CN109448878B - 一种辐照后试样的真空镶嵌工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种辐照后试样的真空镶嵌工艺,包括以下步骤:(A)切割制样,选取特征位置的燃料元件,切割制备试样;(B)冷镶嵌试样,在热室内将试样放入镶嵌管中,之后在镶嵌管中填充树脂进行冷镶嵌;(C)磨制抛光试样,对试样进行磨制,磨制完成后抛光试样,使得试样中包壳与芯块的间隙和/或芯块的裂纹暴露在试样的抛光面上;(D)粘附镶嵌环,将试样的抛光面朝上,将镶嵌环粘附于抛光面的镶嵌管上;(E)浇注树脂,向镶嵌环内倒入树脂至试样的抛光面上;(F)抽真空;(G)固化。本发明采用冷镶嵌与真空镶嵌相结合的二次镶嵌工艺提高棒形燃料元件检查结果的准确性、可靠性,使得燃料元件辐照性能评价更加准确。
Description
技术领域
本发明涉及核燃料辐照后的检测领域,具体涉及一种辐照后试样的真空镶嵌工艺。
背景技术
棒形燃料元件是目前核电站使用的主流燃料元件,其基本的结构形式是将柱状燃料芯块封装于锆合金包壳中。由于棒形燃料元件燃料芯块是采取填充的方式布置于锆合金包壳内,设计上考虑了一定的填充间隙,约数十微米;同时由于燃料芯块为陶瓷材料,燃耗较高时,燃料芯块会出现开裂,甚至形成三维网络状的裂纹网络。
燃料元件辐照后检查是辐照性能评价和辐照效应研究的重要内容,对于核反应堆运行的安全评价和新型燃料元件的研发具有重要意义。
在检查辐照后的燃料元件之前,需要对待分析的燃料元件进行制样。但是在制样过程中,包壳与芯块之间的间隙、芯块上产生的裂纹在试样切割制备过程中容易被切屑掩盖,树脂无法进入间隙、裂纹内或者只有局部区域能够被树脂填充,因此采用常规的冷镶嵌、热镶嵌甚至真空镶嵌均无法获得较好的间隙和裂纹填充效果。没有树脂的填充,燃料芯块的外边缘、包壳管的内边缘无法得到有效的边界保护,严重影响其显微组织观察;同时,由于芯块内部裂纹的存在,极易出现燃料芯块碎块剥落,甚至磨制过程中的作用力会导致燃料芯块裂纹形态的改变,影响了对燃料芯块裂纹的观察分析,最终影响到燃料元件辐照性能评价。
为保障棒形燃料元件检查结果的准确性、可靠性,必须突破燃料元件间隙、裂纹填充工艺,对燃料包壳内表面、燃料芯体外表面以及裂纹形态形成有效的保护,确保观察到的微观形态能够反映燃料元件试样的真实形态。
发明内容
本发明的目的在于提供一种辐照后试样的真空镶嵌工艺,以解决现有技术中树脂无法很好地填充包壳与芯块之间的间隙以及芯块上产生的裂纹,所造成的燃料包壳内表面、燃料芯体外表面以及裂纹形态没有得到有效保护,最终导致棒形燃料元件检查结果的不准确、不可靠,严重影响燃料元件辐照性能评价的问题。
本发明通过下述技术方案实现:
一种辐照后试样的真空镶嵌工艺,包括以下步骤:
(A)切割制样,选取特征位置的燃料元件,切割制备试样;
(B)冷镶嵌试样,在热室内将试样放入镶嵌管中,之后在镶嵌管中填充树脂进行冷镶嵌;
(C)磨制抛光试样,对试样进行磨制,磨制完成后抛光试样,使得试样中包壳与芯块的间隙和/或芯块的裂纹暴露在试样的抛光面上;
(D)粘附镶嵌环,将试样的抛光面朝上,将镶嵌环粘附于抛光面的镶嵌管上;
(E)浇注树脂,向镶嵌环内倒入树脂至试样的抛光面上;
(F)抽真空,将试样放入真空室内抽真空,真空度提高,排出间隙和/或裂纹中的气体,树脂进入填充间隙和/或裂纹;
(G)固化。
上述镶嵌工艺中,首先对待分析的燃料元件特征位置进行切割。切割后的试样具备一定的高度,试样包括柱状的芯块以及套设在芯块外部的包壳,芯块与包壳之间存在约数十微米的间隙。切割完成后,在热室内江切割好的试样放入镶嵌管中,之后填充树脂试样的高度以完成冷镶嵌,优选地,树脂的填充高度与试样的上表面齐平,进一步优选地,所使用的填充树脂为环氧树脂。冷镶嵌完成后,试样中芯块与包壳的位置相对固定,包壳与镶嵌管的位置相对固定。
