基于超声-射线-显微组织三级递进分析的锆合金棒材夹杂缺陷精准定位：从单点非连贯信号识别到外层/内层金相一致性评价的非均质核结构材料质量评估体系构建

1、 引言

锆及锆合金因具有优良的热中子截面吸收率低、良好的耐腐蚀性，广泛应用于核反应堆中的上下连接棒材料。锆合金铸锭依次经过锻造、挤压、轧制等工序生产制成品。为了确保核反应堆的安全和质量，核电企业工业化生产过程中采用超声、涡流、渗透、射线及表面检查的手段对锆合金产品进行检验和判定。在外来加工棒材产品交货过程中，发现部分棒材存在超标的现象，为了对超声超标现象的原因进行分析，现对超标棒材开展研究实验，为控制控制锆合金棒材进行质量提供论和实践依据。

2 、实验定位

先对每支锆合金棒材进行射线和超声检验，随后将有缺陷的锆棒材进行低倍组织剖样观察和光学显微组织金相分析。为了避免破坏样品的表面形貌，对金相组织进行逐层观察，观察缺陷的形貌。

3、 实验结果

3.1 超声检查结果

含有缺陷的锆合金棒材超声图谱如图 1 所示。从图 1 可见，锆棒沿着长度的区域出现了单个的超声信号，该信号为单个点，未发现连贯性超标信号。此外，旋转锆棒的角度，该信号一直存在，初步推测棒材信号为夹杂。

图 1 超声检测检测结果

3.2 射线检测结果

采用射线检测方法对锆合金棒材进行检测，其缺陷形貌如图 2所示。从图 2 中可见，照片的底片中可以清晰可见的点状形貌。因此可见，锆棒超声缺陷为夹杂的可能性比较大。

图 2 射线检测结果

3.3 低倍组织观察结果

图 3 为缺陷处锆合金低倍组织观察结果，从图 3 中可见，可以看到点状的形貌，初步可以为锆合金棒材中含有异物夹杂。这可能导致超声检测出现异常信号的原因。

图 3 低倍组织检查结果

3.4 金相组织观察结果

对含有夹在处的锆合金棒材进行金相显微组织观察，其金相组织显微结果如图 4 所示。从图 4 可见，锆合金棒材试样外层和内层金相组织为 11.5 级。未发现异常的粗大的晶粒组织，可以排除晶粒组织粗大对锆合金的影响。

（ a ）边部区域 200X

（ b ）内层区域 200X

图 4 金相显微组织结果

4、 结束语

针对生产出出现锆合金棒材超声信号异常的现象，开展了超声、射线、低倍组织和金相组织观察的方法进行研究，结果表明： （1）采用超声检测的方法发现锆棒沿着长度的区域出现了单个的超声信号，该信号为单个点，未发现连贯性超标信号。（2）采用射线检测方法发现底片中可以清晰可见的点状形貌。（3）锆合金低倍组织检测结果表明，锆棒中存在异物夹杂。（4）锆合金棒材试样外层和内层金相组织为 11.5 级。未发现异常的粗大的晶粒组织，可以排除晶粒组织粗大对锆合金的影响。

参考文献

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