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乏燃料储藏池水下TIG焊接修复技术的发展
摘要：一种水下TIG焊接过程的核心技术已经成熟，并且一套焊接设备已经制成投入到维修Rokkasho再生工厂的乏燃料储藏池。利用基础实验来探究干燥区域和焊接区域的条件，通过使用已经成熟的系统来进行仿真实验，同时检验这套系统的适应性。为了选择一种去水方法来保证不同位置的零件可以在水下修复，研发并制造出两套不同的焊接系统，一种是腔类型的，一种是隔离类型的。在基本实验的基础上阐述了干燥区域的形成条件以及高可靠性焊接参数的范围。由此才能建立一个合适的焊接过程。使用腔类型和隔离类型系统来模拟真实的测试环境，以此来检验水下TIG焊接系统的实际使用情况。因此，水下TIG可以获得和通常空气环境下TIG焊接一下的可靠性，同时可以实现远距离操控。修补板料中角焊缝的可靠性可以通过扩张视觉测试进行远距离检验。 关键词：乏燃料储藏池；水下TIG焊接；修补板料焊接；焊接系统
1. 绪论
为了确保可以保存池里的水以及安全的回收核电站用过的燃料，因此把再生工厂的乏燃料储藏池、相关的维修区以及水管用不锈钢连在一起。这套连接件用焊接方法连接，日本的第一座工业后处理工厂Rokkasho的这套焊接线长达13千米。
正在对这些连接件进行的维护和修理工作对现有技术和装备的提升提出了更高的要求以实现在水下进行焊接，这样就可以池里的水可以保留并且乏燃料可以安全的储存。
水下焊接主要有两种方法：直接手工焊接，例如一名潜水员用焊接装置施焊或者利用焊接机器人定位到需要修复的区域。对一名潜水员来说带着焊接装备在再生工厂的乏燃料储藏池中直接进行手工焊接是件很困难的事，因为储藏池中会有放射性。因此，储藏池的焊接首选自动焊接。
本文描述了乏燃料储藏池高可靠性修复技术的发展和Rokkasho再生工厂的维修区以及开发并把设备投入到实际使用中。
水下焊接可以分为湿法和干法两种。在干法焊接中，需要修复的部分被腔或者机械屏障覆盖，水被排出，焊接过程在气体中展开，因此焊接质量非常可靠。湿法焊接换句话说就是，需要焊接修复的部分依旧在水环境中，自动化技术很难
使用。原本这类薄板连接件的远程水下焊接技术是激光和TIG焊接，但是适合于乏燃料储存池的远距离自动焊接装备还没有发明并投入使用。基于这样的原因，才开始展开关于水下干法的激光和TIG焊接的研究。
激光焊接技术可以在表面以低的热水量进行精确地修复，但是试想一下，修复过程中，焊接端和另一端的压力不同，很快已焊金属会从管线的开口处溢出的问题将变得明显，显而易见使激光焊接不适用。
因此，一种在和管线同种材料的修复板料上发展起来的技术被运用到管线中，并且水下干法TIG焊用来焊接修复板料的头部。两种焊接过程的发展使得可以根据空间约束来确定修复处的焊接方法。水下干法TIG焊具有这样的优势，即可以确保由于需要把管线焊接到修复板料上而造成的间隙的精度，这也给了现有焊接机器相当大的自由。
在此，为了确保水下干法TIG焊接技术可以实际运用到乏燃料储存池和Rokkashod的再生工厂的修复中，我们阐述了一种新型的技术和设备系统以及目前的研究成果，利用仿真设备进行综合模拟实验，对残余气体进行检查，焊接情况必须高度可靠。
2. 一种水下TIG干法焊接技术和设备系统的发展
2.1开发历程
下面将从四个方面来描述水下干法TIG焊接技术的发展。本文描述了一种实验方法和结果，重点放在(3)基础测试和（4）模拟实际情况的测试过程。 （1） 模块化技术的发展
使用一种模型进行气相残留的机理以及其产品和设备规格的测试。 （2） 设备的设计和制造
制造气相环境的机械装置已经制成并投入基础测试用使用，下文将叙述仿真测试的程序。现有两种技术，一种是腔类型的，它包含了所有的设备，TIG焊机、填充焊丝以及修复板料都被装在一个像笼子的腔中，气体填满腔制造出气氛的空间，TIG焊就在这种环境中进行；另一种是分开方式，只有焊接部位，TIG电弧以及填充焊丝被隔离在一个小的空间里，气体冲入使得使得头部在气氛中，这样TIG焊接过程可以在气体环境中展开。 （3） 基础测试
通过提高所供应气体的质量，测试寻找储存气体的条件；焊接环境的测试是通过计算热输入以及焊丝的供应量，所有的测试结果都被用来设定一个最佳的环境。焊接环境的验证，把修复板料的厚度、修复板料和管线的间隙、工作地点作为参量已确保最佳环境让焊接获得成功，并且建立一个实际操作的环境。通过拉力测试，表面弯曲测试以及背弯测试来评估焊接接头的可靠性。 （4） 在仿真环境中测试程序
通过把设备安装在工作区域并进行一系列的测试来全面的了解这个模块化系统，测试包括焊接和检查。测试包括一系列检查方法，包括用来确保间隙可控极限和焊接质量的检查，利用扩大的视觉检查和气泡检查来确保焊接质量，以及在失去电源或者其他紧急情况下的保证焊接质量的方法。检查和确保所有模块正常工作的方法就是这么确立的。 2.2使用场所和大体描述
图1展示了一种水下干法TIG焊的应用，用简化图来表示Rokkasho再生工厂的乏燃料池。乏燃料池大约11m宽，27m长，水深大约12m，带一个内部为不锈钢的管线达到4-6mm厚。乏燃料储备箱被安装在池内，冷却水供应管安装在内衬墙上来冷却池里的水。两种方法的选用取决于被修复区域的受限制程度：空腔方法进行水下干法TIG焊接用在墙壁、地板以及角焊缝；隔离的方法适用于更加受限制的区域，例如冷却水管和连接件的焊接。图2展示了两种过程。
图1 水下干法TIG焊接的应用对象（最大水深12米）
图2 水下TIG焊接设备原理图
2.3设备总结 2.3.1空腔方法
图3是一个简单的图解以及角焊缝所用的水下干法TIG焊接空腔。这个笼子形状的空腔大约为800*350*300mm，空腔的一部分在连接件处开了一个口。在空腔和管线连接处的表面开口的附近粘贴海绵，确保能粘连到连接板面上。下水管安装在空腔的底部，因此水可以从下水管和开口处排出，当气体进入时空腔就变成一个气室。