由于国内的切割工艺与国外的切割工艺存在差距,试样的切割断面,也即上表面和下表面的粗糙度差,包壳和燃料芯块之间的间隙掩盖严重。因此,通过上述一次冷镶嵌工艺所制备的试样,用于填充间隙的树脂无法进入包壳和芯块之间的间隙中对包壳的内表面和芯块的外表面进行有效的保护。另外,芯块内部存在的裂纹由于未暴露在芯块表面,因此树脂也无法对裂纹进行保护,致使在磨制过程中,裂纹形态发生改变,影响最终燃料元件辐照性能评价。
因此,为了使得树脂能够进入包壳与芯块间的间隙,以及进入芯块的内部或外部裂纹中。本发明采用热室抛磨机磨制一次冷镶嵌后的试样,磨制完成后抛光试样,使得试样中的包壳与芯块的间隙和/或芯块的裂纹暴露在试样的抛光面上。通过磨制和抛光,不仅消除了由于切割而导致的包壳与芯块之间间隙的掩盖,还使得芯块的裂纹,尤其是芯块内部的裂纹暴露。
之后,在热室内通过机械手将试样放置于操作台面上,试样的抛光面朝上,然后采用机械手将镶嵌环粘附在抛光面的镶嵌管上,此时镶嵌环内表面与试样的抛光面共同组成了填充槽。随后向填充槽中倒入树脂,优选地,倒入的树脂与镶嵌环的高度齐平。
完成上述步骤后,采用机械手将试样转移至真空镶嵌装置的真空室中,闭合密封盖,打开针阀后开启电源抽真空。根据试样表面树脂气泡情况旋转针阀调节压力,确保气泡冒出速度可控,逐渐提高真空度至不再有气泡产生,保持当前真空度10分钟。
最后利用机械手取出试样,将试样转移至固化热室内固化试样,固化后即可进一步磨制、抛光。
通过上述二次镶嵌工艺,使得树脂能够通过抛光面进入包壳与芯块之间间隙、以及芯块上的裂纹,抽真空能够去除间隙、裂纹中的空气,使得树脂能够很好地填充间隙和裂纹,对燃料芯块的外边缘、包壳管的内边缘提供有效的边界保护,同时有效地保护燃料芯块裂纹,确保磨制过程中的作用力不会导致燃料芯块裂纹形态的改变,提高棒形燃料元件检查结果的准确性、可靠性,使得燃料元件辐照性能评价更加准确。
作为本发明的一个优选实施方案,在步骤(D)中,将试样放置于镶嵌环安装装置中以安装镶嵌环,所述镶嵌环安装装置包括用于放置试样的固定筒,所述固定筒的顶面设置有至少三根导向杆,所述导向杆沿固定筒的周向均匀布置。
步骤(D)中需要采用机械手在进行热室内进行操作,但是机械手与人手不同,在操作时可能出现镶嵌环无法准确对其镶嵌管的情况,镶嵌环内部与抛光面未能构成底面封闭的容纳槽,致使后续填充树脂时,镶嵌环内的树脂将顺着镶嵌管外壁留下,造成树脂浪费或浇注失败。为了解决上述问题,本发明设计了一种镶嵌环安装装置,该装置包括固定筒,优选地,固定筒的内径略大于镶嵌管的外径,固定筒的顶面设置有至少三根导向杆,优选地,导向杆的数量为四根,四根导向杆沿固定筒的周向均匀布置,四根导向杆的内部与镶嵌环的外壁接触,并对镶嵌环构成限位区域,当镶嵌环位于限位区域时,镶嵌环仅能在竖直方向上沿导向杆移动,最后在导向杆的引导下,镶嵌环与试样抛光面接触,此时镶嵌环与试样同心。
使用时,将试样放置于固定筒内,试样的抛光面高于固定筒的顶面以安装镶嵌环,之后从导向杆形成的限位区域的顶部将镶嵌环放入限位区域,镶嵌环保持水平并沿竖直方向向下移动,最终与抛光面接触。
进一步地,所述导向杆向固定筒外侧弯曲,所述导向杆的弯曲点的位置被配置为,试样位于固定筒内,且试样的底面与固定筒的底面齐平时,导向杆的弯曲点位于试样上方。为了进一步提高对机械手的容错能力,将导向杆设置为上、下两段,上段用于将镶嵌环放入,下段用于引导镶嵌环仅能沿竖直方向与抛光面同心粘附。导向杆均向固定筒外侧弯曲以扩大镶嵌环的放置范围,优选地,各导向杆上段的位于同一水平面上的点所构成的圆形均与试样同心。
