CN112238254A - 一种核工业用切割放射性固体废物的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种核工业用切割放射性固体废物的控制方法，该控制方法包括：将放射性固体废物固定在支撑架的预定位置并夹紧；启动径向进给装置，控制卡盘上间隔设置的多个刀具沿着径向方向向卡盘中心移动；当检测到刀具的径向进给量达到第一预设要求时，以预设的旋转速度启动旋转装置，控制多个刀具以放射性固体废物为中心开始旋转，径向进给装置和旋转装置同时工作，对放射性固体废物进行挤压切割；当检测到刀具的径向进给量达到第二预设要求时，径向进给装置和旋转装置停止工作。本发明在对放射性固体废物切割过程中通过将其固定且夹紧，采用自动化控制的方式控制多个刀具围绕放射性固体废物同时进行挤压切割，满足核工业中无切屑飞溅的要求。

Description

一种核工业用切割放射性固体废物的控制方法

技术领域

本发明涉及核工业技术领域，尤其涉及一种核工业用切割放射性固体废物的控制方法。

背景技术

管材在当今工业中应用非常广泛，对管材的切割方式也多种多样，常见的切割方式有机械切割、冲压切割、激光切割等。传统技术中，针对切割放射性固体废物是采用电机驱动的方式控制厚壁管转动，并在转动过程中通过切割刀进行切割，但是这种切割方式会产生切屑飞溅的现象。

钢材是核工业中最重要的基础材料，尤其是管材的占比很高，但是将管材应用在放射性系统中，对不同辐照剂量下的强度、耐慢速裂纹增长性能等方面有严格要求，更重要的是，核工业中使用后的管材避免辐射性扩散也需要对核废料进行适当处理，保证安全。对于核工业这种特殊领域，例如核工业造成的辐射及照射造成伤害等有限作业空间中不能有切屑飞溅，也要保证作业人员辐射安全性，要减少作业人员的参与，因此传统对于大尺寸放射性固体废物切割方式会受到严格限制，现有切割技术无法满足核工业处理的加工需求。

该上述缺陷是本领域技术人员期望克服的。

发明内容

（一）要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种核工业用切割放射性固体废物的控制方法，进而至少在一定程度上克服现有技术中核工业用切割放射性固体废物存在的无法满足加工需求的问题。

（二）技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

本发明的一实施例提供一种核工业用切割放射性固体废物的控制方法，用于在屏蔽空间内对放射性固体废物进行切割，该控制方法包括：

S1、将放射性固体废物固定在支撑架的预定位置并夹紧；

S2、启动径向进给装置，控制卡盘上间隔设置的多个刀具沿着径向方向向卡盘中心移动；

S3、当检测到刀具的径向进给量达到第一预设要求时，以预设的旋转速度启动旋转装置，控制多个刀具以放射性固体废物为中心开始旋转，所述径向进给装置和所述旋转装置同时工作，对厚壁管进行挤压切割；

S4、当检测到刀具的径向进给量达到第二预设要求时，所述径向进给装置和所述旋转装置停止工作。

在本发明一实施例中，所述管放射性固体废物为厚壁，步骤S1包括：

将厚壁管转运至屏蔽空间内进行表面清洗；

通过导入装置将厚壁管转移到支撑架上，并通过传动装置用于控制切割过程中厚壁管的位移量。

本发明一实施例中，还包括：

如果剂量检测结果不低于预设值，则对厚壁管重复进行去污处理和清洗，直到剂量检测结果低于预设值。

本发明一实施例中，所述多个刀具的数量为三个，步骤S2启动径向进给装置之前，还包括：

对安装在卡盘上的多个刀具进行校准，使得多个刀具的切割面处于同一平面，且该平面与厚壁管的轴向相垂直。

本发明一实施例中，步骤S3中所述第一预设要求为刀具的切入面到厚壁管外表面的距离小于临界值；或刀具的径向进给量达到预设值。

本发明一实施例中，步骤S3切割过程中，还包括：

通过对驱动径向进给装置的电机扭矩进行检测得到扭矩信息，如果扭矩信息超过预设值则发出换刀提醒。

本发明一实施例中，步骤S3切割过程中，还包括：

通过在预设时间段对驱动径向进给装置的电机扭矩进行记录得到图谱，当图谱中的波峰连续3次超过预设最大值则发出换刀提醒。

本发明一实施例中，步骤S3中对厚壁管进行挤压切割时还包括：

如果厚壁管的外周截面为圆形，则按照预设要求直接进行挤压切割。

本发明一实施例中，步骤S3中对厚壁管进行挤压切割时还包括：

如果厚壁管的外周截面为多边形，则判断刀具是否与厚壁管的棱对应，如果对应则按照预设要求直接进行挤压切割；如果不对应，则控制旋刀具进行旋转，直到刀具对应厚壁管的棱再开始挤压切割。

