2021壓水堆燃料棒焊縫檢驗(yàn)方法金相檢驗(yàn)和X射線照相檢驗(yàn)

中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)壓水堆燃料棒焊縫檢驗(yàn)方法金相檢驗(yàn)和X射線照相檢驗(yàn)發(fā)布Ⅰ目次前言 Ⅲ1范圍 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 14金相檢驗(yàn) 45X射線照相檢驗(yàn)方法 96檢驗(yàn)報(bào)告 13附錄A(資料性)一般燃料棒結(jié)構(gòu)圖 14附錄B(規(guī)范性)金相樣品取樣方法 15附錄C(資料性)浸蝕方法 18附錄D(資料性)檢測和照相倍數(shù) 19附錄E(規(guī)范性)有效熔深犛值的測量 20附錄F(規(guī)范性)半補(bǔ)償照相法最小透照厚度計(jì)算方法 22附錄G(資料性)透照布置 23附錄H(資料性)燃料棒焊縫X射線照相檢驗(yàn)補(bǔ)償方法 24Ⅲ前言GBT分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件代替GB／T11809—2008《壓水堆燃料棒焊縫檢驗(yàn)方法金相檢驗(yàn)和X射線照相檢驗(yàn)》，與f)將金相取樣內(nèi)容調(diào)整為附錄B，合并了上端環(huán)焊縫及密封焊點(diǎn)與下端環(huán)焊縫的縱向樣品取樣增加了壓力電阻焊金相焊縫樣品的取樣方法，并對附錄順幾何不清晰度計(jì)算公式(見n)增加金相樣品檢測及照相倍數(shù)(見附錄D)；o)增加附錄F半補(bǔ)償照相法最小透照厚度計(jì)算方法(見附錄F)；p)增加附錄H燃料棒焊縫X射線照相檢驗(yàn)補(bǔ)償方法(見附錄H)。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由全國核能標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC／TC58)提出并歸口。本文件起草單位：中核建中核燃料元件有限公司。本文件及其所代替文件的歷次版本發(fā)布情況為：—本次為2008年合并后第二次修訂。1壓水堆燃料棒焊縫檢驗(yàn)方法金相檢驗(yàn)和X射線照相檢驗(yàn)本文件描述了壓水堆燃料棒(以下簡稱燃料棒)焊縫的金相檢驗(yàn)和X射線照相檢驗(yàn)方法。本文件的金相檢驗(yàn)方法適用于采用電子束、鎢極惰性氣體保護(hù)進(jìn)行焊接的鋯合金燃料棒熔化焊焊縫(包括環(huán)焊縫和密封焊點(diǎn))樣品的熔深、缺陷及微觀組織的檢驗(yàn)。也適用于采用壓力電阻焊進(jìn)行鋯合金燃料棒焊接的焊縫的密實(shí)區(qū)的檢驗(yàn)。其中的薄膜浸蝕法僅適用于采用電子束焊接的Zr-Sn合金燃料棒焊縫檢驗(yàn)。燃料組件中鋯合金導(dǎo)向管焊縫熔深和缺陷以及采用其他焊接方式得到的焊縫的金相檢驗(yàn)也可參照執(zhí)行。本文件的X射線照相檢驗(yàn)方法適用于燃料棒環(huán)焊縫以及密封焊點(diǎn)的檢查，壓水堆燃料組件控制棒、可燃毒物棒、中子源棒以及導(dǎo)向管部件環(huán)焊縫，其他堆型類似燃料棒環(huán)焊縫也可參照執(zhí)行。