基于故障树法的核级锆管退火表面黑点原因分析

为获得适宜的塑性和加工性能,核级锆管每道次轧制除油后均进行退火处理,但是生产过程中退火后的核级管材表面出现黑点现象。文章采用故障树分析法对锆管生产过程的设备、人员、原料和生产环境等过程进行分析,认为引起故障的关键环节及原因是乳液箱敞口可能引入杂质以及擦拭布存在污染,提出更换乳液、清理乳液箱、增加防尘滤网、隔离轧制区和更换除油擦拭布等处理措施及建议,为核级锆管生产质量管理提供了参考。     

基于故障树法的核级锆管超声草状显示质量问题探究

文章以核级锆管超声检验过程中出现的超声草状显示质量问题为研究对象,基于故障树分析对锆管生产过程的人员、设备、原料和生产工艺等过程开展分析及实验验证。结果表明:核级锆管超声草状显示质量问题的原因是抛光砂带匹配不当、抛光导轮存在老化导致锆合金管材表面产生密集且较深的磨痕,线聚焦探头探伤方法对锆合金管材表面的磨痕区域十分敏感,因而在超声检测过程中出现草状信号。采用批量生产前试抛、定期更换导轮及返抛等措施后有效消除了锆合金管材表面超声检测的草状显示信号。     

锆合金轧制用芯棒的表面渗氮处理

锆合金具有良好的核性能和抗腐蚀性能,常用作核反应堆的结构材料和包壳管材料。轧制是锆合金包壳管材的主要加工方法。在锆合金包壳管批量轧制过程中,发现包壳管内壁出现裂纹缺陷,排查结果显示是由于轧制用芯棒的芯头表面存在加工痕迹和点蚀深坑导致的。文章通过观察芯棒表面缺陷形貌以及芯棒渗氮层和基体性能来验证渗氮表面处理工艺用于锆合金包壳管轧制用芯棒的可行性,为提高芯棒的表面质量、避免锆合金包壳管的缺陷、确保核反应堆的安全和质量奠定了基础。     

Zr-4合金管材轧制用芯棒断裂原因分析

锆合金具有优异的核性能,在核反应堆中的高温高压下具有优异的抗腐蚀、高温拉伸和延伸率性能,因而常用于核反应堆中的包壳管材料。锆合金管材主要利用皮尔格轧机生产,轧制工模具中的芯棒质量对锆合金管材表面质量具有决定性作用。在Zr-4合金包壳管轧制过程中,出现了轧制用芯棒断裂现象。文章对断裂芯棒开展化学成分、金相组织观察、电镜扫描观察及硬度实验和表面低倍观察实验的结果分析表明:芯棒内外部金相组织和硬度均正常,芯棒发生断裂主要原因是其表面存在部分加工痕迹和点蚀深坑。在锆合金管材轧制过程时,由于芯棒受周期性的轧制力,芯棒表面的加工痕迹或点蚀深坑逐步演化为裂纹源,随后逐渐扩展、直至发生断裂。     

内喷砂应用于Zr-4管材生产加工过程的可行性

Zr-4合金管材生产过程中的内酸洗工序虽然可消除管材轧制缺陷,但是酸液中的HF与锆反应会引起锆合金管材表面的氟化锆残留,进而可能会影响反应堆的安全运行。为了降低或者消除Zr-4合金管材表面的氟化锆残留,文章对比4种锆合金生产工艺方案,并通过表面粗糙度测试、腐蚀实验及超声检测论证了内喷砂工序代替内酸洗工序在锆合金管材生产加工过程中的可行性。采用内喷砂后的锆合金管材内表面粗糙度、腐蚀性能和超声检测结果与传统工艺效果相当。最终确定优化后锆合金生产工艺流程为:轧制→脱脂→退火→矫直→内喷砂→内清洗→抛光→性能检测。该工艺可应用于锆合金管材的生产,降低Zr-4合金管材表面的氟化锆残留,为优化Zr-4合金管材生产工艺奠定了基础。     

Zr-4合金管材轧制无间隙孔型的应用

锆合金包壳管是核反应堆的第一个屏障,其主要承担着包裹核芯块的作用。包壳管主要由两辊皮尔格轧制完成生产,该轧制工序影响着包壳管的力学性能和收缩系数（CSR）性能。文章通过室温拉伸实验和CSR实验,对比了无间隙孔型和有间隙孔型对Zr-4合金管材轧制影响。结果表明:使用无间隙孔型轧制出Zr-4合金管材的外径、内径尺寸偏大、椭圆度较小,可为后续工序提供充足的余量;使用无间隙孔型进行Zr-4合金管材轧制可有效的提高轧制生产效率;使用无间隙孔型进行Zr-4合金管材批量轧制生产,轧制后的管材室温抗拉强度、屈服强度、延伸率及CSR性能满足技术指标要求,可以代替有间隙孔型的Zr-4合金管材轧制生产。     

