用于维修管状结构的方法和设备与流程

对相关申请的交叉引用

本申请针对2017年11月28日提交的第62/591,755号美国临时专利申请主张包括优先权在内的所有权益，在此以引用的方式将该在先申请纳入本申请。

本发明总体涉及部件维护，并具体的涉及管状结构的维修。

背景技术：

核反应堆包含大量容易在核反应堆运行过程中磨损或损坏的部件，这可能影响安全、可靠性、效率和规范性要求。

不巧的是，许多部件都是难以维修的。例如，反应堆部件在其工作过程中会受到辐射，这容易导致结构变得脆弱。另外，许多结构具有非常薄的壁，这导致常规的维修技术可能导致进一步损坏。例如，将热和应力导入脆性受辐射部件可能导致裂纹的产生或扩散。类似的，加热薄的结构可能导致缺陷，例如由于热应力或热变形而导致的裂开。

零件之间的紧密间隙使维修更加复杂化。具体而言，在许多情况中，将器材运送至需要维修的位置可能会比较困难，这就阻碍了原地维修。

由于维修的难度，损坏的部件常常需要被替换，成本极高。

技术实现要素：

在一些具体实施方式中，本发明的各个方面可被用于从结构内侧维修管状结构。在一些具体实施方式中，维修可包括从结构的内径使用焊缝金属堆积。

根据本发明的一个方面，提供维修管状结构中缺陷的方法。所述方法可包括通过将焊接熔滴顺序熔敷在所述结构上的熔池顶部从而在所述缺陷的上方熔敷出保护性焊层，其中所述保护性焊层围绕所述缺陷粘接至所述结构，其中所述将焊接熔滴顺序熔敷包括在收缩位置和前进位置之间选择性地移动焊枪的丝状电极，所述焊接熔滴形成于所述收缩位置并在所述前进位置被熔敷于所述结构上。

在维修管状结构中的缺陷的方法的具体实施方式中，所述焊接熔滴滴落在所述结构上。

在维修管状结构中的缺陷的方法的具体实施方式中，在所述缺陷上熔敷所述保护性焊层是通过金属极气体保护电弧焊(gmaw)或等离子转移弧焊(ptaw)来进行的。在一些具体实施方式中，熔敷所述保护性焊层包括钨极气体保护电弧焊(gtaw)。

在维修管状结构中的缺陷的方法的具体实施方式中，所述管状结构为核反应堆的一部分。

在维修管状结构中的缺陷的方法的具体实施方式中，所述方法包括将维修设备插入所述管状结构以及将所述维修设备移动至所述缺陷的位置。

在维修管状结构中的缺陷的方法的具体实施方式中，所述方法包括通过金属极气体保护电弧焊(gmaw)或等离子转移弧焊(ptaw)或钨极气体保护电弧焊(gtaw)在所述保护性焊层顶部熔敷加强层。在一些具体实施方式中，所述熔敷在所述保护性焊层顶部形成结构稳健的加强层来维修所述缺陷。

在另一个方面，提供了将维修设备移动穿过管状结构的方法。所述方法包括：将第一支架相对于所述管状结构的内表面成第一角度放置；使所述管状结构牢固啮合于所述第一支架；通过伸出或缩回至少一个线性致动器以沿所述管状结构的纵轴方向推进所述维修设备，从而相对于所述牢固啮合的第一支架移动所述维修设备。

在将维修设备移动穿过管状结构的方法的具体实施方式中，所述相对于所述牢固啮合的第一支架移动所述维修设备包括通过伸出或缩回所述至少一个线性致动器以沿所述方向推进所述维修设备，从而相对于所述第一支架移动第二支架并与所述管状结构的内表面成第二角度。

在将维修设备移动穿过管状结构的方法的具体实施方式中，包括将所述管状结构牢固啮合于所述第二支架；使所述第一支架与所述管状结构断开；以及相对于所述管状结构的内表面重新放置所述第一支架。

在将维修设备移动穿过管状结构的方法的具体实施方式中，所述第一和第二支架各自均为支架环，其横截面小于所述管状结构的横截面。

在将维修设备移动穿过管状结构的方法的具体实施方式中，至少三个线性致动器被配置为使所述第一和第二支架相对于彼此移动以将各个支架的平面以所需的彼此相对间隔关系放置。

在将维修设备移动穿过管状结构的方法的具体实施方式中，所述方法包括放置所述第一和第二支架使其横切于所述管状结构的纵向轴。

在将维修设备移动穿过管状结构的方法的具体实施方式中，所述方法包括旋转所述维修设备的基板以将与所述基板相连的焊枪与焊缝位置周向对齐放置。

在将维修设备移动穿过管状结构的方法的具体实施方式中，所述方法包括将焊接熔滴熔敷至所述焊接位置。

在将维修设备移动穿过管状结构的方法的具体实施方式中，使所述管状结构牢固啮合至所述第一支架或第二支架包括伸出所述第一或第二支架从而与所述管状结构接触。

在将维修设备移动穿过管状结构的方法的具体实施方式中，所述方法包括伸展锁定致动器使其与所述管状结构接触并锁定所述致动器以固定所述维修设备相对于所述管状结构的纵向位置。

