CN102324255A - 燃料棒端塞焊缝x射线透照工艺的厚度补偿方法及补偿块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃料棒端塞焊缝X射线透照工艺的厚度补偿方法及补偿块。该方法采用与燃料棒包壳管、端塞的材质相同的补偿块，将燃料棒环形焊缝置于补偿块内，该方法对燃料棒环形焊缝的部分弧段进行厚度补偿，置于补偿块内的焊缝弧段大于整个环形焊缝的1/3，且不超过整个环形焊缝的周长，X射线束沿垂直于燃料棒轴线的方向进行透照，X射线穿过位于补偿块内的燃料棒环形焊缝，在X射线数字成像板上成像，X射线对燃料棒环形焊缝进行n次透照，3≤n≤6，在相邻的两次透照之间燃料棒旋转360°/n。本发明既可以避免直接透照法中的散射线的干扰，又能够减少全补偿法中的透照厚度，有利于进一步提高检测灵敏度。

Description

燃料棒端塞焊缝X射线透照工艺的厚度补偿方法及补偿块
技术领域
本发明涉及燃料棒端塞焊缝X射线成像检测技术，具体涉及一种燃料棒端塞焊缝X射线透照工艺的厚度补偿方法及补偿块。
背景技术
核燃料棒是反应堆释放热量的单元体，是反应堆的核心部件。核燃料元件棒在反应堆里处于强中子场中，经受高温、高压、高流速冷却剂的冲刷，同时承受裂变物质化学作用和复杂的机械载荷，蒸汽腐蚀，工作条件十分苛刻，要求燃料元件有高度的可靠性和安全性。燃料元件棒的包壳是核反应堆的第一道屏障，而包壳与端塞之间的焊缝又是这道屏障中最薄弱的环节，是最容易发生裂变产物泄漏的地方。因此，端塞的焊接质量直接影响核燃料元件在核反应堆中的安全运行，核燃料元件制造过程中的焊接工艺与相应的无损检测是关键的工序。根据HAF0409核燃料元件的采购设计和制造中的质量保证，设计规范要求对燃料棒焊缝进行100％检查，对于含有大于φ0.3mm的气孔、未焊透以及气胀的产品为不合格产品。
目前，国内外核燃料棒焊缝检测均采用X射线成像检测技术。燃料棒端塞焊缝是棒状工件，其焊缝为环形、密封焊点为半球形。根据有利于焊缝中缺陷检出的原则，对焊缝进行X射线透照时，X射线束中心线必须垂直于燃料棒轴线，X射线穿透焊缝部位在胶片或平板探测器上成像。
采用X射线直接透照法穿透燃料棒环形焊缝时，在X射线透照方向上的端塞焊缝厚度差别很大，如图1所示。透照时X射线A穿过焊缝1及端塞2，透照厚度较大，而X射线B只经过燃料棒外表面3，透照厚度几乎为零。由于整个环焊缝在X射线透照方向上的透照厚度不一致，在同一曝光条件下透照焊缝时到达成像板的感光量也不同，造成成像的图像上焊缝区域的本底灰度差别很大，不利于缺陷的识别。同时由于X射线B的透照厚度为零，与X射线A相比到达成像板前强度衰减较小，将在工件附近产生散射线的干扰，使成像的图像的清晰度差，降低检测灵敏度。
针对燃料棒端塞焊缝的特殊性，结合X射线成像的原理，一般采用厚度补偿的方法消除端塞焊缝透照部位厚度变化大对成像质量的影响。国家标准GB/T11851-1996关于压水堆燃料棒焊缝X射线照相检测方法中提及环形焊缝照相采用厚度补偿法，补偿块材质需与包壳管、端塞的材质相同，并提供了补偿块的结构示意图。传统的厚度补偿是一种全补偿方法，即燃料棒端部从立方体结构的补偿块中心圆孔穿过，补偿块完全包裹住燃料棒端部的焊缝位置。