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【摘 要】锆合金管材是核反应堆的包壳材料，在生产制造过程中难免存在缺陷，如果这些缺陷达到一定限值，就会造成核反应堆中的燃料棒泄漏，引发安全事故。所以，有必要通过一定检测手段，识别这些缺陷，再对这些缺陷产生的原因进行分析的基础上提出有效的处置措施，以提高锆管合格率，确保锆合金管材作为核反应堆安全屏障的作用能正常发挥。本文将对锆管进行超声检测、涡流检测过程中中发现的缺陷信号进行分析，针对其产生的原因，提出处置措施。
【关键词】锆管;核包壳;噪声;缺陷回波信号
1.检测设备、技术以及发现的缺陷信号
目前锆管材缺陷无损检测最主流的检测方式有两种，第一种是超声检测，第二种是涡流检测。本次实验，就是采用的这两种方式，对锆管材缺陷进行无损检测。检测结果准确度，符合相关标准。通过对检测结果分析，发现了缺陷信号，并在分析原因的基础上提出处置措施[1]。
1.1超声检测设备及结果
1.1.1超声检测设备
此次，采用水浸聚焦横波法和Rota25超声检测设备进行检测。检测结果与国际先进水平保持一致，准确度高。
在超声波探伤领域，锆合金管材有口径小、壁管薄特征，因此国际上通用水浸聚焦横波法，这也是本次试验采取的检测方法。
此次试验使用超声探伤设备为Rota25，Rota25具备两纵两横四个并行缺陷检测通道，同时兼具高精度尺寸检测通道，能够实现物理探伤及尺寸检测。该设备在国际上较为先进。具体超声波探伤示意图如下图。
1.1.2超声检测结果
Rota25检测完毕，将检测结果反映在条带图中，分析发现了缺陷回波信号。
1.2涡流检测设备及结果
1.2.1涡流检测设备
试验使用双频智能全数字式涡流检测仪。拥有两个独立检测通道，能实时同屏显示缺陷信号阻抗平面图、带状检测记录等监测信息。检测水平较为先进。
1.2.2涡流检测结果
观察监测信息发现噪声水平高。
2.各种缺陷产生的原因及处置措施
2.1缺陷回波信号产生原因分析及处置措施
缺陷回波信号产生原因分析：超声检测发现了缺陷回波信号。定位至缺陷回波信号所处位置，随后完成解剖，再用拋描电镜观察，发现不规则点坑。对点坑处进行能谱测试，发现化学元素Cr、Fe含量超過其他部位。其原因是由于锆管在轧制过程中，工模具碎屑掉落、混入[2]。
处置措施：锆管轧制时，保持工模具和锆管表面清洁，检查乳液是否润滑过滤设备。
2.2噪声水平高产生原因分析及处置措施
涡流检测，分析发现噪声水平高。由于涡流检测是利用电磁感应原理，材质、尺寸、缺陷形状和大小、检测条件的变化都会引起阻抗变化，显示出噪声水平高。具体是何种原因导致尚不明确，因此，需要逐项分析排查。
2.2.1高噪声产生的原因不是由于工件材质变化、检测条件变化
进行对比试样，选取同一生产批次，同一铸锭的锆合金管材，进行涡流检测，同样出现高噪声情况。由于是选用同一批次、同一铸锭的锆合金管材，其工件材质相同，因此，可以排除高噪声是由于工件材质的变化引起的，同时也排除了受检测条件变化的影响。最后需要对剩余可能影响因素，进行进一步排查。由于涡流检测集富效应，下一步重点研究锆管外表面或近表面。
2.2.2 高噪声产生的原因是尺寸偏差或者麻点小缺陷
