鋯合金棒材超聲異常原因分析

1、 引言

鋯及鋯合金因具有優(yōu)良的熱中子截面吸收率低、良好的耐腐蝕性，廣泛應(yīng)用于核反應(yīng)堆中的上下連接棒材料。鋯合金鑄錠依次經(jīng)過(guò)鍛造、擠壓、軋制等工序生產(chǎn)制成品。為了確保核反應(yīng)堆的安全和質(zhì)量，核電企業(yè)工業(yè)化生產(chǎn)過(guò)程中采用超聲、渦流、滲透、射線及表面檢查的手段對(duì)鋯合金產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)和判定。在外來(lái)加工棒材產(chǎn)品交貨過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)部分棒材存在超標(biāo)的現(xiàn)象，為了對(duì)超聲超標(biāo)現(xiàn)象的原因進(jìn)行分析，現(xiàn)對(duì)超標(biāo)棒材開(kāi)展研究實(shí)驗(yàn)，為控制控制鋯合金棒材進(jìn)行質(zhì)量提供論和實(shí)踐依據(jù)。

2 、實(shí)驗(yàn)定位

先對(duì)每支鋯合金棒材進(jìn)行射線和超聲檢驗(yàn)，隨后將有缺陷的鋯棒材進(jìn)行低倍組織剖樣觀察和光學(xué)顯微組織金相分析。為了避免破壞樣品的表面形貌，對(duì)金相組織進(jìn)行逐層觀察，觀察缺陷的形貌。

3、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 超聲檢查結(jié)果

含有缺陷的鋯合金棒材超聲圖譜如圖 1 所示。從圖 1 可見(jiàn)，鋯棒沿著長(zhǎng)度的區(qū)域出現(xiàn)了單個(gè)的超聲信號(hào)，該信號(hào)為單個(gè)點(diǎn)，未發(fā)現(xiàn)連貫性超標(biāo)信號(hào)。此外，旋轉(zhuǎn)鋯棒的角度，該信號(hào)一直存在，初步推測(cè)棒材信號(hào)為夾雜。

圖 1 超聲檢測(cè)檢測(cè)結(jié)果

3.2 射線檢測(cè)結(jié)果

采用射線檢測(cè)方法對(duì)鋯合金棒材進(jìn)行檢測(cè)，其缺陷形貌如圖 2所示。從圖 2 中可見(jiàn)，照片的底片中可以清晰可見(jiàn)的點(diǎn)狀形貌。因此可見(jiàn)，鋯棒超聲缺陷為夾雜的可能性比較大。

圖 2 射線檢測(cè)結(jié)果

3.3 低倍組織觀察結(jié)果

圖 3 為缺陷處鋯合金低倍組織觀察結(jié)果，從圖 3 中可見(jiàn)，可以看到點(diǎn)狀的形貌，初步可以為鋯合金棒材中含有異物夾雜。這可能導(dǎo)致超聲檢測(cè)出現(xiàn)異常信號(hào)的原因。

圖 3 低倍組織檢查結(jié)果

3.4 金相組織觀察結(jié)果

對(duì)含有夾在處的鋯合金棒材進(jìn)行金相顯微組織觀察，其金相組織顯微結(jié)果如圖 4 所示。從圖 4 可見(jiàn)，鋯合金棒材試樣外層和內(nèi)層金相組織為 11.5 級(jí)。未發(fā)現(xiàn)異常的粗大的晶粒組織，可以排除晶粒組織粗大對(duì)鋯合金的影響。

（ a ）邊部區(qū)域 200X

（ b ）內(nèi)層區(qū)域 200X

圖 4 金相顯微組織結(jié)果

4、 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)生產(chǎn)出出現(xiàn)鋯合金棒材超聲信號(hào)異常的現(xiàn)象，開(kāi)展了超聲、射線、低倍組織和金相組織觀察的方法進(jìn)行研究，結(jié)果表明： （1）采用超聲檢測(cè)的方法發(fā)現(xiàn)鋯棒沿著長(zhǎng)度的區(qū)域出現(xiàn)了單個(gè)的超聲信號(hào)，該信號(hào)為單個(gè)點(diǎn)，未發(fā)現(xiàn)連貫性超標(biāo)信號(hào)。（2）采用射線檢測(cè)方法發(fā)現(xiàn)底片中可以清晰可見(jiàn)的點(diǎn)狀形貌。（3）鋯合金低倍組織檢測(cè)結(jié)果表明，鋯棒中存在異物夾雜。（4）鋯合金棒材試樣外層和內(nèi)層金相組織為 11.5 級(jí)。未發(fā)現(xiàn)異常的粗大的晶粒組織，可以排除晶粒組織粗大對(duì)鋯合金的影響。

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