鋯材超聲缺陷類(lèi)型淺析

張新龍

【摘? 要】鋯因具有優(yōu)良的核性能，所以廣泛應(yīng)用于核電材料。超聲探傷是鋯材檢測(cè)方法之一。本文概述了鋯材中常見(jiàn)的裂紋、草狀顯示及劃傷缺陷的形貌，并提出一些改進(jìn)措施，為提高鋯材產(chǎn)品的質(zhì)量和控制提供了一定的經(jīng)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】鋯材;超聲檢驗(yàn);缺陷類(lèi)型;超聲圖譜

1 前言

鋯及鋯系列合金因具有優(yōu)異的核性能、室溫加工性能、在高溫高壓的水蒸氣中具有優(yōu)異的抗腐蝕性能和力學(xué)性能，所以廣泛應(yīng)用于核電材料。超聲探傷是鋯材常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方式之一。鋯材超聲探傷是利用超聲波在被檢測(cè)材料中傳播時(shí)，材料的聲學(xué)特性和內(nèi)部組織的變化對(duì)超聲波的傳播產(chǎn)生一定的影響，通過(guò)對(duì)超聲波受影響程度從而探測(cè)鋯材尺寸和表面缺陷的變化。本文總結(jié)了鋯合金超聲波探傷存在的缺陷及改進(jìn)措施，為提高鋯材的質(zhì)量和產(chǎn)品性能，提高核反應(yīng)堆安全和質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。

2 鋯合金缺陷類(lèi)型

2.1 裂紋缺陷

裂紋缺陷常見(jiàn)于鋯合金管材內(nèi)表面，其具體形貌和對(duì)應(yīng)的超聲圖譜如圖1所示。從圖1（a）可見(jiàn)，超聲檢測(cè)對(duì)裂紋缺陷十分敏感，所以當(dāng)鋯合金管材有裂紋缺陷時(shí)，其會(huì)出現(xiàn)超聲信號(hào)。按照定位后的超聲缺陷進(jìn)行解剖，鋯合金管材縱向形貌如圖1（b），從圖中可見(jiàn)，鋯合金管材中的裂紋缺陷與管內(nèi)壁有約30°～45°的夾角。鋯合金中裂紋缺陷具有明顯的方向性和破壞行，該裂紋會(huì)繼續(xù)沿著鋯管外壁進(jìn)行擴(kuò)展，從而導(dǎo)致鋯合金管材破損，影響核反應(yīng)堆的正常運(yùn)行。

2.2 草狀波

草狀波常見(jiàn)于拋光后的鋯合金管材，常出現(xiàn)在超聲的橫向缺陷檢測(cè)通道上，其超聲圖譜和缺陷形貌如圖2所示。從圖2（a）可見(jiàn)，含有草狀波的管材進(jìn)行超聲檢驗(yàn)時(shí)，整個(gè)通道均為缺陷信號(hào)，且波幅在滿(mǎn)屏40%～60%之間，部分區(qū)域出現(xiàn)了超標(biāo)信號(hào)。目前對(duì)于超聲草狀波的原因認(rèn)為晶粒組織粗大可產(chǎn)生草狀波信號(hào)，鋯管出現(xiàn)草狀波是由于鋯合金管材中存在拋光不均勻現(xiàn)象，從而導(dǎo)致超聲中連續(xù)行信號(hào)。

2.3 劃傷缺陷

劃傷常見(jiàn)于超聲檢驗(yàn)和表檢工序，其超聲圖譜如圖3（a）所示。由于鋯管材劃傷深度較淺，所以劃傷后的波幅較低（基本與本底噪聲相近）。劃傷形貌如圖3（b）所示，劃傷為沿著鋯管長(zhǎng)度且有一定肉眼可見(jiàn)的深度缺陷。產(chǎn)生劃傷的原因可以為鋯管在物料運(yùn)輸中相互磕碰產(chǎn)生的缺陷。也有實(shí)踐認(rèn)為在超聲檢驗(yàn)中導(dǎo)套對(duì)鋯管磨擦產(chǎn)生的缺陷。

3 預(yù)防缺陷產(chǎn)生的措施

為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量，針對(duì)鋯管超聲檢驗(yàn)過(guò)程中存在的裂紋、草狀波和劃傷等缺陷進(jìn)行預(yù)防，內(nèi)容如下：

（1）對(duì)裂紋缺陷，控制好軋制速度、軋制變形量及管坯表面質(zhì)量。對(duì)于有缺陷的管材應(yīng)進(jìn)行內(nèi)磨或酸洗處理。

（2）對(duì)草狀波，每次鋯管拋光前應(yīng)進(jìn)行預(yù)磨砂帶，確保拋光砂帶處于均勻光滑態(tài)。拋光過(guò)程中應(yīng)多次檢查管材表面的結(jié)果，確保拋后管材表面質(zhì)量。每次對(duì)管材拋光前，先用確定的砂帶型號(hào)進(jìn)行試拋光。當(dāng)拋后管材滿(mǎn)足超聲檢驗(yàn)要求后方可進(jìn)行批量生產(chǎn)。

（3）對(duì)劃傷，采用專(zhuān)用料車(chē)對(duì)鋯管進(jìn)行運(yùn)輸。對(duì)于鋯管用超聲導(dǎo)套應(yīng)進(jìn)行多次修磨，消除導(dǎo)套上的毛刺。

4 未來(lái)展望

鋯管的質(zhì)量和安全直接影響著核反應(yīng)堆的整體安全和質(zhì)量。在后續(xù)生產(chǎn)過(guò)程，應(yīng)采取相應(yīng)的措施消除或者降低鋯材中的缺陷，為提高鋯材的質(zhì)量奠定相應(yīng)實(shí)踐條件。

參考文獻(xiàn)：

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