锆管外形肉眼观察，与正常锆管对比试样，发现触摸有波浪感。触摸有波浪感，与三种因素有有关：长裂纹，尺寸偏差以及表面麻点小缺陷。于是，对比了前期超声检测结果，锆管无长裂纹，无缺陷，排除了存在长裂纹可能性。对比前期超声尺寸检测数据，尺寸检测波形为波浪形，与波浪形触摸手感吻合，到此可以基本确定高噪声产生的原因是表面尺寸偏差或者麻点小缺陷。
2.2.3 这些引发高噪声的因素存在于锆管内或外表面
为消除锆管表面缺陷，进行抛光和酸洗处理。研究波形发现，抛光过后，噪声先降后升，噪声高于正常锆管。酸洗之后，噪声不降反升。
经过试验，锆管表面缺陷得到很好的改善，噪声应该降低，但实验结果恰恰相反。较合理的解释是，由于涡流的集肤效应，开始对外表面反应灵敏，外表面起主要作用，噪声高。抛光、酸洗之后，管壁变薄，内表面暴露出来，起了主要作用，噪声高。由于酸洗可以去除麻点小缺陷，降低噪音，而事实上，多次酸洗之后，噪音升高。这是由于，酸洗不能去除管壁存在的波浪。因此，锆管内外表面有尺寸偏差或麻点小缺陷。
对锆管外表面进行多次抛光，噪声水平起初有所下降，但是高于正常水平。继续抛光，直到内表面显露，进行内抛光，噪声升高，由此，推出尺寸偏差存在于内外表面或麻点小缺陷。通过解剖锆管，对此结论得到进一步映证。
2.2.4锆管内外表面均不存在麻点小缺陷，因此高噪声产生的原因是尺寸偏差
对锆管外表面进行多次酸洗，直到内表面显露，进行内酸洗，噪声不降，反而升高。酸洗可以消除麻点小缺陷，噪声应该降低，但试验结果恰恰相反，因此，断定锆管内外表面不存在麻点小缺陷，存在波浪[3]。
2.2.5.这些引发高噪声的尺寸偏差经检验是在内表面
对涡流噪声信号进行相位分析，发现缺陷信号相位在孔型标准人工伤相位右上方。对锆管内表面进行喷砂，消除内表面波浪，涡流检测噪声降低。该结果，对锆管内表面存在波浪的事实，进行了验证。
综上所述，对高噪声产生的原因及处置措施得出以下结论：
高噪声产生原因：高噪声是由于锆管表面存在尺寸偏差（锆管表面波浪）。因此，断定该高噪声是干扰噪声，不是缺陷。
高噪声处置措施：要排除干扰噪声，需要改进生产工艺，减小尺寸偏差至一定水平。或者，使用更先进的检测设备;研制更高性能的涡流探头。
3、研究结果
通过实验，及原因分析，针对锆管缺陷无损检测提出如下措施：锆管轧制时，保持工模具和锆管表面清洁，检查乳液润滑过滤设备;改进生产工艺，减小尺寸偏差至一定水平;使用更先进的检测设备;研制更高性能的涡流探头。
4、结 语：
锆管作为核包壳材料，起保护屏障的作用，其重要性不言而喻。本文通过对锆管缺陷的无损检测，发现了一些异常。超声检测出现了缺陷回波信号，涡流检测中出现了高噪声，于是，就此进行原因分析。建议，在生产轧制时，保持工模具和锆管表面清洁，检查乳液润滑过滤设备;改进生产工艺，减小尺寸偏差至一定水平。在检测中，使用更先进的检测设备;研制更高性能的涡流探头。这些处置措施能够提高锆管合格率。另外，文中相关的检测数据，对于锆管研究也有一定的参考价值。
参考文献：
[1]孙阳平.锆管缺陷的无损检测及处置措施[A].中国核学会.中国核科学技术进展报告（第四卷）——中国核学会2015年学术年会论文集第5册（核材料分卷、辐射防护分卷）[C].中国核学会：中国核学会，2015：6.
[2]孙阳平，许妍，冯辉，薛艳丽.锆管缺陷的无损检测及处置措施[J].无损检测，2014，36（11）：54-58.
