专利名称:焊接条带连接部的装置和方法、及使用其制造的定位格架的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用激光单元焊接定位格架的内格架条带之间的条带连接部的装置
和方法、以及使用其制造的定位格架，并且，本发明更具体地涉及使用激光单元焊接定位格 架的内格架条带之间的条带连接部的装置和方法、以及使用其制造的定位格架，其中，定位 格架的内格架条带之间的条带连接部通过使用激光单元而被连续或断续缝焊，从而提高了 定位格架的结构强度、减少了焊接期间被焊材料飞溅的飞溅现象、并减小了热变形，这令精 密焊接成为了可能，从而，内格架条带之间的每一个条带连接部的焊道可具有较小尺寸，且 焊接缺陷的数量能够得到减少，并且，其中，冷却剂的流阻被降低，从而令冷却剂的压降可
被减小，且冷却剂流泵(flowpump)上的负荷能够得到降低。
技术背景
—般而言，定位格架通过将格架条带布置成矩阵以及焊接其相交部 (intersection)、而起到支撑和保持核燃料棒束的作用，其中，每一个格架条带具有定位格 架弹簧和凹座(dimple)。
目前，市场上有售的定位格架通过点焊布置成矩阵的格架条带之间的相交部而被
使用。因此，相交部的焊接方法和质量对定位格架的结构性能有显著影响。
这样的定位格架可以通过改进相交部的焊接方法和质量来提高结构性能，从而，
能够显著改进核燃料的特性。
轻水反应器中的燃料棒的定位格架在内格架条带之间的相交部、内外格架条带之 间的相交部、以及外格架条带之间的角接部处基本上具有焊接结构。目前，当定位格架由国 内燃料制造商制造时，外格架条带之间的角接部通过使用激光而被点焊，且内格架条带之 间的相交部也通过使用激光而被点焊。
同时，目前的点焊内格架条带之间的相交部的工艺是使用6或7个点通过激光焊 接来进行的。照这样，则因焊接而发生焊接期间被焊材料飞溅在定位格架周围的飞溅现象。 此外，在点焊工艺中，从激光产生的高热量可导致定位格架的尺寸变化和热变形。 从而，必须额外注意。
如上所述，焊接定位格架的内格架条带之间的相交部以支撑核燃料棒的传统方 法，如图1中所示，是通过焊接定位格架100的内格架条带140a和140b之间的条带连接部 150来进行的。在该焊接方法中，焊接后的焊道尺寸大，故不可能实现精密焊接，并且，反应 器芯内流动的冷却剂的压降因焊道大而变高。
焊接定位格架的传统方法导致飞溅现象和点焊后的热变形。因而，不可能实现精 密焊接，定位格架内的相交部的焊道尺寸较大，且冷却剂的流阻增大。最终，冷却剂的压降 增大，这导致冷却剂流泵的负荷增大。为了提高定位格架的结构强度以及减小冷却剂的压 降，必须开发焊接定位格架的新方法。
为此目的，关键是开发使用超精密激光和光传输机构的焊接技术。换句话说，使用 超精密激光的定位格架焊接几乎不带来热变形并令精密焊接成为可能，从而，焊道可以具有较小的尺寸，冷却剂的压降能够被减小，且定位格架的结构强度能够被显著提高。
因此，未来要开发的焊接方法是对于核电站的核燃料发展而言必需的技术，预期
这样的技术开发迟早将在发达国家被积极地进行。
具体地说，在定位格架的上、下端处进行的相交部点焊方法具有较大焊道并带来 较大压降，并且减小了流通面积，从而，其显著提高冷却剂泵的负荷，并降低核反应器结构 的设计自由度。出于这个原因，为了提高核燃料棒束的定位格架的机械/结构稳定性并减 小冷却剂的压降，需要引入新的高科技焊接技术。
发明内容
因此，考虑到以上存在于现有技术中的问题而作出了本发明，并且，本发明的目的 在于提供使用激光单元焊接定位格架的内格架条带之间的条带连接部的装置和方法、以及 使用其制造的定位格架，其中，定位格架的内格架条带之间的条带连接部通过使用激光单 元而被连续或断续缝焊，从而提高了定位格架的结构强度、减少了焊接期间被焊材料飞溅 的飞溅现象、并减小了热变形，这令精密焊接成为了可能，从而，内格架条带之间的每一个 条带连接部的焊道可具有较小尺寸，且焊接缺陷的数量能够得到减少，并且，其中，冷却剂 的流阻被降低，从而令冷却剂的压降可被减小，且冷却剂流泵上的负荷能够得到降低。 为了实现以上目的，根据本发明的一方面，提供了一种使用激光单元焊接定位格 架的内格架条带之间的条带连接部的装置，其中，在核燃料束的定位格架中，内格架条带之 间以及内外格架条带之间的条带连接部被焊接。所述装置包括激光单元，所述激光单元包 括一对激光工具、板状连接件、以及光纤，其中，所述一对激光工具具有圆柱形状并相互隔 开预定间隔，所述板状连接部件被插入所述激光工具之间以连接所述激光工具，所述光纤 通过光纤连接器被插入并连接至所述激光工具的上端，并传输激光束；以及控制器，所述控 制器包括板状支撑件、活动件、和线性驱动器，其中，所述板状支撑件的一端被连接至所述 激光单元的板状连接件的中心，所述活动件的一端被连接至所述板状支撑件的另一端，所 述线性驱动器的一端被连接至所述活动件的另一端；
