核燃料包壳作为包容并封装燃料芯块的载体,起着避免芯块受冷却剂的腐蚀与机械冲蚀、包容裂变产物以及为燃料元件提供结构支撑的作用,它充当了核电站安全的首道防线的角色。由于核燃料包壳所处的恶劣的工作环境以及特殊的工作要求,从而对包壳材料性能要求很高。锆合金(该项目中工件材料为Zr-4)因为其热中子吸收截面小,感生放射性低,耐蚀性与机械稳定性好,与燃料及裂变产物相容性好等优点,很好地满足了核电站包壳管对于材料的高要求,平面磨床从而广泛应用于压水堆中。
包壳管从锆锭需经热挤压、机加工等工序最后加工成管坯成品,再由管坯成品经多道次Pilger轧制、热处理、除油及酸洗、机加工、无损检测等工序最终才制成成品。为了保证经多道次Pilger轧制这一重要工序后,管坯减到成品管规定的尺寸要求,必须将热挤压造成的壁厚偏差通过机加工控制合适的范围内,这是包壳加工成败的关键之一。
国外核电技术先进国家如美国、日本等目前主要采用超声测厚、手动控制磨削量的砂带磨削的方式来保证管坯的壁厚均匀。
在国内,核用包壳管管坯磨削的设备和技术方面进步相对迟缓,使得核用包壳管管坯长期依赖进口。因此在目前超声波检测和数控技术已达到要求的情况下,研制用于修磨核燃料包壳管坯的国产自动超声测厚数控砂带磨床对于我国核电事业的发展意义重大。
2.自动超声测厚数控砂带磨削方法的提出
平面磨床包壳管坯的加工工艺因各个厂家而不同,但壁厚修磨是其中必经的重要工序之一。其中主要涉及无损检测和壁厚修磨两个关键技术。
超声检测技术作为现代无损检测的重要组成部分,因为其具有穿透能力强,指向性好,监测范围广等特点,从而普遍应用于探伤、测厚、测流量和液位等方面,至今已发展成为最为广泛的无损检测手段。
本项目中涉及的是超声波在厚度测量方面的运用。原理所示,浸于耦合剂水中的超声波探头内置晶片经压电效应产生超声波,超声波在水中会产生界面波,然后相继产生一次、二次回波。一次回波与二次回波之间的时间差t与声速