本發(fā)明具體涉及一種工件的切割方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、高放廢液大罐(即一種高放射性廢液存儲用容器)退役時(shí)需要進(jìn)行切割拆除處理，由于其罐體、管道等表面殘留放射性源項(xiàng)較高，導(dǎo)致大罐切割作業(yè)空間劑量率高，大罐拆除時(shí)只能采取遠(yuǎn)距離切割的方式。

2、而目前并不存在可借鑒的高放廢液大罐切割拆除的成熟經(jīng)驗(yàn)，常用的機(jī)械切割方式存在反作用力大、工具頭重量大、易損件更換頻繁等問題，難以適用于大罐的遠(yuǎn)距離拆除；激光、等離子切割等多用在數(shù)控機(jī)床或相對簡單的三維切割工況中，所切割對象的結(jié)構(gòu)相對簡單，切割距離需通過傳感器控制，因此也難以在空間有限的放射性環(huán)境中實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)工件切割。

3、并且，高放廢液大罐需切割的對象主要為管道、罐體、工字鋼等金屬結(jié)構(gòu)。其中工字鋼類工件固定在大罐的表面上，呈長條狀結(jié)構(gòu)，需將工字鋼類工件沿軸向逐段拆解，但由于工件自身的截面結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，再加上位置固定、四周空間狹窄等情況，此類工件無法采用常見的環(huán)繞式切割方式。

4、民用方案中對于此類結(jié)構(gòu)復(fù)雜、位置固定的情況通常會通過人工方式進(jìn)行單側(cè)切割，并不適用于此類高放射性劑量率場景，且單側(cè)切割能夠完成的切割深度有限，但工字鋼類工件截面的寬度和長度方向上均存在一定的待切割深度，故很難完成工字鋼類工件的切割，若要完成有效切割深度以外的切割，只能使切割頭多次往返切割，切割位置精度且切割縫隙質(zhì)量均難以滿足需求。

5、綜上所述，由于大罐內(nèi)工字鋼結(jié)構(gòu)復(fù)雜、空間狹窄，遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)有效切割過程的控制難度大，常見的激光切割系統(tǒng)在高放射性劑量率場景下較難使用，且由于位置固定無法采用環(huán)繞式切割，單側(cè)切割深度也有限，導(dǎo)致對工字鋼這類異型放射性結(jié)構(gòu)工件的遠(yuǎn)距離切割難度較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供一種工件的切割方法，該方法能夠有效降低工字鋼類異型工件的切割難度，實(shí)現(xiàn)空間有限、高放射性劑量率場景下的單側(cè)切割。本發(fā)明還提供一種工件的切割系統(tǒng)。

2、本發(fā)明提供一種工件的切割方法，用于高放廢液大罐上的工件切割，所述方法包括以下步驟：

3、s1，將工件按截面方向上的幾何特征劃分為多個(gè)部位；

4、s2，按根據(jù)工件各個(gè)部位的空間位置確定的設(shè)定切割順序，對工件的任一設(shè)定切斷位置處的各部位依次執(zhí)行切割分步，以完成該設(shè)定切斷位置的切割；

5、s3，對工件上的下一設(shè)定切斷位置處執(zhí)行步驟s2，重復(fù)步驟s3，直至完成工件整體的切割。

6、進(jìn)一步地，所述工件由多個(gè)厚度均勻的板狀結(jié)構(gòu)拼接形成整體，所述將工件按截面方向上的幾何特征劃分為多個(gè)部位，具體包括：將工件中各厚度均勻的板狀結(jié)構(gòu)分別劃分為各個(gè)部位；所述步驟s2中，均以板狀結(jié)構(gòu)的厚度方向作為切割朝向執(zhí)行各切割分步。

7、進(jìn)一步地，所述步驟s2中，工件中最后切割的板狀結(jié)構(gòu)的切割分步為條形切割，其余板狀結(jié)構(gòu)的切割分步為片狀切割，以使上一板狀結(jié)構(gòu)切割完成后形成的切除區(qū)域?yàn)楫?dāng)前板狀結(jié)構(gòu)的切割提供避讓空間。

8、進(jìn)一步地，所述切割分步包括：沿當(dāng)前板狀結(jié)構(gòu)表面上與工件軸向垂直的方向切割當(dāng)前板狀結(jié)構(gòu)，形成第一切縫；