[3]李恒羽，袁改焕，冯辉.锆管超声对比试块中U形缺陷取代V形缺陷的可行性探讨[J].无损检测，2007（03）：132-134+138.
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。
（作者单位：国核宝钛锆业股份公司）
【关键词】锆管;核包壳;噪声;缺陷回波信号
1.检测设备、技术以及发现的缺陷信号
目前锆管材缺陷无损检测最主流的检测方式有两种，第一种是超声检测，第二种是涡流检测。本次实验，就是采用的这两种方式，对锆管材缺陷进行无损检测。检测结果准确度，符合相关标准。通过对检测结果分析，发现了缺陷信号，并在分析原因的基础上提出处置措施[1]。
1.1超声检测设备及结果
1.1.1超声检测设备
此次，采用水浸聚焦横波法和Rota25超声检测设备进行检测。检测结果与国际先进水平保持一致，准确度高。
在超声波探伤领域，锆合金管材有口径小、壁管薄特征，因此国际上通用水浸聚焦横波法，这也是本次试验采取的检测方法。
此次试验使用超声探伤设备为Rota25，Rota25具备两纵两横四个并行缺陷检测通道，同时兼具高精度尺寸检测通道，能够实现物理探伤及尺寸检测。该设备在国际上较为先进。具体超声波探伤示意图如下图。
1.1.2超声检测结果
Rota25检测完毕，将检测结果反映在条带图中，分析发现了缺陷回波信号。
1.2涡流检测设备及结果
1.2.1涡流检测设备
试验使用双频智能全数字式涡流检测仪。拥有两个独立检测通道，能实时同屏显示缺陷信号阻抗平面图、带状检测记录等监测信息。检测水平较为先进。
1.2.2涡流检测结果
观察监测信息发现噪声水平高。
2.各种缺陷产生的原因及处置措施
2.1缺陷回波信号产生原因分析及处置措施
缺陷回波信号产生原因分析：超声检测发现了缺陷回波信号。定位至缺陷回波信号所处位置，随后完成解剖，再用拋描电镜观察，发现不规则点坑。对点坑处进行能谱测试，发现化学元素Cr、Fe含量超過其他部位。其原因是由于锆管在轧制过程中，工模具碎屑掉落、混入[2]。
处置措施：锆管轧制时，保持工模具和锆管表面清洁，检查乳液是否润滑过滤设备。
2.2噪声水平高产生原因分析及处置措施
涡流检测，分析发现噪声水平高。由于涡流检测是利用电磁感应原理，材质、尺寸、缺陷形状和大小、检测条件的变化都会引起阻抗变化，显示出噪声水平高。具体是何种原因导致尚不明确，因此，需要逐项分析排查。
2.2.1高噪声产生的原因不是由于工件材质变化、检测条件变化
进行对比试样，选取同一生产批次，同一铸锭的锆合金管材，进行涡流检测，同样出现高噪声情况。由于是选用同一批次、同一铸锭的锆合金管材，其工件材质相同，因此，可以排除高噪声是由于工件材质的变化引起的，同时也排除了受检测条件变化的影响。最后需要对剩余可能影响因素，进行进一步排查。由于涡流检测集富效应，下一步重点研究锆管外表面或近表面。
2.2.2 高噪声产生的原因是尺寸偏差或者麻点小缺陷
锆管外形肉眼观察，与正常锆管对比试样，发现触摸有波浪感。触摸有波浪感，与三种因素有有关：长裂纹，尺寸偏差以及表面麻点小缺陷。于是，对比了前期超声检测结果，锆管无长裂纹，无缺陷，排除了存在长裂纹可能性。对比前期超声尺寸检测数据，尺寸检测波形为波浪形，与波浪形触摸手感吻合，到此可以基本确定高噪声产生的原因是表面尺寸偏差或者麻点小缺陷。