本发明一实施例中，所述第二预设要求为切割过程中反馈的电机扭矩减小的幅度超过预设幅度。

（三）有益效果

本发明的有益效果是：本发明实施例提供的一种核工业用切割放射性固体废物的控制方法，无需作业人员进入屏蔽空间对大尺寸的放射性固体废物进行自动化切割，切割放射性固体废物过程中通过将厚壁管固定且夹紧，径向进给装置和旋转装置同时启动，采用自动化控制的方式控制多个刀具围绕厚壁管同时进行挤压切割，满足核工业中无切屑飞溅的要求。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的一种核工业用切割放射性固体废物的控制方法的步骤流程图；

图2为本发明一实施例中刀具安装结构的示意图；

图3为本发明一实施例中切割开始时的示意图；

图4为本发明一实施例中切割过程中的示意图；

图5为本发明一实施例中切割结束时的示意图；

图6为本发明一实施例中切割放射性固体废物整个处理流程的示意图。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

图1为本发明一实施例提供的一种核工业用切割放射性固体废物的控制方法的步骤流程图，该控制方法用于在屏蔽空间内对厚壁管进行切割，如图1所示，包括以下步骤：

如图1所示，在步骤S1中，将切割放射性固体废物固定在支撑架的预定位置并夹紧；

如图1所示，在步骤S2中，启动径向进给装置，控制卡盘上间隔设置的多个刀具沿着径向方向向卡盘中心移动；

如图1所示，在步骤S3中，当检测到刀具的径向进给量达到第一预设要求时，以预设的旋转速度启动旋转装置，控制多个刀具以厚壁管为中心开始旋转，所述径向进给装置和所述旋转装置同时工作，对切割放射性固体废物进行挤压切割；

如图1所示，在步骤S4中，当检测到刀具的径向进给量达到第二预设要求时，所述径向进给装置和所述旋转装置停止工作。

基于上述步骤，与传统切割中控制厚壁管等工件进行旋转进行切割的方式不同，该方法无需作业人员进入屏蔽空间对大尺寸的放射性固体废物进行自动化切割，切割放射性固体废物过程中通过将厚壁管固定且夹紧，径向进给装置和旋转装置同时启动，多个刀具同时旋转，采用自动化控制的方式控制多个刀具围绕厚壁管同时进行挤压切割，满足核工业中无切屑飞溅的要求。

本实施例中的放射性固体废物为厚壁管，以下以应用在核工业领域中的高强度钢管为例进行说明，厚壁管的抗拉强度为800MPa~1200Mpa，厚壁管的厚度为14~18mm，采用的多个刀具的数量为三个。图2为本发明一实施例中刀具安装结构的示意图，如图2所示，其中A为厚壁管，B1、B2和B3为三个刀具，安装在卡盘C上，且三个刀具之间均相隔120°，其中心与工件（厚壁管）的中心重合。刀具在卡盘上可以进行径向移动，来靠近或远离中间的厚壁管并在靠近过程中进行挤压切割。

以下结合一实施例对上述控制方法进行介绍：

在步骤S1中，将厚壁管固定在支撑架的预定位置并夹紧。

该步骤中需要使用导入装置、传动装置和夹紧装置在控制信号的控制下完成，在此之前需要先将厚壁管转运至屏蔽空间内进行表面清洗，经过清洗后再进行后续切割工艺，切割前通过导入装置将厚壁管转移到支撑架上，并通过传动装置用于控制切割过程中厚壁管的位移量。一旦在支撑架上将厚壁管放置后通过传动装置将其水平移动，使得待切割的位置穿过卡盘，当检测已到切割位置时夹紧装置对厚壁管进行夹紧固定，且在切割完成之前厚壁管不再旋转。

