ES 2 121 196 T3

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OFICINA ESPAÑOLA DE
PATENTES Y MARCAS
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k
kInt. Cl. : B23K 26/00
11 Número de publicación:
2 121 196
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ESPAÑA
k
TRADUCCION DE PATENTE EUROPEA
12
kNúmero de solicitud europea: 94910109.1
kFecha de presentación : 10.02.94
kNúmero de publicación de la solicitud: 0 684 887
kFecha de publicación de la solicitud: 06.12.95
T3
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k
54 Tı́tulo: Procedimiento y aparato de reparación de tubos dañados.
k
30 Prioridad: 17.02.93 US 18644
07.02.94 US 192556
Electric Power Research Institute, Inc
3412 Hillview Avenue
Palo Alto California 94303, US
k
72 Inventor/es: Findlan, Shane J.;
k
74 Agente: Ungrı́a López, Javier
45 Fecha de la publicación de la mención BOPI:
16.11.98
45 Fecha de la publicación del folleto de patente:
16.11.98
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k
73 Titular/es:
Aviso:
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Frederick, Gregory J.;
Peterson, Artie G. y
Childs, Wylie J.
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En el plazo de nueve meses a contar desde la fecha de publicación en el Boletı́n europeo de patentes,
de la mención de concesión de la patente europea, cualquier persona podrá oponerse ante la Oficina
Europea de Patentes a la patente concedida. La oposición deberá formularse por escrito y estar
motivada; sólo se considerará como formulada una vez que se haya realizado el pago de la tasa de
oposición (art◦ 99.1 del Convenio sobre concesión de Patentes Europeas).
Venta de fascı́culos: Oficina Española de Patentes y Marcas. C/Panamá, 1 – 28036 Madrid
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DESCRIPCION
Antecedentes de la invención
1. Campo de la invención
La invención se refiere a la reparación de tubos
intercambiadores de calor y, más particularmente
a la reparación por soldadura con láser de tubos
generadores de vapor de agua en una central de
energı́a nuclear de reactor de agua presurizada
(PWR).
2. Descripción de la técnica relacionada
En centrales de energı́a nuclear que utilizan el
ciclo del reactor de agua presurizada, el calor es
liberado en el reactor a partir de la fisión de combustible nuclear. El calor es eliminado del reactor haciendo circular continuamente fluido denominado refrigerante del reactor. Después de calentarse en el reactor, el refrigerante fluye hasta
un intercambiador de calor, referido comúnmente
como el generador de vapor de agua, donde proporciona calor y después lo retorna al reactor para
calentamiento adicional. En el generador de vapor de agua, el refrigerante del reactor nuclear
calienta un agua secundaria que se utiliza entonces para accionar una turbina de vapor de agua.
Después de que se escapa de la turbina de vapor
de agua, el vapor de agua es condensado y retornado al generador de vapor de agua para el calentamiento adicional por el refrigerante del reactor.
El circuito del refrigerante del generador vapor de
agua del reactor es referido comúnmente como el
circuito primario y el circuito de turbina del generador de vapor de agua es referido comúnmente
como el circuito secundario.
El generador de vapor de agua es tı́picamente
un armazón y un intercambiador de calor de tipo
de tubo, haciendo pasar el refrigerante primario
a través del interior de los tubos del intercambiador de calor y haciendo pasar el agua secundaria
sobre la superficie exterior de los tubos y contenida por el armazón del intercambiador de calor.
La transferencia de calor desde el refrigerante del
reactor hasta el agua secundaria se produce sobre
la mayor parte de la longitud de los tubos. Para
realizar una junta de obturación en el extremo de
los tubos, y de esta manera prevenir la mezcla
del refrigerante del reactor y del agua secundaria,
los extremos de los tubos están conectados a una
lámina de tubos que comprende una placa plana
con aberturas a través de ella para recibir los extremos de los tubos. Los extremos de los tubos o
bien están soldados herméticamente a la lámina
de tubos o expandidos en las aberturas para producir una junta sellada. Los bordes periféricos de
la lámina de tubos están sellados al armazón del
generador de vapor de agua y a una caja de agua
de refrigerante del reactor.
Los generadores de vapor de agua están orientados normalmente de forma que los tubos se extienden generalmente en dirección vertical y pueden ser del tipo de flujo recto continuo o de retorno. En el generador de vapor de agua de tipo
recto continuo, los tubos están en lı́nea recta y conectados a láminas de tubos en ambos extremos.
El refrigerante del reactor entra en una caja de
agua en la parte superior del generador de vapor
de agua, fluye a través de los tubos y es recogido
en una caja de agua en la parte inferior del gene2
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rador de vapor de agua. Más común es el generador de vapor de agua de tipo de flujo de retorno,
en el que los tubos tienen una configuración en
forma de “U” invertida, teniendo ambos extremos conectados a la misma lámina de tubos en
la parte inferior del generador de vapor de agua.
La caja de agua por debajo de la lámina de tubos contiene una placa de división orientada para
sellar de forma efectiva esa porción de la lámina
de tubos que contiene las entradas de tubos desde
esta parte que contiene las salidas. De esta manera, el refrigerante del reactor fluye dentro de la
porción de entrada de la caja de agua, a través
de los tubos en forma de “U” invertida y dentro
de la porción de salida de la caja de agua. En
cualquiera de los generadores de vapor de agua,
de tipo recto continuo o de retorno, los tubos son
muy largos y requieren soporte a lo largo de su
longitud. Esto se consigue colocando placas de
soporte dentro del armazón del intercambiador
térmico en varias posiciones a lo largo de la longitud de los tubos. Las placas de soporte contienen
aberturas a través de las cuales pasan los tubos
y tienen sus bordes periféricos conectados al armazón del generador de vapor de agua.
Para facilitar la instalación de los tubos y para
permitir la expansión térmica diferencial entre los
tubos y el armazón, las aberturas en las placas de
soporte están sobredimensionadas para permitir
el deslizamiento del tubo con respecto a la placa
de soporte. No obstante, las aberturas en la placa
deben ser suficientemente pequeñas para proporcionar el soporte horizontal adecuado para los tubos y para evitar excesiva vibración del tubo durante el funcionamiento. De esta manera, se forman grietas entre las placas de soporte y los tubos. Estas grietas recogen residuos y productos
de corrosión durante el funcionamiento del generador de vapor de agua, promoviendo de esta manera la corrosión de las grietas. Adicionalmente,
las juntas entre los tubos y la lámina de tubos
descritas previamente contienen grietas que conducen a la corrosión por grietas. Los tubos del
generador de vapor de agua son susceptibles a varios tipos de mecanismos de corrosión que pueden
conducir, finalmente, a fuga o adelgazamiento significativo de la pared. Estos incluyen fisuración
por corrosión por tensión del agua primaria, ataque intergranular del lado secundario, fisuración
por corrosión por tensión intergranular y desgaste
del lado secundario. La degradación del lado primario se produce tı́picamente en lugares de altos
esfuerzos de tracción residual, tales como áreas
de transición de expansión, flexiones en forma
de U de la hilera interna y sitios de soporte del
tubo. La degradación del lado secundario se produce en lugares donde pueden concentrarse impurezas, proporcionando sitios de corrosión, tales
como grietas de lámina de tubo a tubo, superficies
de contacto de placa de soporte de tubo con tubo,
superficies de contacto de barras anti-vibración,
y regiones de acumulación de lodo. Las técnicas
de mitigación usuales para estos problemas inducidos por la corrosión incluyen: sustitución del
generador de vapor de agua, taponamiento de tubos degradados, electrogalvanizado de superficies
interiores del tubo, y revestimiento con manguito
de tubos degradados.
