试论核用锆合金管材的超声波检测方法研究

摘  要：核用锆合金管材是核燃料中的重要包覆材料，可以有效的阻止核产物出现外溢，从核用锆合金投入应用至今，为我国核行业贡献了十分重要的基础力量。但为了进一步确保核用锆合金管材的质量水平，在对锆合金管材进行质量检测的过程中，需要对尺寸规格进行严格的检测。超声波作为十分有效的检测方式，可以有效减少管材组建破损所带来的损失，进一步提高产品质量。本文为了对超声波检测方式进行深入分析和了解，现对其进行了针对性的方法研究。

关键词：核用锆合金;锆合金管材;超声波检测

1.检测原理分析

超声波检测作为核用锆合金管材中较为常见的检测方式之一，其有着较为全面和有着的检测特点，并在行业中得到了较为广泛的应用。而随着科学技术生产力的不断发展和革新，对超声波检测方式的原理进行优化，也成为了行业中十分重要的内容之一。因此，在对管材缺陷进行检测的过程中，由于现阶段所使用的锆合金管材的壁管较薄，且曲率大。因此，为了减少声束在管壁中出产生发散，选用超声波水浸的方式进行聚焦检测。而为了进一步提高检测的灵敏度，通常将管材中的折射角调整为45°，入射角为27°。为了确保探头聚焦点的性能的一致性，在管材尺寸的测量中，需要确保探头在管材的中心轴线上，并在实际测量过程中，管线在直线前进的过程中，探头可以围绕着锆合金管材进行高速旋转，超声波在管壁中形成的声波在反射的过程中形成回波，继而计算实际的水距值和实际的管壁厚度[1]。具体如下图所示：

但在实际检测中还会遇到以下问题需解决。首先，声速在水中存在着温度补偿的问题。简言之，超声波在水中会受到水温的影响，继而干扰管材内外径的计算。为了改善这一情况，则可以通过组件控制的方式修正声波在水中的传播的速度。不仅如此，影响材料声速的因素还有很多，可以对所加工的管材进行工艺条件的对比，在对所用仪器精准校对后，大幅度减少声速对材料所产生的影响。在上述影响因素确定后，在实际检测过程中，通过离心力作用的助力，会发现两个探头之间会出现一定的距离变化，因此，可以选用所知外径尺寸的参考样管，对仪器进行校准[2]。

2.检测工艺分析

为了提高检测探头的灵敏度和提高声束的指向性，在对直径较小的锆合金管材壁管采用水浸的聚焦检测方式。即探头的焦距应与水程距离相同，并确保声波在管壁内反射的过程中可以避免受到一定的干扰。而对尺寸进行测量的过程中，则需要对焦柱的宽度进行进一步的减少，来提高声束能量，从两方面提高检测能力和对缺陷的检测能力。在检测工艺中具有以下几个工艺参数需要注意：首先，是对管材和仪器的重复频率、前进速度以及探头的旋转速度等进行可靠性的检验，确保扫查区域可以达到100%的覆盖。

3.检测状态的分析评价

在对锆合金管材状态进行检测的过程中，首先需要对管材缺陷的状态进行评价，即系统对样管内外壁所刻制的U型缺陷等进行回撥信号幅度的检测，确保其活剥信号幅度可以达到最为接近的状态。在对锆合金管材进行状态检测完毕后，保持每次2小时且连续5次的缺陷标准检测。并确保可以对人工缺陷进行准确的保障和显示，否则，则应对其重新的仪器调试，并对接受测试的缺陷样管进行全部重新检验，从根本保障检验状态的良好的科学。在以上检测状态结束后，要对管材尺寸的检测状态进行进一步的评价，并在检测完毕后，进行连续5次，每次间隔2小时的偏差测试，确保可以对核用锆合金管材的检测结果是最为科学的[4]。

4.检测方法应用效果分析

在按照上述相关检测工艺和检测参数的设置后，完成了大批量的锆合金管材的检测，其结果显示，通过高速自动化高速超声波的检测的方式，可以有效提高检测结果。根据系统结果显示，系统的每个旋转界面都有一个最大值和最小值，将最大值和最小值进行曲线连接，可以在锆合金管材内形成一个从头至尾的检测现，进而更加直观的了解和掌握锆合金管材的尺寸变化路线等。不仅如此，在通过对超声波检测的过程中，可以有效实现对整个锆合金管材生产环节的监督和控制，在通过相应设备对锆合金管材的纵向通道和尺寸通道的缺陷观察中，可以发现其工艺在轧制过程中是否合理科学，并对锆合金管材成品的抛光的品质质量情况进行监控，由此可见，此检测方法有着较为良好的应用效果，值得未来行业进行广泛的推广和大范围的使用[5]。

5.结语

锆合金管材作为核反应堆中的重要结构性材料，常在核行业中有着举足轻重的作用。而对核用锆合金进行产品质量水平核表面缺陷的检测，是十分重要核必要的。本文通过超声波等相应的检测方式，在对核用锆合金管材横向以及纵向缺陷的检测的基础上，不仅可以大范围提高整个锆合金检验的的效率和水平，还可以确保产品质量的提升，这也是未来核用锆合金管材材料检测的重要检测方式方法之一。并对整个核行业的制造水平提升都有着不可估量的价值和作用。

参考文献

[1]  李恒羽，张军，许妍. 锆管尺寸超声波测量系统的重复性和再现性分析[J]. 无损检测，2015，37（2）.

[2]  李恒羽. 锆合金管材超声波检测置信区间评估分析[J]. 无损探伤，2015，39（3）：38-40.

[3]  欧江武，韩承，夏健文. 核用小直径锆合金棒材超声探伤方式分析[C]// 中国核学会2017年学术年会.

[4]  任俊波，唐月明，许贵平. 锆合金多层复合材料包壳厚度超声扫描显微检测方法研究[J]. 核动力工程，2016（4）：44-47.

[5]  夏健文，韩承. 核燃料锆合金包壳管的超声波探伤[J]. 核动力工程，2016（3）：122-126.

作者简介：周尧，男，1984.03.07，河南巩义，本科，研究方向：锆及锆合金材料方面和质量无损检测方面。