CN109500490A - 一种用于辐射环境下核工程管道的焊接系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于核工程管道焊接技术领域。为了实现对辐射环境下核工程管道的顺利修补焊接，保证焊接操作的效率和质量，本发明公开了一种用于辐射环境下核工程管道的焊接系统。该焊接系统包括第一焊接单元、第二焊接单元以及控制单元；第一焊接单元与待焊接管道连接，第二焊接单元与模拟管道连接，控制单元同时与第一焊接单元和第二焊接单元连接并控制第一焊机和第二焊机进行同步焊接操作；模拟管道位于非辐射区域并且焊接条件与待焊接管道的焊接条件相同。采用本发明的焊接系统对辐射环境下核工程管道进行修补焊接时，不仅可以降低操作人员在辐射环境内的停留时间，提高对操作人员的保护，而且可以快速顺利完成焊接操作，提高焊接的效率和质量。

Description

一种用于辐射环境下核工程管道的焊接系统及方法

技术领域

本发明属于核工程管道焊接技术领域，具体涉及一种用于辐射环境下核工程管道的焊接系统及方法。

背景技术

在核电站中铺设有大量的管道，而这些管道则分布在不同的环境区域内，其中就包括位于高辐射环境区域内的管道。位于辐射环境区域内的管道在初期铺设安装过程中，与其他环境区域内的管道铺设操作没有特殊区别，借助焊接人员或焊机进行现场的焊接安装即可。

然而，在后期核电站运行过程中，如果位于辐射环境内的管道发生破损需要修补焊接时，则需要快速准确完成管道的修复，避免发生严重的经济损失以及可能发生的重大环境污染。目前，国内在进行核电站检修维护中，对待焊接管道采用的全部为手工焊接的方式，由焊接人员直接进入辐射区完成待焊接管道的修补焊接工作。这样，如果焊接人员长时间处于辐射环境下进行工作，即便借助防辐射服也会对人身的安全产生很大威胁，影响焊接人员的生命安全，如果缩短焊接人员在辐射环境内的停留时间，由多个焊接人员轮流进入辐射环境进行待焊接管道的修补焊接，则会导致焊接连续性差，影响焊接的质量，同时会占用更多时间和人力，导致焊接效率的下降，无法满足短时间内完成大规模的修补及焊接要求。

发明内容

为了实现对辐射环境下核工程管道的顺利修补焊接，保证焊接操作的效率和质量，本发明提出了一种用于辐射环境下核工程管道的焊接系统。该焊接系统，包括第一焊接单元、第二焊接单元以及控制单元；

所述第一焊接单元，包括第一焊机和第一焊接电源；所述第一焊机与所述第一焊接电源连接，并且所述第一焊机固定在待焊接管道上；其中所述待焊接管道位于辐射区域；

所述第二焊接单元，包括第二焊机和第二焊接电源；所述第二焊机与所述第二焊接电源连接，并且所述第二焊机固定在模拟管道上；其中所述模拟管道位于非辐射区域，并且焊接条件与待焊接管道的焊接条件相同；

所述控制单元同时与所述第一焊接单元和所述第二焊接单元连接，控制所述第一焊机和所述第二焊机进行相同参数的同步焊接操作。

优选的，所述控制单元包括焊接电流调节模块和焊接电压调节模块；所述焊接电流调节模块和所述焊接电压调节模块同时与所述第一焊接电源和所述第二焊接电源连接，控制所述第一焊接电源和所述第二焊接电源输出相同的焊接电流和焊接电压。

优选的，所述控制单元包括焊机移动速度调节模块；所述焊机移动速度调节模块同时与所述第一焊机和所述第二焊机连接，控制所述第一焊机和所述第二焊机保持相同移动速度。

优选的，所述控制单元包括视频显示模块，所述第一焊机和所述第二焊机同时设有摄像机；所述视频显示模块同时与两个摄像机连接，用于实时显示焊接视频。

优选的，所述第一焊机和所述第二焊机同时设有激光焊缝跟踪器，用于定位焊接位置。

优选的，该焊接系统还包括手持控制器，所述手持控制器与所述控制单元连接，用于实现对所述第一焊接单元和所述第二焊接单元的远程控制。

一种用于辐射环境下核工程管道的焊接方法，采用上述任意一种焊接系统进行焊接操作，具体包括以下步骤：

步骤S1，设定模拟管道；在非辐射区域设定模拟管道，所述模拟管道的材质、尺寸以及焊缝位置和焊缝尺寸等焊接条件与辐射区域中的待焊接管道相同；

步骤S2，安装第一焊接单元和第二焊接单元；将第一焊机固定在待焊接管道的管道上，并且将第一焊接电源与第一焊机和控制单元连接；将第二焊机固定在模拟管道上，并且将第二焊接电源与第二焊机和控制单元连接；其中，第一焊机和第二焊机分别固定在待焊接管道和模拟管道上相对应的位置处；

