Saldatura laser robotizzata dei cover delle bobine toroidali superconduttive del reattore a fusione nucleare ITER

摘要

Il reattore a fusione nucleare sperimentale ITER contiene al suo interno 18 bobine toroidali superconduttive per il confinamento del plasma ad alta temperatura. Ciascuna di esse e composta a sua volta da 7 avvolgimenti a doppio strato inseriti in piastre in acciaio inossidabile AISI 316LN con cave su entrambi i lati dette radiai piate. Il processo di fabbricazione di una bobina toroidale prevede l'inserimento dell'avvolgimento superconduttivo all'interno delle cave della radiai piate, la realizzazione del suo isolamento elettrico, la chiusura con cover in acciaio delle cave della radiai piate, una prima impregnazione sotto vuoto dell'avvolgimento, il successivo impilaggio e l'impregnazione contemporanea di 7 avvolgimenti. Scopo del presente articolo e illustrare l'impianto totalmente automatizzato realizzato per la saldatura laser tra i cover e le radiai piate. Le saldature hanno requisiti molto stringenti in termini di controllo della penetrazione, per via della presenza del superconduttore e dell'isolamento, ed in termini geometrici, viste le tolleranze di accoppiamento richieste sugli avvolgimenti che compongono la singola bobina. Le dimensioni della radiai piate, con la sua forma a D di dimensioni 14 × 9 m, richiedono circa 1500 m di saldatura laser per l'assemblaggio dei cover. Le fasi di R&D hanno riguardato la messa a punto di un processo laser puro con adduzione filo freddo con relativa automatizzazione delle fasi di scansione dei gap variabili tra cover e radiai piate, la generazione ed il controllo delle traiettorie dei robot, l'automatizzazione complessiva dell'impianto. Per il controllo si sono utilizzati sensori a triangolazione laser bidimensionali per l'individuazione e la misura di gap molto stretti (< 0.1 mm), controller real-time per l'analisi e l'elaborazione dei segnali, sorgenti laser in fibra con potenza fino a 3 kW. L'intero processo e monitorato da sistemi di visione coassiali alle teste di saldatura che consentono un'analisi visiva accurata del bagno di fusione.