进一步地,所述镶嵌环的内径等于镶嵌管的内径,镶嵌环的外径等于镶嵌管的外径。
进一步地,所述镶嵌环的高度为1~2mm
进一步地,所述镶嵌管的外径为25mm。
进一步地,所述步骤(C)中,采用热室抛磨机,将试样依次在220目、600目和1200目金刚石磨盘上磨制,之后按顺序采用9μm、3μm和1μm粒度的金刚石悬浮液对试样进行抛光,最终使试样中包壳与芯块的间隙和/或芯块上的裂纹暴露在试样的抛光面上。
进一步地,所述步骤(F)中,将步骤(E)中填充有树脂的试样转移至真空室内,之后根据试样抛光面上树脂所产生的气泡情况调节真空室的真空度,确保气泡冒出速度可控,之后逐渐提高真空度直至不再有气泡产生,保持当前真空度持续抽真空10分钟。
进一步地,所述步骤(A)中,所切割的试样高度为20~25mm。
本发明与现有技术相比,具有如下的优点和有益效果:
1、本发明采用冷镶嵌与真空镶嵌相结合的二次镶嵌工艺,第一次镶嵌使得试样中芯块与包壳的位置相对固定,包壳与镶嵌管的位置相对固定;关键的第二次镶嵌使得树脂能够通过抛光面进入包壳与芯块之间间隙、以及芯块上的裂纹,抽真空能够去除间隙、裂纹中的空气,使得树脂能够很好地填充间隙和裂纹,对燃料芯块的外边缘、包壳管的内边缘提供有效的边界保护,同时有效地保护燃料芯块裂纹,确保磨制过程中的作用力不会导致燃料芯块裂纹形态的改变,提高棒形燃料元件检查结果的准确性、可靠性,使得燃料元件辐照性能评价更加准确;
2、本发明设计了一种镶嵌环安装装置以提高在热室内利用机械手安装镶嵌环的准确性,不仅便于工作人员安装镶嵌环、提高安装效率,还确保镶嵌环能够与抛光面形成底部封闭的树脂容纳槽,避免树脂浪费。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本发明实施例的限定。在附图中:
图1为本发明具体实施例的流程框图;
图2为本发明具体实施例中镶嵌环的结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称:
1-固定筒,2-导向杆,3-镶嵌管,4-试样,5-镶嵌环。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施例和附图,对本发明作进一步的详细说明,本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明,并不作为对本发明的限定。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
实施例1:
如图1所示的一种辐照后试样的真空镶嵌工艺,包括以下步骤:
(A)切割制样,选取特征位置的燃料元件,切割制备试样,所制备的试样高度为20mm;
(B)冷镶嵌试样,在热室内将试样放入外径为25mm的镶嵌管中,之后在镶嵌管中填充环氧树脂进行冷镶嵌,环氧树脂填充高度为20mm;
(C)磨制抛光试样,采用热室抛磨机,将试样依次在220目、600目和1200目金刚石磨盘上磨制,之后按顺序采用9μm、3μm和1μm粒度的金刚石悬浮液对试样进行抛光,最终使试样中包壳与芯块的间隙和/或芯块上的裂纹暴露在试样的抛光面上;
(D)粘附镶嵌环,将试样的抛光面朝上,将镶嵌环粘附于抛光面的镶嵌管上;
(E)浇注环氧树脂,采用机械手将调配好的环氧树脂倒入镶嵌环内,直至环氧树脂液面与镶嵌环齐平;
(F)抽真空,将步骤(E)中浇注有树脂的试样转移至真空室内,之后根据试样抛光面上树脂所产生的气泡情况调节真空室的真空度,确保气泡冒出速度可控,之后逐渐提高真空度直至不再有气泡产生,保持当前真空度持续抽真空10分钟;
(G)固化,采用机械手取出试样,将试样转移至固化热室内,等待试样固化,固化后即可进行磨光、抛光等制备。
