乏燃料棒檢驗(yàn)用陣列渦流探頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于設(shè)備檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及熱室內(nèi)乏燃料棒檢驗(yàn)用陣列渦流探頭。
【背景技術(shù)】
[0002]乏燃料棒是指在核電站反應(yīng)堆內(nèi)運(yùn)行之后的燃料棒。燃料棒包殼管在堆內(nèi)運(yùn)行時(shí)要承受高溫、中子輻照、冷卻介質(zhì)沖刷，內(nèi)表面氣體裂變產(chǎn)物腐蝕、內(nèi)外壓差產(chǎn)生的壓力以及芯塊-包殼相互作用等，這些均將使包殼管產(chǎn)生缺陷或使原有的缺陷擴(kuò)展。因此，需利用渦流檢查的方法對(duì)燃料包殼的完整性進(jìn)行檢查。
[0003]渦流檢測(cè)以其檢測(cè)速度快，操作簡(jiǎn)便，對(duì)表面條件要求低的特點(diǎn)，被列為五大常規(guī)無損檢測(cè)方法之一。核電站乏燃料棒表面渦流探傷，傳統(tǒng)方式是采用穿過式探頭配合單通道渦流儀器完成檢測(cè)，該種技術(shù)只能通過渦流信號(hào)變化的幅度來判斷工件是否存在缺陷，檢測(cè)結(jié)果不直觀，檢測(cè)靈敏度不高。
[0004]近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子掃描技術(shù)以及信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，陣列渦流檢測(cè)技術(shù)逐漸成熟起來。該技術(shù)是通過渦流檢測(cè)線圈結(jié)構(gòu)的特殊設(shè)計(jì)，并借助于計(jì)算機(jī)化的渦流儀器強(qiáng)大的分析、計(jì)算及處理功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)材料和零件的快速、有效檢測(cè)。陣列渦流檢測(cè)探頭在檢測(cè)過程中，其渦流信號(hào)的響應(yīng)時(shí)間極短，只需激勵(lì)信號(hào)的幾個(gè)周期，而在高頻時(shí)主要由信號(hào)處理系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間決定。因此，陣列式渦流檢測(cè)探頭的單元切換速度可以很快，這一點(diǎn)是傳統(tǒng)探頭的手動(dòng)或機(jī)械掃描系統(tǒng)所無法比擬的。此外，傳感器陣列的結(jié)構(gòu)形式靈活多樣，可以非常方便地對(duì)復(fù)雜表面形狀的零件或者大面積金屬表面進(jìn)行檢測(cè)，而且這種發(fā)射/接收線圈的布局成倍地提高了對(duì)材料的檢測(cè)滲透深度，因此，陣列式傳感器的研宄成為當(dāng)前傳感器技術(shù)研宄中的重要內(nèi)容和發(fā)展方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供一種燃料棒檢驗(yàn)用陣列渦流探頭，能夠快速、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)乏燃料棒的內(nèi)壁缺陷、外壁缺陷以及穿透性缺陷，提高了對(duì)材料的檢測(cè)滲透深度。
[0006]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:提供一種乏燃料棒檢驗(yàn)用陣列渦流探頭，包括探頭骨架和設(shè)置在探頭骨架外圍的探頭外殼，所述探頭骨架上設(shè)有用于放置檢測(cè)線圈的平底孔，所述探頭外殼上設(shè)有引線槽，所述平底孔內(nèi)檢測(cè)線圈的線頭通過探頭外殼上的引線槽引入到插座上。
[0007]進(jìn)一步，所述探頭骨架為圓柱形結(jié)構(gòu)，在圓柱形結(jié)構(gòu)的周向布置兩排所述平底孔，且兩排平底孔之間呈交錯(cuò)分布。
[0008]進(jìn)一步，所述引線槽設(shè)置在與平底孔對(duì)應(yīng)一端的探頭外殼上，且沿軸向平行布置。
[0009]進(jìn)一步，所述檢測(cè)線圈采用手工方式繞制。
[0010]進(jìn)一步，所述探頭外殼為具有足夠強(qiáng)度的非金屬材料制成。
[0011]進(jìn)一步，所述渦流探頭通過高導(dǎo)電率、雙層屏蔽的探頭線與測(cè)量?jī)x器相連接。
[0012]本發(fā)明的有益技術(shù)效果在于:
[0013](I)本發(fā)明的陣列渦流探頭，通過設(shè)有專用檢測(cè)線圈夾具，保證手工繞制檢測(cè)線圈的一致性，從而提高了對(duì)檢測(cè)材料滲透的深度；
[0014](2)本發(fā)明的陣列渦流探頭，通過在探頭骨架上設(shè)有差動(dòng)線圈，能夠發(fā)現(xiàn)乏燃料棒的內(nèi)壁缺陷、外壁缺陷和穿透性缺陷，且不需要復(fù)雜的機(jī)械掃查裝置，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷走向和形狀的成像顯示；