步骤S3，进行模拟管道和待焊接管道的同步焊接操作；通过控制单元将第一焊接单元的焊接参数与第二焊接单元的焊接参数进行相同设定,并且控制第一焊机和第二焊机进行同步移动焊接操作。

步骤S4，完成焊接操作后进行焊接质量评估；首先对模拟管道进行焊接质量的检测，然后根据模拟管道的焊接质量结果，对待焊接管道的焊接质量进行评估处理。

优选的，在所述步骤S3中，借助第一焊机和第二焊机上设置的摄像机以及控制单元的视频显示模块，实时观察和比对待焊接管道和模拟管道的焊接情况，并由此随时调整第一焊机和第二焊机的焊接参数。

优选的，在所述步骤S3中，借助第一焊机和第二焊机上设置的激光焊缝跟踪器，实时调整第一焊机和第二焊机的移动速度，保持两者的同步焊接速度。

优选的，在所述步骤S3中，焊接人员通过对非辐射区域中模拟管道焊接情况的实时观察，借助手持控制器对待焊接管道的焊接情况进行实时调整。

采用本发明的焊接系统对辐射环境下核工程管道进行焊接修补操作时，具有以下有益效果：

1、在本发明中，通过设置第一焊接单元、第二焊接单元和模拟管道，将第一焊接单元与待焊接管道连接，将第二焊接单元与非辐射区域的模拟管道连接，并且借助控制单元对第一焊接单元和第二焊接单元进行同步焊接控制。此时，操作人员就可以在非辐射区域根据模拟管道的焊接情况对辐射区域的待焊接管道进行焊接调整控制，这样只需要操作人员将第一焊接单元与待焊接管道进行连接安装即可，不仅避免了操作人员长时间停留在辐射区域进行的焊接操作，实现了对操作人员的健康保护，而且可以连续的一次性完成对辐射区域的管道修补焊接，保证焊接效率和质量。

2、在本发明中，通过对模拟管道和待焊接管道的同步焊接操作，从而可以在焊接完成后首先对模拟管道进行焊接质量检测，然后再对待焊接管道进行有选择、有目的的快速精准质量检测。这样，不仅避免了检测人员长时间在辐射环境内的停留作业时间，提高对质检人员的保护，提高对待焊接管道焊接质量检测的效率，而且避免了直接对待焊接管道进行质量检测存在的盲目性以及可能对待焊接管道造成的不必要检测破坏，实现对待焊接管道的保护，提高对辐射区域管道焊接修复的质量。

附图说明

图1为本实施例用于辐射环境下核工程管道的焊接系统与待焊接管道和模拟管道连接的示意图；

图2为图1中控制单元的模块结构示意图；

图3为采用图1所示焊接系统进行辐射环境下核工程管道焊接的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步介绍。

结合图1所示，本实施例中用于辐射环境下核工程管道的焊接系统，包括第一焊接单元1、第二焊接单元2以及控制单元3。

第一焊接单元1，包括第一焊机11和第一焊接电源12。第一焊机11与第一焊接电源12连接，并且第一焊机11固定在待焊接管道4上。其中，待焊接管道4是位于辐射区域中等待修补焊接的管道。

第二焊接单元2，包括第二焊机21和第二焊接电源22。第二焊机21与第二焊接电源22连接，并且第二焊机22固定在模拟管道5上。其中，模拟管道5固定在非辐射区域，并且模拟管道5的材质、尺寸等参数与待焊接管道4完全相同，同时将两个管道上待焊接区域的位置和尺寸也设定为完全相同，从而保持模拟管道5与待焊接管道4之间焊接条件的一致性。