在将维修设备移动穿过管状结构的方法的具体实施方式中，所述方法包括在所述维修设备被沿着所述管状结构的纵向轴的方向被推进时在与所述维修设备的支撑结构旋转连接的辊上滚动所述维修设备。在具体实施方式中，辊被偏压从而与所述管状结构对齐。

在将维修设备移动穿过管状结构的方法的具体实施方式中，所述方法包括将所述维修设备插入所述管状结构，其中所述管状结构是核反应堆的一部分。

在另一个方面，提供用于维修管状结构中的缺陷的设备。所述设备包括：用于插入所述管状结构的管状结构中的主体；安装至所述主体的末端效应器，所述末端效应器具有焊枪，所述焊枪可被操作以通过形成熔化的焊接熔滴并将所述焊接熔滴熔敷在所述管状结构上来将焊接材料熔敷在所述管状结构上；驱动单元，所述驱动单元包括第一支架、至少一个线性致动器以及旋转致动器，所述第一支架用于选择性地牢固啮合所述管状结构以锚定所述设备，所述至少一个线性致动器用于相对于所述第一支架沿所述管状结构的纵向轴的方向移动所述设备，所述旋转致动器连接至所述末端效应器以旋转所述焊枪。

在所述设备的具体实施方式中，所述驱动单元包括用于选择性牢固啮合所述管状结构的第二支架，所述至少一个线性致动器被配置为使所述第一和第二支架相对于彼此沿纵向方向移动以沿所述方向移动所述设备。在具体实施方式中，所述环的横截面小于所述管状结构的横截面。

在所述设备的具体实施方式中，所述驱动单元包括至少三个线性致动器，所述至少三个线性致动器被配置为使所述第一和第二支架相对于彼此移动以将各个支架的平面以所需的彼此相对间隔关系放置。

在所述设备的具体实施方式中，所述设备包括送丝单元，所述送丝单元被配置为选择性的推进和收缩所述焊枪的丝状电极。在具体实施方式中，所述焊枪被配置为通过使所述丝状电极收缩离开所述管状结构使所述焊接熔滴枪下落来将所述焊接熔滴熔敷在所述管状结构上。在另一个具体实施方式中，所述焊枪被配置为朝向所述管状结构前进以将焊接熔滴熔敷在所述管状结构上。

在所述设备的具体实施方式中，所述设备包括与所述末端效应器或所述主体相连的复数个辊结构，所述辊结构包括：支撑结构；与所述支撑结构旋转连接的辊；以及复数个偏压件，每个所述偏压件都被配置为偏压所述辊中的至少一个以使其与所述管状结构接触。

在所述设备的具体实施方式中，所述设备包括位置感应器，所述位置感应器可被操作以报告表明末端效应器和焊枪的纵向和旋转位置以及焊枪和管状结构之间径向距离的信号。

在所述设备的具体实施方式中，所述设备包括可伸展锁定致动器，所述可伸展锁定致动器用于选择性地接触所述管状结构并锚定所述锁定致动器以固定所述末端效应器相对于所述管状结构的位置。

在所述设备的具体实施方式中，所述管状结构是核反应堆的一部分。在一些具体实施方式中，所述方法和设备可被用于维修受辐射的管状结构。

在一些具体实施方式中，所述设备和方法可被用于维修与非核相关的管状结构。

附图说明

附图显示了示例性具体实施方式，其中：

图1是核反应堆一部分的等轴侧视图。

图2是放置在图1所示的反应堆的排管容器释放管道内的维修设备的剖视图。

图3是图2所示的维修设备的末端效应器的等轴侧视图，其展示了维修设备的包括位置感应器的基板。

图4是焊缝熔敷流程的阶段示意图。

图5是图2所示的维修设备的驱动单元的俯视图。

图6是图5所示的驱动单元的一部分的立体图。

图7展示了图1所示的反应堆的排管容器释放管道上熔敷的焊层。

图8是展示了维修缺陷过程的流程图。

图9是展示了检查焊缝过程的流程图。

具体实施方式

图1显示了核反应堆100的一部分。如图所示，反应堆100是candu™型反应堆。反应堆100具有复数个排管容器释放管道102和通风管线103。本发明所披露的具体实施方式可适用于进行排管容器释放管道102的维修，详细的实施例将结合排管容器释放管道102给出。但是，应当理解，本发明所披露的设备和方法也适于维修核反应堆100的其它部件和结构，或者与核反应堆或核工业无关的部件和结构(例如石油化工工厂的管路)。另外，虽然本发明所披露的设备和方法是结合candu™型反应堆说明的，但是它们可适于维修其它类型的反应堆。

