試論核用鋯合金管材的超聲波檢測(cè)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(chǎn)物出現(xiàn)外溢，從核用鋯合金投入應(yīng)用至今，為我國(guó)核行業(yè)貢獻(xiàn)了十分重要的基礎(chǔ)力量。但為了進(jìn)一步確保核用鋯合金管材的質(zhì)量水平，在對(duì)鋯合金管材進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)的過(guò)程中，需要對(duì)尺寸規(guī)格進(jìn)行嚴(yán)格的檢測(cè)。超聲波作為十分有效的檢測(cè)方式，可以有效減少管材組建破損所帶來(lái)的損失，進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量。本文為了對(duì)超聲波檢測(cè)方式進(jìn)行深入分析和了解，現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行了針對(duì)性的方法研究。

關(guān)鍵詞：核用鋯合金;鋯合金管材;超聲波檢測(cè)

1.檢測(cè)原理分析

超聲波檢測(cè)作為核用鋯合金管材中較為常見(jiàn)的檢測(cè)方式之一，其有著較為全面和有著的檢測(cè)特點(diǎn)，并在行業(yè)中得到了較為廣泛的應(yīng)用。而隨著科學(xué)技術(shù)生產(chǎn)力的不斷發(fā)展和革新，對(duì)超聲波檢測(cè)方式的原理進(jìn)行優(yōu)化，也成為了行業(yè)中十分重要的內(nèi)容之一。因此，在對(duì)管材缺陷進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程中，由于現(xiàn)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(chǎn)生發(fā)散，選用超聲波水浸的方式進(jìn)行聚焦檢測(cè)。而為了進(jìn)一步提高檢測(cè)的靈敏度，通常將管材中的折射角調(diào)整為45°，入射角為27°。為了確保探頭聚焦點(diǎn)的性能的一致性，在管材尺寸的測(cè)量中，需要確保探頭在管材的中心軸線(xiàn)上，并在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，管線(xiàn)在直線(xiàn)前進(jìn)的過(guò)程中，探頭可以圍繞著鋯合金管材進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)，超聲波在管壁中形成的聲波在反射的過(guò)程中形成回波，繼而計(jì)算實(shí)際的水距值和實(shí)際的管壁厚度[1]。具體如下圖所示：

但在實(shí)際檢測(cè)中還會(huì)遇到以下問(wèn)題需解決。首先，聲速在水中存在著溫度補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題。簡(jiǎn)言之，超聲波在水中會(huì)受到水溫的影響，繼而干擾管材內(nèi)外徑的計(jì)算。為了改善這一情況，則可以通過(guò)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(duì)所加工的管材進(jìn)行工藝條件的對(duì)比，在對(duì)所用儀器精準(zhǔn)校對(duì)后，大幅度減少聲速對(duì)材料所產(chǎn)生的影響。在上述影響因素確定后，在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，通過(guò)離心力作用的助力，會(huì)發(fā)現(xiàn)兩個(gè)探頭之間會(huì)出現(xiàn)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(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)[2]。

2.檢測(cè)工藝分析

為了提高檢測(cè)探頭的靈敏度和提高聲束的指向性，在對(duì)直徑較小的鋯合金管材壁管采用水浸的聚焦檢測(cè)方式。即探頭的焦距應(yīng)與水程距離相同，并確保聲波在管壁內(nèi)反射的過(guò)程中可以避免受到一定的干擾。而對(duì)尺寸進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程中，則需要對(duì)焦柱的寬度進(jìn)行進(jìn)一步的減少，來(lái)提高聲束能量，從兩方面提高檢測(cè)能力和對(duì)缺陷的檢測(cè)能力。在檢測(cè)工藝中具有以下幾個(gè)工藝參數(shù)需要注意：首先，是對(duì)管材和儀器的重復(fù)頻率、前進(jìn)速度以及探頭的旋轉(zhuǎn)速度等進(jìn)行可靠性的檢驗(yàn)，確保掃查區(qū)域可以達(dá)到100%的覆蓋。

3.檢測(cè)狀態(tài)的分析評(píng)價(jià)