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB／T6394金屬平均晶粒度測定方法GB18871電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)GB／T19802無損檢測工業(yè)射線照相觀片燈最低要求GBZ117工業(yè)X射線探傷放射防護(hù)要求3術(shù)語和定義包殼環(huán)焊熔深犛h包殼管與端塞焊接熔合厚度(見圖1)。2圖1環(huán)焊縫測量參數(shù)示意圖Ph包殼管與端塞焊接熔化區(qū)最大深度(見圖1)。密封焊點(diǎn)熔深犛d密封焊點(diǎn)沿中心軸線方向測得的最小熔合厚度(見圖2)。圖2密封焊點(diǎn)測量參數(shù)示意圖密封焊點(diǎn)厚度Pd密封焊點(diǎn)熔合最小厚度(見圖2)。環(huán)焊縫有效熔深犛環(huán)焊縫中排除缺陷影響后包殼管與端塞熔合處的焊接最小厚度。3包殼管環(huán)焊縫根部咬邊的現(xiàn)象。密實(shí)區(qū)長度L壓力電阻焊環(huán)焊縫中焊接結(jié)合區(qū)的縱向長度(見圖3)。a)焊縫內(nèi)無缺陷b)焊縫內(nèi)有缺陷標(biāo)引序號(hào)和符號(hào)說明：3—端塞端面；4—包殼管；5—端塞；犔—焊縫密實(shí)區(qū)長度；的兩段之和。圖3壓力電阻焊密實(shí)區(qū)長度的測量參數(shù)示意圖壓力電阻焊環(huán)焊縫包殼管端部與外部擠出物之間的缺口(見圖4)。4a)爆破后的壓力電阻焊環(huán)焊縫縱截面標(biāo)引序號(hào)說明：1—包殼管；2—焊接不連續(xù)區(qū)；3—結(jié)合線；4—擠出物；A—端塞與包殼管結(jié)合處；A5—包殼管破口；6—端塞端面；7—包殼管；8—V型槽。圖4壓力電阻焊環(huán)焊縫缺陷檢查示意圖4金相檢驗(yàn)用線切割或機(jī)械加工方法從待測件上切割一塊樣品，鑲嵌后，對待測面進(jìn)行研磨、拋光和浸蝕，然后在金相顯微鏡上進(jìn)行測量和缺陷檢查。燃料棒一般結(jié)構(gòu)和焊縫位置見附錄A。酒精(CH3CH2OH)，化學(xué)純。54．4．1采用線切割或機(jī)械加工等方式從待測件上切割一塊作為樣品，樣品切割面應(yīng)平整。4．4．3熔化焊和密封點(diǎn)焊的焊接樣品宜采用縱向切割方式，壓力電阻焊的焊接樣品可采用縱向和橫向兩種切割方式。樣品取樣按照附錄B的方法進(jìn)行。嵌材料鑲樣。平整。6標(biāo)引序號(hào)和符號(hào)說明：1—取樣時(shí)包殼管切口；2—包殼管；3—端塞內(nèi)端面；4、6—焊縫擠出物；5—檢驗(yàn)面位置(橫截面)；7—端塞；l—端塞內(nèi)端面到包殼管切口的距離；l—檢驗(yàn)面位置到包殼管切口的距離；l—檢驗(yàn)面到端塞內(nèi)端面的距離。圖5壓力電阻焊橫截面檢驗(yàn)位置認(rèn)是否有焊接不連續(xù)區(qū)?？捎没瘜W(xué)浸蝕法、薄膜浸蝕法或熱染法進(jìn)行浸蝕。適用的浸蝕方法見附錄C。樣品磨面經(jīng)薄膜浸蝕法浸蝕后不應(yīng)擦拭，以免破壞浸蝕膜。對于正置式顯微鏡，可直接帶水觀察；對于倒置式顯微鏡，吹干水跡后在顯微鏡上觀察，在適當(dāng)倍數(shù)下測量環(huán)焊縫的Ph或密封焊點(diǎn)的Pd。必要時(shí)照相記錄熔化區(qū)圖像，常用檢測及照相倍數(shù)見附錄D。