其中，所述装置进一步包括定位格架夹具(50)，所述定位格架夹具具有呈栅格
布置的固定孔(51)，以便固定定位格架(3);以及激光工具夹具(70)，所述激光工具夹具具
有多个引导孔(71)，以便垂直固定所述激光单元(10)的激光工具(10a和10b);
所述活动件(33)沿向上和向下的方向线性移动，并且所述线性驱动器(35)沿水
平方向线性移动。
优选地，所述激光工具中的每一个可包括对准透镜(alignment lens)，所述对准 透镜设置在所述激光工具的上内侧上，以便对准被传输的激光束；聚焦透镜，所述聚焦透镜 设置在所述激光工具的下侧上，以便聚焦通过所述对准透镜的激光束；以及棱镜，所述棱镜 设置在所述聚焦透镜下，以便沿预定方向传输被所述聚焦透镜聚焦的激光束。
这里，所述棱镜可以以45度角被设置。
同时，所述激光工具中的每一个可包括通孔，所述通孔形成在所述激光工具的下 外周内适当位置处，以便令传输通过每一个棱镜的激光束通过。
而且，所述激光工具中的每一个可在其适当位置处设置有至少一条气体管线，以 便向所述激光工具供应辅助气体，并且，所述气体管线的一端可靠近每一个棱镜被连接。[0021]
此外，所述激光工具中的每一个可包括对准透镜，所述对准透镜设置在所述激光 工具的上内侧上，以便对准被传输的激光束；聚焦透镜，所述聚焦透镜设置在所述激光工具 的下侧上，以便聚焦通过所述对准透镜的激光束；以及凹面铜镜，所述凹面铜镜设置在所述 聚焦透镜下，以便沿预定方向传输被所述聚焦透镜聚焦的激光束。
这里，所述凹面铜镜可具有110度的倾斜角。
根据本发明的另一方面，提供了一种使用焊接条带连接部的装置来焊接定位格架 的内格架条带之间的条带连接部的方法，其中，所述装置包括激光单元，所述激光单元包 括相互隔开预定间隔的一对激光工具、被插入所述激光工具之间以便连接所述激光工具的 板状连接件、在所述激光工具中的每一个的适当位置处给所述激光工具中的每一个供应辅 助气体的至少一条气体管线、设置有光纤连接器以便传输激光束的光纤、以及具有沿着向 下方向顺序布置在所述激光工具内的对准透镜、聚焦透镜和棱镜的光学系统；所述控制器 包括板状支撑件(31)、活动件(33)、和线性驱动器(35)，其中，所述板状支撑件的一端被连 接至所述激光单元(10)的板状连接件(11)的中心，所述活动件的一端被连接至所述板状 支撑件(31)的另一端，所述线性驱动器的一端被连接至所述活动件(33)的另一端，所述活 动件(33)沿向上和向下的方向线性移动，并且所述线性驱动器(35)沿水平方向线性移动； 激光工具夹具；以及定位格架夹具。所述方法包括以下步骤将所述定位格架固定至所述 定位格架夹具；控制所述控制器沿着x、 y和z方向驱动所述激光单元至定位格架的内格架 条带之间的条带连接部上面的预定位置；控制所述控制器沿着垂直方向移动所述活动件并 将所述激光工具插入定位格架的内格架条带之间的条带连接部周围；在将所述激光工具插 入定位格架的内格架条带之间的条带连接部周围时，在垂直方向上向着所述激光工具夹具 的引导孔引导所述激光工具，并将所述激光工具插入所述引导孔；通过所述光纤传输激光 束，其中，所述光纤通过所述激光工具上端上的光纤连接器被引入；将传输通过所述光纤的 激光束施加于设置在所述激光工具的上内侧上的所述对准透镜；聚焦激光束，其中，该激光 束被所述对准透镜对准并传输到所述聚焦透镜上，所述聚焦透镜设置在所述对准透镜下； 通过设置在所述聚焦透镜下的棱镜反射被所述聚焦透镜聚焦的激光束；以及通过被所述棱 镜反射的激光束焊接定位格架的内格架条带之间的条带连接部。
同时，所述方法可进一步包括以下步骤从所述气体管线排出辅助气体，以防止定 位格架的内格架条带之间的条带连接部被氧化。
优选地，所述方法可进一步包括以下步骤通过被插入定位格架的内格架条带之 间的条带连接部周围的激光工具，连续或断续焊接定位格架的内格架条带之间的条带连接 部。
从随后结合附图对实施例的详细描述中，将更清楚地理解本发明的以上和其他目 的、特征和其他优点，在附图中
