核电站温度探测器的真空充氦封装装置及其封装方法与流程

本发明涉及反应堆压力容器检查技术领域，具体地，涉及一种核电站温度探测器的真空充氦封装装置及其封装方法。

背景技术：

核电厂反应堆压力容器是堆内不可更换的重要部件，保证其安全可靠对于核电厂的安全运行具有重要意义。对反应堆压力容器材料进行辐照监督是保障压力容器在设计寿命周期内安全运行的一项重要措施。辐照监督管是反应堆本体重要的核部件，监督管内装有随堆运行的压力容器筒体及焊缝材料试样，用于检测压力容器的辐照损伤程度；定期从堆内抽出监督管试样进行试验，为压力容器以及核电厂的寿命评估和延寿积累数据，以指导反应堆压力容器筒体的安全使用，从而保证反应堆安全运行。

温度探测器的石英玻璃管的真空充氦密封就是辐照监督管的关键技术之一。温度探测器一般包括石英玻璃管和密封在石英玻璃管内的合金丝也叫温度探测丝，图1是AP1000核电站310℃温度探测器的结构；图1中11为石英玻璃管，其长度为20mm，石英玻璃管内抽真空，充入1个大气压的氦气：10为温度探测丝，其长度为15mm，直径为0.8mm。核电站温度探测器有不同的温度档次，其长度、直径等规格或略有不同，但其石英玻璃管的真空充氦密封共同存在以下技术难点：(1)合金丝的熔点很低(不超过320℃)，石英玻璃管熔点很高(约1300℃)，合金丝与玻璃管熔化端的距离很近(约2mm)，因此采用常规的密封方法，合金丝会出现熔化现象；(2)石英玻璃管熔化过程中，如何确保内部的氦气不会发生泄漏。

辐照监督管的国产化具有十分重要的意义，其关键技术之一的石英玻璃管的真空充氦密封是其国产化必须攻克的难题，因此石英玻璃管的真空充氦密封如何克服上述两个技术难点至关重要。

技术实现要素：

本发明的目的就在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种核电站温度探测器的真空充氦封装装置及其封装方法，解决核电站温度探测器真空充氦密封时合金丝熔化和氦气泄漏的问题。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

核电站温度探测器的真空充氦封装装置，包括手套箱、对手套箱进行抽真空的真空系统、用于向手套箱中充入氦气的充氦系统、用于夹持石英玻璃管的夹持装置、对石英玻璃管密封部位进行加热的激光加热系统，所述真空系统和充氦系统均与手套箱内部连通；所述夹持装置位于手套箱内；所述激光加热系统部分伸入手套箱内。封装石英玻璃管时，石英玻璃管首选需要固定在夹持装置上，具体为石英玻璃管一端靠近手套箱的手套，另一端固定在夹持装置上，前述石英玻璃管一端靠近手套箱的手套是指石英玻璃管一端在手套能够到达的范围内，便于操作人员在密封过程中利用手套握住石英玻璃管的一端。本方案的真空充氦封装装置采用激光加热系统提供能量高且能量高度集中的激光，在确保石英玻璃管内温度探测丝不发生熔化的前提下对石英玻璃管进行加热熔化，克服了现有技术中常规的密封方法中合金丝会出现熔化现象的问题；采用真空系统、充氦系统和手套箱能够确保充氦前石英玻璃管内的真空度以及充氦后石英玻璃管内氦气的压力，并能防止石英玻璃管密封时氦气泄漏。

作为本发明的进一步改进，所述激光加热系统包括激光发射器、激光电源和激光控制器，激光发射器部分或全部位于手套箱内，激光电源与激光发射器相连，激光控制器与激光电源相连。

进一步，所述真空系统包括真空计、真空泵和真空控制阀门，真空计和真空控制阀门连接在真空泵与手套箱之间的管路上。

进一步，所述充氦系统包括氦气瓶、压力表和充氦控制阀门，所述压力表和充氦控制阀门设置在氦气瓶与手套箱之间的管路上。

进一步，为了使石英玻璃管在激光加热的过程中均匀受热软化，核电站温度探测器的真空充氦封装装置还包括旋转电机和旋转电机控制器；所述夹持装置与旋转电机的输出轴连接，旋转电机与旋转电机控制器连接，从而旋转电机控制器能够通过控制旋转电机的状态和旋转速度从而带动夹持装置和石英玻璃管进行旋转。这样，夹持装置夹持石英玻璃管，并在激光加热的过程中带动石英玻璃管旋转，确保石英玻璃管均匀的受热软化，密封速度更快、效果更好。