7浸蝕后的樣品清洗干燥后，在金相顯微鏡上放大適當(dāng)倍數(shù)測量出環(huán)焊縫的犛h或密封焊點(diǎn)的犛d。按照附錄E的方法測量有效熔深犛。寸及部位。用熱染法或其他有效浸蝕方法顯示出三區(qū)后，在金相顯微鏡下檢查焊縫熔化區(qū)、熱影響區(qū)和基體的晶粒組織，必要時(shí)照相記錄，照相可采用明場或偏光照明。晶粒度的評級(jí)可按GB／T6394執(zhí)行。脹等缺陷，直至磨完整個(gè)環(huán)焊縫熔化區(qū)。如有缺陷，在適當(dāng)倍數(shù)下測量其大小并記錄其位置，必要時(shí)照相記錄。對爆破試驗(yàn)后樣品檢查是否沿焊縫結(jié)合線破裂，如圖4所示。如果需要，按圖4檢查并測量V型槽缺陷的深度，超過規(guī)定值時(shí)記錄測量結(jié)果。如果需要，按圖4測量焊縫內(nèi)部的單個(gè)不連續(xù)缺陷長度以及焊接不連續(xù)區(qū)總長度，對于內(nèi)部擠出物部分出現(xiàn)的不連續(xù)區(qū)可不測量。如果需要，按圖6所示檢查焊縫狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)管過熔或冷態(tài)時(shí)應(yīng)記錄其狀態(tài)。8標(biāo)引序號(hào)和符號(hào)說明：1—包殼管；2—端塞；l—未熔合長度。6壓力電阻焊縱截面標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)及缺陷狀態(tài)示意圖如果需要，檢查橫截面焊縫結(jié)合線處的缺陷并測量缺陷尺寸，橫截面典型缺陷示意圖見圖7。當(dāng)相鄰氣孔間距小于3倍氣孔直徑時(shí)應(yīng)視為一組串孔，測量其總長度。如果橫截面上缺陷尺寸或數(shù)量超過規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，可繼續(xù)磨拋樣品進(jìn)行檢查，直至無缺陷或超出檢驗(yàn)區(qū)域?yàn)橹?，檢驗(yàn)位置如圖5所示。標(biāo)引序號(hào)說明：1—未焊透；2—微氣孔；3—串孔；4—夾雜。圖7壓力電阻焊橫截面樣品典型缺陷95犡射線照相檢驗(yàn)方法X射線在穿透過程中，強(qiáng)度因吸收、散射和擴(kuò)散等發(fā)生衰減。環(huán)焊縫照相采用厚度補(bǔ)償法，透照時(shí)將燃料棒環(huán)焊縫插入補(bǔ)償塊孔內(nèi)，形成一個(gè)組合體，密封焊點(diǎn)可與上端環(huán)焊縫共用一個(gè)補(bǔ)償塊，置于X射線透照場內(nèi)一起透照。燃料棒焊縫的缺陷在X射線底片上形成特征影像，通過特征影像來判斷并評價(jià)焊縫質(zhì)量。燃料棒一般結(jié)構(gòu)和焊縫位置見附錄A。X射線的安全防護(hù)應(yīng)符合GB18871和GBZ117的規(guī)定。5．3．1燃料棒焊縫射線檢驗(yàn)人員應(yīng)按照所從事的工作取得相應(yīng)等級(jí)的民用核安全設(shè)備無損檢測資格證書。格證。管電壓不超過320kV，焦點(diǎn)和焦距選擇滿足幾何不清晰度要求。