在本发明的一实施例中，由于每一次切割完成后通过传动装置将厚壁管向前移动一定位移量，以使待切割的位置正对刀具，因此该方法还包括：

对清洗后的整个厚壁管表面进行辐射剂量检测；

根据整个厚壁管表面的辐射剂量检测结果沿着厚壁管的轴向方向进行区段划分，得到区段划分结果；

按照区段划分结果确定位移量。

基于上述步骤，考虑到核工业废弃的厚壁管不同位置的辐射利量可能存在差异，本实施例在辐射剂量检测后根据辐射剂量检测结果对切割过程中进行区段划分，例如可以对应低、中、高辐射量进行区段划分，这样对大尺寸放射性固体废物切割后的每一个小尺寸的放射性固体废物就可以按照辐射剂量的不同直接进行分类装运和分类处理，相比较于不考虑辐射量因素只进行均匀长度的切割后的放射性固体废物管理方面更加清晰简洁。

在步骤S2中，启动径向进给装置，控制卡盘上间隔设置的多个刀具沿着径向方向向卡盘中心移动。

在本发明的一实施例中，步骤S2中启动径向进给装置之前，还包括：对安装在卡盘上的多个刀具进行校准，使得多个刀具的切割面处于同一平面，且该平面与厚壁管的轴向相垂直。通过对刀具的切割面进行校准，可以保证三个刀具同时向内对厚壁管进行挤压切割之后，始终保持在同一个平面进行切割，达到一把刀切割的平面效果，且三个刀具同时切割提高切割效率。

从结构方面，卡盘上设置有多个刀具，刀具的移动包括两个维度：一是沿着卡盘径向进行靠近中心或远离中心的方向移动，二是刀具随着卡盘的旋转移动。相应的，控制刀具的两个驱动为一个是径向进给装置，用于控制刀具径向进给量，一个是旋转装置，用于控制旋转速度。

厚壁管夹紧定位后，通过启动径向进给装置，控制卡盘上间隔设置的多个刀具沿着径向方向向卡盘中心移动，使得刀具在径向方向上从初始位置（一般距离卡盘中心较远的位置）移动到等待位置，该步骤中黄工径向进给装置以第一速度移动到等待位置，为了节省切割开始前的等待时间，这里的第一速度可以大于切割过程中径向进给装置的移动速度，以便尽快将刀具靠近到厚壁管上等待切割。

在步骤S3中，当检测到刀具的径向进给量达到第一预设要求时，以预设的旋转速度启动旋转装置，控制多个刀具以厚壁管为中心开始旋转，对厚壁管进行挤压切割，所述径向进给装置和所述旋转装置同时工作。

本发明一实施例中，步骤S3中所述第一预设要求为刀具的切入面到厚壁管外表面的距离小于临界值；或刀具的径向进给量达到预设值，满足第一预设要求就表示径向进给装置已经移动到等待位置，下一步便开始进行切割。另外，径向进给装置和旋转装置的控制参数（例如：旋转速度和切割过程中进给量）是通过扭矩和切割深度进行计算得到。

在不同的使用场景中，确定等待位置的方式或参考标准可以不同，可以就是第一预设要求可以是从间距角度考虑，无论针对厚壁管的外径为多大，都是通过检测刀具的位置（具体是切入面）到厚壁管外表面的距离不能小于临界值，如果小于该临界值，则开始启动旋转装置控制刀具开始围绕厚壁管进行挤压切割，例如通过检测刀具到厚壁管表面的距离来判断是否满足第一预设要求。

还可以是预先获取待切的厚壁管的外径大小，然后根据该外径大小计算第一次径向进给量的预设值，如果刀具从初始位置开始移动的距离达到预设值，也说明刀具到达等位位置，这种方式通过检测径向进给装置的移动距离判断是否满足第一预设要求。

本发明一实施例中，即便使用三个刀具同时对厚壁管进行挤压切割，但是在使用超过一定时间或一定次数后刀具还是需要进行及时更换，本发明在步骤S3切割过程中还需要通过对刀具寿命进行检测，进而及时发出换到提醒信息，避免刀具超过使用寿命而影响切割效果和切割效率。