核电站温度探测器的真空充氦封装方法，采用上述任一技术方案中的真空充氦封装装置进行封装，所述方法包括以下步骤：

S1、将装有温度探测丝的石英玻璃管固定在夹持装置上，使石英玻璃管的远离温度探测丝的一端置于手套附近、石英玻璃管另一端固定在夹持装置上；

S2、根据所需封装成的石英玻璃管的长度，调整石英玻璃管另一端的具体夹持位置，使激光发射器要加热的封装部位到石英玻璃管另一端端头的距离与所需封装成的石英玻璃管)的长度一致，关闭手套箱；

S3、利用真空系统对手套箱进行抽真空后，利用充氦系统向手套箱中充入氦气；

S4、设置激光加热系统的激光输出参数；

S5、启动激光加热系统的激光发射器发射激光加热石英玻璃管的封装部位，石英玻璃管封装部位软化后，旋转石英玻璃管直至石英玻璃管靠近手套的一端脱落，完成封装。

进一步，采用设置有旋转电机控制器和旋转电机的真空充氦封装装置进行封装；步骤S4中还通过旋转电机控制器设置旋转电机的旋转方向和旋转速度；步骤S5中具体为：启动旋转电机，启动激光加热系统的激光发射器发射激光加热石英玻璃管的封装部位，石英玻璃管封装部位软化后，固定住石英玻璃管靠近手套的一端，旋转电机带动夹持装置及石英玻璃管继续旋转直至石英玻璃管靠近手套的一端脱落，完成封装。

进一步，步骤S3包括以下步骤。

S31、开启真空控制阀门，打开真空泵对手套箱内部进行抽真空；

S32、待真空计的读数符合设计要求后，关闭真空控制阀门和真空泵；

S33、打开充氦控制阀门，打开氦气瓶，向手套箱内充入氦气；

S34、待压力表的读数符合设计要求后，关闭充氦控制阀门和氦气瓶。

进一步，步骤S4中设置激光加热系统的激光输出参数的方法具体为：打开激光电源和激光控制器，设置激光加热系统的激光输出参数，所述激光输出参数包括激光的输出功率和输出时间。

综上，本发明的有益效果是：

1、本发明的真空充氦封装装置具有激光加热系统、夹持装置、手套箱、真空系统以及充氦系统，其中激光加热系统发射能量高度集中的激光，能够在短时间内熔化石英玻璃管，避免石英玻璃管内的温度探测丝发生熔化，克服了现有技术中常规的密封方法中合金丝会出现熔化现象的问题；

2、本发明的真空充氦封装装置设置旋转电机和旋转电机控制器后，可控制夹持装置夹持石英玻璃管，并在激光加热的过程中旋转，确保石英玻璃管均匀的受热软化，密封速度更快、效果更好；

3、本发明的手套箱在确保封装操作的同时，提供一个密封的环境，能防止石英玻璃管密封时氦气泄漏，确保在封装过程中石英玻璃管内的氦气保持1个大气压的水平；真空系统确保充氦前手套箱内的真空度符合技术条件；充氦系统确保手套箱内的氦气压力在1个大气压的水平。

附图说明

图1是现有技术中温度探测器的结构示意图；

图2是本发明的真空充氦封装装置的结构示意图。

附图中标记及相应的零部件名称：1-压力表；2-氦气瓶；3-充氦控制阀门；4-真空控制阀门；5-真空泵；6-真空计；7-手套箱；8-旋转电机；9-夹持装置；10--温度探测丝；11-石英玻璃管；12-手套；13-激光；14-激光发射器；15-激光电源；16-激光控制器；17-旋转电机控制器。

具体实施方式

如图1所示，核电站温度探测器包括石英玻璃管11和位于石英玻璃管11内的温度探测丝10，核电站温度探测器的真空充氦封装装置用于将温度探测丝10密封在石英玻璃管11内。下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