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La sustitución del generador de vapor de agua
es una solución drástica que implica una inversión
de capital substancial y meses o años de tiempo
de inactividad de la central con la correspondiente
pérdida de ingresos que acompañan a cortes prolongados de la central.
El taponamiento de los tubos degradados retira del servicio al tubo, reduciendo la eficiencia
del generador de vapor de agua. La capacidad
para obturar tubos está basada en el “margen de
taponamiento” que se calcula en base a la experiencia de funcionamiento para cada generador de
vapor de agua. Una vez que se ha consumido el
“margen de taponamiento”, el taponamiento adicional de los tubos reduce la capacidad del generador de vapor de agua y toda la central debe
funcionar a un régimen inferior, accionada a una
capacidad menor que la de diseño.
El electrogalvanizado de los tubos del generador de vapor de agua con nı́quel permite que
el tubo permanezca en servicio. Adicionalmente,
el galvanizado de nı́quel sellará fugas pequeñas y
evitará la degradación adicional, pero no restablecerá la integridad estructural del tubo. Por lo
tanto, una limitación principal del electrogalvanizado es que es efectivo solamente en grietas pequeñas que son detectadas pronto, de forma que
se puede realizar la reparación antes de que la
resistencia del tubo se degrade seriamente.
El revestimiento con manguito es una técnica
de mitigación más costosa, pero permite que el
tubo permanezca en servicio. El revestimiento
con manguito se consigue insertando en la porción
dañada del tubo generador de vapor de agua, un
manguito tubular corto que tienen un diámetro
exterior ligeramente menor que el diámetro interior del tubo del generador de vapor de agua y
soldando el manguito al tubo. El manguito está
fabricado generalmente del mismo material que
el tubo y, en efecto, sustituye la sección dañada
del tubo. Por lo tanto, la integridad estructural
del tubo se restablece por este método de reparación. El revestimiento con manguito se realiza
generalmente cuando se alcanza el “margen de taponamiento” del generador de vapor de agua.
Un método de revestimiento con manguito
se describe en la patente de los Estados Unidos
número 5.066.846 publicada el 19 de Noviembre
de 1991, a nombre de William E. Pirl e incorporada aquı́ por referencia. En esta patente, el manguito se suelda al tubo utilizando una cabeza de
soldadura de haz láser colocada dentro del tubo.
La energı́a láser procedente de una fuente láser
es dirigida a través de un cable de fibra óptica
hasta la cabeza de soldadura, donde un espejo inclinado refleja el haz sobre la superficie interior
del manguito. La cabeza de soldadura gira en
una posición axial a lo largo del tubo cerca de un
extremo del manguito y el haz láser suministra calor suficiente para fundir el manguito al tubo en
una banda circunferencial, estrecha alrededor de
la superficie de contacto del manguito/tubo. La
soldadura alcanzada por este método es aquélla
que está referida en la técnica como una soldadura
autógena, ya que el metal de base del manguito y
el tubo están soldados y fundidos y no se añade
metal de relleno adicional durante el proceso de
soldadura. La cabeza de soldadura es reposicio-
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nada en el otro extremo del manguito y se realiza
otra soldadura autógena.
Aunque el revestimiento con manguito de este
modo puede restablecer la integridad estructural
del tubo, tiene varios inconvenientes. En primer lugar, el manguito disminuye necesariamente
el diámetro interno del paso del tubo añadiendo
caı́da de presión incrementada al flujo del refrigerante a través del tubo cuando el generador de
vapor de agua esta puesto en servicio. Además, si
la reparación se sitúa en la porción inferior de un
tubo, tal como la lámina de tubos, se impide la
reparación posterior de la degradación del tubo
por encima de la localización del primer manguito, puesto que otro manguito de dimensiones
correctas no puede insertarse más allá del manguito ya instalado. Adicionalmente, las soldaduras autógenas en ambos extremos del manguito
están normalmente rebajadas desde el extremo
del tubo, ya que es muy difı́cil realizar una soldadura de cordón de calidad en el extremo del manguito sin añadir material de relleno. Puesto que
estas soldaduras están rebajadas desde los extremos de los manguitos, permanece una grieta entre
el manguito y el tubo en la región entre el extremo
del manguito y la soldadura. Además, puesto que
las soldaduras son ellas mismas bandas circunferenciales estrechas, el área externa del manguito
entre las bandas forma una grieta con el tubo. El
daño al tubo que necesita la reparación, tal como
una fisura o una picadura, permite la entrada de
agua dentro de esta grieta. Estas áreas de grietas son de nuevo susceptibles a muchas formas de
corrosión cuando el generador de vapor de agua
está puesto de nuevo en servicio.
Se han realizado ensayos para utilizar una soldadura autógena continua dentro del tubo sin la
utilización de un manguito, con el fin de reparar
los tubos dañados. Estos esfuerzos han fallado debido a que la corrosión que conduce a daño ha dejado superficies oxidadas que dan lugar a defectos
y huecos cuando se utiliza la soldadura autógena.
Si se utiliza material de relleno en el proceso de
soldadura, el material de relleno puede contener
agentes de desoxidación y de control de la viscosidad que prevengan los defectos y los huecos
asociados con la soldadura autógena. Adicionalmente, el uso de un material de relleno permite
la capacidad para formar la pared del tubo, proporcionando de esta manera sustitución estructural completa de la pared del tubo dañada con el
nuevo depósito de soldadura.
Por lo tanto, es evidente que son necesarias
técnicas de mitigación mejoradas para cumplir las
demandas futuras de las centrales de energı́a de
PWR. Una vez que el margen de taponamiento
del tubo se ha utilizado y se ha instalado una gran
cantidad de manguitos (es decir, > 10 % de los tubos) para permitir el funcionamiento continuado,
la degradación del tubo conduce finalmente a una
decisión a sustituir el generador de vapor de agua,
funcionamiento de la central a un régimen más
bajo o desmontaje de la instalación. Es necesaria tecnologı́a de reparación alternativa que pueda
proporcionar servicio extendido del tubo al final
de la vida de la central, a un coste económico.