控制单元3同时与第一焊接单元1和第二焊接单元2连接，控制第一焊机11和第二焊机21分别在待焊接管道4和模拟管道5上进行相同参数的同步焊接操作。

结合图2所示，本实施例的控制单元3包括焊接电流调节模块31、焊接电压调节模块32和焊机移动速度调节模块33。其中，焊接电流调节模块31和焊接电压调节模块32同时分别与第一焊接电源12和第二焊接电源22连接，用于控制第一焊接电源12和第二焊接电源22分别向第一焊机11和第二焊机21输出的焊接电流值和焊接电压值，使两个焊接电源向各自的焊机输出相同大小的焊接参数。焊机移动速度调节模块33则同时与第一焊机11和第二焊机21连接，用于控制第一焊机11和第二焊机21进行同速同步移动，从而对模拟管道5和待焊接管道4进行同步焊接操作。在本实施例中，通过在控制单元安装触摸屏，使焊接电流调节模块、焊接电压调节模块和焊机移动速度调节模块通过与触摸屏的连接实现各自参数的调控操作，同样，也可以借助多个调节旋钮分别与焊接电流调节模块、焊接电压调节模块和焊机移动速度调节模块进行连接，作为各个参数的输入设备进行参数的调整控制。

此外，在其他实施例中还可以根据焊接类型的不同在控制单元中设定不同的控制模块，例如采用焊丝进行焊接操作时，还可以在控制单元中设定送丝控制模块，用于控制焊机中送丝机构的送丝动作，从而对焊接操作进行精准控制，保证对模拟管道和待焊接管道进行的同步焊接操作。

结合图1和图2所示，在本实施例的焊接系统中还包括摄像机6和激光焊缝跟踪器7，同时在控制单元3中还设有视频显示模块34，例如液晶显示屏。其中，摄像机6和激光焊缝跟踪器7固定在焊机位置，分别实时观察对焊缝的焊接情况以及定位实时焊接位置。视频显示模块34同时与固定在两个焊机上的摄像机6进行连接，将两个摄像机6采集的图像实时呈现给操作人员，用于辅助操作人员对两个焊机的焊接操作进行调整控制。

与此同时，位于两个焊机上的激光焊缝跟踪器7可以进行位置关联设定，即以起始位置为基准点，对两个焊机移动过程中由两个激光焊缝跟踪器7检测的位置关系进行关联设定，保证两个焊机移动的同步性。例如设定为跟随模式，由模拟管道上的激光焊缝跟踪器作为主动端、待焊接管道上的激光跟踪器作为跟随端，以主动端的位置为参考，根据跟随端的检测结果辅助控制单元对待焊接管道上的焊机位置进行实时调整，使待焊接管道和模拟管道上的焊机保持同步移动；也可以设定为校对模式，由控制单元实时监测和比对两个激光焊缝跟踪器检测的焊接位置，从而对两个焊机分别在待焊接管道和模拟管道上的焊接位置进行辅助调整控制，保证对待焊接管道和模拟管道的焊接同步。

在本实施例中，将第一焊机和第二焊机优选为相同型号的便携式轨道焊接机器人，并且采用柔性轨道作为焊接机器人绕管道移动的导向轨道，例如选用磁性柔性轨道就可以将柔性轨道快速吸附固定在管道的外表面，再将焊接机器人连接在柔性轨道上，从而快速完成焊机与管道的连接固定，提高焊机的安装速度，缩短操作人员在辐射区域内的停留时间，同时借助位置固定的轨道也可以提高焊接过程中焊机移动的准确性，保证焊接质量以及两个焊机移动的同步性。

同样，在其他实施例中，根据管道的材质、尺寸和形状也可以选用其他方式进行焊接机器人与管道的连接，甚至借助放置在地面上的独立轨道进行焊机的移动导向，这样就可以预先将焊机安装在独立轨道上，然后整体移至现场再调整焊机与待焊接区域位置即可。

结合图1所示，本实施例中用于辐射环境下核工程管道的焊接系统，还包括一个手持控制器8。手持控制器8与控制单元3连接，并且设有调整焊接参数的控制模块，从而替代控制单元3对第一焊接单元1和第二焊接单元2进行远程调节控制。这样，在焊接过程中操作人员就可以借助手持控制器8在模拟管道5旁边根据第二焊机22对模拟管道5的焊接情况实时对第一焊接单元1和第二焊接单元2进行远程调节控制，保证对焊接调整的及时性和准确性，提高操作的便捷性和效率。

优选的，在手持控制器上还可以设置一键停机键，用于同时快速停止第一焊机和第二焊机的焊接操作。这样，在发现第二焊机对模拟管道焊接存在问题时可以第一时间快速停止第一焊机对待焊接管道的焊接操作，避免对待焊接管道造成焊接破坏，降低可能造成的进一步损失，提高对辐射区域待焊接管道进行焊接修复的安全可靠性。同时，还可以控制焊机直接复位至初始位置，以便于操作人员对焊接情况进行检查。

