CZ包壳管TI G焊缝X射线检测工艺研究

陈兵兵，盛国福，高明月，姚俊，唐顺安

（中广核铀业发展有限公司，广东 阳江529500）

1 包壳管X射线检测特点

燃料棒的结构如图1所示，其主要由包壳管和端塞等部件通过焊接封堵后组成，其中，包壳管一般为直径9.5mm、壁厚0.57mm的锆合金薄壁管。与传统工业领域的小径薄壁管焊缝射线检测不同，包壳管焊缝射线检测具有以下特点：

1）包壳管虽然为小径薄壁管，但端塞的结构特点使得实际包壳管焊接结合区在下端塞处形成实心结构，而上端塞处则因φ3mm的充氦孔形成厚壁管结构。

2）包壳管与端塞的环缝有效结合面深度为0.5～0.6mm，焊缝宽度为2～2.5mm。燃料棒焊缝一般规定不能出现0.25mm的气孔，不得存在未熔合以及未焊透，检测灵敏度要求在2.5%以内，检测难度较大。

3）为保证底片的成像质量，包壳管焊缝均采用全补偿的方式，每转管120°进行1次透照，通过3张底片综合评价焊缝质量。

图1 燃料棒结构示意图

2 射线检测参数确定

2.1 常设参数

影响射线照相影像质量的因素众多，包括线质、胶片类型、显影条件、底片黑度、焦点尺寸、焦点至工件表面的距离、工件表面至胶片距离、曝光量等因素。为保证满足技术条件要求的底片黑度1.5≤D≤3.5，同时，阶梯孔型象质计φ0.32mm孔清晰成像，因此，对相关特性参数进行规定，具体如表1所示，该试验只讨论管电压和曝光量对底片成像质量的影响[1]。

2.2 透照试验

按照图2所示布置包壳管环缝透照试验，2片象质计分别布置在补偿块两端。透照试验采用丹东华日理学电气制造的HS-XYD-320射线检测装置，设备关键特性如下：（1）射线管型号：MXR-320HP/11，最大管电压320kV，最大功率1 800W；（2）象质计：Zr-4材质阶梯孔型象质计，孔径分别为0.25mm、0.32mm、0.40mm，检定有效；（3）补偿块：Zr-4材质，厚度12mm，加工有25个补偿孔。

表1 射线检测参数特性表

图2 透照布置图

按照表2参数完成透照试验，选择compact自动洗片机冲洗底片，并对底片黑度、象质计灵敏度进行测定和记录。

2.3 试验结果与分析

根据表2中的试验数据，可以明显看出管电压和曝光量均对底片质量有显著影响：（1）增加管电压和曝光量都可以增加底片黑度，相应地提高象质计灵敏度；（2）当管电压低于220kV时，在试验设定的曝光量参数下，底片黑度几乎都低于D值下限1.5，不满足技术条件要求；（3）在280kV的高电压下，所有底片的象质计灵敏度均较高，但黑度偏大，容易超出规定的D值上限3.5；（4）结合底片黑度和灵敏度的要求，认为管电压为240～260kV，曝光量设置为25～30mA·min是合适的参数范围。

3 试验验证

选择确定的参数范围中值：管电压为250kV，曝光量为27mA·min进行透照验证，测定底片黑度2.54，φ0.25mm孔可见，均符合技术条件要求。

表2 透照试验参数表

观察底片，部分焊缝位置有点状阴影出现，对有黑色影点的包壳管环缝进行金相层析，层析间隔厚度选择0.1mm。层析过程未观察到明显气孔的产生，结果显示，点状阴影均为气胀导致的壁厚减薄造成，最大减薄厚度值基本维持在0.04～0.06mm。表明该参数能够有效地检测出缺陷。

4 结语

利用试验中心配置的X射线检测装置开展了针对包壳管环缝的透照试验和结果分析，结论如下：

1）综合技术条件中对底片黑度和象质计灵敏度的要求，确定合理的透照参数范围为管电压240～260kV，曝光量25～30mA·min。

2）选定中值参数进行验证试验，设备有效地检测出尺寸约为0.05mm的气胀，表明在上述参数范围下，X射线对气胀缺陷具有较强的缺陷检出能力，能够满足实际的使用要求。