本发明一实施例中，检测刀具寿命的方式可以为：

通过对驱动径向进给装置的电机扭矩进行检测得到扭矩信息，如果扭矩信息超过预设值则发出换刀提醒。

本发明一实施例中，检测刀具寿命的方式还可以为：

通过在预设时间段对驱动径向进给装置的电机扭矩进行记录得到图谱，当图谱中的波峰连续3次超过预设最大值则发出换刀提醒。本发明一实施例中，该骤S3中在刀具切割过程中为了保证切割效果，需要根据厚壁管的外周截面形状对刀具从厚壁管的哪个位置为开始点进行切割，具体包括：

如果厚壁管的外周截面为圆形，则按照预设要求直接进行挤压切割；

如果厚壁管的外周截面为多边形，则判断刀具是否与厚壁管的棱对应，如果对应则按照预设要求直接进行挤压切割；如果不对应，则控制刀具进行旋转，直到刀具对应厚壁管的棱再开始挤压切割。

针对不同形状，可以采用获取外周截面形状（如通过在控制界面进行选择或输入的方式）后自动按照与外周截面形状对应的预设切割程序控制刀具进行切割；还可以是在正式切割程序之前设置试切割程序，从等待位置开始启动试切割程序，这个过程中进给量和旋转速度相较于正式切割都相对较小，然后根据试切割过程中反馈的扭矩的周期性和连续性进行判断，如果反馈的扭矩一直不变，说明被切割的厚壁管外周截面为圆形，反之，如果反馈的扭矩呈现周期性变化，说明被切割的厚壁管外周截面为多边形（如六边形等）。确定形状后再按照上述方式启动正式切割，如果是圆形则直接切割，如果是多边形，则从多边形的棱开始切割。

为了满足外周截面为不同形状的切割放射性固体废物需求，可以设置针对不同形状从不同的位置作为开始点进行切割，如果为圆形则从任一角度开始切割的效果都是相同，而对于有棱的多边形在切割过程中，从棱的位置作为开始点进行切割，如果刀具没有恰好对应厚壁管的棱，则需要对切割刀具适当的进行旋转使其对应厚壁管的棱，然后再开始切割，这样可以避免因刀具起始位置错误，造成刀具初始切割量过大直接崩刀的问题。

图3-图5为本发明一实施例中以外周截面为六边形的切割放射性固体废物过程为例，图3为本发明一实施例中切割开始时的示意图，图4为本发明一实施例中切割过程中的示意图，图5为本发明一实施例中切割结束时的示意图。

另外，切割过程中避免由于持续切割造成刀具温度过高，进而影响切割效果以及切割安全等，还需要对刀具进行降温。因此该方法还包括对刀具温度进行检测，如果温度超过预设值则对刀具进行降温，然后再返回继续进行切割；或者预先设置刀具切割固定时长后自动对刀具进行降温。降温的方式可以是对温度过高的刀具进行空气冷却，或者将刀具放置到预设的散热槽内进行冷却；或者对刀具采用特殊结构设计进行冷却。

在步骤S4中，当检测到刀具的径向进给量达到第二预设要求时，所述径向进给装置和所述旋转装置停止工作。

本发明一实施例中，所述第二预设要求为切割过程中反馈的电机扭矩减小的幅度超过预设幅度。

步骤S4的主要作用是判断何时切割完成，1）可以通过切刀直径、厚壁管的厚度以及厚壁管的外径等因素计算切割厚度，进而确定切刀径向进给量，一旦达到该进给量则切割停止，切割完；2）可以通过检测电机反馈的扭矩是否突变来判断是否停止。当1）和2）同时满足时即表示切割完成，若其中一项满足则会警告，说明并未切割完全，需要继续切割。停止动作后，由人工确认后，系统自动退回安全位置。

传统技术中一把刀切割时需要工件旋转一周才进给一次进行切割，但是本发明中三个刀具同时向工件进行挤压切割，每个刀具参与切割的时间短，可以提高刀具的寿命。

需要说明的是，本发明中刀具的数量不限定为3个，在实际使用中，结合切割具体情形还可以选择2个或4个。例如，如果厚壁管的外周截面为正方形，可以采用两个刀具或4个刀具进行挤压切割。

