远程打磨机器人在EPR核岛辅助管道施工中的应用

王宝迪

摘 要：在EPR核电堆型施工中，出现了一种在以往核电堆型施工中从未出现过的管道焊接工艺要求——焊缝内表面打磨。台山核电施工所采用的机器人远程操作内部打磨技术在我国首次被应用。主要从技术要求、设备选型、应用介绍及注意事项等方面进行了简要论述。

关键词：远程打磨机器人；EPR；内部打磨；焊缝打磨

中图分类号：TL374+.5 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.08.097

根据EPR核电堆型设计要求，共计270道二回路辅助管道焊缝需要进行内表面的打磨，其目的是消除焊缝应力，提高疲劳灵敏度。由于打磨后的焊缝能满足设计规范中关于超声检验的要求，因此，在役检查期间可用超声检验替代射线探伤，以缩短人员的辐照时间。

然而，按照既有的工艺条件，对于人员无法进入或操作空间受限的管线位置，均无法实施打磨。因此，考虑应用现代化工装提升施工工艺水平。通过调查研究，拟采用远程控制机器人操作的方案。

1 技术要求

在台山核岛施工准备阶段，经梳理和分析得出，需要进行内部打磨的270道焊缝共有DN100、DN150、DN200、DN250、DN300、DN350、DN500、DN750八种规格。除DN750的54道焊缝可通过人工进入的方式实施打磨操作外，其余216道焊缝均需要远程打磨。因此，远程打磨机器人的规格应能覆盖其余七种管径规格。同时，根据设计要求和工况分析，远程打磨机器人还需要满足以下几个要求：①根据设计规范，焊缝内部打磨的精度要求为焊缝余高不应超过0.1t（t为管道壁厚），焊缝内、外表面不允许有凹坑，且焊接接头的最终外形各处倾斜度均不应大于7°；打磨后表面粗糙度Ra≤6.3 μm；②考虑到现场工况和施工逻辑，远程打磨机器人要能安全进出已安装好的管道，且具备爬行和定位能力。③核岛二回路辅助管道作为核岛中的重要系统，有较高的清洁度要求，因此，远程打磨机器人要具有一定的清洁能力。④要具有可视化能力。

2 设备选型

通过对国内外市场进行详细的调研和技术参数对比分析，德国Inspector Systems公司生产的打磨机器人的结构、性能可以满足上述要求。台山核电项目按照管径覆盖需求共采购了四套打磨机器人，分别为DN100型、DN150-200型、DN250-350型和DN500型，用于台山核岛辅助管道焊口的内部打磨。每套打磨机器人包含一个打磨机器人组件和一个除尘机器人组件。另外，采购了两套控制单元，用于四套打磨机器人的打磨、除尘、检查和控制环节中。图1所示为远程打磨机器人。

该远程打磨机器人能够安全进出长达500 m的管线，也能通过半径为1.5D的弯管，还能在垂直管线中爬行，并具有一定的变径通过能力；能够精确对中，定位焊缝位置实施打磨；能使用除尘组件清除打磨后的金属屑和灰尘；能通过控制单元的操作台及显示器直观地进行操作和检查。此外，该远程打磨机器人还具有以下特性，使焊缝内部打磨和检查更为便捷：①电机通过变频器调控，打磨速度取决于所使用的打磨工具，且可使用变频器连续调整打磨速度；②可以通过DV摄像机监控打磨过程，按需求回放，也可以进行视频记录。

3 应用介绍及注意事项

受机器人特性影响（每次打磨的深度较小，宽度较窄），每个打磨步骤可能需重复多次才能完成每个焊缝的打磨。远程打磨机器人打磨工艺流程具体如下：①先决条件准备。人员、机具、设备、文件准备妥善→安装粗打磨盘，并将机器人送入管道→操作机器人进入指定位置。②粗打磨。调节变频器参数→操作机器人定位焊缝中心点，并展开固定装置→寻找焊缝最高点，并用控制单元记录位置→启动打磨单元→调整并使打磨盘接触焊缝最高点→操作机器人开始打磨（磨至焊缝根部约0.1 mm）→撤回对中定位装置→按以上步骤重复操作，以打磨焊缝两侧（焊缝两侧打磨至焊缝根部约0.1 mm）→撤回对中定位装置→操作打磨机器人退出管道。③精打磨（最终打磨）。将打磨盘更换为抛光盘→操作机器人进入指定位置→调节变频器参数→操作机器人定位中心点，并展开固定装置→旋转360°，并移动机器人抛光焊缝根部至目视管道表面，直至焊缝根部无视觉差异为止→撤回对中定位装置→操作打磨机器人退出管道。④清洁除尘。更换机器人，为除尘机器人组件→设定控制单元参数→将机器人送入管道→操作机器人进入指定位置→启动机器人清洁除尘。⑤检查。利用吸尘管口附近的摄像头检查清洁度→用吸尘管口附近的摄像头检查焊缝外表面是否满足目检要求→操作除尘机器人退出管道→使用超声波测厚仪检查焊缝余高是否满足要求（测厚通常取8个测量点，并测量取点焊缝两边的母材厚度，将其作为判断参考）。

操作过程中，需特别注意以下几点：①机器人每次进入管道后的对中；②打磨的深度控制（包括粗打磨和精打磨）；③机器人退出管道后重新进入管道时参考点的定位；④尽量不要在管外启动打磨机器人的打磨电机，防止砂轮片脱落伤人；⑤维修机器人时应关闭电源，防止触电；⑥别将手放在气缸顶撑轴部位，防止夹伤；⑦远离导电液体，防止短路损坏机器；⑧定期清扫灰尘，防止过电；⑨如果打磨时机器出现明显的抖动现象，应停机检查螺栓是否松动。

4 总结

三代核电堆型设计与以往的核电堆型设计在技术上存在大量细微的差异。在施工过程中，需仔细分析标准规范，以采取相应的措施满足施工要求。当前，将远程打磨机器人应用于EPR核岛辅助管道施工中，已完成台山EPR核岛1#机组所有的焊口内部打磨工作，满足设计要求和质量要求，并大大提高了劳动效率，降低了安全风险。

〔编辑：刘晓芳〕