El documento JP-A-60-199587 describe un
método de soldadura de revestimiento de la su3
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perficie interior del tubo, que comprende insertar
un material de revestimiento dentro del tubo y
dirigir la energı́a láser, girando y moviendo axialmente una cabeza de láser a lo largo del eje del
tubo, hasta un lugar de soldadura seleccionado
para fundir dicho material de revestimiento en
dicha superficie interior de dicho tubo para producir una soldadura de revestimiento dentro de
dicho tubo.
Resumen de la invención
De acuerdo con la invención, se proporciona
un aparato de acuerdo con la reivindicación 1, y
un método de acuerdo con la reivindicación 9.
De acuerdo con la invención, el aparato tiene
un manguito de rotación que se puede colocar
dentro de un tubo generador de vapor de agua.
Un cable de fibra óptica y un pasillo de relleno
están colocados dentro del manguito de rotación.
El cable de fibra óptica recibe energı́a láser desde
un láser. El pasillo de relleno recibe el material
de relleno desde un sistema de suministro de metal de relleno que se mueve de forma sincrónica
con el manguito de rotación. Una cabeza de soldadura está colocada en el extremo del manguito
de rotación, la cual incluye una abertura de la cabeza y un conjunto de modificación direccional de
la energı́a láser. La energı́a láser procedente del
cable de fibra óptica es transferida a través del
conjunto de modificación direccional de energı́a
láser y a través de la abertura de la cabeza hasta
el lugar de soldadura seleccionado sobre la superficie interior del tubo. El material de relleno
procedente del sistema de suministro del metal
de relleno es transportado también a través de
la abertura de la cabeza y se intersecta con la
energı́a láser en el lugar de soldadura seleccionado. El metal de relleno se funde con la superficie interna del tubo para producir una soldadura
de revestimiento. El resultado es una reparación
de la soldadura de revestimiento uniforme sobre
la superficie interna del tubo que restablece la resistencia del tubo y no deja grietas para un ataque
de corrosión futuro. Además, el diámetro interno
del tubo está muy próximo al diámetro original
del tubo, reduciendo al mı́nimo de esta manera
la caı́da de presión asociada con la reparación de
tipo de revestimiento y permitiendo la reparación
posterior del tubo en lugares más allá de la primera área de reparación.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es una vista en alzado en sección de
un generador de vapor de agua tı́pico utilizado en una central de energı́a de reactor
de agua presurizada.
La figura 2 es una vista en sección transversal de
un aparato de reparación de soldadura de
revestimiento por láser colocado dentro de
un tubo generador de vapor de agua y utilizando una bobina de alambre pre-colocada
como el metal de relleno, para llevar a cabo
el método de acuerdo con la presente invención.
La figura 3 es una vista en sección transversal simplificada de un aparato de soldadura
por revestimiento con láser colocado dentro de un tubo generador de vapor de agua
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próximo a una placa de soporte del tubo y
soldando una lámina fina previamente colocada de metal de relleno en el interior del
tubo.
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La figura 4 muestra una vista en sección transversal de otro aparato de reparación de soldadura de revestimiento por láser colocado
dentro de un tubo generador de vapor de
agua y utilizando una bobina de alambre
metálico lleno previamente colocada directamente sobre el área que debe soldarse con
revestimiento.
La figura 5 es una vista lateral de un aparato de
rotación utilizado de acuerdo con una forma
de realización de la presente invención.
La figura 6 es una vista en sección transversal
lateral de una cabeza de soldadura de rotación colocada en el extremo del manguito
de rotación del aparato de rotación de la
figura 5.
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La figura 7 es una vista lateral de un conjunto
de modificación direccional de energı́a láser
realizado con un prisma de cuña.
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La figura 8 es una vista lateral de un aparato
de rotación alternativo utilizado de acuerdo
con una forma de realización de la presente
invención.
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La figura 9 es una vista en sección transversal
lateral de una cabeza de soldadura de rotación colocada en el extremo del manguito
de rotación del aparato de rotación de la
figura 8.
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La figura 10 es una vista lateral de un conjunto
de modificación direccional de energı́a láser
realizado con un cable de fibra óptica cortado.
La figura 11 es una vista lateral de un conjunto
de modificación direccional de energı́a láser
realizado con un cable de fibra óptica doblado.
Descripción detallada de las formas de realización preferidas
La presente invención es aplicable para la reparación de tubos de diámetro pequeño corroı́dos
o dañados utilizados en cualquier aplicación tal
como sistemas de transporte de material o intercambiadores de calor. La siguiente descripción
detallada del aparato y del funcionamiento de las
formas de realización de la presente invención utiliza a modo de ejemplo un intercambiador de calor
especializado conocido como un generador de vapor de agua que se utiliza en un ciclo de central de
energı́a nuclear de reactor de agua presurizada.
Volviendo de nuevo a la figura 1, donde
números similares designan componentes similares a lo largo de varias de las figuras, se describe
un generador de vapor de agua tı́pico de tipo de
retorno. El generador de vapor de agua, designado tı́picamente como 10 consta de un armazón
12, un haz de tubos 14, una lámina de tubos 16
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y una caja de agua 18. Para claridad en la ilustración, solamente se representa un tubo configurado en forma de “U” 20 pero se entiende que el
haz de tubos 14 está formado de miles de tubos
individuales 20. La placa de división 22 divide la
caja de agua 18 en una primera sección de entrada
24 y una sección de salida 26. En funcionamiento,
el refrigerante del reactor caliente se introduce en
la sección de entrada 24 o caja de agua 18 a través
de la tobera 28. Desde la sección de entrada 24, el
refrigerante fluye a través de los tubos 20 hasta la
sección de salida 26 de la caja de agua y vuelve al
reactor (no mostrado) a través de la tobera 30. El
agua secundaria entra en el armazón 12 a través
de la tobera 40 y se calienta mediante el contacto
con tubos 20. A medida que el agua secundaria se
calienta, hierve generando vapor de agua que sale
del armazón 12 en la parte superior del generador
de vapor de agua 10 a través de las toberas 42,
44. El vapor de agua generado de esta manera es
encaminado hasta una turbina de vapor de agua
(no mostrada) donde se expande para accionar un
generador eléctrico (no mostrado).
En el generador de vapor de agua, los tubos 20
están conectados a la lámina de tubos 16 por soldadura de junta o mediante expansión del tubo
dentro de la apertura del tubo en la lámina de
tubos 16. Placas de soporte del tubo 50 que contienen aberturas a través de ellas para el paso
de tubos 20 están colocadas a varias alturas en
el armazón 12. Las aberturas en las placas de
soporte del tubo 50 son de diámetro ligeramente
mayor que el diámetro exterior de los tubos 20,
de forma que los tubos pueden deslizarse verticalmente dentro de las placas de soporte. Esta capacidad de deslizamiento relativo es necesaria para
absorber la expansión térmica diferencial que se
produce cuando el generador de vapor de agua 10
se pone en lı́nea y se calienta lentamente hasta la
temperatura de funcionamiento. Como se indica
previamente, las grietas formadas entre las placas
de soporte 50 y los tubos 20, ası́ como las grietas
localizadas en la fijación de tubos 20 a la lámina
de tubos 16 son susceptibles de corrosión, lo que
degrada los tubos 20 conduciendo por último a la
ruptura o fallo del tubo.