图1示意性地图示核燃料棒束定位格架的内格架条带之间的一个相交部被传统 焊接机焊接的状态；
图2示意性地图示根据本发明的实施例、使用激光单元焊接定位格架的内格架条 带之间的条带连接部的装置；[0029] 图3为剖视图，图示根据本发明的实施例、使用激光单元焊接定位格架的内格架 条带之间的条带连接部的装置的激光工具；
图4示意性地图示根据本发明的实施例、使用激光单元焊接定位格架的内格架条 带之间的条带连接部的装置的操作；
图5为剖视图，示意性地图示根据本发明的实施例、当使用激光单元焊接定位格 架的内格架条带之间的条带连接部的装置被布置在定位格架的内格架条带之间时、进行激 光焊接的工艺过程；
图6为透视图，示意性地图示根据本发明的实施例、被应用于使用激光单元焊接 定位格架的内格架条带之间的条带连接部的装置的定位格架夹具；
图7为透视图，示意性地图示根据本发明的实施例、被应用于使用激光单元焊接 定位格架的内格架条带之间的条带连接部的装置的激光工具夹具；
图8、9和10示意性地图示根据本发明的实施例、利用使用激光单元焊接定位格架 的内格架条带之间的条带连接部的装置来焊接定位格架的内格架条带之间的条带连接部 的工艺过程；
图11为流程图，图示根据本发明的实施例、利用使用激光单元焊接定位格架的内 格架条带之间的条带连接部的装置来焊接内格架条带之间的条带连接部的工艺过程；
图12示意性地图示根据本发明的实施例、定位格架的内格架条带之间的条带连 接部被使用激光单元焊接定位格架的内格架条带之间的条带连接部的装置连续焊接的状 态；
图13示意性地图示根据本发明的实施例、定位格架的内格架条带之间的条带连 接部被使用激光单元焊接定位格架的内格架条带之间的条带连接部的装置断续焊接的状 态；以及
图14为透视图，示意性地图示根据本发明的另一实施例、使用激光单元焊接定位 格架的内格架条带之间的条带连接部的装置。
具体实施方式
现在将更详细地参照本发明的示例性实施例，这些示例性实施例被图示在附图 中。不管在哪里，贯穿附图和描述的始终，同样的附图标记将被用来表示同样的或类似的部 分。
图2示意性地图示根据本发明的实施例、使用激光单元焊接定位格架的内格架条 带之间的条带连接部的装置。图3为剖视图，图示根据本发明的实施例、使用激光单元焊接 定位格架的内格架条带之间的条带连接部的装置中的激光工具。图4示意性地图示根据 本发明的实施例、使用激光单元焊接定位格架的内格架条带之间的条带连接部的装置的操 作。图5为剖视图，示意性地图示根据本发明的实施例、当使用激光单元焊接定位格架的内 格架条带之间的条带连接部的装置被布置在定位格架的内格架条带之间时、进行激光焊接 的工艺过程。图6为透视图，示意性地图示根据本发明的实施例、被应用于使用激光单元焊 接定位格架的内格架条带之间的条带连接部的装置的定位格架夹具。图7为透视图，示意 性地图示根据本发明的实施例、被应用于使用激光单元焊接定位格架的内格架条带之间的 条带连接部的装置的 光工具夹具。图8、9和10示意性地图示根据本发明的实施例、利用使用激光单元焊接定位格架的内格架条带之间的条带连接部的装置来焊接定位格架的内 格架条带之间的条带连接部的工艺过程。图11为流程图，图示根据本发明的实施例、利用 使用激光单元焊接定位格架的内格架条带之间的条带连接部的装置来焊接内格架条带之 间的条带连接部的工艺过程。
如图中所图示，根据本发明的实施例、使用激光单元焊接定位格架的内格架条带 之间的条带连接部的装置包括激光单元10和控制器30。
激光单元10包括具有圆柱形状并相互隔开预定间隔的一对激光工具10a和 10b ;被插入激光工具10a和10b之间以便连接激光工具10a和10b的板状连接件11 ;以及 光纤12，光纤12通过光纤连接部器12a被插入并连接至激光工具10a和10b的上端并传输 激光束。
这里，激光工具10a和10b中的每一个设置有对准透镜(alignmentlens) 15，对 准透镜15在所述激光工具的上内侧上，以便对准传输通过每一根光纤12的激光束，其中， 每一根光纤12通过各个光纤连接器12a被插入并连接至激光工具10a和10b中每一个的 上端；聚焦透镜16，聚焦透镜16在所述激光工具的下侧上，以便聚焦通过对准透镜15的激 光束；以及棱镜17，棱镜17在聚焦透镜16下，以便以预定角度折射和传输被聚焦透镜16聚 焦的激光束。