如图所示，排管容器释放管道102存在缺陷，即裂缝104。裂缝104可能是由于例如热循环所导致的应力而产生和扩散的。腐蚀效应可能会加剧或加速裂缝104的发展。很明显，裂缝104限定了排管容器释放管道102中的弱点区域，还存在了泄露风险。

排管容器释放管道120可由不锈钢制成，壁的厚度约为0.375英寸。但是，其他部件可由其它材料制成，例如普通(碳)钢、铝或其合金。排管容器释放管道102可能由于在反应堆100工作中的辐射而变脆。类似的，排管容器释放管道102可能已经接受过抗辐射加固处理。

常规的维修技术可能不适用于排管容器管管道的维修。举例而言，许多此类技术将工件形成的热量中的大部分引入工件中。举例而言，使用常规金属极气体保护电弧焊(gmaw)进行焊接可能导入足以由热应力引发的开裂或形变的热量。本发明所披露的设备和方法适于通过焊接实现对缺陷104的结构稳定性修理，同时限制输入工件(如排管容器释放管道)中的热量。更具体的，任何类型的焊接技术都可适用于与本发明所述的设备和方法结合使用。

在某些情形中，对管状结构的直接接触是受限或无法实现的。举例而言，如果管状结构位于壁的后方并横切于壁或者处于其它结构之间，从外部可能就无法接触。在其它场景中，管状结构可能处于应当减少实体暴露的区域中。

排管容器释放管道102的结构维修依赖于接触管道内部近处缺陷104。可通过可移除或破坏的密封盘106接触管道内部。在本发明中使用时，“近”或“远”是指沿着排管容器释放管道102的长度方向的位置。具体而言，“近”是指靠近密封盘106的位置，而“远”是指靠近排管容器释放管道102与反应堆100的排管容器主体108相交之处的位置。

图2展示了根据具体实施方式的位于排管容器释放管道102内的维修设备200。排管容器释放管道102的壁被部分切除以显示维修设备200的细节。

如图2所示，维修设备200具有头部202和尾部204。设备200可通过头部202在远端插入排管容器释放管道102。末端效应器206作为头部202的一部分安装。尾部204在头部202的后方伸展并可从排管容器释放管道102突出。

尾部204可包括相互枢转安装的复数个部分208。部分208可限定内部通道(未示出)。一个或一个以上电力、控制或数据线路可贯穿该通道以为末端效应器206提供电力、控制和通信。另外，焊丝和气体之类的消耗品也可通过该管道输送。

头部202和尾部204提供了用于运输元件进行排管容器释放管道102的焊接和维修的基础。但是，头部202和尾部204在具体实施方式中可以变化或替换。举例而言，当头部202具有能进行焊接的元件(例如电源、控制线和/或无线通信装置、焊丝和/或惰性气体来源)时，尾部204可被省去。

复数个辊结构210可被安装在设备200的头部202和尾部204的周围。辊结构210具有轮，用于相对于排管容器释放管道102支撑设备200使得设备200可被滚动并沿着管道的通路前进。辊结构210还使设备处于排管容器释放管道102的径向中心。在实施例中，每一个都包括辊211的复数个辊结构210与支撑结构旋转连接。支撑结构212可与设备200的头部202和/或尾部204旋转连接。上述复数个辊结构可连接至末端效应器206和/或设备200的主体(如尾部204)。所提供的复数个辊结构使得设备200可在排管容器释放管道102的内部移动并减少设备200与排管容器释放管道102内表面之间的摩擦力。复数个偏压件213还可形成上述支撑结构的一部分，这些偏压件被配置为偏压上述辊中的至少一个辊使其接触排管容器释放管道102的内表面。偏压件可以为弹簧、活塞或适于将辊从维修设备200径向向外偏压至接触排管容器释放管道102的任何类型的机械致动器。

头部202可具有驱动单元214，用于实现设备200沿着排管容器释放管道102的线性运动。驱动单元214可包括一个或一个以上支架216。如图所示，驱动单元214包括两个支架环，即第一支架环216-1和第二支架环216-2。虽然图示的支架或更具体的支架环具有圆形横截面，但是支架的形状可以视设备200使用的环境而改变，例如支架可以为矩形支架环以插入矩形管状结构中。每个支架都可具有小于排管容器释放管道102的横截面的横截面，并且可被选择性的径向伸出以牢固啮合管状结构。在实施例中，每个支架都可以伸出以锚定排管容器释放管道102或缩回离开管道102。