在對(duì)鋯合金管材狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程中，首先需要對(duì)管材缺陷的狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)，即系統(tǒng)對(duì)樣管內(nèi)外壁所刻制的U型缺陷等進(jìn)行回?fù)苄盘?hào)幅度的檢測(cè)，確保其活剝信號(hào)幅度可以達(dá)到最為接近的狀態(tài)。在對(duì)鋯合金管材進(jìn)行狀態(tài)檢測(cè)完畢后，保持每次2小時(shí)且連續(xù)5次的缺陷標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)。并確?？梢詫?duì)人工缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確的保障和顯示，否則，則應(yīng)對(duì)其重新的儀器調(diào)試，并對(duì)接受測(cè)試的缺陷樣管進(jìn)行全部重新檢驗(yàn)，從根本保障檢驗(yàn)狀態(tài)的良好的科學(xué)。在以上檢測(cè)狀態(tài)結(jié)束后，要對(duì)管材尺寸的檢測(cè)狀態(tài)進(jìn)行進(jìn)一步的評(píng)價(jià)，并在檢測(cè)完畢后，進(jìn)行連續(xù)5次，每次間隔2小時(shí)的偏差測(cè)試，確?？梢詫?duì)核用鋯合金管材的檢測(cè)結(jié)果是最為科學(xué)的[4]。

4.檢測(cè)方法應(yīng)用效果分析

在按照上述相關(guān)檢測(cè)工藝和檢測(cè)參數(shù)的設(shè)置后，完成了大批量的鋯合金管材的檢測(cè)，其結(jié)果顯示，通過(guò)高速自動(dòng)化高速超聲波的檢測(cè)的方式，可以有效提高檢測(cè)結(jié)果。根據(jù)系統(tǒng)結(jié)果顯示，系統(tǒng)的每個(gè)旋轉(zhuǎn)界面都有一個(gè)最大值和最小值，將最大值和最小值進(jìn)行曲線(xiàn)連接，可以在鋯合金管材內(nèi)形成一個(gè)從頭至尾的檢測(cè)現(xiàn)，進(jìn)而更加直觀(guān)的了解和掌握鋯合金管材的尺寸變化路線(xiàn)等。不僅如此，在通過(guò)對(duì)超聲波檢測(cè)的過(guò)程中，可以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)鋯合金管材生產(chǎn)環(huán)節(jié)的監(jiān)督和控制，在通過(guò)相應(yīng)設(shè)備對(duì)鋯合金管材的縱向通道和尺寸通道的缺陷觀(guān)察中，可以發(fā)現(xiàn)其工藝在軋制過(guò)程中是否合理科學(xué)，并對(duì)鋯合金管材成品的拋光的品質(zhì)質(zhì)量情況進(jìn)行監(jiān)控，由此可見(jiàn)，此檢測(cè)方法有著較為良好的應(yīng)用效果，值得未來(lái)行業(yè)進(jìn)行廣泛的推廣和大范圍的使用[5]。

5.結(jié)語(yǔ)

鋯合金管材作為核反應(yīng)堆中的重要結(jié)構(gòu)性材料，常在核行業(yè)中有著舉足輕重的作用。而對(duì)核用鋯合金進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量水平核表面缺陷的檢測(cè)，是十分重要核必要的。本文通過(guò)超聲波等相應(yīng)的檢測(cè)方式，在對(duì)核用鋯合金管材橫向以及縱向缺陷的檢測(cè)的基礎(chǔ)上，不僅可以大范圍提高整個(gè)鋯合金檢驗(yàn)的的效率和水平，還可以確保產(chǎn)品質(zhì)量的提升，這也是未來(lái)核用鋯合金管材材料檢測(cè)的重要檢測(cè)方式方法之一。并對(duì)整個(gè)核行業(yè)的制造水平提升都有著不可估量的價(jià)值和作用。

參考文獻(xiàn)

[1] ?李恒羽，張軍，許妍. 鋯管尺寸超聲波測(cè)量系統(tǒng)的重復(fù)性和再現(xiàn)性分析[J]. 無(wú)損檢測(cè)，2015，37（2）.

[2] ?李恒羽. 鋯合金管材超聲波檢測(cè)置信區(qū)間評(píng)估分析[J]. 無(wú)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(guó)核學(xué)會(huì)2017年學(xué)術(shù)年會(huì).

[4] ?任俊波，唐月明，許貴平. 鋯合金多層復(fù)合材料包殼厚度超聲掃描顯微檢測(cè)方法研究[J]. 核動(dòng)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(dòng)力工程，2016（3）：122-126.

作者簡(jiǎn)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(zhì)量無(wú)損檢測(cè)方面。