核廢料的最終包裝，需要最終焊接以密封運輸容器。為確保這一過程安全、可靠且質量始終如一，促使開發了一種新的自動機械化方法。

1、焊接需求

使用渦流系統評估焊接質量的檢查機器人

為了避免在儲存地點重新包裝，高放射性材料必須用密封的316L不銹鋼容器運輸，該種容器通常采用焊接方式，以提供堅固和可預測的壽命密封。

對于現場-現場的運輸，集裝箱通常裝在許可運輸的外包裝或容器內。

然而，在某些情況下，由于運輸材料的性質，這些容器需要能夠提供額外的密封層。

同樣的容器也用于現場搬運，并且在運輸過程中需要防止碰撞。

因此，在正常操作和事故條件下，它們能夠保持結構完整性、臨界安全幾何結構，并最終保持安全殼，這一點非常重要。

這些容器需要具有足夠結構能力的焊接封蓋，即使其受損，也能保持安全殼。

當分包商質量生產水平比較穩定時，在初始容器制造過程中保證所需質量的焊縫相對簡單。

然而，必須使用機械工藝遠程執行最終閉合焊接(將蓋子固定到容器主體上)。這說起來容易做起來難——問題是如何以可靠且經濟高效的方式遠程密封裝有核材料的容器，以滿足運輸和長期儲存的要求。

這個過程需要大量的專業知識，而這些知識往往不是那么容易取得的。

此外，當前可用于遠程或機械化不銹鋼焊接的設備，通常使用大型定制靜態設備進行固定直徑焊接，如果該設施是專門設計用于容納該設備的新建設施，則只能在現場部署該設備，并且在需要焊接不同容器直徑和各種焊接類型的情況下也是一個挑戰。

為了應對這一挑戰，雅各布斯國際工程服務公司與焊接專家蘭菲爾德有限公司(隸屬于Envoy集團)共同開發了TANICS(TM)——自動化核輻照容器解決方案——一種用于核工業的自動化機器人焊接解決方案。

2、開發TANICS(TM)

雅各布斯和蘭菲爾德在核容器焊接領域合作多年，決定共同開發一種現場可部署解決方案，該解決方案可靈活地焊接各種直徑和焊接配置的容器。

TANICS(TM)的設計以安全和質量保證為首要考慮，是一個完整的包裝，能夠為可擴展容器提供高完整性對接焊縫。

自動化工業機器人很常見，尤其是在汽車行業，但它們不適合核應用，因為它們主要執行縫合焊接，而不是不銹鋼放射性材料容器上所需的是閉合焊接。

容器的焊接將在屏蔽區內進行，以保護操作員。這些區域是專門建造的，為操作人員提供屏蔽，使其免受燃料材料的影響，其潛在劑量攝取量可達每小時30西弗。

顯示完成焊接的試件

焊接控制系統包含大量對輻射敏感的電子部件，焊接機器人放置于屏蔽區內。必須保護其免受過量輻射劑量的影響。

這將通過三種方式實現：

大多數設備，如控制面板，將與操作人員一起位于屏蔽區外;

機器人將位于防護罩后面，直到需要焊接時為止;

在焊接操作期間，容器將盡可能地被屏蔽(使焊接區域不被屏蔽)，以進一步保護機器人。

雅各布斯屏蔽專家使用專業軟件和雅各布斯實驗室的輻射暴露實驗也分析和證明了這些設計性能。

焊縫檢測機器人配備了攝像頭和渦流檢測系統，因此操作員可以從不同角度查看整個焊縫，以評估焊縫輪廓。質量控制還以數據管理為基礎，所有數據和通信都受到高級網絡安全系統的保護。

3、焊接靈活性

使用TANICS(TM)系統進行焊接

TANICS(TM)可采用獨特的系統進行全熔透對接焊接，該系統可置換裝有單一進/出氣瓶內的氧氣。這降低了在核容器上使用常規吹掃技術時發生的根部焊縫氧化風險。因此，降低了故障和耗時又耗力的返工風險。

該系統還允許檢查員簽署焊接檢查，而無需親自到場。這減少了前往現場和住宿的費用，并允許有效地進行核查，而無需等待個人親自抵達。

TANICS(TM)可以焊接各種容器直徑，除了在垂直和水平方向上的角焊縫外，還可以進行全焊透和部分焊透對接焊縫。

現有的機械化焊接系統(例如Orbital頭)是固定直徑的機器，能夠實現單焊縫幾何形狀，例如對接焊縫。如果需要角焊縫或不同的直徑，則必須購買更多的機器，從而增加成本。

該系統包括幾個功能，以在安裝機器人時協助維護，包括位于屏蔽區內的研磨組件，以維護鎢電極的輪廓;以及高達30米的焊絲容量，以完成所需數量的容器。

目前，沒有其他系統能夠部署在客戶現場，在高放射性環境中完成這項工作。

4、資格和使用規范

TANICS(TM)符合歐洲統一規范(BS EN ISO 15614-1)，并由獨立的英國第三方機構與美國機械工程師協會(ASME)Ⅸ進行雙重編碼。鑒定過程采用了PD5500 1類驗收標準和塞拉菲爾德1級建造標準。

因此，TANICS(TM)是一種技術就緒水平(TRL)8技術。

“使用TANICS(TM)生產的焊縫在英國和德國獲得了獨立認證，目前已得到塞拉菲爾德有限公司專家的認可。這表明該系統有潛力為核工業自動化焊接設定新的基準。” 蘭菲爾德項目總監韋恩·格里菲斯(Wayne Griffiths)說道。

該系統已得到塞拉菲爾德有限公司焊接主題專家的認可，能夠部署到任何現場，以按照高驗收標準可靠地密封核容器，因此該系統能夠密封容器，以滿足運輸和100年貯存要求。

工程師在Jenga游戲中使用MASCOT機械手來磨練他們的技能(圖源：IAEA)

隨著核工業越來越需要使用定制容器運輸和儲存核燃料材料，TANICS(TM)比現有解決方案具有許多優勢，包括其可重復性、靈活性和效率，并且適合運輸和長期儲存。

同樣重要的是，這是一種安全、有效和高效的方法，可實現所需的焊接質量，并避免操作員受到傷害。

這項創新旨在滿足英國核退役任務的要求，有可能出口到其他核市場，支持英國核部門協議的出口和就業目標。

塞拉菲爾德有限公司技術經理David Campbell總結道：“這是一個激動人心的發展，可以遠程部署高完整性焊接工藝，并對其進行調整，以適應各種容器密封活動，幾乎可以歸類為現成焊接。”