階梯孔型像質(zhì)計(jì)，像質(zhì)計(jì)對X射線的吸收系數(shù)應(yīng)與被檢件一致或相近，每級(jí)階梯厚度應(yīng)與該級(jí)上表1像質(zhì)計(jì)類別單位為毫米孔徑尺寸類別Ⅱ類Ⅲ類Ⅳ類第1級(jí)階梯+第2級(jí)階梯+第3級(jí)階梯+標(biāo)引序號(hào)和符號(hào)說明：1—刻字區(qū)；B—階梯長度；犎—像質(zhì)計(jì)寬度。圖8像質(zhì)計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖光板遮擋非評定區(qū)。厚度補(bǔ)償塊按所檢焊縫形狀和尺寸制造，其對X射線的線吸收系數(shù)與被檢件一致或相近，且需經(jīng)X合格?？准庸こ叽缫螅?犇mm，犇代表被檢部位直徑。在保證補(bǔ)償塊適度剛性的前提下，補(bǔ)償塊厚度盡可能小。按照燃料棒焊縫X射線照相檢驗(yàn)補(bǔ)償方法，厚度補(bǔ)償塊分為全補(bǔ)償照相補(bǔ)償塊和半補(bǔ)償照相補(bǔ)償塊，厚度補(bǔ)償塊示意圖見圖9。按照附錄F計(jì)算半補(bǔ)償照相補(bǔ)償塊的最小透照厚度狑min，半補(bǔ)償照相補(bǔ)償塊應(yīng)在焊縫區(qū)域選取合適的寬度，從補(bǔ)償塊的上下兩面去除相同的厚度，保證焊縫有效區(qū)域的剩余厚度大于或等于最小透照厚度狑min即可。a)全補(bǔ)償照相厚度補(bǔ)償塊b)半補(bǔ)償照相厚度補(bǔ)償塊圖9厚度補(bǔ)償塊示意圖按照公式(1)計(jì)算一次透照長度。制作補(bǔ)償塊時(shí)，透照有效區(qū)的長度應(yīng)小于一次透照長度。式中：將燃料棒插入補(bǔ)償塊的圓孔內(nèi)時(shí)，應(yīng)使環(huán)焊縫、密封焊點(diǎn)處在規(guī)定的位置，使全部被透照燃料棒的環(huán)焊縫處在一條直線段上。透照時(shí)，X射線發(fā)生器窗口中心指示器應(yīng)對準(zhǔn)此直線段的中點(diǎn)。透照時(shí)，所有補(bǔ)償塊的透照有效區(qū)應(yīng)處于有效透照場內(nèi)。像質(zhì)計(jì)和鉛字標(biāo)識(shí)處在投影正面，其投影不應(yīng)與焊縫投影重疊。且像質(zhì)計(jì)宜處在射線照相最不利的位置。透照件布置見附錄G。環(huán)焊縫和密封焊點(diǎn)的表面質(zhì)量應(yīng)經(jīng)外觀檢查合格。表面的不規(guī)則狀態(tài)在底片上的圖像不應(yīng)掩蓋焊縫中的缺陷或與之相混淆，否則應(yīng)做適當(dāng)?shù)男拚?。像質(zhì)計(jì)靈敏度要求識(shí)別的雙孔一般在階梯孔型像質(zhì)計(jì)的第2級(jí)階梯上，同一階梯上的雙孔均可見才認(rèn)為可識(shí)別，不同透照厚度下像質(zhì)計(jì)可見的雙孔尺寸如表2所示：表2透照厚度與像質(zhì)計(jì)階梯厚度及孔徑關(guān)系單位為毫米透照厚度像質(zhì)計(jì)階梯厚度及孔徑厚度≤44＜厚度≤88＜厚度≤1212＜厚度≤16式中：及檢測條件和環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)進(jìn)行散射線檢查。散射線檢查方法：在背板與暗盒之間放置一個(gè)鉛字符背射線防護(hù)不夠，底片不合格，需增大背散射防護(hù)鉛板的厚度。若底片不出現(xiàn)“B”字影像或“B”字影像黑度高于周圍背景黑度，說明背射線防護(hù)符合要求。