全补偿方法中补偿块4的厚度与端塞2的焊缝被透照部位的最大厚度保持一致，使环焊缝1和密封焊点在X射线透照方向上的厚度达到一致，减少散射线，实时成像图像焊缝区域的灰度趋于一致，使焊缝中的缺陷在实时成像图像上更清晰，如图2所示。但是，全补偿方法的X射线透照厚度偏大，检测灵敏度不够高，有待于对技术方案进一步加以改进。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种燃料棒端塞焊缝X射线透照工艺的厚度补偿方法及补偿块，减少X射线透照厚度，提高检测的灵敏度。
本发明的技术方案如下：一种燃料棒端塞焊缝X射线透照工艺的厚度补偿方法，采用与燃料棒包壳管、端塞的材质相同的补偿块，将燃料棒环形焊缝置于补偿块内，X射线束沿垂直于燃料棒轴线的方向进行透照，X射线穿过位于补偿块内的燃料棒环形焊缝，在X射线数字成像板上成像，该方法对燃料棒环形焊缝的部分弧段进行厚度补偿，置于补偿块内的焊缝弧段大于整个环形焊缝的1/3，且不超过整个环形焊缝的周长，X射线对燃料棒环形焊缝进行n次透照，3≤n≤6，在相邻的两次透照之间燃料棒旋转360°/n。
进一步，如上所述的燃料棒端塞焊缝X射线透照工艺的厚度补偿方法，其中，进行厚度补偿的燃料棒环形焊缝的部分弧段位于补偿块的中部位置，环形焊缝的上部和/或下部的部分弧段置于补偿块外。
更进一步，燃料棒环形焊缝的中下部264°圆心角所对应的弧段位于补偿块内，上部96°圆心角所对应的弧段置于补偿块外；或者，燃料棒环形焊缝的中部84°圆心角所对应的两个弧段位于补偿块内，上部和下部96°圆心角所对应的两个弧段置于补偿块外。
一种用于燃料棒端塞焊缝X射线透照工艺的补偿块，其材质与燃料棒包壳管、端塞的材质相同，补偿块外部为立方体结构，在补偿块上设有用于插入燃料棒的圆弧孔，其中，圆弧孔的圆弧面部分位于补偿块内，圆弧面的轴向长度为15-60mm，圆弧孔在补偿块的上表面沿燃料棒的轴向形成开口。
进一步，如上所述的用于燃料棒端塞焊缝X射线透照工艺的补偿块，其中，位于补偿块内的圆弧面对应的圆心角为264°。
另一种用于燃料棒端塞焊缝X射线透照工艺的补偿块，其材质与燃料棒包壳管、端塞的材质相同，补偿块外部为立方体结构，在补偿块上设有用于插入燃料棒的圆弧孔，其中，圆弧孔的圆弧面部分位于补偿块内，圆弧面的轴向长度为15-60mm，圆弧孔在补偿块的上表面和下表面沿燃料棒的轴向分别形成开口，位于补偿块内的左右两个圆弧面对称设置。
进一步，如上所述的用于燃料棒端塞焊缝X射线透照工艺的补偿块，其中，位于补偿块内的左右两个圆弧面所对应的圆心角均为84°。
本发明的有益效果如下：本发明针对现有的燃料棒端塞焊缝X射线透照工艺的厚度全补偿方法的不足，分别提出了大弧段补偿和小弧段补偿的厚度补偿方法，以及相应的补偿块结构。本发明既可以避免直接透照法中的散射线的干扰，又能够减少全补偿法中的透照厚度，有利于进一步提高检测灵敏度。
附图说明
图1为燃料棒环形焊缝X射线直接透照法的示意图；
图2为燃料棒环形焊缝全补偿X射线透照法的示意图；
图3为燃料棒环形焊缝大弧段补偿X射线透照法的示意图；
图4为燃料棒环形焊缝小弧段补偿X射线透照法的示意图；
图5为大弧段补偿块的结构示意图；
图6为小弧段补偿块的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。
