压水堆燃料棒端塞焊缝超声波无损检测装置研制

论文摘要

核燃料元件棒是核反应堆释放热量的单元体，是反应堆的核心部件，要求具有高度可靠性和安全性。而包壳与端塞之间的焊缝是燃料棒质量最薄弱的环节，直接影响核反应堆的安全运行。根据核燃料元件的设计和制造中的质量保证，要求对燃料元件棒端塞焊缝进行100％检查，在焊缝内不得含有Φ0.25mm以上的气孔，不允许有未焊透和气胀等缺陷。本文针对压水堆燃料棒端塞焊缝中出现的各种缺陷，研究设计了脉冲反射法和透射法相结合的超声波在线无损检测方法，运用超声纵波与横波检测焊缝中气孔、未焊透、未熔合气胀等缺陷，运用脉冲相位法对燃料棒端塞焊缝热影响区包壳管壁厚进行测量，并提出硬件和软件相结合的抗干扰方法，有效去除了检测时外界对缺陷超声回波信号的干扰。研制了人工标准缺陷对检测方法进行了实验验证。根据研究的检测方法研制了在线检测装置，在线检测装置由超声探伤仪、超声波探头、自动控制部分、机械传动部分和数据处理软件等组成。研制的超声探伤仪带宽25MHz，脉冲重复频率20KHz，探伤仪的五个通道采用了串行工作的方式，有效消除了通道间的干扰。研制了水浸点聚焦超声波探头，探头频率高达15 MHz，焦距18mm。通过对人工标准缺陷和实际缺陷的多次测量分析，结果表明，研究的超声波检测方法和在线检测装置能够检测出焊缝中Φ0.25mm以上的气孔，大于包壳管壁厚10％的未焊透，未熔合，以及气胀、壁厚减薄等缺陷，而且检测灵敏度高，定位准确，完全能够满足实际生产的需要。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.1.1 核燃料棒端塞焊缝质量的重要性
• 1.1.2 目前检测技术水平落后
• 1.1.3 超声波检测技术的特点
• 1.1.4 我国核军工与民用核电发展的需要
• 1.2 国内外发展概况
• 1.2.1 美国检测方式
• 1.2.2 法国检测方式
• 1.2.3 俄罗斯检测方法和设备
• 1.2.4 印度和韩国的检测方法和设备
• 1.3 本工作研究路线、主要成果与创新点
• 1.3.1 本工作研究路线
• 1.3.2 本工作的主要成果
• 1.3.3 本工作的创新点
• 第二章 超声波检测的物理基础
• 2.1 超声波的波形
• 2.2 超声波的传播特性
• 2.2.1 波长、频率和声速
• 2.2.2 超声场的特征量
• 2.3 超声波垂直入射到界面时的反射和透射
• 2.4 超声波倾斜入射到界面时的反射和折射
• 2.4.1 反射、折射和波型转换
• 2.4.2 临界角和全反射
• 2.5 超声波无损检测原理
• 2.5.1 脉冲反射法
• 2.5.2 穿透法
• 2.5.3 纵波法
• 2.5.4 横波法
• 第三章 燃料棒端塞焊缝超声波检测方法
• 3.1 端塞的焊接和主要缺陷
• 3.1.1 焊接工艺
• 3.1.2 主要缺陷
• 3.2 端塞焊缝超声波检测方法
• 3.2.1 未焊透缺陷的检测
• 3.2.2 气胀缺陷的检测
• 3.2.3 气孔缺陷的检测
• 3.2.4 未熔合缺陷的检测
• 3.2.5 热影响区壁厚减薄的检测
• 3.3 关键工艺参数研究
• 3.3.1 超声探伤仪重复频率
• 3.3.2 探头声束聚焦方式和频率的选择
• 3.3.3 检测螺距
• 3.3.4 水层厚度
• 第四章 燃料棒端塞焊缝超声波在线检测系统
• 4.1 硬件系统
• 4.1.1 超声探伤仪
• 4.1.2 超声探头
• 4.1.3 自动控制部分
• 4.1.4 机械传动部分
• 4.2 软件系统
• 4.2.1 软件界面
• 4.2.2 软件主要功能
• 第五章 试验结果与讨论
• 5.1 标准缺陷样品
• 5.2 标准缺陷检测结果
• 5.3 实际缺陷检测结果与分析
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间的研究成果及发表的论文