结合图1和图3所示，采用本实施例用于辐射环境下核工程管道的焊接系统，对辐射区域的待焊接管道进行修补焊接操作的具体步骤为：

步骤S1，设定模拟管道。在靠近待焊接管道的非辐射区域设定模拟管道5，并且使模拟管道5的材质、尺寸以及焊缝位置和焊缝尺寸等焊接条件均与辐射区域中的待焊接管道4保持一致相同。

当发现辐射区域的管道发生破损并由检测人员首次进行现场检测时，就可以对管道破损的位置、形状和尺寸等参数进行记录，以便于后续辅助进行模拟管道的设置。其中，对管道破损形态进行记录时可以根据破损状况以及现有记录设备进行拍照、摄像以及立体扫描等方式进行详细记录，提高模拟管道与待焊接管道之间焊接条件的一致性。

此外，如果待焊接管道是进行圆周方向的焊接修补，则模拟管道的长度尺寸可以适当调整，只要保证焊接修补区域与待焊接管道保持一致即可，从而降低焊接成本以及施工作业量。

步骤S2，安装第一焊接单元和第二焊接单元。首先，在非辐射区域完成第二焊接单元2与模拟管道5之间的连接操作，其中包括第二焊机21与模拟管道5的连接固定以及对摄像机6和激光焊缝跟踪器7的安装位置调整，使焊枪准确对准待焊接修复位置。然后，再根据第二焊接单元2与模拟管道5的连接情况，由操作人员携带第一焊机11进入辐射区域，快速完成第一焊机11与待焊接管道4之间的连接以及对摄像机6和激光焊缝跟踪器7的安装调整。最后，完成第一焊接电源12和第二焊接电源22分别与控制单元3的连接。

优选的，在进行焊机与管道的连接之前，可以预先在待焊接管道和模拟管道上标记出相同的安装刻度以及沿待焊接区域的焊接位置刻度。这样，不仅可以根据第二焊机与模拟管道连接固定位置的安装刻度，快速完成第一焊机与待焊接管道的连接，进一步减少操作人员在辐射区域内的停留时间以及保证第一焊机和第二焊机安装位置的一致性，而且在焊接过程中根据两个摄像机分别采集的焊接位置刻度图像，可以辅助激光焊缝跟踪器对焊接位置进行定位，提高对两个焊机位置的精准控制，保证对模拟管道和待焊接管道的焊接一致性。

步骤S3，进行模拟管道和待焊接管道的同步焊接操作。通过控制单元3对第一焊接单元1的焊接参数与第二焊接单元2的焊接参数进行相同设定,并且控制第一焊机11和第二焊机12进行同步移动焊接操作。

结合图2所示，优选的，在控制单元3中还可以设置参数采集模块35、参数校对模块36以及报警模块37。其中，参数采集模块35用于焊接过程中实时采集焊接电源输出至焊机的实际焊接电流值和实际焊接电压值以及焊机的实际移动速度等实际焊接参数；参数校对模块36则用于对参数采集模块分别从第一焊接单元1和第二焊接单元2采集的实际焊接参数进行一一比对，当某一焊接参数的比对结果超出预先设定的范围要求时，则发送警报信号至报警模块37，由报警模块37发出警报提醒操作人员注意。其中，参数的采集和校对可以借助软件编程、传感器以及处理器的配合实现，而报警操作则可以借助软件编程和警报灯实现。

这样，可以有效的消除焊接电源和焊机自身存在的误差影响，例如相同规格焊接电源由于个体差异而存在的实际输出参数的差异问题，从而实现对焊接过程中实际焊接参数的有效监控，避免发生参数的设定值相同而实际值相差很大的问题，最终保证对待焊接管道和模拟管道的真正相同焊接操作。

步骤S4，完成焊接操作后进行焊接质量评估。在完成对模拟管道5和待焊接管道4的全部同步修补焊接操作后，首先对模拟管道5进行焊接质量的检测，然后再根据焊接过程的同步性以及模拟管道5的焊接质量结果，对待焊接管道4的焊接质量进行评估处理，最后再决定是否对待焊接管道4进行焊接质量检测以及进行何种类型的检测。