核燃料棒端塞焊缝通常采用X射线实时成像无损检测方法。X射线实时成像是通过将高功率X射线机产生的X射线透照核燃料棒端塞焊缝部位，用数字平板探测器实时接收透照过端塞焊缝的X射线，并将其转化为数字信号传输给专用数据处理微机，微机通过专用检测软件对数据进行处理，在微机屏幕上实时显示核燃料棒端塞焊缝的X光透照图像，焊缝中的各种缺陷将会在图像上实时显示，微机自动处理系统利用数据处理软件通过图像处理技术分析缺陷的情况，根据缺陷的灰度值以及所占像素点的面积来判断其大小，并给出结论，最终实现好坏料的自动分选。
本发明针对燃料棒端塞焊缝的特殊性，结合X射线成像的原理，采用厚度补偿的方法消除端塞焊缝透照部位厚度变化大对成像质量的影响。根据燃料棒端塞焊缝X射线透照工艺(转角照相)，分析焊缝中的缺陷检测灵敏度的特点，燃料棒焊缝处于被偿块中部位置时才有利于缺陷的检出，所以只需对处于补偿块中部位置的焊缝进行补偿即可。该方法对燃料棒环形焊缝的部分弧段进行厚度补偿，置于补偿块内的焊缝弧段大于整个环形焊缝的1/3，且不超过整个环形焊缝的周长，X射线对燃料棒环形焊缝进行n次透照(n为自然数)，3≤n≤6，在相邻的两次透照之间燃料棒旋转360°/n。
为此，研究了端塞焊缝大弧段补偿方法，如图3所示。该方法采用与燃料棒包壳管、端塞2的材质相同的补偿块6，将燃料棒环形焊缝1置于补偿块内，X射线束沿垂直于燃料棒轴线的方向进行透照，X射线穿过位于补偿块内的燃料棒环形焊缝，在X射线数字成像板5上成像，该方法对燃料棒环形焊缝的部分弧段进行厚度补偿，进行厚度补偿的燃料棒环形焊缝的部分弧段位于补偿块的中下部位置，环形焊缝的上部一部分弧段置于补偿块外。本实施例中，X射线对燃料棒环形焊缝进行三次透照，在相邻的两次透照之间燃料棒旋转120度(当然，也可以根据需要进行四次、五次或六次透照，在相邻的两次透照之间燃料棒旋转相应的角度)。每次X射线透照时只对环焊缝的ABCD弧段范围进行补偿，本实施例中ABCD弧段对应的圆心角为264°，A′B′弧段和C′D′弧段作为有效检测弧段，通过三次透照整个焊缝都被补偿到。焊缝大弧段补偿目的是避免直接透照法中的散射线干扰，同时适当减少全补偿法中的透照厚度，有利于提高检测灵敏度。适用于大弧段厚度补偿工艺的补偿块的结构如图5所示，其材质与燃料棒包壳管、端塞的材质相同，补偿块6的外部为立方体结构，在补偿块6上设有用于插入燃料棒的圆弧孔8，其中，圆弧孔8的圆弧面部分位于补偿块6内，圆弧面的轴向长度为15-60mm，根据具体的焊缝位置确定具体的长度值，本实施例中，位于补偿块内的圆弧面对应的圆心角为264°，圆弧孔在补偿块的上表面沿燃料棒的轴向形成开口。当然，本领域的技术人员可以理解，圆弧孔也可以在补偿块的下表面沿燃料棒的轴向形成开口。
在燃料棒端塞焊缝大弧段补偿技术的基础上，还可以减少透照厚度，进一步提高检测灵敏度，称为燃料棒端塞焊缝小弧段补偿X射线透照法，其方法如图4所示。该方法同样采用与燃料棒包壳管、端塞2的材质相同的补偿块7，将燃料棒环形焊缝1置于补偿块7内，X射线束沿垂直于燃料棒轴线的方向进行透照，X射线穿过位于补偿块内的燃料棒环形焊缝，在X射线数字成像板5上成像，该方法对燃料棒环形焊缝的部分弧段进行厚度补偿，进行厚度补偿的燃料棒环形焊缝的部分弧段位于补偿块的中部位置，环形焊缝的上部和下部一部分弧段置于补偿块7外。