遠程打磨機器人在EPR核島輔助管道施工中的應用

王寶迪

摘 要：在EPR核電堆型施工中，出現了一種在以往核電堆型施工中從未出現過的管道焊接工藝要求——焊縫內表面打磨。臺山核電施工所采用的機器人遠程操作內部打磨技術在我國首次被應用。主要從技術要求、設備選型、應用介紹及注意事項等方面進行了簡要論述。

關鍵詞：遠程打磨機器人；EPR；內部打磨；焊縫打磨

中圖分類號：TL374+.5 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.08.097

根據EPR核電堆型設計要求，共計270道二回路輔助管道焊縫需要進行內表面的打磨，其目的是消除焊縫應力，提高疲勞靈敏度。由于打磨后的焊縫能滿足設計規范中關于超聲檢驗的要求，因此，在役檢查期間可用超聲檢驗替代射線探傷，以縮短人員的輻照時間。

然而，按照既有的工藝條件，對于人員無法進入或操作空間受限的管線位置，均無法實施打磨。因此，考慮應用現代化工裝提升施工工藝水平。通過調查研究，擬采用遠程控制機器人操作的方案。

1 技術要求

在臺山核島施工準備階段，經梳理和分析得出，需要進行內部打磨的270道焊縫共有DN100、DN150、DN200、DN250、DN300、DN350、DN500、DN750八種規格。除DN750的54道焊縫可通過人工進入的方式實施打磨操作外，其余216道焊縫均需要遠程打磨。因此，遠程打磨機器人的規格應能覆蓋其余七種管徑規格。同時，根據設計要求和工況分析，遠程打磨機器人還需要滿足以下幾個要求：①根據設計規范，焊縫內部打磨的精度要求為焊縫余高不應超過0.1t（t為管道壁厚），焊縫內、外表面不允許有凹坑，且焊接接頭的最終外形各處傾斜度均不應大于7°；打磨后表面粗糙度Ra≤6.3 μm；②考慮到現場工況和施工邏輯，遠程打磨機器人要能安全進出已安裝好的管道，且具備爬行和定位能力。③核島二回路輔助管道作為核島中的重要系統，有較高的清潔度要求，因此，遠程打磨機器人要具有一定的清潔能力。④要具有可視化能力。

2 設備選型

通過對國內外市場進行詳細的調研和技術參數對比分析，德國Inspector Systems公司生產的打磨機器人的結構、性能可以滿足上述要求。臺山核電項目按照管徑覆蓋需求共采購了四套打磨機器人，分別為DN100型、DN150-200型、DN250-350型和DN500型，用于臺山核島輔助管道焊口的內部打磨。每套打磨機器人包含一個打磨機器人組件和一個除塵機器人組件。另外，采購了兩套控制單元，用于四套打磨機器人的打磨、除塵、檢查和控制環節中。圖1所示為遠程打磨機器人。

該遠程打磨機器人能夠安全進出長達500 m的管線，也能通過半徑為1.5D的彎管，還能在垂直管線中爬行，并具有一定的變徑通過能力；能夠精確對中，定位焊縫位置實施打磨；能使用除塵組件清除打磨后的金屬屑和灰塵；能通過控制單元的操作臺及顯示器直觀地進行操作和檢查。此外，該遠程打磨機器人還具有以下特性，使焊縫內部打磨和檢查更為便捷：①電機通過變頻器調控，打磨速度取決于所使用的打磨工具，且可使用變頻器連續調整打磨速度；②可以通過DV攝像機監控打磨過程，按需求回放，也可以進行視頻記錄。

3 應用介紹及注意事項

受機器人特性影響（每次打磨的深度較小，寬度較窄），每個打磨步驟可能需重復多次才能完成每個焊縫的打磨。遠程打磨機器人打磨工藝流程具體如下：①先決條件準備。人員、機具、設備、文件準備妥善→安裝粗打磨盤，并將機器人送入管道→操作機器人進入指定位置。②粗打磨。調節變頻器參數→操作機器人定位焊縫中心點，并展開固定裝置→尋找焊縫最高點，并用控制單元記錄位置→啟動打磨單元→調整并使打磨盤接觸焊縫最高點→操作機器人開始打磨（磨至焊縫根部約0.1 mm）→撤回對中定位裝置→按以上步驟重復操作，以打磨焊縫兩側（焊縫兩側打磨至焊縫根部約0.1 mm）→撤回對中定位裝置→操作打磨機器人退出管道。③精打磨（最終打磨）。將打磨盤更換為拋光盤→操作機器人進入指定位置→調節變頻器參數→操作機器人定位中心點，并展開固定裝置→旋轉360°，并移動機器人拋光焊縫根部至目視管道表面，直至焊縫根部無視覺差異為止→撤回對中定位裝置→操作打磨機器人退出管道。④清潔除塵。更換機器人，為除塵機器人組件→設定控制單元參數→將機器人送入管道→操作機器人進入指定位置→啟動機器人清潔除塵。⑤檢查。利用吸塵管口附近的攝像頭檢查清潔度→用吸塵管口附近的攝像頭檢查焊縫外表面是否滿足目檢要求→操作除塵機器人退出管道→使用超聲波測厚儀檢查焊縫余高是否滿足要求（測厚通常取8個測量點，并測量取點焊縫兩邊的母材厚度，將其作為判斷參考）。

操作過程中，需特別注意以下幾點：①機器人每次進入管道后的對中；②打磨的深度控制（包括粗打磨和精打磨）；③機器人退出管道后重新進入管道時參考點的定位；④盡量不要在管外啟動打磨機器人的打磨電機，防止砂輪片脫落傷人；⑤維修機器人時應關閉電源，防止觸電；⑥別將手放在氣缸頂撐軸部位，防止夾傷；⑦遠離導電液體，防止短路損壞機器；⑧定期清掃灰塵，防止過電；⑨如果打磨時機器出現明顯的抖動現象，應停機檢查螺栓是否松動。

4 總結

三代核電堆型設計與以往的核電堆型設計在技術上存在大量細微的差異。在施工過程中，需仔細分析標準規范，以采取相應的措施滿足施工要求。當前，將遠程打磨機器人應用于EPR核島輔助管道施工中，已完成臺山EPR核島1#機組所有的焊口內部打磨工作，滿足設計要求和質量要求，并大大提高了勞動效率，降低了安全風險。

〔編輯：劉曉芳〕