CZ包殼管TI G焊縫X射線檢測(cè)工藝研究

陳兵兵，盛國福，高明月，姚俊，唐順安

（中廣核鈾業(yè)發(fā)展有限公司，廣東 陽江529500）

1 包殼管X射線檢測(cè)特點(diǎn)

燃料棒的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其主要由包殼管和端塞等部件通過焊接封堵后組成，其中，包殼管一般為直徑9.5mm、壁厚0.57mm的鋯合金薄壁管。與傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域的小徑薄壁管焊縫射線檢測(cè)不同，包殼管焊縫射線檢測(cè)具有以下特點(diǎn)：

1）包殼管雖然為小徑薄壁管，但端塞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使得實(shí)際包殼管焊接結(jié)合區(qū)在下端塞處形成實(shí)心結(jié)構(gòu)，而上端塞處則因φ3mm的充氦孔形成厚壁管結(jié)構(gòu)。

2）包殼管與端塞的環(huán)縫有效結(jié)合面深度為0.5～0.6mm，焊縫寬度為2～2.5mm。燃料棒焊縫一般規(guī)定不能出現(xiàn)0.25mm的氣孔，不得存在未熔合以及未焊透，檢測(cè)靈敏度要求在2.5%以內(nèi)，檢測(cè)難度較大。

3）為保證底片的成像質(zhì)量，包殼管焊縫均采用全補(bǔ)償?shù)姆绞剑哭D(zhuǎn)管120°進(jìn)行1次透照，通過3張底片綜合評(píng)價(jià)焊縫質(zhì)量。

圖1 燃料棒結(jié)構(gòu)示意圖

2 射線檢測(cè)參數(shù)確定

2.1 常設(shè)參數(shù)

影響射線照相影像質(zhì)量的因素眾多，包括線質(zhì)、膠片類型、顯影條件、底片黑度、焦點(diǎn)尺寸、焦點(diǎn)至工件表面的距離、工件表面至膠片距離、曝光量等因素。為保證滿足技術(shù)條件要求的底片黑度1.5≤D≤3.5，同時(shí)，階梯孔型象質(zhì)計(jì)φ0.32mm孔清晰成像，因此，對(duì)相關(guān)特性參數(shù)進(jìn)行規(guī)定，具體如表1所示，該試驗(yàn)只討論管電壓和曝光量對(duì)底片成像質(zhì)量的影響[1]。

2.2 透照試驗(yàn)

按照?qǐng)D2所示布置包殼管環(huán)縫透照試驗(yàn)，2片象質(zhì)計(jì)分別布置在補(bǔ)償塊兩端。透照試驗(yàn)采用丹東華日理學(xué)電氣制造的HS-XYD-320射線檢測(cè)裝置，設(shè)備關(guān)鍵特性如下：（1）射線管型號(hào)：MXR-320HP/11，最大管電壓320kV，最大功率1 800W；（2）象質(zhì)計(jì)：Zr-4材質(zhì)階梯孔型象質(zhì)計(jì)，孔徑分別為0.25mm、0.32mm、0.40mm，檢定有效；（3）補(bǔ)償塊：Zr-4材質(zhì)，厚度12mm，加工有25個(gè)補(bǔ)償孔。

表1 射線檢測(cè)參數(shù)特性表

圖2 透照布置圖

按照表2參數(shù)完成透照試驗(yàn)，選擇compact自動(dòng)洗片機(jī)沖洗底片，并對(duì)底片黑度、象質(zhì)計(jì)靈敏度進(jìn)行測(cè)定和記錄。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)表2中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以明顯看出管電壓和曝光量均對(duì)底片質(zhì)量有顯著影響：（1）增加管電壓和曝光量都可以增加底片黑度，相應(yīng)地提高象質(zhì)計(jì)靈敏度；（2）當(dāng)管電壓低于220kV時(shí)，在試驗(yàn)設(shè)定的曝光量參數(shù)下，底片黑度幾乎都低于D值下限1.5，不滿足技術(shù)條件要求；（3）在280kV的高電壓下，所有底片的象質(zhì)計(jì)靈敏度均較高，但黑度偏大，容易超出規(guī)定的D值上限3.5；（4）結(jié)合底片黑度和靈敏度的要求，認(rèn)為管電壓為240～260kV，曝光量設(shè)置為25～30mA·min是合適的參數(shù)范圍。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

選擇確定的參數(shù)范圍中值：管電壓為250kV，曝光量為27mA·min進(jìn)行透照驗(yàn)證，測(cè)定底片黑度2.54，φ0.25mm孔可見，均符合技術(shù)條件要求。

表2 透照試驗(yàn)參數(shù)表

觀察底片，部分焊縫位置有點(diǎn)狀陰影出現(xiàn)，對(duì)有黑色影點(diǎn)的包殼管環(huán)縫進(jìn)行金相層析，層析間隔厚度選擇0.1mm。層析過程未觀察到明顯氣孔的產(chǎn)生，結(jié)果顯示，點(diǎn)狀陰影均為氣脹導(dǎo)致的壁厚減薄造成，最大減薄厚度值基本維持在0.04～0.06mm。表明該參數(shù)能夠有效地檢測(cè)出缺陷。

4 結(jié)語

利用試驗(yàn)中心配置的X射線檢測(cè)裝置開展了針對(duì)包殼管環(huán)縫的透照試驗(yàn)和結(jié)果分析，結(jié)論如下：

1）綜合技術(shù)條件中對(duì)底片黑度和象質(zhì)計(jì)靈敏度的要求，確定合理的透照參數(shù)范圍為管電壓240～260kV，曝光量25～30mA·min。

2）選定中值參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，設(shè)備有效地檢測(cè)出尺寸約為0.05mm的氣脹，表明在上述參數(shù)范圍下，X射線對(duì)氣脹缺陷具有較強(qiáng)的缺陷檢出能力，能夠滿足實(shí)際的使用要求。