每个支架，例如支架环216-1、216-2，都可通过一个或一个以上线性致动器218相对于彼此和/或尾部203纵向移动。在图示的具体实施方式中，线性致动器218为步进电机驱动的滚珠丝杠。但是，在别的具体实施方式中，可以使用其他类型的线性致动器。在另一个具体实施方式中，线性致动器218可被用于限定和控制各个支架盘的平面彼此之间的间隔关系。在一个实施例中，使用至少三个线性致动器来使相邻支架环相对于彼此移动。这三个或三个以上的线性致动器可沿着支架环的外围内表面间隔设置。三个或三个以上线性致动器使得每个所述支架盘相对于相邻盘做三维移动，例如图5所示的x、y、z方向。可使用一个或两个致动器使相邻支架环相对于彼此移动；但是，一个致动器或两个致动器不限定平面，无法使支架盘做三维移动。由于末端效应器的重量差异、因相对于部署位置的重力而施加在设备上的自然载荷、机械空转以及线性致动器和连接装置的误差，相对于具有三个或三个以上线性致动器的具体实施方式，具有一个或两个线性致动器的设备200可能无法准确或高效地被放置于管状结构内。不适当的放置可能会影响设备被用于焊接或高反应力处理(如研磨或机械钻孔)时的锚定和支撑稳定性。

图3更详细的展示了末端效应器206。末端效应器206具有基板230。基板230旋转安装至头部202，用于围绕头部202的纵向轴旋转。线性锁定致动器239也可以作为末端效应器206的一部分提供，其可被伸展以创建位置固定的平台，所述平台被配置为用于支撑焊接的活动载荷或研磨之类任务的响应载荷(reactionaryload)。末端效应器206进一步包括至少一个焊枪232。在一些具体实施方式中，末端效应器206包括送丝单元，用于运送丝状电极通过焊枪236以熔化和熔敷于受损部分上。末端效应器206进一步包括复数个位置感应器234。位置感应器234可为线性可变位移变压器(lvdts)并可被操作以报告表明纵向和旋转(圆周)位置以及焊枪232和排管容器释放管道102之间径向距离的信号。

在一些具体实施方式中，单元237可包括用于放置拴绳以实现焊枪旋转的丝或其它部件。

一个或一个以上摄像机238也可被安装至末端效应器，用于远程观察焊枪232进行的焊缝熔敷。摄像机238可相对板230固定，使得它们随着板230和焊枪232旋转并相对于焊枪232的保持恒定位置。摄像机238可与远程显示装置相连，供操作者观察焊缝。摄像机238可具有滤镜，例如用于保护操作者视力或摄像机传感器免受焊弧伤害。

焊枪232可被设计为将焊接材料熔敷至如排管容器释放管道102之类的工件上，同时限制引入工件的热量。在一些具体实施方式中，这可以通过调节提供给丝状电极236的电压和电流来实现，这种调节可以结合电极的伸展和收缩。熔敷焊接材料可基于被修理管状结构的材料以及焊接材料将面对的处理条件而有所不同。用于排管容器释放管道的典型焊接材料可包括304、304l、316或316l不锈钢。图4展示了具体实施例中具有代表性的示例性焊缝熔敷流程。如框(i)和(ii)所示，朝向排管容器释放管道102伸出消耗性丝状电极236。随着电极236接触排管容器释放管道102，通往电极的电流增加，电弧出现。然后电极停止与排管容器释放管道102接触，通往电极的电流焊接材料的熔滴240的形成，如框(iii)-(iv)所示。在框(v)-(vi)，电极236被拉伸与排管容器释放管道102接触然后退出，将熔滴留在表面的熔池242中(框(vii))。在几乎没有电流时可能发生熔滴分离和电弧短路，因为电极的移动使电极丝振动而导致的短路不再需要发生。随着电极向后移动并从表面收缩，电极236的振动将焊接材料的熔滴分离至管道102的表面上。由于电极236退出，电流增加，新的焊接熔滴240形成(如框(viii)所示)。焊接熔滴的放置可以重复以形成焊缝(如图7所示的焊缝)以对管道102中的缺陷进行补救。这种焊接技术可以被称为冷金属过渡焊(cmt)。在实施例中，cmt的进给速率能力为每分钟40英寸。

根据上述的具体实施方式并结合图4还可以实现仰焊。如在与框(v)-(vi)相关的说明中提到的，电极被伸出与排管容器释放管道102接触，然后退出。在仰焊中，将电极236伸出接触排管容器释放管道102将需要快速发生以将熔滴240从电极236送走形成熔池242以避免焊接材料过早凝固，过早凝固后可能会生成焊接材料锥形峰。