9、沿工件軸向方向切割當(dāng)前板狀結(jié)構(gòu)和下一板狀結(jié)構(gòu)之間的銜接處，形成第二切縫；

10、沿當(dāng)前板狀結(jié)構(gòu)表面的設(shè)定走向切割，形成第三切縫；

11、所述條形切割通過第一切縫實(shí)現(xiàn)，所述片狀切割通過依次相銜接的第一切縫、第二切縫及第一切縫實(shí)現(xiàn)，或者所述片狀切割通過多條相銜接的第三切縫實(shí)現(xiàn)。

12、進(jìn)一步地，所述工件為工字鋼，所述將工件按截面方向上的幾何特征劃分為多個(gè)部位，具體包括：將工字鋼劃分為下翼板、腰板和上翼板；所述根據(jù)工件各個(gè)部位的空間位置確定的設(shè)定切割順序，具體包括：以工字鋼的下翼板至上翼板的方向作為設(shè)定切割順序；所述步驟s2具體包括：

13、s21，在對應(yīng)設(shè)定切斷位置的兩端處，以下翼板厚度方向作為切割朝向，以下翼板寬度方向作為切割走向，將下翼板切透，以形成兩條第一切縫；

14、s22，以腰板厚度方向作為切割朝向，以工件軸向方向作為切割走向，切割腰板上與下翼板之間的銜接處，形成銜接在兩條第一切縫之間的第二切縫，以將設(shè)定切斷位置處的下翼板切除；

15、s23，在切除下翼板后形成的切除區(qū)域內(nèi)，以腰板的厚度方向作為切割朝向，切除腰板上覆蓋腰板寬度方向的塊狀區(qū)域；

16、s24，在切除腰板后形成的切除區(qū)域內(nèi)，以上翼板厚度方向作為切割朝向，以上翼板寬度方向作為切割走向，將上翼板切透，以形成一條第一切縫，從而完成對工字鋼設(shè)定切斷位置的切割。

17、進(jìn)一步地，所述步驟s21中，以下翼板厚度方向作為切割朝向，以下翼板寬度方向作為切割走向，將下翼板切透，具體包括：將切割朝向調(diào)整偏轉(zhuǎn)至與下翼板表面的寬度方向呈銳角夾角；以切割朝向相對豎直線偏轉(zhuǎn)的相反側(cè)作為切割走向，沿下翼板寬度方向切割下翼板，以避讓第一切縫下方區(qū)域。

18、進(jìn)一步地，所述步驟s24中，以上翼板厚度方向作為切割朝向，以上翼板寬度方向作為切割走向，將上翼板切透，具體包括：將切割朝向調(diào)整偏轉(zhuǎn)至與上翼板表面的寬度方向呈銳角夾角；以切割朝向相對豎直線偏轉(zhuǎn)的相反側(cè)作為切割走向，沿上翼板寬度方向切割上翼板，以避讓第一切縫下方區(qū)域。

19、進(jìn)一步地，在步驟s2之前，所述方法還包括以下步驟：

20、s0，切除高放廢液大罐壁面上位于各工件之間的區(qū)域；

21、所述步驟s2中，工件上連接高放廢液大罐的部位以及高放廢液大罐壁面上與工件連接的區(qū)域由同一切割分步完成切割。

22、進(jìn)一步地，采用激光切割頭作為用于切割的切割頭，所述步驟s2中，在每次執(zhí)行切割分步前還包括間距判斷分步，所述間距判斷分步包括：

23、通過切割頭向工件的待切割表面發(fā)射激光光束；

24、向待切割表面發(fā)射與激光光束存在銳角夾角的輔助光束；

25、獲取激光光束和輔助光束在待切割表面上形成的光斑的相對位置；

26、根據(jù)相對位置判斷切割頭與待切割表面之間的間距是否滿足切割要求，并在判定滿足切割要求時(shí)執(zhí)行切割分步。

27、進(jìn)一步地，所述向待切割表面發(fā)射與激光光束存在銳角夾角的輔助光束，具體包括：從切割頭同一側(cè)發(fā)射第一光束和第二光束，且第二光束起點(diǎn)較第一光束起點(diǎn)靠近切割頭，第二光束和第一光束均向激光光束方向偏轉(zhuǎn)，第二光束與激光光束之間的銳角夾角大于第一光束與激光光束之間的銳角夾角；

28、所述根據(jù)相對位置判斷切割頭與待切割表面之間的間距是否滿足切割要求，并在判定滿足切割要求時(shí)執(zhí)行切割分步，具體包括：當(dāng)激光光束在待切割表面上形成的光斑處于第一光束和第二光束分別在待切割表面上形成的光斑之間時(shí)，判定切割頭與工件待切割表面之間的間距滿足切割要求，執(zhí)行切割分步。

