂变反应形成热能； 核 供汽系统通过 蒸汽发生器传给热能 ‑电能转换系统； 热能 ‑电能转换系统将蒸汽发生器产生的饱和蒸汽供 给汽轮发电机组做 功发电。 [0003]高温气冷堆(HTR ‑PM)核电站经济型好、 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 中关键设备之一， 其主蒸汽出 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。 管板结构存在于高温气冷堆的蒸汽发生器的给水端和主蒸汽出 口端等， 管板 结构的重要作用是安装传热管。 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。 核电装备服役过程中， 传热管长期在高温、 高压及高辐射作用下， 会产生机械的或化学 的损伤， 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， 因此要对传热管进行封堵作业(注： 蒸汽发生器传热 管具有冗余设计， 封堵一定数量的传热 管不会明显影响蒸汽发生器工作性能)。 [0004]现阶段， 对传热管封堵主要涉及3种方法， 即爆炸堵管方法、 机械堵管方法、 焊接堵 管方法， 不同的堵管方法一般采用不同的堵管装置。 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Framato me‑ANP公司、 美国z etec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， 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而容易产生核 泄漏。 焊接堵管利用焊接方法将堵头材料与传热管端部材料局部熔合， 焊接所用堵头结构 简单， 密封性能可靠， 力学性能优异。 针对焊接堵管， 现有技术主要利用氩 弧焊等传统焊接 方法， 关注的重点主要有如下几个方面， 包括如何设计焊接堵头及堵头的可靠性问题(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)、 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)、 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说　明　书 1/5 页 3 CN 216502970 U 3