图4所示的焊缝熔敷工艺的变形是有可能的。在具体实施方式中，并不采用将电极236伸出并接触释放管道102(如框(v)所示)以将焊接材料直接熔敷在管道102的表面上，而是让电极熔滴240下落至管道102的表面。因为熔滴下落至管道上，在丝状电极236和管道102之间不会出现电短路，这就减少了传递至管道的热应力。在另一个具体实施方式中，当熔滴形成于电极236上后，电极236可以被抽出离开管道102的表面使熔滴240下落至排管容器释放管道102的表面。将电极236抽离管道102的动作将熔滴240拉离电极236并使其下落至管道102。在另一个具体实施方式中，在熔滴240形成后电极236并不从管道102缩回，熔滴240通过熔滴240与管道102之间的接触熔敷于排管容器释放管道102之上。

已经确定，在具体实施方式中，使用上述技术进行的焊缝熔敷被发现对缺陷104进行了结构性缓解，同时将引入排管容器释放管道102的热量限制至可接受的水平。即，我们已经发现引入的热量不会生成不可接受的、会对壁相对较薄的结构(例如已接受抗辐射加固处理的排管容器释放管道102)造成进一步损坏的高风险。

与其它焊接技术相比，cmt可向熔池提供温度更低的焊接熔滴，这能减少传递至金属基材(例如排管容器释放管道)的热应力。但是，可以将其它类型的焊接技术作为本发明所述的设备和方法的一部分。举例而言，在特定情形中，gmaw可能是需要的焊接技术，其具有许多变体例如：金属极气体保护电弧焊gmaw;球状gmaw;短路/短弧gmaw滴过渡);喷射和脉冲喷射gmaw。

gmaw是一种在消耗性丝状电极和工件金属之间形成电弧、电弧加热工件金属、导致它们熔融并结合的焊接工艺。gmaw通常使用的是具有恒定电压的直流电源。但是，脉冲电流gmaw，例如喷射和脉冲喷射gmaw，也可被用于熔融填充丝并使小熔滴随着每次脉冲落下。脉冲使平均电流更低，减少了总体热输入，从而减小了熔池的尺寸和热作用区域，同时使焊接薄工件成为可能。电流的脉冲可以提供稳定无飞溅的电弧，因为不会发生短路。

在另一个实施例中，可以适用gmaw之外的焊接技术。举例而言，如等离子转移弧焊(ptaw)之类的热喷处理也可以用作其中至少一个焊枪232可在焊枪232的正极和负极与排管容器释放管道102之间生成高能电弧的焊接技术。惰性气体如氩可被提供至电弧以创造等离子体柱，然后粉末金属消耗物被引入等离子体柱，使用等离子作为热源来熔融粉末，同时作为推进剂来喷射(原子化)和镀覆基材，与基材形成冶金结合。

在一些具体实施方式中，可以使用钨极气体保护电弧焊(gtaw)。

图5和6更详细的展示了驱动单元214。通过经过尾部204的线路(图2)对线性致动器218供电和控制。线性致动器218的伸展推动支架环216-1和216-2间隔的更远。反之，线性致动器218的缩回将支架环216-1和216-2拉得更近。线性致动器218在铰接连接220被安装至支架环216，这使得支架环216相对于线性致动器218可自由做枢转转动。

线性致动器218可被操作以精确控制支架环216相对于彼此的位置。如在图示的具体实施方式中注意到的那样，线性致动器218由步进电机驱动，使得伸展以离散增量进行。在具体实施方式中，设置三个线性致动器来连接支架环216-1和/或216-2上间隔120度的点。每个线性致动器的一端可以连接至支架环并被支撑在轴承上，另一端可与相邻的支架环相连并被具有转向节销/旋转销的螺母上的套筒所支撑。

驱动单元214可被操作以通过顺序伸展支架环216以锚定排管容器释放管道102、然后相对于锚定的支架环216移动其它的支架环216、将被移动的环锚定至其新位置并移动其它的环来移动维修设备200。举例而言，在图示的具体实施方式中，可通过以下方式将设备200移动向远方：伸出近处支架环216-2并缩回远处支架环216-1；伸展线性致动器218；伸出远处支架环216-1以锚定排管容器释放管道102并缩回近处支架环216-2；以及缩回线性致动器218。支架环216还可以在焊接过程中支撑维修设备200。支架环216可具有可伸出密封(例如气动伸出密封)，器可以伸出以伸展接触管状结构，即排管容器释放管道102，从而锚定维修设备200。支架环216可与管状结构的纵向轴横切伸展，使得它接触管状结构的横截面边缘，从而使支架环216和管状结构之间的表面接触面积最大化。可例如基于从步进电机接受的编码信号追踪头部202(具体指末端效应器206)的位置。