由于本实施例中的厚壁管应用在核工业中，因此可选用的材料为钢材或硬塑合金。

图6为本发明一实施例中切割放射性固体废物整个处理流程的示意图，图6所示，包括以下步骤：

S601、通过厚壁管吊篮将其转运至屏蔽空间内；

S602、将厚壁管放入格架，并进行清洗，以满足核工业使用要求；

S603、将厚壁管放入导入装置，并放置指定位置；

S604、夹紧系统进行自动夹紧；

S605、切割系统进行自动切割；

S606、切割完成后夹紧系统松开；

S607、转运短段材料至放料桶；

S608、转出屏蔽空间。

综上所述，采用本发明实施例提供的技术方案，在切割过程中通过将厚壁管固定且夹紧，径向进给装置和旋转装置同时启动，多个刀具同时旋转，采用自动化控制的方式控制多个刀具围绕厚壁管同时进行挤压切割，满足核工业中无切屑飞溅的要求，提高切割效率，保证切割效果。

描述于本发明实施例中所涉及到的单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现，所描述的单元也可以设置在处理器中。其中，这些单元的名称在某种情况下并不构成对该单元本身的限定。

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本发明的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本发明实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质（可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等）中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备（可以是个人计算机、服务器、触控终端、或者网络设备等）执行根据本发明实施方式的方法。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种核工业用切割放射性固体废物的控制方法，其特征在于，用于在屏蔽空间内对放射性固体废物进行切割，该控制方法包括：

S1、将放射性固体废物固定在支撑架的预定位置并夹紧；

S2、启动径向进给装置，控制卡盘上间隔设置的多个刀具沿着径向方向向卡盘中心移动；

S3、当检测到刀具的径向进给量达到第一预设要求时，以预设的旋转速度启动旋转装置，控制多个刀具以放射性固体废物为中心开始旋转，所述径向进给装置和所述旋转装置同时工作，对放射性固体废物进行挤压切割；

S4、当检测到刀具的径向进给量达到第二预设要求时，所述径向进给装置和所述旋转装置停止工作。

2.如权利要求1所述的核工业用切割放射性固体废物的控制方法，其特征在于，所述放射性固体废物为厚壁管，步骤S1包括：

将厚壁管转运至屏蔽空间内进行表面清洗；

通过导入装置将厚壁管转移到支撑架上，并通过传动装置用于控制切割过程中厚壁管的位移量。

3.如权利要求2所述的核工业用切割放射性固体废物的控制方法，其特征在于，所述传动装置控制厚壁管的位移量时还包括：

对清洗后的整个厚壁管表面进行辐射剂量检测；

根据整个厚壁管表面的辐射剂量检测结果沿着厚壁管的轴向方向进行区段划分，得到区段划分结果；

按照区段划分结果确定位移量。

4.如权利要求1所述的核工业用切割放射性固体废物的控制方法，其特征在于，所述多个刀具的数量为三个，步骤S2启动径向进给装置之前，还包括：

对安装在卡盘上的多个刀具进行校准，使得多个刀具的切割面处于同一平面，且该平面与厚壁管的轴向相垂直。

5.如权利要求2所述的核工业用切割放射性固体废物的控制方法，其特征在于，步骤S3中所述第一预设要求为刀具的切入面到厚壁管外表面的距离小于临界值；或刀具的径向进给量达到预设值。

6.如权利要求1所述的核工业用切割放射性固体废物的控制方法，其特征在于，步骤S3切割过程中，还包括：

通过对驱动径向进给装置的电机扭矩进行检测得到扭矩信息，如果扭矩信息超过预设值则发出换刀提醒。

7.如权利要求1所述的核工业用切割放射性固体废物的控制方法，其特征在于，步骤S3切割过程中，还包括：

通过在预设时间段对驱动径向进给装置的电机扭矩进行记录得到图谱，当图谱中的波峰连续3次超过预设最大值则发出换刀提醒。

8.如权利要求2所述的核工业用切割放射性固体废物的控制方法，其特征在于，步骤S3中对厚壁管进行挤压切割时还包括：

如果厚壁管的外周截面为圆形，则按照预设要求直接进行挤压切割。

9.如权利要求2所述的核工业用切割放射性固体废物的控制方法，其特征在于，步骤S3中对厚壁管进行挤压切割时还包括：

如果厚壁管的外周截面为多边形，则判断刀具是否与厚壁管的棱对应，如果对应则按照预设要求直接进行挤压切割；如果不对应，则控制刀具进行旋转，直到刀具对应厚壁管的棱再开始挤压切割。

10.如权利要求1-9中任一项所述的核工业用切割放射性固体废物的控制方法，其特征在于，所述第二预设要求为切割过程中反馈的电机扭矩减小的幅度超过预设幅度。

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