这里，在激光工具10a和10b中的每一个内通过对准透镜15和聚焦透镜16被对 准的激光束适合于从与聚焦透镜16隔开预定间隔的棱镜17被反射，并焊接定位格架3的 内格架条带4a和4b之间的条带连接部5a和5b。此时，如果从外部发射的激光束被传输、 对准、聚焦并反射以便容易地焊接定位格架3的内格架条带4a和4b之间的条带连接部5a 和5b，则设置在激光工具10a和10b中每一个内的棱镜17可使用凸面镜。 而且，尽管对准透镜15、聚焦透镜16和棱镜17被安装在激光工具10a和10b中的 每一个内，如果被施加的激光束被聚焦和反射以容易地焊接定位格架3的内格架条带4a和 4b之间的条带连接部5a和5b，则每一个透镜可从多种其他种类的透镜中选择。 这里，每一个棱镜17优选以45度角被设置。换句话说，设置在激光工具10a和 10b中每一个的下内侧上的各个棱镜17以45度角被设置，以便在通过对准透镜15和聚焦 透镜16被对准和聚焦的激光束被辐射以便焊接定位格架3的内格架条带4a和4b之间的 条带连接部5a和5b的时候，精确地对准反射激光束的焊接位置。
这里，尽管各个棱镜17以45度角被设置，然而，各个棱镜17并不仅限于此角度， 只要被棱镜17反射的激光束可被精确地对准和施加于定位格架3的内格架条带4a和4b 之间的条带连接部5a和5b即可。
同时，此处，设置在激光工具10a和10b内的棱镜17反射被对准透镜15和聚焦透 镜16对准和聚焦的激光束，以容易地焊接定位格架3的内格架条带4a和4b之间的条带连 接部5a和5b。然而，各个棱镜17可被凹面铜镜(concave co卯er mirror)(未示出)所替 代。
这种凹面铜镜优选具有110度的倾斜角。
同时，设置在激光工具10a和10b下内侧上的棱镜17相互线性对称。换句话说， 当定位格架3的内格架条带4a和4b之间的条带连接部5a和5b被激光焊接的时候，设置 在激光工具10a和10b下内侧上的棱镜17被布置成相互线性对称，以便使用反射激光束在内格架条带4a和4b之间焊接对称的条带连接部5a和5b。
此处，设置在激光工具10a和10b下内侧上的棱镜17以预定角度被固定，从而并 不在位置或角度上变化。于是，在激光焊接时，棱镜17被精确地布置以便调整定位格架3 的内格架条带4a和4b之间的条带连接部5a和5b的焊接位置。
同时，通孔19被形成在激光工具10a和10b中每一个的下外周内适当的位置处， 以便令反射通过各个棱镜17的激光束通过。
这里，激光工具10a和10b中的每一个在其适当位置处设置有向其供应辅助气体 的至少一条气体管线18。气体管线18的一端靠近各个棱镜17被连接。换句话说，从外部 延伸的气体管线18分别被设置在激光工具10a和10b外周的适当位置处，并且，每一条气 体管线18的一端靠近设置在激光工具10a和10b中每一个的下内侧上的棱镜17被连接。 通过每一条气体管线18被引入激光工具10a和10b中每一个的棱镜17的辅助气 体为氩(Ar)气。
如上所述，气体管线18分别被连接至激光工具10a和10b，并被供应以辅助气体。 从而，防止了定位格架3的内格架条带4a和4b之间的条带连接部5a和5b被氧化。 此处，辅助气体Ar气通过各条气体管线18被供应到激光工具10a和10b内，并从 而防止定位格架3的内格架条带4a和4b之间的条带连接部5a和5b被氧化。然而，如果 容易防止定位格架3的内格架条带4a和4b之间的条带连接部5a和5b被氧化，则可通过 气体管线18供应多种其他气体。
而且，至少一条气体管线18被安装在激光工具10a和10b中每一个的外周的适当 位置处。然而，各条气体管线18可被安装在激光工具10a和10b中每一个的内侧上。
控制器30包括板状支撑件31，板状支撑件31的一端被连接至激光单元10的板 状连接件11的中心；活动件33，活动件33的一端被连接至板状支撑件31的另一端；以及 线性驱动器35，线性驱动器35的一端被连接至活动件33的另一端。
这里，活动件33适合于沿着向上、向下方向移动，同时，线性驱动器35适合于沿着 水平方向移动。具体地说，当定位格架3的内格架条带4a和4b之间的条带连接部5a和5b 被焊接时，在线性驱动器35沿着水平方向移动、以便允许具有激光工具10a和10b的激光 单元10被设置在定位格架3的内格架条带4a和4b之间的条带连接部5a和5b之上的时 候，活动件33沿着垂直方向移动，以便将具有激光工具10a和10b的激光单元10插入定位 格架3的内格架条带4a和4b之间的条带连接部5a和5b周围。