此时，借助对模拟管道焊接质量的实际检测，可以预先评估待焊接管道的焊接结果，然后再对待焊接管道进行后续快速精准的有效检测操作。这样，不仅可以大大降低检测人员在辐射区域内进行检测时的停留时间，提高对待焊接管道焊接质量检测的效率，而且避免了可能对待焊接管道造成的不必要检测破坏，实现对待焊接管道的保护，提高对辐射区域管道焊接修复的质量。

Claims (10)

1.一种用于辐射环境下核工程管道的焊接系统，其特征在于，包括第一焊接单元、第二焊接单元以及控制单元；

所述第一焊接单元，包括第一焊机和第一焊接电源；所述第一焊机与所述第一焊接电源连接，并且所述第一焊机固定在待焊接管道上；其中所述待焊接管道位于辐射区域；

所述第二焊接单元，包括第二焊机和第二焊接电源；所述第二焊机与所述第二焊接电源连接，并且所述第二焊机固定在模拟管道上；其中所述模拟管道位于非辐射区域，并且焊接条件与待焊接管道的焊接条件相同；

所述控制单元同时与所述第一焊接单元和所述第二焊接单元连接，控制所述第一焊机和所述第二焊机进行相同参数的同步焊接操作。

2.根据权利要求1所述的焊接系统，其特征在于，所述控制单元包括焊接电流调节模块和焊接电压调节模块；所述焊接电流调节模块和所述焊接电压调节模块同时与所述第一焊接电源和所述第二焊接电源连接，控制所述第一焊接电源和所述第二焊接电源输出相同的焊接电流和焊接电压。

3.根据权利要求1所述的焊接系统，其特征在于，所述控制单元包括焊机移动速度调节模块；所述焊机移动速度调节模块同时与所述第一焊机和所述第二焊机连接，控制所述第一焊机和所述第二焊机保持相同移动速度。

4.根据权利要求1所述的焊接系统，其特征在于，所述控制单元包括视频显示模块，所述第一焊机和所述第二焊机同时设有摄像机；所述视频显示模块同时与两个摄像机连接，用于实时显示焊接视频。

5.根据权利要求1所述的焊接系统，其特征在于，所述第一焊机和所述第二焊机同时设有激光焊缝跟踪器，用于定位焊接位置。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的焊接系统，其特征在于，还包括手持控制器，所述手持控制器与所述控制单元连接，用于实现对所述第一焊接单元和所述第二焊接单元的远程控制。

7.一种用于辐射环境下核工程管道的焊接方法，其特征在于，采用权利要求1-6中任意一项所述的焊接系统进行焊接操作，具体包括以下步骤：

步骤S1，设定模拟管道；在非辐射区域设定模拟管道，所述模拟管道的材质、尺寸以及焊缝位置和焊缝尺寸等焊接条件与辐射区域中的待焊接管道相同；

步骤S2，安装第一焊接单元和第二焊接单元；将第一焊机固定在待焊接管道的管道上，并且将第一焊接电源与第一焊机和控制单元连接；将第二焊机固定在模拟管道上，并且将第二焊接电源与第二焊机和控制单元连接；其中，第一焊机和第二焊机分别固定在待焊接管道和模拟管道上相对应的位置处；

步骤S3，进行模拟管道和待焊接管道的同步焊接操作；通过控制单元将第一焊接单元的焊接参数与第二焊接单元的焊接参数进行相同设定,并且控制第一焊机和第二焊机进行同步移动焊接操作。

步骤S4，完成焊接操作后进行焊接质量评估；首先对模拟管道进行焊接质量的检测，然后根据模拟管道的焊接质量结果，对待焊接管道的焊接质量进行评估处理。

8.根据权利要求7所述的焊接方法，其特征在于，在所述步骤S3中，借助第一焊机和第二焊机上设置的摄像机以及控制单元的视频显示模块，实时观察和比对待焊接管道和模拟管道的焊接情况，并由此随时调整第一焊机和第二焊机的焊接参数。

9.根据权利要求7所述的焊接方法，其特征在于，在所述步骤S3中，借助第一焊机和第二焊机上设置的激光焊缝跟踪器，实时调整第一焊机和第二焊机的移动速度，保持两者的同步焊接速度。

10.根据权利要求7所述的焊接方法，其特征在于，在所述步骤S3中，焊接人员通过对非辐射区域中模拟管道焊接情况的实时观察，借助手持控制器对待焊接管道的焊接情况进行实时调整。