在具体实施方式中，第一支架(例如支架环216-2)可相对于管状结构(如排管容器释放管道102)内表面成第一角度放置。第一角度大致横切于所述管状结构的纵向轴，例如，如图5所示，支架环216-1和216-2大致横切于排管容器释放管道102的纵向轴，或与横切于管状结构的纵向轴的平面成一定角度。然后可通过第一支架牢固啮合管状结构。举例而言，第一支架可伸展接触管状结构的内表面，或者第一支架(例如气动)伸出以密封的方式与管状结构的内表面啮合，使得第一支架牢固啮合管状结构，从而为设备移入提供锚点。至少一个线性致动器可然后被伸出或缩回以相对于第一支架移动维修设备并在管状结构内沿一定方向(例如近处或远处)推进设备200。至少一个线性致动器的伸出或缩回可根据线性致动器的配置推进维修设备。举例而言，第一支架远侧的已伸出线性致动器可向远处推动维修设备；相对的，第一支架近侧的已缩回的线性致动器可向远处拉动维修设备。随着至少一个线性致动器伸出或缩回，维修设备大致沿着管状结构的纵向轴前进。维修设备可在管状结构的直线部分移动，也可以移动通过管弯处(例如45和90度，短半径或长半径的弯处)。维修设备的主体，例如尾部204，可例如通过拴绳224连接至第一支架，并随着至少一个线性致动器被启动而前进。维修设备的主体可包括辊结构210以在维修设备前进通过管状结构时减少主体和管状结构表面之间的摩擦力。

在具体实施方式中，相对于被牢固啮合的第一支架移动维修设备包括相对于第一支架移动第二支架。可通过伸出或缩回至少一个线性致动器使维修设备前进来将第二支架放置的与管状结构的内表面成第二角度。第二角度可大致横切于管状结构的纵向轴或与横切于管状结构的纵向轴的平面成一定角度。如在上文中注意到的，在具体实施方式中，至少三个线性致动器被配置为使所述第一和第二支架相对于彼此移动以将各个支架的平面以所需的彼此相对间隔关系放置。

继续上述的实施例，如图5所示，第一支架，例如支架环216-2，可被锚定至管状结构，线性致动器218可将第二支架相对于被锚定的第一支架移动以在管状结构内推进维修设备200。拴绳224可被连接至第二支架，例如支架环216-1，并随着线性致动器218伸出推动被锚定的第一支架在管状结构内前进。第二支架，例如支架环216-1，可被牢固啮合至管状结构的内表面。然后第一支架可从管状结构断开并被相对于管状结构和第二支架重新放置以再次啮合管状结构以如上文所述那样在管状结构内移动维修设备。当维修设备200已经到达缺陷位置时，第一和第二支架可分别牢固啮合管状结构以固定维修设备200相对于管状结构的位置。锁定致动器239也可伸展接触管状结构以固定维修设备相对于管状结构的纵向位置。然后可通过旋转维修设备200的基板来放置焊枪以将焊枪与焊缝位置进行周向对齐。然后可根据需要的焊接技术如cmt焊接来开始焊接。

为了在焊接过程中将支架环216以期望的角度相对于管状结构放置或将焊枪和/或板230以期望的角度相对于管状结构放置(例如垂直于管道102的切面)，位置感应器234可为步进电极控制器提供输入。

在实施例中，每个支架环216可具有复数对线性位移装置。举例而言，每个支架环216可具有6个线性位移测定装置。该装置可成对设置，每对中的一个被置于板230或支架环216的相对侧。在(轴向)运动中，每个支架盘或板230的角度位置可被监控以保证所有的三队线性位移感应器语与盘相对侧的感应器保持相等的间隔距离。当感应器对位移相等时，盘就已到达其垂直于管道内表面的位置。一旦支架环216以及末端效应器处于期望的位置，线性锁定致动器239就被拉伸以生成位置固定的平台并能够支撑焊接的活动载荷或研磨之类任务的响应载荷。

在驱动单元214推进头部202时，设备200的移动在设备200中造成张力。具体而言，尾部204和辊结构210拉动排管容器释放管道102并因此对抗由于驱动单元214的工作而造成的移动。拴绳224的张力可辅助实现头部202和末端效应器206的准确位置控制。

图6是驱动单元214和支架环216-2的等轴侧视图。如图所示，驱动单元214具有电机260，其为步进电机。电机260以第一链传动262的方式驱动线性致动器218。具体而言，电机260转动滚珠螺杆，使线性致动器218以第一旋转方向伸展或以第二旋转方向缩回。

