1、焊接需求

使用涡流系统评估焊接质量的检查机器人

为了避免在储存地点重新包装，高放射性材料必须用密封的316L不锈钢容器运输，该种容器通常采用焊接方式，以提供坚固和可预测的寿命密封。对于现场-现场的运输，集装箱通常装在许可运输的外包装或容器内。然而，在某些情况下，由于运输材料的性质，这些容器需要能够提供额外的密封层。同样的容器也用于现场搬运，并且在运输过程中需要防止碰撞。因此，在正常操作和事故条件下，它们能够保持结构完整性、临界安全几何结构，并最终保持安全壳，这一点非常重要。这些容器需要具有足够结构能力的焊接封盖，即使其受损，也能保持安全壳。当分包商质量生产水平比较稳定时，在初始容器制造过程中保证所需质量的焊缝相对简单。

然而，必须使用机械工艺远程执行最终闭合焊接(将盖子固定到容器主体上)。这说起来容易做起来难——问题是如何以可靠且经济高效的方式远程密封装有核材料的容器，以满足运输和长期储存的要求。这个过程需要大量的专业知识，而这些知识往往不是那么容易取得的。此外，当前可用于远程或机械化不锈钢焊接的设备，通常使用大型定制静态设备进行固定直径焊接，如果该设施是专门设计用于容纳该设备的新建设施，则只能在现场部署该设备，并且在需要焊接不同容器直径和各种焊接类型的情况下也是一个挑战。为了应对这一挑战，雅各布斯国际工程服务公司与焊接专家兰菲尔德有限公司(隶属于Envoy集团)共同开发了TANICS(TM)——自动化核辐照容器解决方案——一种用于核工业的自动化机器人焊接解决方案。

2、开发TANICS(TM)

雅各布斯和兰菲尔德在核容器焊接领域合作多年，决定共同开发一种现场可部署解决方案，该解决方案可灵活地焊接各种直径和焊接配置的容器。TANICS(TM)的设计以安全和质量保证为首要考虑，是一个完整的包装，能够为可扩展容器提供高完整性对接焊缝。自动化工业机器人很常见，尤其是在汽车行业，但它们不适合核应用，因为它们主要执行缝合焊接，而不是不锈钢放射性材料容器上所需的是闭合焊接。容器的焊接将在屏蔽区内进行，以保护操作员。这些区域是专门建造的，为操作人员提供屏蔽，使其免受燃料材料的影响，其潜在剂量摄取量可达每小时30西弗。

显示完成焊接的试件

焊接控制系统包含大量对辐射敏感的电子部件，焊接机器人放置于屏蔽区内。必须保护其免受过量辐射剂量的影响。这将通过三种方式实现：

大多数设备，如控制面板，将与操作人员一起位于屏蔽区外;

机器人将位于防护罩后面，直到需要焊接时为止;

在焊接操作期间，容器将尽可能地被屏蔽(使焊接区域不被屏蔽)，以进一步保护机器人。

雅各布斯屏蔽专家使用专业软件和雅各布斯实验室的辐射暴露实验也分析和证明了这些设计性能。焊缝检测机器人配备了摄像头和涡流检测系统，因此操作员可以从不同角度查看整个焊缝，以评估焊缝轮廓。质量控制还以数据管理为基础，所有数据和通信都受到高级网络安全系统的保护。

3、焊接灵活性

使用TANICS(TM)系统进行焊接

TANICS(TM)可采用独特的系统进行全熔透对接焊接，该系统可置换装有单一进/出气瓶内的氧气。这降低了在核容器上使用常规吹扫技术时发生的根部焊缝氧化风险。因此，降低了故障和耗时又耗力的返工风险。该系统还允许检查员签署焊接检查，而无需亲自到场。这减少了前往现场和住宿的费用，并允许有效地进行核查，而无需等待个人亲自抵达。TANICS(TM)可以焊接各种容器直径，除了在垂直和水平方向上的角焊缝外，还可以进行全焊透和部分焊透对接焊缝。现有的机械化焊接系统(例如Orbital头)是固定直径的机器，能够实现单焊缝几何形状，例如对接焊缝。如果需要角焊缝或不同的直径，则必须购买更多的机器，从而增加成本。该系统包括几个功能，以在安装机器人时协助维护，包括位于屏蔽区内的研磨组件，以维护钨电极的轮廓;以及高达30米的焊丝容量，以完成所需数量的容器。目前，没有其他系统能够部署在客户现场，在高放射性环境中完成这项工作。

4、资格和使用规范

TANICS(TM)符合欧洲统一规范(BS EN ISO 15614-1)，并由独立的英国第三方机构与美国机械工程师协会(ASME)Ⅸ进行双重编码。鉴定过程采用了PD5500 1类验收标准和塞拉菲尔德1级建造标准。因此，TANICS(TM)是一种技术就绪水平(TRL)8技术。“使用TANICS(TM)生产的焊缝在英国和德国获得了独立认证，目前已得到塞拉菲尔德有限公司专家的认可。这表明该系统有潜力为核工业自动化焊接设定新的基准。” 兰菲尔德项目总监韦恩·格里菲斯(Wayne Griffiths)说道。该系统已得到塞拉菲尔德有限公司焊接主题专家的认可，能够部署到任何现场，以按照高验收标准可靠地密封核容器，因此该系统能够密封容器，以满足运输和100年贮存要求。

工程师在Jenga游戏中使用MASCOT机械手来磨练他们的技能(图源：IAEA)

随着核工业越来越需要使用定制容器运输和储存核燃料材料，TANICS(TM)比现有解决方案具有许多优势，包括其可重复性、灵活性和效率，并且适合运输和长期储存。同样重要的是，这是一种安全、有效和高效的方法，可实现所需的焊接质量，并避免操作员受到伤害。这项创新旨在满足英国核退役任务的要求，有可能出口到其他核市场，支持英国核部门协议的出口和就业目标。塞拉菲尔德有限公司技术经理David Campbell总结道：“这是一个激动人心的发展，可以远程部署高完整性焊接工艺，并对其进行调整，以适应各种容器密封活动，几乎可以归类为现成焊接。”