Con referencia de nuevo a la figura 2, se describe una vista en sección transversal de un aparato de reparación de soldadura de revestimiento
por láser. Esta figura muestra la instalación y
uso generales de la invención para soldadura de
revestimiento del interior de un tubo de diámetro
pequeño. Se ilustra una porción de un tubo generador de vapor de agua 20 donde pasa a través
de una placa de soporte de tubo 50. Tı́picamente,
la holgura entre la superficie exterior de la placa
de soporte 50 está en el orden de 0,2 a 0,38 mm
(0,008 a 0,015 pulgadas). Por lo tanto, es evidente el potencial para la corrosión de grietas. En
esta forma de realización, el aparato está colocado
dentro de un tubo generador de vapor de agua y
utiliza una bobina de alambre pre-colocada como
el material de relleno.
El láser 100 es la fuente de calor para la
soldadura del tubo dañado 20. El láser 100
puede ser de cualquier tipo utilizado comúnmente
para soldadura pero, más tı́picamente es un láser
Nd:YAG. Un ejemplo de un láser de este tipo que
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se ha utilizado por los inventores es un modelo
2400 de Hobart Laser Products que produce 2400
vatios de potencia. El láser 100 está conectado a
una fibra óptica 102 que guı́a la potencia del láser
generada por la fuente del láser 100 a la cabeza
de soldadura 200.
La cabeza de soldadura 200 comprende un
cuerpo giratorio cilı́ndrico 202. Un espejo 204
está alojado dentro del cuerpo 202, que está orientado en un ángulo predeterminado con relación al
eje del cuerpo 202. Como se describirá a continuación, la óptica de dirección puede sustituirse
por el espejo 204. Dos vı́as de paso para la luz
de haz láser están taladradas en el cuerpo 202. El
primer paso 203 es concéntrico con el eje cilı́ndrico
del cuerpo 202 y se introduce desde su superficie
inferior y termina en la superficie del espejo 204.
El segundo paso 205 está taladrado radialmente
desde la circunferencia del cuerpo 202 y termina
de nuevo en la superficie del espejo 204. De esta
manera, la luz del haz láser que entra en la parte
inferior del cuerpo 202 se refleja fuera del espejo
204 radialmente fuera hasta la superficie interior
del tubo 20. Una junta giratoria 206 está conectada a la parte inferior del cuerpo 202. La junta
giratoria 206 comprende una porción giratoria,
superior 208 y una porción estacionaria inferior
210 y permite al cuerpo 202 de la cabeza de soldadura 200 girar alrededor de su eje. Conectado
a la porción estacionaria 210 de la junta giratoria 206 está girando el motor de accionamiento
212 de la cabeza. El motor de accionamiento 212
es un motor eléctrico o neumático en miniatura
de árbol hueco que proporciona la fuerza de rotación necesaria para hacer girar el cuerpo 202
durante el funcionamiento de la cabeza de soldadura 200. La parte inferior del motor 212 está
conectada al cable flexible 214 que se conecta a
la fuente láser 100 y contiene fibra óptica 102.
El cable 214 incluye también alambres eléctricos
(no mostrados) para activar el motor de accionamiento 212 si es eléctrico. En el caso donde se
utilice un motor neumático para accionar la cabeza de soldadura 200, el cable 214 aloja un tubo
neumático (no mostrado) para accionar el motor
212. Adicionalmente, el cable 214 puede incluir el
conducto (no mostrado) para el suministro de gas
protector tal como argón o helio para mejorar la
soldadura final como es entendido completamente
por los técnicos en la materia en las técnicas de
soldadura. El gas protector puede suministrarse a
través de un conducto o tubo especializado, aunque se introducen con fuerza con más frecuencia,
a través de intersticios entre un cable de fibra
óptica, un conducto de alambre y un manguito.
El gas es distribuido entonces a través de agujeros perforados en la cabeza de soldadura para
dirigir el gas hacia el proceso de soldadura.
Puesto que el motor 212 tiene un árbol hueco,
la energı́a láser puede pasar a través del motor
212 y la junta giratoria 206 hasta el espejo 204.
Las lentes de enfoque 213 y 215 están montadas
dentro del árbol hueco del motor 212. Estas lentes pueden ajustar la longitud focal del paso, de
forma que la energı́a láser está concentrada en la
superficie interior del tubo 20. Están disponibles
varios métodos conocidos por los técnicos en la
materia para ajustar la distancia entre la lente
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213 y la lente 21115 que permite que se ajuste la
longitud focal, de forma que la misma cabeza de
soldadura 200 puede utilizarse en tubos de diferentes diámetros internos.
Un cojinete 220 configurado en forma de anillo
está montado sobre la parte superior del cuerpo
de cabeza de soldadura 202. El cojinete 220 está
conectado de forma giratoria al cuerpo 202 para
permitir el movimiento giratorio relativo. Los resortes de lámina 222 están conectados al cojinete
giratorio 220 y al motor de accionamiento 212,
que tienen zapatas 224 montadas sobre sus extremos distantes. Los resortes de lámina 222 empujan las zapatas 224 radialmente hacia afuera
desde el eje de la lı́nea central de la cabeza de
soldadura 200. Las zapatas se acoplan con la pared interior del tubo 20 y funcionan para soportar
la cabeza de soldadura 200 centrada en el tubo 20
al mismo tiempo que se acciona la cabeza de soldadura. Sin embargo, la fricción relativamente
ligera entre las zapatas 224 y el tubo 20 permite
a la cabeza de soldadura 200 moverse de forma
fácil axialmente dentro del tubo, de forma que
la cabeza de soldadura puede colocarse de forma
exacta para una operación de soldadura.
Un motor de alimentación de alambre de
relleno 230 está montado también sobre la parte
superior del cuerpo de cabeza de soldadura 202 y
dentro del cojinete configurado en forma de anillo
220. Los motores de alimentación de alambre de
relleno 230 se han utilizado en aplicaciones de soldaduras de gas y de arco eléctrico en atmósfera de
helio en industrias tales como la industria del automóvil. Por lo tanto, su construcción y funcionamiento son conocidos generalmente en la técnica.
El motor de alimentación 230 tiene un árbol hueco
y una pluralidad de ruedas de fricción 232 que
agarran un alambre y lo alimentan linealmente a
través del árbol hueco. El eje de rotación para
las ruedas de fricción 232 está ligeramente desviado del eje de rotación el cuerpo de la cabeza
de soldadura 202.
