Page 125 - 无损检测2022年第八期

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在燃料芯块装入包壳管的过程中，由于芯块 列晶元的相控阵探头进行扫查。相对常规超声技术，
本身的脆性，难免有碎屑卡在芯块间或与包壳管 相控阵超声技术具有检测灵敏度高，可对各类缺陷
内壁之间，形成间隙，可能导致包壳管变形，所 进行定性、定量的优点，同时采用高速电子扫查代
以在燃料棒制造过程中必须对棒内芯块间隙进行 替周向机械扫查，大大提高了检测速度，非常适用
100% 无损检测。X 射线胶片照相法和 X 射线实 于传热管的高灵敏度快速检测（见图 5）。
时成像检测虽效果直观，但功效较低，检测时需
要射线底片或成像板，检测成本较高。
该研究依据 γ 射线吸收计数率的变化实现
了对燃料芯块间隙的检测，其主要利用 Cs-137
放射源，采用相对比较法（使用与燃料棒结构、 图 5 传热管相控阵超声扫查示意
材料和几何形状相同的标准棒做参考）进行检测， 开发的传热管相控阵超声探头包括垂直
当燃料棒通过上料机构进入，匀速通过 γ 射线准 入射、轴向斜入射和周向斜入射等 3 种类型的
直窗口时，进入棒内的 γ 射线一部分被包壳管和 360°环形相控阵探头，分别用于检测壁厚减薄、
UO 2 芯块吸收，一部分穿过棒后被溴化镧（LaBr 3 ） 周向裂纹和轴向裂纹类缺陷。检测试验证明，在
闪烁体探测器接收，并转换成电脉冲信号，经过 传热管内部实施超声检测时，能检测出深度大于
放大和整形处理，由定时采样机构系统记录。 5% 壁厚的裂纹和减薄类缺陷，扫查最大速度不
每个记录信息对应一小段棒的长度；当射线遇到 小于 50 mm/s。各类模拟缺陷的检测结果如图 6
UO 2 芯块时被吸收，计数率很低；当芯块之间存 所示。
在间隙时，被吸收的射线很少，因而采集到的计
该相控阵超声检测技术灵敏度高，检测速度
数率较高；同样，当遇到弹簧空腔时，计数率也 快，可应用于核电厂蒸汽发生器及换热器各种类
很高。通过计数率的变化，就能判断棒内物质的
型传热管的缺陷检测。
差异。将实际检测数据与标准棒数据进行比较，
就可计算出间隙的大小；同时可判断出弹簧块及
支撑块的位置。

该成果可适用于各压水堆（如 M310、华龙
一号等）和钠冷快堆燃料棒的间隙检测。该研究 图 6 各类模拟缺陷的相控阵超声检测结果
成果在纳冷快堆钼合金模拟燃料棒检测中得到了
成功应用，可识别分辨 0.5 mm 以上的间隙，同 5 基于管板爬行的蒸汽发生器传热管定位
时可判断燃料棒中的弹簧和支撑块的有无，模拟 机器人
燃料棒检测图谱如图 4 所示。 研制的基于管板爬行的蒸汽发生器传热管定
位机器人可用于蒸汽发生器传热管的自动涡流检
测，也可用于传热管的超声检测、氦检漏以及管
板焊缝自动渗透检测。该蒸汽发生器传热管定位
机器人主要由机器人本体、控制系统和控制软件
等部分组成（见图 7）。

图 4 模拟燃料棒检测图谱

4 蒸汽发生器传热管相控阵超声快速检测
技术

核电厂蒸汽发生器传热管在进行常规超声检
测时一般采用内穿式单晶探头进行螺旋扫查，而相 图 7 蒸汽发生器传热管定位机器人构成
控阵超声技术采用沿周向 360°环形布置了整圈阵
该机器人的最大特点是可以不移动定位机器

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2022 年 第44 卷 第8 期
无损检测