2.2.3 这些引发高噪声的因素存在于锆管内或外表面
为消除锆管表面缺陷，进行抛光和酸洗处理。研究波形发现，抛光过后，噪声先降后升，噪声高于正常锆管。酸洗之后，噪声不降反升。
经过试验，锆管表面缺陷得到很好的改善，噪声应该降低，但实验结果恰恰相反。较合理的解释是，由于涡流的集肤效应，开始对外表面反应灵敏，外表面起主要作用，噪声高。抛光、酸洗之后，管壁变薄，内表面暴露出来，起了主要作用，噪声高。由于酸洗可以去除麻点小缺陷，降低噪音，而事实上，多次酸洗之后，噪音升高。这是由于，酸洗不能去除管壁存在的波浪。因此，锆管内外表面有尺寸偏差或麻点小缺陷。
对锆管外表面进行多次抛光，噪声水平起初有所下降，但是高于正常水平。继续抛光，直到内表面显露，进行内抛光，噪声升高，由此，推出尺寸偏差存在于内外表面或麻点小缺陷。通过解剖锆管，对此结论得到进一步映证。
2.2.4锆管内外表面均不存在麻点小缺陷，因此高噪声产生的原因是尺寸偏差
对锆管外表面进行多次酸洗，直到内表面显露，进行内酸洗，噪声不降，反而升高。酸洗可以消除麻点小缺陷，噪声应该降低，但试验结果恰恰相反，因此，断定锆管内外表面不存在麻点小缺陷，存在波浪[3]。
2.2.5.这些引发高噪声的尺寸偏差经检验是在内表面
对涡流噪声信号进行相位分析，发现缺陷信号相位在孔型标准人工伤相位右上方。对锆管内表面进行喷砂，消除内表面波浪，涡流检测噪声降低。该结果，对锆管内表面存在波浪的事实，进行了验证。
综上所述，对高噪声产生的原因及处置措施得出以下结论：
高噪声产生原因：高噪声是由于锆管表面存在尺寸偏差（锆管表面波浪）。因此，断定该高噪声是干扰噪声，不是缺陷。
高噪声处置措施：要排除干扰噪声，需要改进生产工艺，减小尺寸偏差至一定水平。或者，使用更先进的检测设备;研制更高性能的涡流探头。
3、研究结果
通过实验，及原因分析，针对锆管缺陷无损检测提出如下措施：锆管轧制时，保持工模具和锆管表面清洁，检查乳液润滑过滤设备;改进生产工艺，减小尺寸偏差至一定水平;使用更先进的检测设备;研制更高性能的涡流探头。
4、结 语：
锆管作为核包壳材料，起保护屏障的作用，其重要性不言而喻。本文通过对锆管缺陷的无损检测，发现了一些异常。超声检测出现了缺陷回波信号，涡流检测中出现了高噪声，于是，就此进行原因分析。建议，在生产轧制时，保持工模具和锆管表面清洁，检查乳液润滑过滤设备;改进生产工艺，减小尺寸偏差至一定水平。在检测中，使用更先进的检测设备;研制更高性能的涡流探头。这些处置措施能够提高锆管合格率。另外，文中相关的检测数据，对于锆管研究也有一定的参考价值。
参考文献：
[1]孙阳平.锆管缺陷的无损检测及处置措施[A].中国核学会.中国核科学技术进展报告（第四卷）——中国核学会2015年学术年会论文集第5册（核材料分卷、辐射防护分卷）[C].中国核学会：中国核学会，2015：6.
[2]孙阳平，许妍，冯辉，薛艳丽.锆管缺陷的无损检测及处置措施[J].无损检测，2014，36（11）：54-58.
[3]李恒羽，袁改焕，冯辉.锆管超声对比试块中U形缺陷取代V形缺陷的可行性探讨[J].无损检测，2007（03）：132-134+138.
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。
（作者单位：国核宝钛锆业股份公司）