锆管缺陷的无损检测及处置措施

通过对锆管缺陷的无损检测分析:超声尺寸测量缺陷主要有管材端部椭圆度超标、端头外径突然变小或变大、中间尺寸突然发生变化;超声检测缺陷主要有管材内表面纵向裂纹、外表面抛光划痕等缺陷;涡流检测缺陷主要有内表面粘结、酸洗尺寸不均匀等缺陷。针对以上缺陷,提出采取提高成品轧机轧制可靠性,优化成品管材轧制工模具设计、酸洗清除管坯及管材内表面粘结缺陷、抛光时选用合适砂带及启用抛光头缩回功能等措施,以提高核用锆合金管材无损检测成品率。     

钴靶件用锆合金管材氢化物取向的控制

介绍了钴靶件用锆合金管材研制中,不同成品道次变形量、成品退火温度和矫直过程对管材氢化物取向性能的影响。并通过采用合理的加工工艺,实现了产品氢化物取向的控制,生产出满足设计要求的锆合金管材。研究结果对其它规格核用锆合金管材生产有一定的借鉴意义。     

锆合金管材两辊冷轧的轧制力模型建立和应用

管材皮尔格两辊冷轧过程中的轧制力影响成品管材的尺寸精度、轧制模具寿命以及轧制过程的稳定性。本研究基于Neumann-Siebel轧制力计算方法,考虑了轧辊弹性变形和空减径对轧制力的影响,依据Hitchcook方程对其进行了修正,利用Matlab软件建立了皮尔格两辊冷轧过程中的轧制力计算模型,并以KPW25轧机轧制Zr-4合金管材的轧制过程为研究对象,通过实验验证了该模型的可靠性。以R6072锆合金管材轧制为例,通过该轧制力计算模型分析了孔型曲线、管坯壁厚、送进量和摩擦对轧制力的影响。结果表明：轧制力在空减径段缓慢增加,进入减径减壁段后迅速增加至峰值,之后缓慢降低;孔型曲线对轧制力的分布有显著影响,当孔型指数等于2．0时,轧制力分布最为合理;轧制力随管坯壁厚、送进量和摩擦力的增大而增加。     

基于DOE的锆合金包壳管冷轧质量分析及改善

为了提高锆合金包壳管的冷轧质量,通过统计过程控制技术和工序能力分析研究了锆合金包壳管冷轧后的壁厚偏差问题,并基于试验设计(design of experiment, DOE)技术对皮格尔冷轧工艺进行了优化。包壳管冷轧质量分析和工艺优化试验的结果表明,轧制前管材的壁厚偏差和送进量对轧制后的管材壁厚偏差有显著影响;当轧制前管材壁厚偏差<0.3 mm、壁厚变形量为65%、送进量为1.0 mm/次时,轧制后的管材壁厚偏差最小;通过轧制工艺优化后,反映壁厚偏差离散性的极差平均值由0.036减小到0.018,极差波动也明显减小,轧制质量显著提高;当轧制管材壁厚变形量一定时,对轧制前壁厚偏差较大的管材,采用小送进量轧制,可减小轧制后管材的壁厚偏差,达到提高锆合金包壳管材质量的目的。     

热轧工艺对Zr-Sn-Nb锆合金板材组织与性能的影响

本文通过试验研究了Zr-Sn-Nb锆合金板材热轧过程中道次变形量和退火温度对锆合金板材微观组织、第二相粒子、力学性能和耐腐蚀性能的影响。试验结果显示:增大热轧道次变形量有细化轧制板材纤维组织的作用,当道次变形量增大到15%时,轧制板材出现裂边;轧制板材采用600℃×50 min退火,其力学性能和耐腐蚀性能都较好,达到核级锆板材使用要求,此样品板材组织细小、均匀,第二相粒子Zr-Nb-Fe大多呈弥散分布晶粒内部,少数位于晶界,且第二相中Nb含量明显较高。     

钛及钛合金管材轧制工艺研究现状

钛及钛合金管材具有优异的性能而广泛应用于各个领域。钛合金管材分为无缝管和有缝管,无缝管的加工方法有拉伸、斜轧、挤压、轧制或拉伸—轧制等。钛合金管材冷轧是先进的管材生产方法。如何制定轧制工艺参数对轧制出合格的管材尤为重要。文章阐述了钛及钛合金冷轧管材生产现状,叙述了钛合金管材轧制的特点及生产过程中的影响因素,对钛合金轧制工艺研究及发展方向进行了展望。     

