锆材超声缺陷类型浅析

张新龙

【摘  要】锆因具有优良的核性能，所以广泛应用于核电材料。超声探伤是锆材检测方法之一。本文概述了锆材中常见的裂纹、草状显示及划伤缺陷的形貌，并提出一些改进措施，为提高锆材产品的质量和控制提供了一定的經验。

【关键词】锆材;超声检验;缺陷类型;超声图谱

1 前言

锆及锆系列合金因具有优异的核性能、室温加工性能、在高温高压的水蒸气中具有优异的抗腐蚀性能和力学性能，所以广泛应用于核电材料。超声探伤是锆材常规无损检测方式之一。锆材超声探伤是利用超声波在被检测材料中传播时，材料的声学特性和内部组织的变化对超声波的传播产生一定的影响，通过对超声波受影响程度从而探测锆材尺寸和表面缺陷的变化。本文总结了锆合金超声波探伤存在的缺陷及改进措施，为提高锆材的质量和产品性能，提高核反应堆安全和质量奠定基础。

2 锆合金缺陷类型

2.1 裂纹缺陷

裂纹缺陷常见于锆合金管材内表面，其具体形貌和对应的超声图谱如图1所示。从图1（a）可见，超声检测对裂纹缺陷十分敏感，所以当锆合金管材有裂纹缺陷时，其会出现超声信号。按照定位后的超声缺陷进行解剖，锆合金管材纵向形貌如图1（b），从图中可见，锆合金管材中的裂纹缺陷与管内壁有约30°～45°的夹角。锆合金中裂纹缺陷具有明显的方向性和破坏行，该裂纹会继续沿着锆管外壁进行扩展，从而导致锆合金管材破损，影响核反应堆的正常运行。

2.2 草状波

草状波常见于抛光后的锆合金管材，常出现在超声的横向缺陷检测通道上，其超声图谱和缺陷形貌如图2所示。从图2（a）可见，含有草状波的管材进行超声检验时，整个通道均为缺陷信号，且波幅在满屏40%～60%之间，部分区域出现了超标信号。目前对于超声草状波的原因认为晶粒组织粗大可产生草状波信号，锆管出现草状波是由于锆合金管材中存在抛光不均匀现象，从而导致超声中连续行信号。

2.3 划伤缺陷

划伤常见于超声检验和表检工序，其超声图谱如图3（a）所示。由于锆管材划伤深度较浅，所以划伤后的波幅较低（基本与本底噪声相近）。划伤形貌如图3（b）所示，划伤为沿着锆管长度且有一定肉眼可见的深度缺陷。产生划伤的原因可以为锆管在物料运输中相互磕碰产生的缺陷。也有实践认为在超声检验中导套对锆管磨擦产生的缺陷。

3 预防缺陷产生的措施

为了提高产品的质量，针对锆管超声检验过程中存在的裂纹、草状波和划伤等缺陷进行预防，内容如下：

（1）对裂纹缺陷，控制好轧制速度、轧制变形量及管坯表面质量。对于有缺陷的管材应进行内磨或酸洗处理。

（2）对草状波，每次锆管抛光前应进行预磨砂带，确保抛光砂带处于均匀光滑态。抛光过程中应多次检查管材表面的结果，确保抛后管材表面质量。每次对管材抛光前，先用确定的砂带型号进行试抛光。当抛后管材满足超声检验要求后方可进行批量生产。

（3）对划伤，采用专用料车对锆管进行运输。对于锆管用超声导套应进行多次修磨，消除导套上的毛刺。

4 未来展望

锆管的质量和安全直接影响着核反应堆的整体安全和质量。在后续生产过程，应采取相应的措施消除或者降低锆材中的缺陷，为提高锆材的质量奠定相应实践条件。

参考文献：

[1]扎依莫夫斯基.核动力用锆合金 [M].原子能出版社，1988，1～10.

[2] 核材料会议文集编辑小组编.核材料会议文集（1982）[M].原子能出版社，1982，1～10.