CZ包殼管TI G焊縫X射線檢測工藝研究

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射線檢測特點

燃料棒的結構如圖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)領域的小徑薄壁管焊縫射線檢測不同，包殼管焊縫射線檢測具有以下特點：

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

2）包殼管與端塞的環(huán)縫有效結合面深度為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，檢測靈敏度要求在2.5%以內，檢測難度較大。

3）為保證底片的成像質量，包殼管焊縫均采用全補償?shù)姆绞?，每轉管120°進行1次透照，通過3張底片綜合評價焊縫質量。

圖1 燃料棒結構示意圖

2 射線檢測參數(shù)確定

2.1 常設參數(shù)

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

2.2 透照試驗

按照圖2所示布置包殼管環(huán)縫透照試驗，2片象質計分別布置在補償塊兩端。透照試驗采用丹東華日理學電氣制造的HS-XYD-320射線檢測裝置，設備關鍵特性如下：（1）射線管型號：MXR-320HP/11，最大管電壓320kV，最大功率1 800W；（2）象質計：Zr-4材質階梯孔型象質計，孔徑分別為0.25mm、0.32mm、0.40mm，檢定有效；（3）補償塊：Zr-4材質，厚度12mm，加工有25個補償孔。

表1 射線檢測參數(shù)特性表

圖2 透照布置圖

按照表2參數(shù)完成透照試驗，選擇compact自動洗片機沖洗底片，并對底片黑度、象質計靈敏度進行測定和記錄。

2.3 試驗結果與分析

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

3 試驗驗證

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

表2 透照試驗參數(shù)表

觀察底片，部分焊縫位置有點狀陰影出現(xiàn)，對有黑色影點的包殼管環(huán)縫進行金相層析，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，結果顯示，點狀陰影均為氣脹導致的壁厚減薄造成，最大減薄厚度值基本維持在0.04～0.06mm。表明該參數(shù)能夠有效地檢測出缺陷。

4 結語

利用試驗中心配置的X射線檢測裝置開展了針對包殼管環(huán)縫的透照試驗和結果分析，結論如下：

1）綜合技術條件中對底片黑度和象質計靈敏度的要求，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)進行驗證試驗，設備有效地檢測出尺寸約為0.05mm的氣脹，表明在上述參數(shù)范圍下，X射線對氣脹缺陷具有較強的缺陷檢出能力，能夠滿足實際的使用要求。