遠程打磨機器人在EPR核島輔助管道施工中的應(yīng)用

王寶迪

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

關(guān)鍵詞：遠程打磨機器人；EPR；內(nèi)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(jù)EPR核電堆型設(shè)計要求，共計270道二回路輔助管道焊縫需要進行內(nèi)表面的打磨，其目的是消除焊縫應(yīng)力，提高疲勞靈敏度。由于打磨后的焊縫能滿足設(shè)計規(guī)范中關(guān)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(yīng)用現(xiàn)代化工裝提升施工工藝水平。通過調(diào)查研究，擬采用遠程控制機器人操作的方案。

1 技術(shù)要求

在臺山核島施工準備階段，經(jīng)梳理和分析得出，需要進行內(nèi)部打磨的270道焊縫共有DN100、DN150、DN200、DN250、DN300、DN350、DN500、DN750八種規(guī)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(guī)格應(yīng)能覆蓋其余七種管徑規(guī)格。同時，根據(jù)設(shè)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(jù)設(shè)計規(guī)范，焊縫內(nèi)部打磨的精度要求為焊縫余高不應(yīng)超過0.1t（t為管道壁厚），焊縫內(nèi)、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(yīng)大于7°；打磨后表面粗糙度Ra≤6.3 μm；②考慮到現(xiàn)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(tǒng)，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(shè)備選型

通過對國內(nèi)外市場進行詳細的調(diào)研和技術(shù)參數(shù)對比分析，德國Inspector Systems公司生產(chǎn)的打磨機器人的結(jié)構(gòu)、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(nèi)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(huán)節(jié)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(nèi)部打磨和檢查更為便捷：①電機通過變頻器調(diào)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(xù)調(diào)整打磨速度；②可以通過DV攝像機監(jiān)控打磨過程，按需求回放，也可以進行視頻記錄。

3 應(yīng)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(shè)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(diào)節(jié)變頻器參數(shù)→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(diào)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(cè)（焊縫兩側(cè)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(diào)節(jié)變頻器參數(shù)→操作機器人定位中心點，并展開固定裝置→旋轉(zhuǎn)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(shè)定控制單元參數(shù)→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(yīng)關(guān)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(xiàn)明顯的抖動現(xiàn)象，應(yīng)停機檢查螺栓是否松動。

4 總結(jié)

三代核電堆型設(shè)計與以往的核電堆型設(shè)計在技術(shù)上存在大量細微的差異。在施工過程中，需仔細分析標準規(guī)范，以采取相應(yīng)的措施滿足施工要求。當前，將遠程打磨機器人應(yīng)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(nèi)部打磨工作，滿足設(shè)計要求和質(zhì)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〕