锆合金管材残余应力分析

随着我国核电的快速发展,锆及锆合金材料已广泛应用于核反应堆材料中。文章从锆合金加工过程中的锻造、挤压、淬火、轧制和矫直对锆合金管材残余应力的影响进行论述,指出锆合金管材在锻造、挤压、挤压后的淬火、轧制和矫直工序中的残余应力产生方式及应力分布规律,并根据残余应力产生的原因提出改进方法,为减少甚至消除锆合金管材表面的残余应力提供必要的理论和实践基础。     

核用锆合金管材的超声波检测

核用锆合金包壳管作为核燃料的包覆材料,起着防止核产物外逸的重要作用,而包壳管的壁厚却不足1mm,因此对其内在质量和几何尺寸要求格外严格,一般要求管材中不能存在超过壁厚5%~10%深度当量的缺陷,尺寸控制公差为30~40μm。目前在包壳管材的生产过程中,超声波检测是保证产品质量、减少组件破损率的重要手段。随着超声波检测技术的发展,不仅可检测管材缺陷,还可测量管材的尺寸。文章以10mm×0.7mm核用锆合金管材为例,介绍采用超声波技术检测核用锆合金管材的方法。1检测原理1.1管材缺陷检测10mm×0.7mm核用锆合金管材属于小径薄壁管。由于外径小,曲率大,探头难以与管材表面直接耦合,为防止声束在管壁产生发散,通常采用超声波水浸聚焦检测技术[1]。在管材中产生纯横波,且横波能达到管材的内外壁,超声波的入射角α必须满足:C水CL管     

尺寸连续测量技术在核用锆管生产中的应用

文章介绍了精密管材尺寸连续测量技术的原理,分析了该技术应用于核用锆合金管生产过程中所产生测量误差的原因,阐述了在核用锆合金管材生产中应用精密管材尺寸连续测量技术的现实意义.     

钢-铜包覆管连续减径轧制变形过程研究

针对冷凝器、热管等热交换器使用的小直径、超长钢-铜包覆管的技术特征,提出了三辊连续减径轧制生产新工艺。结合两种金属固有特性、金属塑性变形理论、三辊连轧技术等,详细制定了包覆管前处理、装配、加热、连续轧制以及热处理方案;通过有限元模拟和试验研究,对其连轧过程中的金属流动规律、管材内径、外径、壁厚变化进行了比较和分析,并测试了包覆管的结合强度。结果证明用该工艺生产超长小直径钢-铜包覆管是可行的。     

锆合金管材内表面粘结缺陷及控制

锆合金管材主要承担着密封铀芯块的作用,其产品的质量直接决定着反应堆的安全和质量。在锆合金管材生产轧制过程中由于原料及生产过程中容易忽略的因素有可能导致管材内表面产生粘结缺陷。粘结缺陷是冷轧锆合金管材内表面常见的质量控制缺陷之一。文章针对可能导致管材内表面产生粘结缺陷的因素,用质量控制中常用的故障树分析法对其进行分析,并利用有限单元法建立Zr-4合金管材内壁粘结形成的FEM模型,综合各个工序,从各个环节中提出改进措施及建议,力求提高锆合金管材的产品质量。     

核用锆合金包壳管超声和涡流检测内控标准的确定

在对某新型核用锆合金包壳管的超声和涡流检测时,发现管材中存在各种类型的缺陷信号显示。为了确定各种缺陷是否属于危害型缺陷,本文对各类缺陷进行了解剖分析及验证。最终制定了超声和涡流检测的内控标准,保证了管材的质量。     

核用锆合金管材外表面抛光装备的研制

阐述了核用锆合管材外表面抛光装备的工作原理、研制中解决的技术难点及达到的指标,根据细长锆管的特点对其采用改良型自由抛光方式,四套头配置不同粒度的砂带同时工作一次行程完成多道抛光工序,不同功能的调整装置保证一设备的工作稳定性,全过程自动程序控制。     

基于Deform-3D的镁合金管轧制成形数值模拟与试验研究

提出用阿塞尔轧管机轧制镁合金管材,利用UG软件建立三维模型,基于Deform-3D软件模拟AZ31镁合金管轧制过程,确定模具参数和轧制工艺参数。通过试验研究,与数值模拟结果进行对比分析,验证镁合金管轧制成形的可行性。在XJP-6A型金相显微镜上对轧制前后的镁合金管组织结构进行分析,结果表明,轧制过程中产生大量位错,通过动态再结晶,晶粒得到细化。在数值模拟基础上,分析轧件的等效应力场、等效应变场和轧制力变化规律,为进一步研究轧制工艺和提高产品质量提供较为可靠的依据,对于研究多道次的轧制及镁合金管成形有一定的参考价值。