实施例2:
如图2所示,在实施例1的基础上,设计一种镶嵌环安装装置以在热室内利用机械手安装镶嵌环。具体地,将试样放置于镶嵌环安装装置中以安装镶嵌环5,所述镶嵌环安装装置包括用于放置试样4的固定筒1,固定筒1的顶面设置有四根导向杆2,四根导向杆2沿固定筒1的周向均匀布置;所述导向杆2向固定筒1外侧弯曲,导向杆2的弯曲点的位置被配置为,试样4位于固定筒1内,且试样4的底面与固定筒1的底面齐平时,导向杆2的弯曲点位于试样4上方;所述镶嵌环5的内径等于镶嵌管3的内径,镶嵌环5的外径等于镶嵌管3的外径;所述镶嵌环5的高度为1~2mm。
以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种辐照后试样的真空镶嵌工艺,其特征在于,包括以下步骤:
(A)切割制样,选取特征位置的燃料元件,切割制备试样;
(B)冷镶嵌试样,在热室内将试样放入镶嵌管中,之后在镶嵌管中填充树脂进行冷镶嵌;
(C)磨制抛光试样,对试样进行磨制,磨制完成后抛光试样,使得试样中包壳与芯块的间隙和/或芯块的裂纹暴露在试样的抛光面上;
(D)粘附镶嵌环,将试样的抛光面朝上,将镶嵌环粘附于抛光面的镶嵌管上;
(E)浇注树脂,向镶嵌环内倒入树脂至试样的抛光面上;
(F)抽真空,将试样放入真空室内抽真空,真空度提高,排出间隙和/或裂纹中的气体,树脂进入填充间隙和/或裂纹;
(G)固化。
2.根据权利要求1所述的一种辐照后试样的真空镶嵌工艺,其特征在于,所述步骤(D)中,将试样放置于镶嵌环安装装置中以安装镶嵌环(5),所述镶嵌环安装装置包括用于放置试样(4)的固定筒(1),所述固定筒(1)的顶面设置有至少三根导向杆(2),所述导向杆(2)沿固定筒(1)的周向均匀布置。
3.根据权利要求2所述的一种辐照后试样的真空镶嵌工艺,其特征在于,所述导向杆(2)向固定筒(1)外侧弯曲,所述导向杆(2)的弯曲点的位置被配置为,试样(4)位于固定筒(1)内,且试样(4)的底面与固定筒(1)的底面齐平时,导向杆(2)的弯曲点位于试样(4)上方。
4.根据权利要求2所述的一种辐照后试样的真空镶嵌工艺,其特征在于,所述镶嵌环(5)的内径等于镶嵌管(3)的内径,镶嵌环(5)的外径等于镶嵌管(3)的外径。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的一种辐照后试样的真空镶嵌工艺,其特征在于,所述镶嵌环(5)的高度为1~2mm。
6.根据权利要求1~4中任一项所述的一种辐照后试样的真空镶嵌工艺,其特征在于,所述镶嵌管(3)的外径为25mm。
7.根据权利要求1所述的一种辐照后试样的真空镶嵌工艺,其特征在于,所述步骤(C)中,采用热室抛磨机,将试样依次在220目、600目和1200目金刚石磨盘上磨制,之后按顺序采用9μm、3μm和1μm粒度的金刚石悬浮液对试样进行抛光,最终使试样中包壳与芯块的间隙和/或芯块上的裂纹暴露在试样的抛光面上。
8.根据权利要求1所述的一种辐照后试样的真空镶嵌工艺,其特征在于,所述步骤(F)中,将步骤(E)中浇注有树脂的试样转移至真空室内,之后根据试样抛光面上树脂所产生的气泡情况调节真空室的真空度,确保气泡冒出速度可控,之后逐渐提高真空度直至不再有气泡产生,保持当前真空度持续抽真空10分钟。
9.根据权利要求1所述的一种辐照后试样的真空镶嵌工艺,其特征在于,所述步骤(A)中,所切割的试样高度为20~25mm。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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