底片上的各種標(biāo)識(shí)應(yīng)清晰、完整。的規(guī)定或發(fā)現(xiàn)有影響底片評定的偽缺陷時(shí)，應(yīng)重新透照。通過工藝試驗(yàn)或制作被檢件材質(zhì)的曝光曲線來確定透照參數(shù)。將X射線膠片和鉛增感屏裝入暗盒內(nèi)，增感屏應(yīng)保持清潔、平整。將暗盒緊貼于工件上，保證在整個(gè)射線透照過程中膠片與增感屏始終相互貼緊，沒有任何機(jī)械損傷。環(huán)焊縫及密封焊點(diǎn)透照布置示意圖見附錄G。X射線照相檢驗(yàn)按補(bǔ)償差異分為全補(bǔ)償照相法和半補(bǔ)償照相法，見附錄H。在采用全補(bǔ)償照相時(shí)，環(huán)焊縫應(yīng)透照三次，每次透照完成后，將燃料棒轉(zhuǎn)動(dòng)60°棒轉(zhuǎn)動(dòng)角度。按膠片說明書提供的程序和參數(shù)或其他的有效方法對透照后的膠片進(jìn)行暗室處理。底片應(yīng)干燥后進(jìn)行評定；評片時(shí)，對底片上不需要觀察或透光量過強(qiáng)的部分應(yīng)適當(dāng)屏蔽，所評定的焊縫缺陷評定按技術(shù)條件及檢驗(yàn)規(guī)程相關(guān)要求進(jìn)行。6檢驗(yàn)報(bào)告金相檢驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包括但不限于以下內(nèi)容：a)熔深等參數(shù)的測量結(jié)果；b)缺陷幾何尺寸及部位；c)檢驗(yàn)人員及日期。X射線照相檢驗(yàn)報(bào)告包括但不限于以下內(nèi)容：a)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及版本；c)燃料棒編號(hào)及對應(yīng)透照日期、批次；d)缺陷燃料棒編號(hào)、缺陷部位及性質(zhì)；e)檢驗(yàn)人員及透照日期、評片人員和復(fù)核人員簽名及日期。附錄A (資料性)一般燃料棒結(jié)構(gòu)圖燃料棒一般結(jié)構(gòu)和焊縫位置示意圖見圖A．1。標(biāo)引序號(hào)說明：1—下端塞；2—下端塞環(huán)焊縫(熔化焊或壓力電阻焊)；3—隔熱塊；4—UO芯塊；5—包殼管；6—隔熱塊；7—彈簧；8—上端塞環(huán)焊縫(熔化焊或壓力電阻焊)；9—上端塞；10—密封焊點(diǎn)(壓力電阻焊端塞無密封焊點(diǎn))。附錄B (規(guī)范性)金相樣品取樣方法燃料棒密封焊點(diǎn)與環(huán)焊縫在同一端塞且在同一縱截面檢驗(yàn)時(shí)，可一起切取。用線切割或機(jī)械加工標(biāo)引序號(hào)及符號(hào)說明：1—切割面；t—切割面距中軸線距離；犔—樣品長度。標(biāo)引序號(hào)及符號(hào)說明：1—切割面；2—熔化區(qū)；t—切割面距焊縫熔化區(qū)邊緣的距離；犔—樣品長度。爆破后的壓力電阻焊環(huán)焊的檢驗(yàn)面需經(jīng)過破口位置。用線切割或機(jī)械加工方法取適宜長度的樣然后沿切割面剖開取較大標(biāo)引序號(hào)及符號(hào)說明：2—切割面；4、5—未破斷處；t—切割面距中軸線距離；犔—樣品長度。圖B．3爆破后的壓力電阻焊環(huán)焊縱向樣品示意圖B．