Por lo tanto, puesto que el cuerpo de la cabeza de soldadura 202 está girado, las ruedas de
fricción imparten un movimiento lineal al alambre
soportado entre las superficies de las ruedas que
se acoplan tangencialmente. El árbol hueco del
motor de alimentación 230 termina en el borde
inferior del motor 230 en alineación con la guı́a
de alambre de relleno 234. La guı́a del alambre
de relleno 234 es un paso taladrado a través del
cuerpo de la cabeza de soldadura 202. La entrada
superior para la guı́a 234 está centrada en la superficie superior del cuerpo 202 y la salida inferior
de guı́a 234 está en el lateral del cuerpo 202 directamente por encima de la salida radial del paso del
haz láser 205. De esta manera, la alimentación del
alambre a través de la guı́a 234 es dirigida hasta
el lugar de soldadura. Por encima de la cabeza de
soldadura 200 se representa el alambre de relleno
240. El alambre de relleno 240 está fabricado de
un material similar como el tubo 20. Preferentemente, se utiliza una aleación Inconel(R) con un
contenido de cromo más alto que el material del
tubo para reducir la susceptibilidad al agrietamiento por corrosión. La aleación Inconel(R) 625,
52 ó 72 puede utilizarse y puede incluir agentes
de desoxidación y de control de la viscosidad tales
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como silicio y titanio. El alambre de relleno 240
está pre-configurado en una bobina que tiene un
diámetro exterior que coincide aproximadamente
con el diámetro interior del tubo 20. La fricción
entre el alambre de relleno helicoidal 240 y la superficie interior del tubo 20 mantiene el alambre
colocado durante la operación de la cabeza de soldadura 200. El extremo inferior del alambre de
relleno 240 pasa a través de las ruedas de fricción
232 en el motor de alimentación de alambre 230 a
la guı́a 234 y fuera del lateral del cuerpo 202 hasta
el lugar de la soldadura. La cabeza de soldadura
200 se coloca dentro del tubo 20 en el lugar de
la reparación. La cabeza de soldadura 200 vuelve
a dirigir la energı́a láser desde la fibra óptica en
una dirección radial contra la pared interior del
tubo 20.
Lo siguiente describe el procedimiento y funcionamiento utilizados para realizar una reparación del tubo con la presente invención. En
primer lugar, el alambre de relleno 240 está arrollado, de manera que el diámetro exterior de la
bobina es aproximadamente igual al diámetro interior del tubo 20. El extremo inferior del alambre
240 se dobla en el centro de la bobina y después
se dobla hacia abajo, de forma que el extremo
se encuentra sobre la lı́nea central del tubo 20
después de que la bobina se ha insertado en el
tubo. Las bobina del alambre de relleno es insertada entonces en el tubo 20 y empujada hasta
una posición ligeramente por encima de la reparación de soldadura pretendida. La bobina puede
moverse en el tubo sin deformar su configuración,
utilizando un tubo flexible hueco de diámetro exterior ligeramente menor que el diámetro interior
del tubo 20. Después de que se ha colocado la
bobina del alambre, la cabeza de soldadura 200
es insertada en el tubo 20, en primer lugar el motor de alimentación de alambre 230. La inserción
de la cabeza de soldadura 200 se alcanza comprimiendo las zapatas 224 radialmente hacia dentro e insertando después la cabeza de soldadura
200 dentro del tubo 20. La cabeza de soldadura
200 es empujada entonces dentro del tubo alimentando cable 214 dentro del tubo 20 hasta que la
cabeza de soldadura 200 está colocada en el lugar de la reparación. Cuando la cabeza de soldadura 200 alcanza el lugar adecuado, el extremo
de la bobina del alambre de relleno 240 que se colocó previamente, se alimentará en el centro del
motor de alimentación de alambre 230 y se acoplará por ruedas de fricción 232. Para comenzar
la soldadura, se aplica energı́a, o bien eléctrica
o neumática, al motor de accionamiento 212 que
hace girar el cuerpo de la cabeza de soldadura
202. La rotación del cuerpo de la cabeza de soldadura 202 hace que el motor de alimentación del
alambre 230 alimente alambre 240 a través de la
guı́a del alambre 234 hasta la pared interior del
tubo 20. Al mismo tiempo, la fuente de láser
100 es conectada y la energı́a láser es transmitida hasta la pared interna del tubo 20 a través
de fibra óptica 102 y el espejo 204. La cabeza de
soldadura 200 puede moverse axialmente dentro
del tubo 20 tirando del cable 214. Alternativamente, una conexión de rosca de precisión, bien
conocida por los técnicos en la materia, entre el
cuerpo de soldadura 202 y el cojinete en forma de
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anillo 220 puede realizar el avance axial uniforme
del cuerpo de la cabeza de soldadura 202 durante
la operación de soldadura. Por lo tanto, a medida
que gira el cuerpo de la cabeza de soldadura 202,
el metal de base del tubo 20 se funde mientras
que el alambre de relleno es alimentado hasta el
lugar de la soldadura y fundido simultáneamente
produciendo de esta manera una soldadura de revestimiento.
Con referencia ahora a la figura 3, se describe
una vista en sección transversal simplificada de
una forma de realización de un aparato de soldadura de revestimiento por láser. Esta forma de
realización no entra dentro del alcance de las reivindicaciones. La figura 3 y la descripción relacionada tienen únicamente fines ilustrativos. En esta
forma de realización, una lámina fina 250 de material de relleno de soldadura se utiliza en lugar de
un alambre de relleno 240 descrito previamente.
El material de relleno de soldadura utilizado en la
lámina puede tener agentes de desoxidación y de
control de la viscosidad como se describe previamente para el alambre de relleno 240. La lámina
250 del metal de relleno tiene aproximadamente
0,63 mm (0,025 pulgadas) de espesor y se dobla
en forma de un cilindro hueco que tiene una longitud que coincide con la longitud de la sección
del tubo que debe repararse. (El espesor del metal de relleno se determina por el espesor de formación o revestimiento). El diámetro externo del
cilindro formado de esta manera es aproximadamente igual al diámetro interno del tubo 20 y,
por lo tanto, el cilindro puede pre-posicionarse
de una manera similar a la descrita previamente
para la bobina de alambre. Después de que el
cilindro está pre-posicionado, la cabeza de soldadura 200 es insertada en el tubo y la soldadura
se realiza de la misma manera. La soldadura resultante produce un revestimiento uniforme que
disminuye el diámetro interno del tubo solamente
en 1,27 mm (0,050 pulgadas). La profundidad de
penetración de la soldadura es aproximadamente
0,56 mm (0,022 pulgadas) que da lugar a un espesor de 1,19 mm (0,047 pulgadas), y se produce
una unión excelente entre la lámina fina 250 y
el tubo 20. Un espesor de revestimiento de 1,19
mm (0,037 pulgadas) restablece completamente el
espesor de pared original y la integridad estructural del tubo, que tiene un espesor nominal de
1,06 mm (0,042 pulgadas). Se apreciará que la
penetración y el espesor de revestimiento están
gobernado por los parámetros de soldadura seleccionados (salida del láser, velocidad de avance,
paso, espesor de la hoja, etc.).