电机260进一步以第二链传动266的方式驱动一个或一个以上旋转致动器264。旋转致动器264与末端效应器206相连以旋转末端效应器，从而圆周放置焊接头232。

与驱动单元214的旋转致动器264和线性致动器218一起，焊枪232可被操作通过形成焊接材料熔滴并使熔滴落在工件上以将焊接材料层熔敷于工件(如排管容器释放管道102)上。

图7展示了使用设备200在排管容器释放管道102上形成的示例性焊缝300。缺陷104的位置以虚线表示。如上文所述并结合图4，焊缝300是以一系列熔滴来熔敷的。在焊缝300的熔敷过程中，驱动单元214被控制器操作以限定焊缝300的纵向和径向范围。即，末端效应器206的板230被旋转以熔敷圆周延伸的焊道。末端效应器206被线性致动器218伸出或缩回以熔敷纵向延伸的焊缝。

如图所示，焊缝300覆盖了排管容器释放管道102上围绕缺陷104的区域并结构性跨越了缺陷。即，焊缝300将无缺陷的金属结构性连接至缺陷104的两侧。

在一些具体实施方式中，可能需要在焊缝300的顶部熔敷额外的焊缝以实现进一步的结构增强。很方便的是，结构稳定的焊缝300能够承受进一步的热输入，而不会进一步损坏工件。换言之，焊缝300可以有效的作为进一步维修过程的散热器。因此，在一些具体实施方式中，可通过常规焊接技术如金属极气体保护电弧焊(gmaw)来熔敷额外的焊接材料。焊缝300可因此被称为保护性焊层。随后的层可被称为加强层。

末端效应器206还允许对焊缝300进行初步检查。具体而言，摄像机238(图3)被定向并聚焦以在焊缝300熔敷时和之后拍摄电极236的图像。任选的，摄像机238可配备光学滤镜(未示出)，例如用于保护观察者的眼睛或摄像机传感器，或辅助评估焊缝完整性。

图8时用于维修缺陷的示例性流程1000的流程图。在块1010，使用驱动单元214将末端效应器206部署在缺陷104的位置。维修设备200通过头部202(包括末端效应器206)被插入排管容器释放管道102的远端。驱动单元214利用支架环216-1和216-2的顺序伸出和锚定以及其它支架环相对于被锚定支架环的移动将维修设备200朝向缺陷位置移动。通过位置感应器234来追踪维修设备200和末端效应器206的位置并汇报给控制器。在实施例中，驱动单元将维修设备200移动至比缺陷104稍远的位置。换言之，驱动单元214可推进维修设备200直至它稍微超过缺陷104的位置，超出的距离优选的小于线性致动器218的行程长度。

在块1020，末端效应器206被缩回至焊缝起始位置，即图7所示的a点。具体而言，驱动单元214的线性致动器218缩回末端效应器以将焊枪232与焊缝起始位置对齐。在一些具体实施方式中，焊缝起始位置可以为缺陷的端点或相对于缺陷端点的指定位置。优选的，末端效应器206缩回的距离小于线性致动器218的行程长度。因此，缩回可通过将支架环216-2锚定至排管容器管管道102并操作线性致动器218将支架环216-1抽向支架环216-2来进行。线性锁定致动器239也可被拉伸并接触排管容器释放管道102的内表面以固定末端效应器206相对于缺陷的位置。

在块1030，焊枪232与缺陷位置关联放置。末端效应器206的基板230被围绕头部202的纵向轴旋转，直至焊接头232在焊缝起始位置周向对齐。可基于从一个或一个以上位置感应器234接收的信号来确定对齐。对齐可以为垂直于管状结构表面在焊缝位置的切面或与焊缝位置的表面成一定角度。

在1040，熔敷了保护性焊层。如上文所述并结合图4，焊接头232可通过冷金属过渡焊将焊接材料熔敷在工件上。即，焊缝熔滴依序形成并被释放滴落至工件(即排管容器释放管道102)上。如已注意到的，cmt焊接技术限制了引入工件的热量，这可以辅助保持材料的完整性。举例而言，该技术可以降低裂缝形成或扩散的可能性，尤其是在受辐射或薄的部件中。在别的具体实施方式中，可以利用其它类型的焊接技术来将焊接材料熔敷在工件上，例如ptaw。在一些具体实施方式中，焊枪232沿通路被移动以将焊接材料熔敷在工件的整个缺陷以及一部分周围区域上。举例而言，可在焊枪232熔敷焊接材料时围绕头部202的纵向轴旋转基板230来使焊接材料圆周分布。可通过线性致动器218的移动(例如缩回)来移动末端效应器206和焊枪来使焊接材料纵向分布。举例而言，在圆周延伸焊道的端部，驱动单元214可朝向工件的近端移动末端效应器，使得相邻焊道可被熔敷。可以这种方式继续熔敷保护性焊层，直至焊缝到达焊缝结束位置，如图7所示的b点。如图所示，完成的焊层覆盖了缺陷并在限定边界内与周围金属重叠。因此，保护性焊层可结构性跨越缺陷。换言之，焊缝可在围绕缺陷的完好金属区域之间延伸。