如上所述，激光单元10通过线性驱动器35的水平移动和活动件33的垂直移动被 设置在定位格架3之上，然后被插入定位格架3的内格架条带4a和4b之间的条带连接部 5a和5b周围，以便定位格架3的内格架条带4a和4b之间的条带连接部5a和5b可被焊 接。
此处，活动件33适合于在垂直方向上线性移动，但是，板状支撑件31可以在垂直 方向上移动。
而且，活动件33适合于在垂直方向上线性移动，但是，它可以在垂直和水平方向 上移动。
这里，根据本发明、使用激光单元焊接定位格架的内格架条带的装置1包括定位 格架夹具50，定位格架夹具50固定定位格架3 ;和激光工具夹具70，激光工具夹具70在垂直方向上引导激光工具10a和10b并垂直固定激光工具10a和10b，其中，激光工具10a和
10b被插入定位格架3的内格架条带4a和4b之间的条带连接部5a和5b周围。
为此目的，定位格架夹具50具有板状栅格的形状，其中形成有多个固定孔51，所
述多个固定孔51用于定位和固定定位格架3，并且，定位格架夹具50被设置在定位格架3上。
这里，形成在定位格架夹具50内的固定孔51的数量优选对应于定位格架3的单 元栅格元(unit grid cell)(对单元栅格元没有给定附图标记)的数量。
激光工具夹具70具有六面体形状，并具有多个引导通孔71，所述多个引导通孔71 的数量对应于定位格架3的条带连接部5a和5b之间的相交部的数量，其中，激光工具10a 和10b被插入定位格架3的条带连接部5a和5b周围。
这里，激光工具夹具70的每一个引导通孔71形成为圆柱形，并且，在激光工具10a 和10b被插入定位格架3的条带连接部5a和5b周围之后，激光工具夹具70起到保持激光 工具10a和10b沿着垂直方 向取向的作用。
如上所述，当定位格架3的内格架条带4a和4b之间的条带连接部5a和5b在定 位格架夹具50和激光工具夹具70的协助下、通过根据本发明的使用激光单元焊接定位格 架的内格架条带的装置被焊接的时候，定位格架3被容易地定位和固定。当激光工具10a 和10b被插入定位格架3的条带连接部5a和5b周围的时候，激光工具10a和10b焊接条 带连接部5a和5b，并一直被保持为垂直取向。
在下文中，将参照图4至11描述利用使用激光单元焊接定位格架的内格架条带之
间的条带连接部的装置来焊接定位格架的内格架条带之间的条带连接部的方法。
首先，工人将定位格架3定位并固定在定位格架夹具50下(Sll)。此时，定位格架
夹具50的所有固定孔51被安置和固定在定位格架3的上表面上。
然后，激光工具夹具70被安装，以便允许激光工具10a和10b被插入到定位格架 3的上方并被保持为垂直取向(Sll-1)，以及允许激光工具夹具70的引导通孔71与定位格 架3的内格架条带4a和4b之间的条带连接部5a和5b之间的相交部匹配。 控制器30被控制，从而沿着水平方向移动线性驱动器35以将具有激光工具10a 和10b的激光单元10定位在定位格架3的内格架条带4a和4b之间的条带连接部5a和5b 之上的预定位置处(S12)。
更具体地说，控制器30被控制，从而沿着x、 y和z方向移动线性驱动器35，以将 激光单元10的激光工具10a和10b定位在定位格架3的内格架条带4a和4b之间的条带 连接部5a和5b之上。
然后，控制器30被控制，从而沿着垂直方向线性移动活动件33，从而将具有激光 工具10a和10b的激光单元10插入定位格架3的内格架条带4a和4b之间的条带连接部 5a和5b周围(S13)。
此时，当激光工具10a和10b被插入定位格架3的内格架条带4a和4b之间的条 带连接部5a和5b周围的时候，激光工具10a和10b被引导进入激光工具夹具70的两个引 导通孔71，然后被保持为垂直取向(S13-l)。
接着，激光束从通过光纤连接器12a安装在激光工具10a和10b的上端上的光纤 12被传输(S14)，然后，被传输的激光束通过光纤12被施加于设置在激光工具10a和10b的上内侧上的对准透镜15(S15)。
以这种方式，通过安装在激光工具10a和10b的上端上的光纤12被施加的激光束 在透过对准透镜15的时候被对准，并被聚焦到设置在对准透镜15下面的聚焦透镜16上 (S16)。被聚焦到聚焦透镜16上的激光束通过棱镜17被反射到定位格架3的内格架条带 4a和4b之间的条带连接部5a和5b上(S17)。
此处，如果以凹面铜镜(未示出)来替代棱镜17，则通过对准透镜15和聚焦透镜 16被对准和聚焦的激光束被凹面铜镜所反射，然后焊接定位格架3的内格架条带4a和4b 之间的条带连接部5a和5b。