Volviendo de nuevo a la figura 4, se describe
otra forma de realización que no entra dentro del
alcance de las reivindicaciones. La figura 4 y la
descripción relacionada únicamente tienen fines
ilustrativos. La figura 4 muestra una vista en
sección transversal simplificada del aparato de reparación de soldadura de revestimiento por láser
colocado dentro de un tubo generador de vapor
de agua y que utiliza una bobina pre-posicionada
de alambre de metal de relleno directamente sobre el área que debe revestirse por soldadura. En
esta forma de realización, la cabeza de soldadura
200 consta de una barra roscada, hueca 300 con
espejo 204 montado sobre la parte superior en un
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ángulo predeterminado, por ejemplo, un ángulo
de cuarenta y cinco grados (45). La barra 300 se
atornilla en una placa de extremo superior circular y roscada internamente 302. El extremo inferior de la barra 300 sirve como la armadura 304
para el motor de accionamiento 212. La placa de
extremo superior 302 está conectada a una placa
de extremo inferior configurada en forma de arandela 306 por barras de guı́a 310. Las placas extremas inferior y superior 306, 302 se mantienen en
posición dentro del tubo 20 por resortes de lámina
22 y zapatas 224. Las barras de guı́a 310 están
configuradas en forma de “T” en sección transversal y están colocadas en paralelo al eje de la
barra 300 con pestañas centrales que se dirigen
radialmente hacia dentro hacia el centro del aparato de cabeza de soldadura 200. El estator 312
del motor 212 tiene muescas longitudinales 314
sobre cada lateral que aceptan los bordes de las
barras de guı́a 310. La parte inferior de la armadura del motor 304 está fijada a la junta giratoria
206 que está fijada, a su vez, al cable 214.
En funcionamiento, una bobina arrollada de
forma apretada de alambre de relleno 240 está
pre-colocada dentro del tubo 20 directamente sobre el área que debe revestirse por soldadura. La
cabeza de soldadura 200 se inserta entonces en el
tubo, de forma que el espejo 204 está ligeramente
por encima de la parte superior del alambre 240.
Cuando se suministra energı́a láser a la cabeza de
soldadura 200 y se activa el motor 212, la barra
300 y el espejo 204 giran dirigiendo la energı́a del
láser sobre la bobina del alambre 240. Adicionalmente, la barra 300 se rosca en la placa superior
302 provocando que el haz de soldadura se desplace axialmente hacia abajo a través del alambre
helicoidal 240 a una velocidad que está sincronizada con su movimiento giratorio. Para absorber
el movimiento axial de la barra 300, el estator del
motor 312 se desliza a lo largo de las barras de
guı́a 310 pero se evita que gire por muescas 314
que están acopladas con los bordes de las barras
de guı́a 310. Por lo tanto, el haz láser gira y se
desplaza axialmente dentro del tubo, fundiendo
el alambre 240 a la superficie interior del tubo 20
produciendo una soldadura de revestimiento uniforme.
La figura 5 ilustra una forma de realización alternativa de la invención, donde se utiliza un aparato giratorio 320 para reparar los tubos dañados
20. En esta forma de realización, el motor de
accionamiento de cabeza giratoria 212 y la junta
giratoria 206 que se acompaña utilizadas en las
formas de realización de las figuras 2-4 están
sustituidos por varios elementos giratorios. Especı́ficamente, se coloca una cabeza de soldadura
giratoria 322 en el extremo de un manguito giratorio 3224. Un mecanismo de accionamiento
giratorio 325 hace girar el manguito 324.
El mecanismo de accionamiento giratorio 325
hace girar simultáneamente un conjunto de relleno 326 que incluye un receptáculo del metal de
relleno 328 y un sistema de suministro del metal
de relleno 330. El receptáculo del metal de relleno
328 soporta el metal de relleno que debe soldarse.
Generalmente, el receptáculo del metal de relleno 328 estará en forma de un carrete de alambre
de metal de relleno. El sistema de suministro del
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metal de relleno 330 recibe el metal de relleno
y lo suministra a un paso de relleno dentro del
manguito giratorio 324. Puesto que el manguito
giratorio 324 y el conjunto de relleno 326 giran de
forma sı́ncrona, el metal de relleno no se enreda.
El sistema de suministro del metal de relleno
330 está activado a través de anillos de deslizamiento del conjunto de relleno 332. La velocidad
del motor de alimentación del alambre puede variar para permitir velocidades de alimentación de
alambre diferentes, proporcionando control del espesor de revestimiento y para permitir el ajuste
para las variaciones en niveles de salida de láser,
velocidad de avance, paso giratorio y otros factores.
El aparato de rotación 320 incluye también
un acoplador de gas 336 que está conectado a un
suministro de gas 338. El manguito de rotación
324 incluye un cable de fibra óptica giratorio 340.
Un láser 344 suministra energı́a a un cable de fibra
óptica fijo 343. La energı́a del láser es transferida
desde el cable de fibra óptica fijo 343 hasta el
cable de fibra óptica giratorio 340 a través de un
acoplador óptico 342.
El aparato de rotación 320 se mueve a lo largo
de su eje longitudinal por un sistema de accionamiento axial 350 montado sobre el árbol 351. Los
rodillos de guı́a 349 pueden utilizarse para guiar
el manguito de rotación 324 en posición. Un controlador por ordenador 353 es utilizado para controlar el funcionamiento del mecanismo de accionamiento del aparato de rotación 325, el sistema
de accionamiento axial 350, y el sistema de suministro de metal de relleno 330. En particular, el
controlador por ordenador 353 es utilizado para
ajustar la velocidad del mecanismo de accionamiento del aparato giratorio 325, la posición para
el sistema de accionamiento axial 350 y la proporción de suministro de relleno para el sistema
de suministro de metal de relleno 330.
El funcionamiento del aparato de rotación 320
se aprecia de forma más completa con referencia a
la figura 6, que proporciona una vista en sección
transversal ampliada de la cabeza de soldadura
de rotación 322. La cabeza de soldadura de rotación 322 incluye un cuerpo 380 que define un
paso de relleno 386. El paso de relleno 386, denominado también el “conducto del alambre”, se
extiende a lo largo del manguito de rotación 324.
El relleno 388 es forzado desde el sistema de suministro de metal de relleno 330 a través del paso
de relleno 386 hasta una abertura del cuerpo 394.
La energı́a del láser es suministrada a través de la
abertura del cuerpo 394 y suelda el relleno 388. El
conducto de gas 389 suministra un gas protector
a la cabeza de soldadura 322. Preferentemente,
el conducto de gas 389 termina en canales de distribución (no mostrados) que distribuyen el gas a
la aberturas 394 en un número de lugares.
La figura 6 describe también el cable de fibra
óptica giratorio 340 colocado dentro del cuerpo
380 de la cabeza de soldadura de rotación 322. El
cable de fibra óptica de rotación 340 se extiende
a lo largo del manguito de rotación 324 y se fija
a éste.