如图2所示，本实施例的核电站温度探测器的真空充氦封装装置，包括手套箱7、对手套箱7进行抽真空的真空系统、用于向手套箱7中充入氦气的充氦系统、用于夹持石英玻璃管11的夹持装置9、对石英玻璃管11密封部位进行加热的激光加热系统。

手套箱7是一种密封设备，使用者可以用手进行操作但没有直接接触，一般为完全封闭的箱状，具有可供使用者把手伸进去的手套12，使用者可隔手套12在箱内操作。

所述夹持装置9位于手套箱7内；石英玻璃管11在手套箱7内进行密封，石英玻璃管11密封时一端靠近手套箱7的手套11、另一端固定在夹持装置9上，石英玻璃管11的一端靠近手套箱7的手套12是指，石英玻璃管11一端在手套12能够到达的范围内，便于操作人员在密封过程中利用手套12握住石英玻璃管11的一端。本发明中的一端和另一端并不仅限于端头部位，而是从端头至离端头一定距离的位置之间的部位(即端部)；因此石英玻璃管11另一端固定在夹持装置9上时，夹持装置9对石英玻璃管11另一端的具体夹持位置是可以进行一定调整的。

注意，需要将温度探测丝10所在端作为石英玻璃管11的另一端固定在夹持装置9上。为便于表述方位，本实施例中，石英玻璃管11密封时左端固定在夹持装置9上、右端位于手套箱7的手套12前，即靠近手套箱7的手套12的一端为右端，远离手套箱7的手套12的一端为左端，温度探测丝10位于石英玻璃管11左端。

所述真空系统包括真空计6、真空泵5和真空控制阀门4，真空泵5与手套箱7的内部密闭空间通过管路连通，真空计6和真空控制阀门4连接在真空泵5与手套箱7之间的管路上，其中真空计6位于真空控制阀门4与真空泵5之间的管路上。

所述充氦系统包括氦气瓶2、压力表1和充氦控制阀门3，氦气瓶2与手套箱7的内部密闭空间通过管路连通，所述压力表1和充氦控制阀门3设置在氦气瓶2与手套箱7之间的管路上，其中压力表1位于充氦控制阀门3与氦气瓶2之间的管路上。本实施例中氦气瓶2可以为氦气瓶组，即多个氦气瓶2构成。上述的真空控制阀门4、充氦控制阀门3均可采用普通的阀门，用于控制所在管路的开闭。

所述激光加热系统包括激光发射器14、激光电源15和激光控制器16，激光电源15与激光发射器14相连，激光控制器16与激光电源15相连，激光发射器14位于手套箱7内，实际应用中，激光发射器14也可以部分伸入手套箱7内，但其与手套箱7的连接部位保持密封，维持手套箱7内的密封环境。

本实施例中，真空充氦封装装置具有激光加热系统、夹持装置9、手套箱7、真空系统以及充氦系统，其中激光加热系统发射能量高度集中的激光13，能够在短时间内熔化石英玻璃管11，避免石英玻璃管11内的温度探测丝10发生熔化；手套箱7在确保封装操作的同时，提供一个密封的环境，确保在封装过程中石英玻璃管11内的氦气保持1个大气压的水平；真空系统确保充氦前手套箱7内的真空度符合技术条件；充氦系统确保手套箱7内的氦气压力在1个大气压的水平。

本实施例中的核电站温度探测器的真空充氦封装方法，包括以下步骤：

S1、将装有温度探测丝10的石英玻璃管11固定在夹持装置9上，使石英玻璃管11左端固定在夹持装置9上，右端位于手套12附近(石英玻璃管11右端位于手套12附近是指石英玻璃管11右端在手套12能够到达的范围内，便于操作人员在密封过程中利用手套12握住石英玻璃管11)，温度探测丝10位于石英玻璃管11的左端；

S2、根据所需封装成的石英玻璃管11的长度，调整石英玻璃管11的左端的具体夹持位置，使激光发射器14将要加热的封装部位到石英玻璃管11左端的距离与所需封装成的石英玻璃管11的长度一致，关闭手套箱7；