4測量密實(shí)區(qū)長度的壓力電阻焊環(huán)焊縱向樣品標(biāo)引序號(hào)及符號(hào)說明：1—切割面；t—切割面距中軸線距離；犔—樣品長度。圖B．4測量密實(shí)區(qū)長度的壓力電阻焊環(huán)焊縱向樣品示意圖用線切割或機(jī)械加工方法沿切割面1及切割面2橫向切斷，取適宜長度的樣品，一般取犔S為標(biāo)引序號(hào)及符號(hào)說明：l—切割面1距端塞端面的距離；犔—樣品長度。 (資料性)浸蝕方法薄膜浸蝕法也稱薄膜染色法。樣品經(jīng)選定的薄膜浸蝕劑浸蝕之后，由于浸蝕劑與磨面上組織化學(xué)作用的結(jié)果，磨面上形成一層厚薄不均勻的化學(xué)沉積物覆蓋在各組織上，在白色光的照射下，引起了光的干涉現(xiàn)象。在焊縫熔化區(qū)覆蓋的較淺顏色的沉積物與較深顏色基體形成明顯的界限，用肉眼或顯微鏡均能清晰地分辨和測量?；瘜W(xué)浸蝕是選定適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)浸蝕液對檢驗(yàn)面進(jìn)行浸蝕，其浸蝕過程是一個(gè)化學(xué)溶解過程。浸蝕劑首先把磨面表層的非晶形層溶去，接著就對晶界起化學(xué)溶解作用，繼續(xù)浸蝕，浸蝕劑將對晶粒起溶解作，每個(gè)晶粒將露出原子最密排面，并與磨面形成不同的角度。在顯微鏡垂直光線照射下，將顯示出陰暗不一的晶粒組織。熱染法用于檢驗(yàn)燃料棒焊縫的熔化區(qū)、熱影響區(qū)及基體組織(簡稱三區(qū)組織)。熱染法是置拋光好的樣品于400℃~500℃空氣中加熱，使磨面形成一層氧化膜，在同一溫度下由于晶粒位向的差異，氧化能力高低各異，致使不同晶粒形成氧化膜厚度不一，靠白色光在氧化膜之間產(chǎn)生干涉而顯示出不同色彩的晶粒組織。浸蝕方法適用范圍試劑組分說明薄膜法焊區(qū)輪廓顯示 焊接)過飽和草酸溶液樣品磨制后直接浸入試劑中晃動(dòng)約3s~8s，取出后流水沖洗10s左右。浸蝕后熔化區(qū)為白色，其他區(qū)域?yàn)楹谏瘜W(xué)浸蝕法合金焊接樣品的浸蝕水左右熱染法合金焊縫三區(qū)組織的顯示—將未鑲嵌的樣品磨制后按化學(xué)浸蝕法處理，干燥后在已升溫到450℃±50℃左右的馬爐冷至室溫。熱染后樣品表面顏色為藍(lán)色，偏光或明場下檢查附錄D (資料性)檢測和照相倍數(shù)金相樣品檢測倍數(shù)宜清晰分辨不同的金相組織、接縫和焊接缺欠，測量精度宜滿足樣品要求。如遇到難以判斷的組織或缺欠，可放大至更高一級(jí)倍率下檢測。如測量值超過當(dāng)前倍數(shù)下測量范圍，可通過較高倍數(shù)確定測量位置后，使用低一級(jí)倍數(shù)進(jìn)行測量。金相樣品照相倍數(shù)宜使視場大小包含大部分待檢區(qū)域，如環(huán)焊縫、密封焊點(diǎn)熔化區(qū)，壓力電阻焊變形區(qū)。對焊接缺陷照相時(shí)宜顯示缺陷在焊接接頭中的相對位置，必要時(shí)可分別提供同一位置的低倍和高倍照片。測和照相倍數(shù)見表D．1。樣品類型檢測倍數(shù)放大倍數(shù)環(huán)焊縫縱向樣品放大100倍及以上檢測放大50倍及以上照相密封焊點(diǎn)縱向樣品放大50倍及以上檢測放大10倍及以上照相環(huán)焊縫分層檢測樣品放大50倍及以上檢測放大50倍及以上照相壓力電阻焊縱向樣品放大50倍及以上檢測放大50倍及以上照相壓力電阻焊橫截面樣品放