El cable de fibra óptica de rotación 340 termina en un conjunto de modificación direccional
de la energı́a del láser 392. En las formas de reali8
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zación previas de la invención, el conjunto de modificación direccional de la energı́a del láser 392
se describió en forma de un espejo 204. El conjunto 392 puede formarse también como un conjunto óptico. La figura 7 describe un conjunto
de modificación direccional de la energı́a del láser
alternativo 392 que incluye un conjunto de lente
de entrada 396, un prisma de cuña 397, y un conjunto de lente de salida 398. El prisma de cuña
397 sirve para cambiar la dirección de la energı́a
del láser. El prisma de cuña 397 proporciona mayor capacidad de producción de energı́a láser que
la que está disponible desde un espejo 204.
Preferentemente, la energı́a del láser está dirigida hacia la superficie de recepción en un ángulo
no ortogonal. Los dispositivos de la técnica anterior utilizan un espejo para dirigir la energı́a del
láser a la superficie, de tal forma que la energı́a
del láser choca sobre la superficie de una manera
ortogonal. En esta configuración, la energı́a del
láser reflexivo interrumpe la energı́a de entrada
del láser. Adicionalmente, se produce un penacho
y salpicaduras que deben retirarse por técnicas
convencionales para evitar el daño a la óptica.
Cuando la energı́a del láser choca sobre la superficie 20 que debe soldarse en un ángulo de, por
ejemplo, 45◦ , como se muestra en la figura 7, entonces la energı́a reflexiva del láser no interrumpe
la energı́a del láser de entrada.
La figura 8 describe otra forma de realización
de la invención. La forma de realización de la figura 8 corresponde generalmente con la forma de
realización de la figura 5, sin embargo, se coloca
un tubo interior fijo 402 dentro del manguito de
rotación 324. El tubo interior fijo 402 permite que
un cable de fibra óptica fijo 343 permanezca estacionario al mismo tiempo que gira el manguito
de rotación 324A. En otras palabras, a diferencia
de la forma de realización de la figura 5, el cable
de fibra óptica de la figura 8 no gira. Puesto que
el cable de fibra óptica no gira, no se requiere el
acoplador óptico 342 de la figura 5. En su lugar,
se utiliza un soporte del tubo interior fijo 404.
La figura 9 ilustra una cabeza de soldadura de
rotación 322A que puede utilizarse con el aparato
de la figura 8. La figura ilustra un cable de fibra
óptica fijo 343 colocado dentro de un tubo interior
fijo 402. El manguito de rotación 324A gira alrededor del tubo interior fijo 402. El manguito de
rotación 324A incluye un conducto de gas 389. El
manguito de rotación 324A incluye un manguito
maquinado 386A (mostrado con lı́neas imaginarias) que sirve como el paso de relleno. El paso
de relleno 386A se extiende a lo largo del manguito de rotación 324A. El paso del filtro puede
formarse también como un tubo pequeño que se
extiende en la longitud del manguito de rotación
324A. En esta forma de realización, el conjunto
de modificación direccional de energı́a láser 392
gira con el manguito de rotación 324A y recibe la
energı́a láser desde el cable de fibra óptica estacionario 343.
Una forma de realización alternativa del conjunto de modificación direccional 392A se ilustra
en la figura 10. En esta forma de realización, el
cable de fibra óptica 343A es cónico en su extremo
de salida 405 para formar una cuña. Esta estructura crea el mismo efecto que el prisma de cuña
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que se ilustra en la figura 7.
Esta forma de realización proporciona la modificación direccional de energı́a láser que requerı́a
previamente o bien un prisma de cuña o un espejo.
El haz láser sale de la fibra 343A en un ángulo no
ortogonal y se dirige a través de una lente de enfoque 406 hacia el lugar de soldadura. Un beneficio
de este diseño es que reduce el número de elementos ópticos (es decir, lente de colimación, lente de
enfoque intermedio, y prisma de cuña) y, por lo
tanto, reduce las pérdidas de energı́a en cada superficie de contacto y el coste global de la cabeza
óptica.
La figura 11 ilustra un conjunto alternativo
de modificación direccional de energı́a láser 392A.
En esta forma de realización, el cable de fibra
óptica 343B se dobla para obtener un ángulo no
ortogonal pre-seleccionado con respecto a la superficie 20. La producción de energı́a láser desde
el cable de fibra óptica 343B se dirige a través de
una lente de enfoque 408 hacia el lugar de soldadura sobre la superficie 20. Esta forma de realización del conjunto de modificación direccional
elimina un número de elementos ópticos y reduce
de esta manera las pérdidas de energı́a.
Las formas de realización de las figuras 5-11
se han llevado a cabo utilizando un láser Hobart
de 2400 vatios con una longitud de onda de 1064
nanómetros, de Hobart Laser Products, Inc., Livermore, California. El acoplador óptico 342 de
la figura 5 está comercialmente disponible a partir de Hobart Laser Products, Inc., Livermore,
California.
El cable óptico utilizado en la invención se
forma preferentemente de fibra de sı́lice fundida
encerrada en una funda flexible, metálica. La fibra está revestida con un revestimiento reflexivo
para prevenir la absorción de la superficie del haz
láser y para mejorar la transmisión. El cable
óptico puede tener un tamaño de punto de 600800 micras. El manguito giratorio 324 puede formarse de acero inoxidable o de un tubo metálico
flexible.
El manguito de rotación 324 se ha realizado
con un manguito circular con un diámetro exterior de 1,27 cm (0,5 pulgadas) y un diámetro interno de 0,94 cm (0,370 mm). El tamaño del paso
de relleno 386 está gobernado por el tamaño del
alambre de relleno. El tamaño del paso de relleno
386 es preferentemente de algunas centésimas de
pulgada (1 pulgada = 2,54 cm) mayor que el
diámetro del alambre. Los diámetros del alambre utilizados comúnmente incluyen 0,020, 0,025,
0,030 y 0,035 (0,5, 0,63, 0,76, 0,89 mm).
El acoplador de gas 336 se mantiene estacionario y el manguito 324 se le permite girar libremente a través del acoplador 336. El acoplador de
gas 336 incluye juntas tóricas para permitir la rotación del manguito 324, manteniendo al mismo
tiempo la presión del gas dentro del acoplador
336. El manguito 324 tiene agujeros dentro para
permitir que el gas se transfiera desde el suministro de gas 338 hasta el interior del manguito 324.
El gas es suministrado entonces a la cabeza de
soldadura 322 a través del conducto de gas 389.
En lugar de utilizar un conducto de gas especializado 389, pueden proporcionarse intersticios en-
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tre el cable de fibra óptica 340, el conducto de
alambre 386, y el manguito 324.
El mecanismo de accionamiento del aparato
de rotación 325 es preferentemente un motor escalonado. El mecanismo de accionamiento 325
está acoplado al manguito de rotación 324 y al
conjunto de relleno 326 por técnicas convencionales, tales como engranajes o cintas.
