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良的熱中子截面吸收率低、良好的耐腐蝕性，廣泛應用于核反應堆中的上下連接棒材料。鋯合金鑄錠依次經過鍛造、擠壓、軋制等工序生產制成品。為了確保核反應堆的安全和質量，核電企業工業化生產過程中采用超聲、渦流、滲透、射線及表面檢查的手段對鋯合金產品進行檢驗和判定。在外來加工棒材產品交貨過程中，發現部分棒材存在超標的現象，為了對超聲超標現象的原因進行分析，現對超標棒材開展研究實驗，為控制控制鋯合金棒材進行質量提供論和實踐依據。

2 、實驗定位

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

3、 實驗結果

3.1 超聲檢查結果

含有缺陷的鋯合金棒材超聲圖譜如圖 1 所示。從圖 1 可見，鋯棒沿著長度的區域出現了單個的超聲信號，該信號為單個點，未發現連貫性超標信號。此外，旋轉鋯棒的角度，該信號一直存在，初步推測棒材信號為夾雜。

圖 1 超聲檢測檢測結果

3.2 射線檢測結果

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

圖 2 射線檢測結果

3.3 低倍組織觀察結果

圖 3 為缺陷處鋯合金低倍組織觀察結果，從圖 3 中可見，可以看到點狀的形貌，初步可以為鋯合金棒材中含有異物夾雜。這可能導致超聲檢測出現異常信號的原因。

圖 3 低倍組織檢查結果

3.4 金相組織觀察結果

對含有夾在處的鋯合金棒材進行金相顯微組織觀察，其金相組織顯微結果如圖 4 所示。從圖 4 可見，鋯合金棒材試樣外層和內層金相組織為 11.5 級。未發現異常的粗大的晶粒組織，可以排除晶粒組織粗大對鋯合金的影響。

（ a ）邊部區域 200X

（ b ）內層區域 200X

圖 4 金相顯微組織結果

4、 結束語

針對生產出出現鋯合金棒材超聲信號異常的現象，開展了超聲、射線、低倍組織和金相組織觀察的方法進行研究，結果表明： （1）采用超聲檢測的方法發現鋯棒沿著長度的區域出現了單個的超聲信號，該信號為單個點，未發現連貫性超標信號。（2）采用射線檢測方法發現底片中可以清晰可見的點狀形貌。（3）鋯合金低倍組織檢測結果表明，鋯棒中存在異物夾雜。（4）鋯合金棒材試樣外層和內層金相組織為 11.5 級。未發現異常的粗大的晶粒組織，可以排除晶粒組織粗大對鋯合金的影響。

參考文獻

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