这里，每一个凹面铜镜具有110度的倾斜角，以便激光束能够更容易地被反射在 条带连接部5a和5b上。
以这种方式，定位格架3的内格架条带4a和4b之间的条带连接部5a和5b被从 棱镜17反射的激光束激光焊接(S18)。
如上所述，反射激光束通过被插入定位格架3的条带连接部5a和5b周围的激光 工具10a和10b焊接定位格架3的内格架条带4a和4b之间的条带连接部5a和5b，以便可 以实现最佳焊透，并能够提高定位格架3的条带连接部5a和5b的焊接强度。 这里，被插入定位格架3的内格架条带4a和4b之间的条带连接部5a和5b周围 的激光工具10a和10b连续或断续焊接定位格架3的条带连接部5a和5b (S18-l)。换句 话说，当被插入定位格架3的内格架条带4a和4b之间的条带连接部5a和5b周围的激光 工具10a和10b沿着定位格架3的条带连接部5a和5b向上或向下移动的时候，激光工具 10a和10b连续施加激光束以完全焊接定位格架3的条带连接部5a和5b，或者，激光工具 10a和10b断续施加激光束以焊接定位格架3的条带连接部5a和5b的部分。 此时，激光工具10a和10b向上和向下移动的速度彼此相等，其中，激光工具10a 和10b被插入定位格架3的内格架条带4a和4b之间的条带连接部5a和5b周围，并连续 或断续焊接定位格架3的条带连接部5a和5b。
在激光工具10a和10b被插入定位格架3的条带连接部5a和5b周围之后，上述 结构允许定位格架3的整个条带连接部5a和5b连续地被激光焊接，或者，允许定位格架3 的条带连接部5a和5b的上、中间和下侧的部分断续地被激光焊接。
以这种方式，被插入定位格架3的内格架条带4a和4b之间的条带连接部5a和5b 周围的激光工具10a和10b如图12中所示、连续地激光焊接定位格架3的条带连接部5a 和5b的全部，或者，如图13中所示、断续地只激光焊接定位格架3的条带连接部5a和5b 的具体部位。从而，定位格架3的条带连接部5a和5b可被激光焊接。 如上所述，在定位格架3的内格架条带4a和4b之间的条带连接部5a和5b被激 光焊接之后，定位格架3的内格架条带4a和4b之间的其他条带连接部5a和5b被重复激 光焊接。从而，用根据本发明、使用激光单元焊接定位格架的内格架条带的装置1完成了激 光焊接。
此时，辅助气体通过气体管线18被供应给激光工具10a和10b，从而防止定位格架 3的内格架条带4a和4b之间的条带连接部5a和5b变得被氧化(S17-l)，其中，激光束通 过光纤12被施加于激光工具10a和10b。
以这种方式，通过气体管线18供应的辅助气体不仅在进行激光焊接时起到防止定位格架3的内格架条带4a和4b之间的条带连接部5a和5b被氧化的作用，还起到保护 棱镜17的作用。
图14为透视图，示意性地图示根据本发明的另一实施例、使用激光单元焊接定位 格架的内格架条带之间的条带连接部的装置。该实施例的装置与第一实施例的装置的不同 之处在于，部分地改变了激光工具。
如图14中所示，根据另一实施例、使用激光单元焊接定位格架的内格架条带之间 的条带连接部的装置1具有不同数量的激光工具10a、 10b、 10c和10d，并从而同时激光焊接 定位格架3的内格架条带4a和4b之间的4个连接部，即条带连接部5a、5b、5c和5d。 换句话说，激光工具10a、10b、10c和10d相互隔开预定间隔，并被插入定位格架3 的内格架条带4a和4b之间的条带连接部5a、5b、5c和5d周围，其中，激光工具10a、10b、 10c和10d中的每一个都具有圆柱形，并以在其上端上具有光纤连接器12a的情况下设置 有光纤12，并包括沿着向下方向按以下顺序安装在其中的对准透镜15、聚焦透镜16和棱镜 17。
如上所述，激光单元10具有4个激光工具10a、 10b、 10c和10d，从而，被插入定位 格架3的内格架条带4a和4b之间的条带连接部5a、5b、5c和5d周围的激光工具10a、10b、 10c和10d可同时在4个方向上激光焊接条带连接部5a、5b、5c和5d。因此，定位格架3的 内格架条带4a和4b之间的条带连接部5a、5b、5c和5d可更加快速、容易地被激光焊接。 为此目的，激光工具10a、10b、10c和10d通过连接件11被相互连接以彼此隔开预 定间隔，并在其下内侧上设置有棱镜17，以便允许从其发射的激光束被聚焦在定位格架3 的内格架条带4a和4b之间的条带连接部5a、5b、5c和5d上。