El sistema de accionamiento axial 350 se ha
llevado a cabo utilizando un motor escalonado
montado sobre un árbol 351. El movimiento horizontal o planar puede obtenerse colocando manualmente el árbol 351. En la alternativa, el árbol
351 puede colocarse en un dispositivo de movimiento plano motorizado (no mostrado), que permite que el aparato de rotación 320 se coloque en
cualquier tubo seleccionado 20.
El sistema de suministro de metal de relleno
330 puede ser del tipo utilizado en soldadores
existentes. Por ejemplo, la invención se ha llevado
a cabo utilizando un dispositivo de alimentación
de alambre ASTRO ARC, de ASTRO ARC, Inc.,
Sun Valley, California. El modelo de anillo deslizante AC4598 de Litton Poly-Scientific, Blacksburg, Virginia, se ha utilizado para activar el sistema de suministro de metal de relleno 330.
El conjunto de modificación direccional de
energı́a del láser 392 de la figura 7 se ha realizado utilizando lentes estándar. El conjunto de
lente de entrada 396 colima el haz de luz láser
para formar un haz colimado. El conjunto de
lente de entrada 396 incluye una lente de ventana 396A, una lente de -20mm f.l. 396B y una
lente +10 mm f.l. 396C. El prisma de cuña 397
dobla el haz colimado (de 10 a 60 grados, preferentemente de 20 a 45 grados, y más preferentemente, aproximadamente 30 grados) para formar
un haz doblado y colimado. El haz doblado y
colimado es transportado al conjunto de lente de
salida 398, que incluye una lente de +20 mm f.l.
398A y una lente de ventana 398B. El conjunto
de lente de salida 398 forma un haz enfocado y
colimado de un diámetro pequeño con densidad
de energı́a muy alta. El haz proporciona energı́a
térmica máxima en el punto de soldadura, fundiendo de esta manera el material de relleno y
una porción del material de base de una manera
controlada. El conjunto de modificación direccional de energı́a del láser 392 se ha utilizado en
producción continua de 2400 vatios, sin fallo. Los
dispositivos de la técnica anterior que utilizan espejos se han limitado generalmente a energı́as de
láser de 1000 vatios.
El tubo interior fijo 402 de la figura 9 está
formado preferentemente de acero inoxidable. El
tubo de rotación 324A de la figura 9 está formado
preferentemente de acero inoxidable. Se utilizan
cojinetes de Nylon o de Teflón(R) disponibles comercialmente entre el tubo interior fijo 402 y el
tubo de rotación 324A.
Habiendo descrito las formas de realización
ejemplares de la invención, se reconoce que los
técnicos en la materia serán capaces de concebir
y diseñar cambios y modificaciones en la realización de esta invención sin separarse del alcance
de la invención a continuación reivindicada.
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REIVINDICACIONES
1. Aparato de soldadura por láser para soldadura de revestimiento de la superficie interior de
un tubo (20), que comprende:
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un láser (334);
un manguito de rotación (324) que encierra un cable de fibra óptica (340) que recibe energı́a láser desde dicho láser, incluyendo dicho manguito de rotación un paso
de relleno (386);
un sistema de suministro de metal de relleno
(330) en rotación sı́ncrona con dicho manguito de rotación (324) y suministrando un
material de relleno (388) a dicho paso de
relleno (386) de dicho manguito de rotación;
y
una cabeza de soldadura giratoria (322),
con una abertura de la cabeza (374) colocada en el extremo de dicho manguito
de rotación (324), incluyendo dicha cabeza
de soldadura giratoria (322) un conjunto
de modificación direccional de energı́a láser
(372) para recibir dicha energı́a de dicho cable de fibra óptica (340) y dirigirlo a través
de dicha abertura de la cabeza (374) hasta
la superficie interior de dicho tubo (20),
terminando dicho paso de relleno en dicha
abertura de cabeza (374) de forma que dicho material de relleno (388) dentro de dicho paso de relleno (386) se intersecta con
dicha energı́a y de esta manera se funde con
la superficie interior de dicho tubo (20) para
producir una soldadura de revestimiento.
2. El aparato de la reivindicación 1, donde
dicho cable de fibra óptica (340) está fijado a dicho manguito de rotación (324) y de esta manera
gira de forma sı́ncrona con dicho manguito de rotación.
3. El aparato de la reivindicación 2, donde
dicho cable de fibra óptica (340) recibe dicha
energı́a láser de dicho láser (334) a través de un
acoplador óptico (342).
4. El aparato de cualquier reivindicación precedente, donde dicho sistema de suministro de
metal de relleno (330) está acoplado a un receptáculo de metal de relleno (328) que alimenta dicho
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material de relleno (388) a dicho sistema de suministro de metal de relleno.
5. El aparato de cualquier reivindicación precedente, donde dicho conjunto de modificación direccional de energı́a láser (392) incluye un prisma
de cuña (397) para cambiar la dirección de dicha
energı́a del láser.
6. El aparato de la reivindicación 5, donde dicha energı́a láser choca sobre la superficie interior
de dicho tubo (20) en un ángulo no ortogonal con
respecto a dicho tubo.
7. El aparato de cualquier reivindicación precedente, que comprende adicionalmente un sistema de accionamiento axial (350) para colocar
axialmente dicha cabeza de soldadura giratoria.
8. El aparato de la reivindicación 1, donde
dicho cable de fibra óptica (340) se coloca en un
tubo interior fijo (402) dentro de dicho manguito
de rotación (324A).
9. Un método de soldadura de revestimiento
de la superficie interior de un tubo (20) que comprende las etapas de:
suministrar un metal de relleno giratorio
(388) hasta un lugar de soldadura seleccionado dentro de dicho tubo; y
dirigir la energı́a láser, girando de forma
sı́ncrona con dicho metal de relleno, hasta
dicho lugar de soldadura seleccionado para
fundir dicho metal de relleno hasta dicha superficie interior de dicho tubo para producir una soldadura de revestimiento dentro
de dicho tubo.
10. El método de la reivindicación 9, donde
dicha etapa de suministro incluye la etapa de alimentar el material de relleno a través de un paso
de relleno (386) formado dentro de un manguito
giratorio (324).
11. El método de la reivindicación 9 ó 10,
donde dicha etapa de dirección incluye la etapa
de transportar dicha energı́a láser a través de un
cable de fibra óptica (340) colocado dentro de un
manguito giratorio (324).
12. El método de la reivindicación 11, donde
dicha etapa de transporte incluye la etapa de proporcionar un acoplador óptico (342) entre un láser
(334) y dicho cable óptico (340) que gira de forma
sı́ncrona con dicho manguito giratorio (324).
NOTA INFORMATIVA: Conforme a la reserva
del art. 167.2 del Convenio de Patentes Europeas (CPE) y a la Disposición Transitoria del RD
2424/1986, de 10 de octubre, relativo a la aplicación
del Convenio de Patente Europea, las patentes europeas que designen a España y solicitadas antes del
7-10-1992, no producirán ningún efecto en España
en la medida en que confieran protección a productos quı́micos y farmacéuticos como tales.
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Esta información no prejuzga que la patente esté o
no incluı́da en la mencionada reserva.
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