29、本發(fā)明還提供一種工件的切割系統(tǒng)，用于切割高放廢液大罐上的工件，所述切割系統(tǒng)包括切割頭、機(jī)械手和控制單元，待切割的工件連接在高放廢液大罐壁面外表面上，工件包括按截面方向上的幾何特征劃分的多個(gè)部位，所述機(jī)械手從高放廢液大罐壁面上的開孔中探入高放廢液大罐內(nèi)部，端部連接切割頭，所述控制單元電連接機(jī)械手和切割頭，用于以工件從連接高放廢液大罐壁面的一側(cè)至另一側(cè)的方向作為設(shè)定切割順序，控制機(jī)械手帶動切割頭沿設(shè)定切割走向移動，使切割頭對工件任一設(shè)定切斷位置處的各部位依次執(zhí)行切割，以完成設(shè)定切斷位置的切割，以及對工件上的其余設(shè)定切斷位置處依次執(zhí)行切割，直至完成工件整體的切割。

30、進(jìn)一步地，所述工件的各部位均呈厚度均勻的板狀結(jié)構(gòu)，所述控制單元還用于控制機(jī)械手調(diào)節(jié)切割頭以板狀結(jié)構(gòu)的厚度方向作為切割朝向執(zhí)行切割。

31、進(jìn)一步地，所述機(jī)械手的端部處設(shè)有導(dǎo)軌，所述切割頭滑動設(shè)置在導(dǎo)軌上，所述控制單元還用于控制機(jī)械手夾持導(dǎo)軌轉(zhuǎn)動，以使導(dǎo)軌走向與設(shè)定切割走向一致，從而使切割頭實(shí)現(xiàn)沿設(shè)定切割走向移動完成切割。

32、進(jìn)一步地，工件的切割系統(tǒng)還包括攝像裝置和輔助燈頭，所述切割頭為激光切割頭，切割頭和輔助燈頭分別用于向工件的待切割表面發(fā)射激光光束和輔助光束，所述輔助光束與激光光束存在銳角夾角，所述攝像裝置用于獲取激光光束和輔助光束在待切割表面上形成的光斑的相對位置圖像，所述控制單元與攝像裝置電連接，用于根據(jù)相對位置圖像判斷切割頭與待切割表面之間的間距是否滿足切割要求，并在判定滿足切割要求時(shí)控制切割頭執(zhí)行切割。

33、進(jìn)一步地，所述輔助燈頭包括第一燈頭和第二燈頭，第二燈頭和第一燈頭從近至遠(yuǎn)依次設(shè)置在切割頭的同一側(cè)，分別用于向待切割表面發(fā)射第二光束和第一光束，第二光束和第一光束均向激光光束方向偏轉(zhuǎn)，且第二光束與激光光束之間的銳角夾角大于第一光束與激光光束之間的銳角夾角，當(dāng)相對位置圖像中，激光光束在待切割表面上形成的光斑處于第一光束和第二光束分別在待切割表面上形成的光斑之間時(shí)，所述控制單元判定切割頭與工件待切割表面之間的間距滿足切割要求，控制切割頭執(zhí)行切割。

34、進(jìn)一步地，工件的切割系統(tǒng)還包括激光器、冷卻系統(tǒng)和供氣系統(tǒng)，所述激光器與切割頭通過光纖連接，用于為切割頭提供切割用激光，所述冷卻系統(tǒng)連接切割頭和激光器，用于為切割頭和激光器供冷降溫，所述供氣系統(tǒng)連接切割頭，用于提供高壓氣體吹離激光切割過程中切縫處產(chǎn)生的金屬熔融物。

35、本發(fā)明的工件的切割方法，在切割過程中對工件中按幾何特征劃分的各個(gè)部位依設(shè)定切割順序依次完成切割。

36、這種對工件分部位切割的方案將常規(guī)采用的單次切割分為多個(gè)切割分步依次執(zhí)行，能夠有效降低工件的切割難度，尤其是工字鋼這類由多個(gè)板件銜接形成的結(jié)構(gòu)，常規(guī)切割方式使得工件各方向上均存在一定待切割深度，沒有適宜的切割朝向，而本方法中由于各個(gè)部位具備不同的幾何特征，故可以針對幾何特征制定每一分步的切割朝向。因此即便無法采用環(huán)繞式切割，在面對空間有限的操作區(qū)域也能夠順利完成切割，適用于工件與大罐相連接情形下的單側(cè)切割。且正是由于切割難度降低，方法完全可以采用自動化設(shè)備實(shí)現(xiàn)，故可以用于高放射性劑量率場景下的遠(yuǎn)距離切割方案。