試論核用鋯合金管材的超聲波檢測方法研究

摘 ?要：核用鋯合金管材是核燃料中的重要包覆材料，可以有效的阻止核產物出現外溢，從核用鋯合金投入應用至今，為我國核行業貢獻了十分重要的基礎力量。但為了進一步確保核用鋯合金管材的質量水平，在對鋯合金管材進行質量檢測的過程中，需要對尺寸規格進行嚴格的檢測。超聲波作為十分有效的檢測方式，可以有效減少管材組建破損所帶來的損失，進一步提高產品質量。本文為了對超聲波檢測方式進行深入分析和了解，現對其進行了針對性的方法研究。

關鍵詞：核用鋯合金;鋯合金管材;超聲波檢測

1.檢測原理分析

超聲波檢測作為核用鋯合金管材中較為常見的檢測方式之一，其有著較為全面和有著的檢測特點，并在行業中得到了較為廣泛的應用。而隨著科學技術生產力的不斷發展和革新，對超聲波檢測方式的原理進行優化，也成為了行業中十分重要的內容之一。因此，在對管材缺陷進行檢測的過程中，由于現階段所使用的鋯合金管材的壁管較薄，且曲率大。因此，為了減少聲束在管壁中出產生發散，選用超聲波水浸的方式進行聚焦檢測。而為了進一步提高檢測的靈敏度，通常將管材中的折射角調整為45°，入射角為27°。為了確保探頭聚焦點的性能的一致性，在管材尺寸的測量中，需要確保探頭在管材的中心軸線上，并在實際測量過程中，管線在直線前進的過程中，探頭可以圍繞著鋯合金管材進行高速旋轉，超聲波在管壁中形成的聲波在反射的過程中形成回波，繼而計算實際的水距值和實際的管壁厚度[1]。具體如下圖所示：

但在實際檢測中還會遇到以下問題需解決。首先，聲速在水中存在著溫度補償的問題。簡言之，超聲波在水中會受到水溫的影響，繼而干擾管材內外徑的計算。為了改善這一情況，則可以通過組件控制的方式修正聲波在水中的傳播的速度。不僅如此，影響材料聲速的因素還有很多，可以對所加工的管材進行工藝條件的對比，在對所用儀器精準校對后，大幅度減少聲速對材料所產生的影響。在上述影響因素確定后，在實際檢測過程中，通過離心力作用的助力，會發現兩個探頭之間會出現一定的距離變化，因此，可以選用所知外徑尺寸的參考樣管，對儀器進行校準[2]。

2.檢測工藝分析

為了提高檢測探頭的靈敏度和提高聲束的指向性，在對直徑較小的鋯合金管材壁管采用水浸的聚焦檢測方式。即探頭的焦距應與水程距離相同，并確保聲波在管壁內反射的過程中可以避免受到一定的干擾。而對尺寸進行測量的過程中，則需要對焦柱的寬度進行進一步的減少，來提高聲束能量，從兩方面提高檢測能力和對缺陷的檢測能力。在檢測工藝中具有以下幾個工藝參數需要注意：首先，是對管材和儀器的重復頻率、前進速度以及探頭的旋轉速度等進行可靠性的檢驗，確保掃查區域可以達到100%的覆蓋。

3.檢測狀態的分析評價

在對鋯合金管材狀態進行檢測的過程中，首先需要對管材缺陷的狀態進行評價，即系統對樣管內外壁所刻制的U型缺陷等進行回撥信號幅度的檢測，確保其活剝信號幅度可以達到最為接近的狀態。在對鋯合金管材進行狀態檢測完畢后，保持每次2小時且連續5次的缺陷標準檢測。并確保可以對人工缺陷進行準確的保障和顯示，否則，則應對其重新的儀器調試，并對接受測試的缺陷樣管進行全部重新檢驗，從根本保障檢驗狀態的良好的科學。在以上檢測狀態結束后，要對管材尺寸的檢測狀態進行進一步的評價，并在檢測完畢后，進行連續5次，每次間隔2小時的偏差測試，確?？梢詫擞娩喓辖鸸懿牡臋z測結果是最為科學的[4]。

4.檢測方法應用效果分析

在按照上述相關檢測工藝和檢測參數的設置后，完成了大批量的鋯合金管材的檢測，其結果顯示，通過高速自動化高速超聲波的檢測的方式，可以有效提高檢測結果。根據系統結果顯示，系統的每個旋轉界面都有一個最大值和最小值，將最大值和最小值進行曲線連接，可以在鋯合金管材內形成一個從頭至尾的檢測現，進而更加直觀的了解和掌握鋯合金管材的尺寸變化路線等。不僅如此，在通過對超聲波檢測的過程中，可以有效實現對整個鋯合金管材生產環節的監督和控制，在通過相應設備對鋯合金管材的縱向通道和尺寸通道的缺陷觀察中，可以發現其工藝在軋制過程中是否合理科學，并對鋯合金管材成品的拋光的品質質量情況進行監控，由此可見，此檢測方法有著較為良好的應用效果，值得未來行業進行廣泛的推廣和大范圍的使用[5]。

5.結語

鋯合金管材作為核反應堆中的重要結構性材料，常在核行業中有著舉足輕重的作用。而對核用鋯合金進行產品質量水平核表面缺陷的檢測，是十分重要核必要的。本文通過超聲波等相應的檢測方式，在對核用鋯合金管材橫向以及縱向缺陷的檢測的基礎上，不僅可以大范圍提高整個鋯合金檢驗的的效率和水平，還可以確保產品質量的提升，這也是未來核用鋯合金管材材料檢測的重要檢測方式方法之一。并對整個核行業的制造水平提升都有著不可估量的價值和作用。

參考文獻

[1] ?李恒羽，張軍，許妍. 鋯管尺寸超聲波測量系統的重復性和再現性分析[J]. 無損檢測，2015，37（2）.

[2] ?李恒羽. 鋯合金管材超聲波檢測置信區間評估分析[J]. 無損探傷，2015，39（3）：38-40.

[3] ?歐江武，韓承，夏健文. 核用小直徑鋯合金棒材超聲探傷方式分析[C]// 中國核學會2017年學術年會.

[4] ?任俊波，唐月明，許貴平. 鋯合金多層復合材料包殼厚度超聲掃描顯微檢測方法研究[J]. 核動力工程，2016（4）：44-47.

[5] ?夏健文，韓承. 核燃料鋯合金包殼管的超聲波探傷[J]. 核動力工程，2016（3）：122-126.

作者簡介：周堯，男，1984.03.07，河南鞏義，本科，研究方向：鋯及鋯合金材料方面和質量無損檢測方面。