S3、利用真空系统对手套箱7进行抽真空后，利用充氦系统向手套箱7中充入氦气；

S4、打开激光电源15和激光控制器16，设置激光加热系统的激光输出参数；所述激光输出参数包括激光的输出功率和输出时间等激光输出参数；

S5、启动激光加热系统的激光发射器14发射激光13加热石英玻璃管11的封装部位，石英玻璃管11封装部位软化后，旋转石英玻璃管11直至石英玻璃管11靠近手套12的一端脱落，完成封装。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例中的核电站温度探测器的真空充氦封装装置还包括旋转电机8和旋转电机控制器17，所述夹持装置9与旋转电机8的输出轴连接，旋转电机8与旋转电机控制器17连接，通过旋转电机控制器17控制旋转电机8的状态和旋转速度从而带动夹持装置9和石英玻璃管11进行旋转。

本实施例中，真空充氦封装装置不仅具有激光加热系统、夹持装置9、手套箱7、真空系统以及充氦系统，激光加热系统发射能量高度集中的激光13，能够在短时间内熔化石英玻璃管11，避免石英玻璃管11内的温度探测丝10发生熔化；而且旋转电机8和旋转电机控制器17控制夹持装置9在激光加热的过程中旋转，确保石英玻璃管11均匀的受热软化，密封速度更快、效果更好；手套箱7在确保封装操作的同时，提供一个密封的环境，确保在封装过程中石英玻璃管11内的氦气保持1个大气压的水平；真空系统确保充氦前手套箱7内的真空度符合技术条件；充氦系统确保手套箱7内的氦气压力在1个大气压的水平。

本实施例中的核电站温度探测器的真空充氦封装方法，包括以下步骤：

S1、将装有温度探测丝10的石英玻璃管11固定在夹持装置9上，使石英玻璃管11左端固定在夹持装置9上，右端位于手套12附近(石英玻璃管11右端位于手套12附近是指石英玻璃管11右端在手套12能够到达的范围内，便于操作人员在密封过程中利用手套12握住石英玻璃管11)，温度探测丝10位于石英玻璃管11的左端；

S2、根据所需封装成的石英玻璃管11的长度，调整石英玻璃管11的左端的具体夹持位置，使激光发射器14将要加热的封装部位到石英玻璃管11左端的距离与所需封装成的石英玻璃管11的长度一致，关闭手套箱7；

S3、利用真空系统对手套箱7进行抽真空后，利用充氦系统向手套箱7中充入氦气；

S4、打开激光电源15和激光控制器16，设置激光加热系统的激光输出参数；通过旋转电机控制器17设置旋转电机8的旋转方向和旋转速度；所述激光输出参数包括激光的输出功率和输出时间等激光输出参数；

S5、启动旋转电机8、启动激光加热系统的激光发射器14，激光发射器14发射激光13加热石英玻璃管11的封装部位，石英玻璃管11封装部位软化后，操作人员将手伸入手套12内并通过手套12握住石英玻璃管11的右端，然后转动石英玻璃管11，直至石英玻璃管11右端脱落，石英玻璃管11右端脱落后，石英玻璃管11封装部位软化的部分聚拢凝固起来使石英玻璃管11内部被密封，完成封装。

实施例3：

在实施例1或实施例2的基础上，本实施例中对核电站温度探测器的真空充氦封装方法进行进一步改进：

步骤S3中“利用真空系统对手套箱7进行抽真空”的步骤如S31-步骤S32：

S31、开启真空控制阀门4，打开真空泵5对手套箱7内部进行抽真空；

S32、待真空计6的读数符合设计要求后，关闭真空控制阀门4和真空泵5。一般而言，设计要求手套箱7的真空度应达到0.01Pa后，才能停止抽真空并充入氮气，因此真空计1的读数应达到0.01Pa时关闭真空控制阀门4和真空泵5。

步骤S3中“利用充氦系统向手套箱7中充入氦气”的步骤如S33-步骤S34：

S33、打开充氦控制阀门3，打开氦气瓶2，向手套箱7内充入氦气；

S34、待压力表1的读数符合设计要求后，关闭充氦控制阀门3和氦气瓶2。

一般而言，设计要求手套箱7中的大气压为1个大气压才能开始对石英玻璃管11进行密封封装，因此压力表1的读数应达到1.0×10⁵Pa时关闭充氦控制阀门3和氦气瓶2。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。