[0015](3)本發(fā)明選用具有高電導(dǎo)率、雙層屏蔽的探頭線與測(cè)量?jī)x器相連接，檢測(cè)信號(hào)衰減小，干擾小，可以滿足現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)要求。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明乏燃料棒檢驗(yàn)用陣列渦流探頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2、3是陣列渦流探頭檢測(cè)示意圖；
[0018]圖4是乏燃料棒陣列渦流探頭檢測(cè)線圈展開圖。
[0019]圖中:
[0020]1-探頭外殼 2-引線槽 3-平底孔 4-檢測(cè)線圈[0021 ]5-探頭骨架 6-激勵(lì)線圈
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0023]如圖1所示，是本發(fā)明根據(jù)乏燃料棒的特殊檢測(cè)要求設(shè)計(jì)的陣列渦流探頭，該渦流探頭設(shè)置在熱室內(nèi)，其包括探頭骨架5和設(shè)置在探頭骨架5外圍的探頭外殼1，其中，探頭骨架5為圓柱形結(jié)構(gòu)，探頭骨架5沿周向設(shè)有兩排檢測(cè)線圈4固定用的平底孔3，兩排平底孔3之間呈交錯(cuò)布置，從而保證了探頭檢測(cè)的全面性。探頭外殼I靠近平底孔3的一端設(shè)有引線槽2，該引線槽2沿軸向平行設(shè)置，檢測(cè)線圈4的線頭通過引線槽引入到68針的插座上。需要說明的是，在固定檢測(cè)線圈時(shí)，需要調(diào)整好線圈位置，做到不偏不倚，通過引線槽可以把各線圈的線頭隔開，避免各線圈之間產(chǎn)生干擾。
[0024]探頭外殼I采用具有足夠強(qiáng)度的非金屬材料制成，化學(xué)性能穩(wěn)定，可以長(zhǎng)期在輻照環(huán)境中使用。
[0025]如圖2、3所示，是陣列渦流檢測(cè)的示意圖；本發(fā)明根據(jù)陣列渦流探頭檢測(cè)的原理設(shè)計(jì)的乏燃料棒用的陣列渦流探頭，該陣列渦流探頭由多個(gè)獨(dú)立工作的線圈構(gòu)成，這些線圈按照特殊的方式排布，且激勵(lì)線圈6與檢測(cè)線圈4之間形成兩種方向相互垂直的電磁場(chǎng)傳遞方式，線圈的這種排布方式，有利于發(fā)現(xiàn)取向不同的線形缺陷。圖中A表示掃查方向，B表不線性缺陷。
[0026]綜上所述:本發(fā)明通過設(shè)計(jì)專用檢測(cè)線圈夾具，保證手工繞制的檢測(cè)線圈具有一致性。因?yàn)槭止だ@制的檢測(cè)線圈可以根據(jù)檢測(cè)材料的電導(dǎo)率、檢測(cè)缺陷的大小和缺陷分布的位置來調(diào)整匝數(shù)，使得檢測(cè)效果能達(dá)到最佳，因此對(duì)于大部分探頭，都是采用手工方式繞制的。但是對(duì)于陣列探頭，由于通道數(shù)多，手工繞制的檢測(cè)線圈無法保證一致性。本陣列探頭的檢測(cè)線圈通過專用夾具，使得手工繞制的探頭具有相同的線圈匝數(shù)、相同的疏密度、相同的外形尺寸、相同的阻抗特性，所有檢測(cè)線圈能夠?qū)ν蝗毕菥哂邢嗤淖杩棺兓Ｔ撽嚵刑筋^配置的檢測(cè)線圈能夠發(fā)現(xiàn)乏燃料棒的內(nèi)壁缺陷、外壁缺陷和穿透性缺陷，從而提高了對(duì)檢測(cè)材料滲透深度。
[0027]而現(xiàn)有技術(shù)中為了保證陣列探頭所有線圈的一致性，通常都是采用柔性線路板(FPC Flexible Printed Circuit)技術(shù)加工線圈。但該技術(shù)的局限性是線圈膽數(shù)不能太多，響應(yīng)頻率比較高，F(xiàn)PC線圈對(duì)于工件內(nèi)部的缺陷檢測(cè)能力較弱。而對(duì)于乏燃料棒，要求對(duì)于內(nèi)部缺陷也必須要檢測(cè)出來。所以，本發(fā)明設(shè)計(jì)了專用檢測(cè)線圈夾具，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。
[0028]本發(fā)明的線圈結(jié)構(gòu)為差動(dòng)線圈。由于陣列探頭體積不能太大，因此陣列探頭的線圈通常采用絕對(duì)式探頭。對(duì)于同樣檢測(cè)面積的線圈，絕對(duì)式線圈的檢測(cè)靈敏度比差動(dòng)式探頭低。針對(duì)乏燃料棒檢測(cè)的要求，本探頭線圈采用差動(dòng)結(jié)構(gòu)。
[0029]另外，由于乏燃料棒需要放置在極高屏蔽能力的熱室內(nèi)，而由于熱室存在輻照，渦流儀器內(nèi)的電子元器件不能在輻照環(huán)境下工作，因此渦流儀器必須放置在熱室外，從渦流探頭至渦流儀器至少要有五米。而現(xiàn)有的陣列探頭，在實(shí)際使用時(shí)，為了減小信號(hào)衰減和信號(hào)之間的串?dāng)_，通常探頭線很少有超過2m。