可选地，设置在激光工具10a、10b、10c和10d的下内侧上的棱镜17可以以凹面铜 镜(未示出)来替代。在这种情况下，每一个凹面铜镜优选具有iio度的倾斜角。 同时，在该实施例中，尽管激光单元10包括4个激光工具10a、10b、10c和10d，激 光单元10也可包括16个激光工具。因此，本发明关于激光工具的数量并不受到限制。 而且，如图6和7中所示，根据本发明的另一实施例、使用激光单元焊接定位格架 的内格架条带的装置1还包括具有呈栅格布置的固定孔51、以便固定定位格架3的定位 格架夹具50 ;以及激光工具夹具70，激光工具夹具70具有多个引导孔71以便沿垂直方向 引导激光工具10a、10b、10c和10d并垂直固定激光工具10a、10b、10c和10d，其中，激光工 具10a、 10b、 10c和10d被插入定位格架3的内格架条带4a和4b之间的条带连接部5a、5b、 5c和5d周围。
从以上描述中显而易见，根据本发明，定位格架的内格架条带之间的条带连接部 通过使用激光单元而被连续或断续缝焊，以便定位格架的结构强度得到提高、被焊材料在 焊接后飞溅的飞溅现象被减少、并减小热变形。而且，精密焊接成为可能，从而，内格架条带 之间的每一个条带连接部的焊道可具有较小尺寸，且焊接缺陷的数量能够被减少。此外，冷 却剂的流阻被减小，从而冷却剂的压降能够得到减小。因此，冷却剂流泵上的负荷可以被降 低，并能够提高经济效率和安全性。
尽管已经为了说明性目的而描述了本发明的示例性实施例，然而，本领域的技术 人员将了解，在不脱离随附的权利要求
中所公开的本发明的范围和精髓的情况下，多种修 改、添加和替代都是可 的。
权利要求
一种使用激光单元焊接定位格架的内格架条带之间的条带连接部的装置，其中，在核燃料束的定位格架(3)中，内格架条带(4a和4b)之间以及内外格架条带之间的条带连接部被焊接，所述装置包括激光单元(10)，所述激光单元包括一对激光工具(10a和10b)、板状连接件(11)、以及光纤(12)，其中，所述一对激光工具具有圆柱形状并相互隔开预定间隔，所述板状连接件被插入所述激光工具(10a和10b)之间以便连接所述激光工具(10a和10b)，所述光纤通过光纤连接部器(12a)被插入并连接至所述激光工具(10a和10b)的上端，并传输激光束；以及控制器(30)，所述控制器包括板状支撑件(31)、活动件(33)、和线性驱动器(35)，其中，所述板状支撑件的一端被连接至所述激光单元(10)的板状连接件(11)的中心，所述活动件的一端被连接至所述板状支撑件(31)的另一端，所述线性驱动器的一端被连接至所述活动件(33)的另一端，其中，所述装置进一步包括定位格架夹具(50)，所述定位格架夹具具有呈栅格布置的固定孔(51)，以便固定定位格架(3)；以及激光工具夹具(70)，所述激光工具夹具具有多个引导孔(71)，以便垂直固定所述激光单元(10)的激光工具(10a和10b)；所述活动件(33)沿向上和向下的方向线性移动，并且所述线性驱动器(35)沿水平方向线性移动。
2. 如权利要求
l所述的装置，其中，所述激光工具(10a和10b)中的每一个包括对 准透镜(15)，所述对准透镜设置在所述激光工具的上内侧上，以便对准被传输的激光束； 聚焦透镜(16)，所述聚焦透镜设置在所述激光工具的下侧上，以便聚焦通过所述对准透镜 (15)的激光束；以及棱镜(17)，所述棱镜设置在所述聚焦透镜(16)下，以便沿预定方向传 输被所述聚焦透镜(16)聚焦的激光束。
3. 如权利要求
2所述的装置，其中，所述棱镜(17)以45度角被设置。
4. 如权利要求
2所述的装置，其中，所述激光工具(10a和10b)中的每一个包括通孔 (19)，所述通孔形成在所述激光工具下外周内的适当位置处，以便令传输通过每一个棱镜 (17)的激光束通过。
5. 如权利要求
2所述的装置，其中，所述激光工具(10a和10b)中的每一个在其适当位 置处设置有至少一条气体管线(18)，以便向所述激光工具供应辅助气体，并且，所述气体管 线(18)的一端靠近每一个棱镜(17)被连接。
6. 如权利要求
1所述的装置，其中，所述激光工具(10a和10b)中的每一个包括对 准透镜(15)，所述对准透镜设置在所述激光工具的上内侧上，以便对准被传输的激光束； 聚焦透镜(16)，所述聚焦透镜设置在所述激光工具的下侧上，以便聚焦通过所述对准透镜 (15)的激光束；以及凹面铜镜，所述凹面铜镜设置在所述聚焦透镜(16)下，以便沿预定方 向传输被所述聚焦透镜(16)聚焦的激光束。
7. 如权利要求