在本实施例中，每次X射线透照时只对AB弧段和CD弧段范围进行补偿，本实施例中AB弧段和CD弧段所对应的圆心角分别为84°，A′B′弧段和C′D′弧段作为有效检测弧段，通过三次透照整个焊缝都被补偿到。焊缝小弧段补偿的目的是避免直接透照法中的散射线干扰，同时较多减少全补偿法中的透照厚度，更有利于提高检测灵敏度。适用于小弧段厚度补偿工艺的补偿块的结构如图6所示，其材质与燃料棒包壳管、端塞的材质相同，补偿块7的外部为立方体结构，在补偿块7上设有用于插入燃料棒的圆弧孔9，其中，圆弧孔9的圆弧面部分位于补偿块7的中部位置，圆弧孔在补偿块的上表面和下表面沿燃料棒的轴向分别形成开口，使环形焊缝的上部和下部的一部分弧段置于补偿块外。位于补偿块内的左右两个圆弧面对称设置，圆弧面的轴向长度为15-60mm，根据具体的焊缝位置确定具体的长度值，本实施例中，位于补偿块内的左右两个圆弧面所对应的圆心角均为84°。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种燃料棒端塞焊缝X射线透照工艺的厚度补偿方法，采用与燃料棒包壳管、端塞的材质相同的补偿块，将燃料棒环形焊缝置于补偿块内，X射线束沿垂直于燃料棒轴线的方向进行透照，X射线穿过位于补偿块内的燃料棒环形焊缝，在X射线数字成像板上成像，其特征在于：该方法对燃料棒环形焊缝的部分弧段进行厚度补偿，置于补偿块内的焊缝弧段大于整个环形焊缝的1/3，且不超过整个环形焊缝的周长，X射线对燃料棒环形焊缝进行n次透照，3≤n≤6，在相邻的两次透照之间燃料棒旋转360°/n。
2.如权利要求1所述的燃料棒端塞焊缝X射线透照工艺的厚度补偿方法，其特征在于：进行厚度补偿的燃料棒环形焊缝的部分弧段位于补偿块的中部位置，环形焊缝的上部和/或下部的部分弧段置于补偿块外。
3.如权利要求2所述的燃料棒端塞焊缝X射线透照工艺的厚度补偿方法，其特征在于：燃料棒环形焊缝的中下部264°圆心角所对应的弧段位于补偿块内，上部96°圆心角所对应的弧段置于补偿块外。
4.如权利要求2所述的燃料棒端塞焊缝X射线透照工艺的厚度补偿方法，其特征在于：燃料棒环形焊缝的中部84°圆心角所对应的两个弧段位于补偿块内，上部和下部96°圆心角所对应的两个弧段置于补偿块外。
5.一种用于燃料棒端塞焊缝X射线透照工艺的补偿块，其材质与燃料棒包壳管、端塞的材质相同，补偿块外部为立方体结构，在补偿块上设有用于插入燃料棒的圆弧孔，其特征在于：圆弧孔的部分圆弧面位于补偿块内，圆弧面的长度为15-60mm，圆弧孔在补偿块的上表面沿燃料棒的轴向形成开口。
6.如权利要求5所述的用于燃料棒端塞焊缝X射线透照工艺的补偿块，其特征在于：位于补偿块内的圆弧面对应的圆心角为264°。
7.一种用于燃料棒端塞焊缝X射线透照工艺的补偿块，其材质与燃料棒包壳管、端塞的材质相同，补偿块外部为立方体结构，在补偿块上设有用于插入燃料棒的圆弧孔，其特征在于：圆弧孔的部分圆弧面位于补偿块内，圆弧面的长度为15-60mm，圆弧孔在补偿块的上表面和下表面沿燃料棒的轴向分别形成开口，位于补偿块内的左右两个圆弧面对称设置。
8.如权利要求7所述的用于燃料棒端塞焊缝X射线透照工艺的补偿块，其特征在于：位于补偿块内的左右两个圆弧面所对应的圆心角均为84°。
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