[0030]通過試驗(yàn)，本發(fā)明選用具有高電導(dǎo)率、雙層屏蔽的探頭線與測(cè)量?jī)x器連接。在大多數(shù)渦流檢測(cè)中，探頭的阻抗變化很小。對(duì)于陣列探頭，探頭的阻抗變化甚至遠(yuǎn)小于I %，因此探頭線將直接影響陣列探頭的檢測(cè)效果。由于乏燃料棒進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，探頭和儀器的距離超過五米，普通探頭線無法滿足檢測(cè)要求。且探頭線變長(zhǎng)之后，各線圈之間的串?dāng)_概率也會(huì)增加。通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，確定選用高電導(dǎo)率、雙層屏蔽的探頭線，檢測(cè)信號(hào)衰減小，干擾小，可以滿足現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)要求。
[0031]本發(fā)明針對(duì)直徑為9.5_的乏燃料棒，根據(jù)計(jì)算設(shè)計(jì)16組檢測(cè)線圈沿工件周向分布情況，如圖4所示，是檢測(cè)線圈展開之后的布置圖。
[0032]本發(fā)明將陣列探頭安裝在熱室內(nèi)的檢測(cè)工位上，通過探頭線連接到陣列渦流儀上。通過對(duì)乏燃料棒對(duì)比試樣的檢測(cè)，確認(rèn)陣列渦流探頭可以發(fā)現(xiàn)人工缺陷直徑為0.13mm的通孔、深度為0.058mm外壁橫向刻槽、深度為0.056外壁縱向刻槽、深0.116mm內(nèi)壁橫向刻槽。使用陣列探頭，不需要復(fù)雜的機(jī)械掃查裝置，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷走向和形狀的成像顯不O
[0033]本發(fā)明乏燃料棒檢驗(yàn)用陣列渦流探頭并不限于上述【具體實(shí)施方式】，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案得出其他的實(shí)施方式，同樣屬于本發(fā)明的技術(shù)創(chuàng)新范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種乏燃料棒檢驗(yàn)用陣列渦流探頭，其特征是:包括探頭骨架(5)和設(shè)置在探頭骨架(5)外圍的探頭外殼(1)，所述探頭骨架(5)上設(shè)有用于放置檢測(cè)線圈的平底孔(3)，所述探頭外殼⑴上設(shè)有引線槽(2)，所述平底孔(3)內(nèi)檢測(cè)線圈的線頭通過探頭外殼⑴上的引線槽(2)引入到插座上。
2.如權(quán)利要求1所述的乏燃料棒檢驗(yàn)用陣列渦流探頭，其特征是:所述探頭骨架(5)為圓柱形結(jié)構(gòu)，在圓柱形結(jié)構(gòu)的周向布置兩排所述平底孔(3)，且兩排平底孔(3)之間呈交錯(cuò)分布。
3.如權(quán)利要求2所述的乏燃料棒檢驗(yàn)用陣列渦流探頭，其特征是:所述引線槽(2)設(shè)置在與平底孔(3)對(duì)應(yīng)一端的探頭外殼(I)上，且沿軸向平行布置。
4.如權(quán)利要求3所述的乏燃料棒檢驗(yàn)用陣列渦流探頭，其特征是:所述檢測(cè)線圈采用手工方式繞制。
5.如權(quán)利要求4所述的乏燃料棒檢驗(yàn)用陣列渦流探頭，其特征是:所述探頭外殼(I)為具有足夠強(qiáng)度的非金屬材料制成。
6.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的乏燃料棒檢驗(yàn)用陣列渦流探頭，其特征是:所述陣列渦流探頭通過高導(dǎo)電率、雙層屏蔽的探頭線與測(cè)量?jī)x器相連接。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種乏燃料棒檢驗(yàn)用陣列渦流探頭，包括探頭骨架(5)和設(shè)置在探頭骨架(5)外圍的探頭外殼(1),所述探頭骨架(5)上設(shè)有用于放置檢測(cè)線圈的平底孔(3)，所述探頭外殼(1)上設(shè)有引線槽(2)，所述平底孔(3)內(nèi)檢測(cè)線圈的線頭通過探頭外殼(1)上的引線槽(2)引入到插座上。本發(fā)明的陣列渦流探頭，能夠快速、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)乏燃料棒的內(nèi)壁缺陷、外壁缺陷以及穿透性缺陷，且不需要復(fù)雜的機(jī)械掃查裝置，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷走向和形狀的成像顯示。
【IPC分類】G01N27-90
【公開號(hào)】CN104569147
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410827856
【發(fā)明人】王華才, 林俊明, 殷振國(guó), 梁政強(qiáng), 王鑫, 王克江, 朱欣欣, 湯琪, 劉歆粵
【申請(qǐng)人】中國(guó)原子能科學(xué)研究院
【公開日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2014年12月25日