在1050，可在保护性焊层的顶部熔敷加强性焊层，例如在需要多个焊层以提高结构完整性时。加强性焊层可通过维修设备使用本发明所述的冷金属过渡焊工艺来熔敷，以进一步减少进入工件的热量。在一些具体实施方式中，可以使用不同的(例如常规的)焊接工艺-如金属极气体保护电弧焊(gmaw)-来熔敷加强性焊层。保护性焊层可在工件和随后与焊接头、电极、焊缝、熔池焊接工艺涉及的其它部件的接触之间形成屏障，使得保护性焊层吸收热量，而不是向工件增加热量。该保护性焊层可因此使本发明所述的维修设备200或冷金属过渡焊工艺可与其它焊接设备或焊接工艺一起使用来修理例如受辐射金属。

一个或一个以上加强性焊层可被依序熔敷至之前熔敷的焊层上。举例而言，可以采用多个加强性焊层来维修工件。在一些具体实施方式中，每个加强性焊层都可以根据被设计用于改善结构完整性或进行维修的一个或一个以上不同特征进行熔敷。

在另一个实施例中，可能存在穿壁缺口，主要的要求是阻止穿墙泄露通路。可利用维修设备200原地点焊基板或塞、然后在板或塞的上方及其周围的上方焊接初始堆积层从而在存在穿壁缺口的地方重建壁。可如上文所述继续向堆积层添加额外的加强性焊层。

在1060，根据例如各种规范性标准的一个或一个以上流程检查焊缝。保护性焊层和/或一个或多个加强性焊层。

在1070，在维修完成后监控缺陷以确认缺陷104没有进一步恶化。

图11是在块1020检查焊缝的示例性流程的流程图。图示的检查焊缝的流程图可确认工件焊缝或周围区域的结构完整性以及被修复部件回归反应堆服务的适当性。可根据安排进行连续检查，例如在停运期(例如不使用工件时)检查，直至缺陷已消除。

在1110，对焊缝-包括一个或一个以上保护性和/或加强性焊层以及工件的周围区域-进行肉眼检查。例如，使用人工照明进行表面检查。不用表面处理即可检查焊缝顶部。可用摄像机238在焊缝熔敷时或熔敷后进行肉眼检查。

在1120，对焊缝-包括一个或一个以上保护性和/或加强性焊层以及工件的周围区域-进行涡流探伤(eddycurrentexamination)，例如用于检出材料中的瑕疵。不用表面处理即可检查焊缝顶部。

在1130，通过超声方法测定堆积物-包括一个或一个以上保护性和/或加强性焊层-的厚度。

在1140，对焊缝-包括一个或一个以上保护性和/或加强性焊层以及工件的周围区域-进行超声体积检查。例如，超声波斜角探伤试验可被用于验证焊缝熔敷的完整性。在一些具体实施方式中，不用表面处理即可检查焊缝顶部。

虽然上述的实施例是结合了排管容器释放管道来说明的，但是本发明所披露的设备和方法可适用于在其它反应堆部件的维修。具体而言，此类方法和设备可用于维修受辐射和薄壁部件。

类似的，维修设备200可被用于在除排管容器释放管道之外的管状结构内采用末端效应器206的情形。

虽然已对具体实施方式进行了详细说明，但是应当理解可对本发明进行各种改变、替换或修改。

另外，本申请的保护范围不是为了被局限于专利说明书中所描述的工艺、机械、制造、物质组成、手段、方法和步骤的特定具体实施方式。如本领域的普通技术人员在阅读本发明的公开内容后会轻易理解的那样，在本发明所述的相应具体实施方式中提供大致相同的功能或实现大致相同的效果的工艺、机械、制造、物质组成、手段、方法和步骤都是可以被采用的。相应的，权利要求书也将这些工艺、机械、制造、物质组成、手段、方法和步骤囊括于其保护范围中。

可以理解的是，上文所述和例举的详细具体实施方式仅是为了作为示例。本发明是由权利要求书所限定的。

权利要求书并不是为了包括、也不应被解释为包括手段加功能或步骤加功能的限定，除非在给定权利要求中使用了“用于......的手段”或“用于......的步骤”这些语句明确进行了限定。