6所述的装置，其中，所述凹面铜镜具有IIO度的倾斜角。
8. —种使用焊接条带连接部的装置来焊接定位格架的内格架条带之间的条带连接部 的方法，其中，所述装置包括激光单元(IO)，所述激光单元包括相互隔开预定间隔的一对 激光工具(10a和10b)、被插入所述激光工具(10a和10b)之间以便连接所述激光工具(10a 和10b)的板状连接件(11)、在所述激光工具(10a和10b)中的每一个的适当位置处给所述 激光工具(10a和10b)中的每一个供应辅助气体的至少一条气体管线(18)、设置有光纤连接器(12a)以便传输激光束的光纤(12)、以及具有沿着向下方向顺序布置在所述激光工具 (10a和10b)内的对准透镜(15)、聚焦透镜(16)和棱镜(17)的光学系统；控制器(30)，所 述控制器包括板状支撑件(31)、活动件(33)、和线性驱动器(35)，其中，所述板状支撑件的 一端被连接至所述激光单元(10)的板状连接件(11)的中心，所述活动件的一端被连接至 所述板状支撑件(31)的另一端，所述线性驱动器的一端被连接至所述活动件(33)的另一 端，所述活动件(33)沿向上和向下的方向线性移动，并且所述线性驱动器(35)沿水平方向 线性移动；激光工具夹具；以及定位格架夹具，所述方法包括将所述定位格架(3)固定至所述定位格架夹具(50)的步骤(S11);控制所述控制器(30)沿着x、y和z方向驱动所述激光单元(10)至定位格架(3)的内 格架条带(4a和4b)之间的条带连接部(5a和5b)上方的预定位置的步骤(S12);控制所述控制器(30)沿着垂直方向移动所述活动件(33)并将所述激光工具(10a和 10b)插入定位格架(3)的内格架条带(4a和4b)之间的条带连接部(5a和5b)周围的步骤 (S13);在将所述激光工具(10a禾P 10b)插入定位格架(3)的内格架条带(4a和4b)之间的条 带连接部(5a和5b)周围时，在垂直方向上向着所述激光工具夹具(70)的引导孔(71)引 导所述激光工具(10a和10b)，并将所述激光工具(10a和10b)插入所述引导孔(71);通过所述光纤(12)传输激光束的步骤(S14)，其中，所述光纤通过所述激光工具(10a 和10b)上端上的光纤连接部器(12a)被引入；将传输通过所述光纤(12)的激光束施加于设置在所述激光工具(10a和10b)的上内 侧上的所述对准透镜(15)的步骤(S15);聚焦激光束的步骤(S16)，其中，该激光束被所述对准透镜(15)对准并传输到所述聚 焦透镜(16)上，所述聚焦透镜设置在所述对准透镜(15)下；通过设置在所述聚焦透镜(16)下的棱镜(17)反射被所述聚焦透镜(16)聚焦的激光 束的步骤(S17);以及通过被所述棱镜(17)反射的激光束焊接定位格架(3)的内格架条带(4a和4b)之间 的条带连接部(5a和5b)的步骤(S18)。
9. 如权利要求
8所述的方法，进一步包括步骤(S17-l):从所述气体管线(18)排出辅 助气体，以防止定位格架(3)的内格架条带(4a和4b)之间的条带连接部(5a和5b)被氧 化。
10. 如权利要求
8所述的方法，进一步包括步骤(S18-l):通过被插入定位格架(3)的 内格架条带(4a和4b)之间的条带连接部(5a和5b)周围的激光工具(10a和10b)，连续或 断续焊接定位格架(3)的内格架条带(4a和4b)之间的条带连接部(5a和5b)。
专利摘要
所披露的是一种使用激光单元焊接定位格架的内格架条带之间的条带连接部的装置和方法，以及通过其制造的定位格架，其中，定位格架的内格架条带之间的条带连接部通过使用激光单元而被连续或断续缝焊，从而提高了定位格架的结构强度、减少了焊接期间被焊材料飞溅的飞溅现象、并减小了热变形。而且，精密焊接成为了可能，从而，内格架条带之间的每一个条带连接部的焊道可具有较小尺寸，且焊接缺陷的数量能够得到减少。此外，冷却剂的流阻被降低，从而令冷却剂的压降可被减小。因此，冷却剂流泵上的负荷能够得到降低，且经济效率和安全性能够被改进。
文档编号G21C3/34GKCN101073856 B发布类型授权 专利申请号CN 200710088134
公开日2010年5月26日 申请日期2007年3月15日
发明者宋基男, 宋根禹, 金秀成 申请人:韩国原子力研究所;韩国水力原子力株式会社导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan专利引用 (6),