锆合金因拥有优良的核机能、加工机能及抗侵蚀机能，被宽泛利用于压水堆的结构资料 [1] 。锆合金管材重要承担着密封铀芯块的作用，其产品的质量直接决定着反映堆的安全和质量。

1、粘结缺点及钻研综述

目前，二辊周期轧造是锆合金管材加工的重要步骤。锆合金管材轧造后，内表表会出现一种沿管内壁出现“线状”而沿着管径方向呈约45°夹角描摹的折叠景象，其典型描摹如图1所示，将其称为粘结缺点。这些含有粘结缺点的管材在反映堆刻薄的环境中可能会导致锆合金包壳管破损，从而造成核泄漏针对锆合金管材内表表存在粘结缺点问题，国内表专家进行了大量的钻研。Hideaki Abe等钻研以为Zr-4合金管材内壁轧造产生的缺点重要是由于减径量与减壁量共同作用的了局，当减径量与减壁量的比值Q＜1.5时管材各区间受力方向不一致，导致容易产生内壁缺点 [2] 。Montmitonnet P.等人通过成立锆合金轧造模型最终以为产生缺点是由于轧造回程阶段的受力方式造成的 [3] 。林刚等人以为管材内壁缺 陷是轧造坯料与芯头接触面的摩擦作用的了局，管坯与芯头接触面的摩擦力越大，轧造后的管材越粗糙，产生管材内壁缺点越容易 [4] 。上述钻研均为基于尝试室的理论钻研，然而工厂批量化出产过程中的锆合金管材内表表产生的粘结缺点的原因及节造措施尚未见有关钻研。文章以锆合金管材内表表粘结缺点为钻研对象，从出产过程中进行排查，为提高

锆合金管材的质量奠定基础。

图1 Zr-4合金管材内表表缺点描摹图

2、故障树法分析

利用故障树的步骤，从轧造及内酸洗工序中的人员、设备、原料和工艺排查对锆合金管材内表表可能造成粘结缺点的原因。排查和分析了局如图2所示。锆合金管坯内表表存在点坑和划伤缺点，这些含出缺点的管坯在轧造过程中由于管坯的挤压变形，从而在管材的内表表出现了折叠景象，造成粘结缺点 [5-7] 。

图2 锆合金管材内表表粘结故障树分析图

3、有限元法分析

利用有限元(FEM)理论，成立了Zr-4合金管材内壁粘结形成的FEM模型，其具体形成过程如图3所示。管材在轧造过程中，由于管坯内壁和芯头之间未能充分光滑，从而导致管材轧造过程中的摩擦力较大，因而轧造后的Zr-4合金管材部门区域会形成堆积、折叠景象，其具体描摹如图3(a)所示。这些含有堆积、折叠等景象的管坯鄙人一路次过程会出现应变散布不均的景象，产生这种景象的原因是由于Zr-4合金管材在轧造过程中平行于管材延长方向的轴向拉应力和垂直于管材内壁的径向压应力的共同作用。在后续单路次轧造变形量过大时，管材在孔型的旋转加压下收缩直径，当孔型旋转到粘接的地位，管壁金属在不均的表力下产生流动，从而在管内壁形成应变散布不均匀的景象，并以缺点为中心在缺点部位形成部门堆积景象，形成折叠初期描摹，如图3(b)和(c)所示。管材持续轧造时，管材内部的折叠边缘收到芯头施加的轴向摩擦力的作用，部门产生磨损、则出现不规定的锯齿描摹，从而形成折叠线状最终描摹如图3(d)的粘结缺点。利用Zr-4合金管材粘结形成的FEM的模型半数叠形成原因进一步分析，该模型的仿照了局与现实排查了局结论一致，进一步验证了排查原因的正确性。

图3 Zr-4合金管材内壁粘结产生的FEM模型

4、改进措施

凭据锆合金管材粘结缺点的原因分析，提出出产过程临时改进措施如下：管坯轧造前，对管坯进行超声检测，若管坯中存在缺点，则将缺点标识出；管坯出产过程中增长内酸洗工序，解除管坯中的缺点；管材轧造过程中，增长抽样自检和专职过程检验，若发现缺点，实时将缺点管材进行标识，依照正常的返工工序进行处置，解除管材中的缺点；对轧造乳液箱和乳液容器进行密封，预防粉尘或者杂质进入；将锆合金管坯和管材内酸洗去除量设计为上限值。

依照提出的措施对锆合金管材轧造和内酸洗过程进行改进，根基解除了锆合金管材中的粘结缺点。由于上述措施只是临时的改进措施，从核质保治理体下反说，质量的治理是一个持续改进的过程。为相识除管材中的粘结缺点，提出了持久改进工艺措施如下：沉新设计管材轧造工艺，优化现有锆合金管材中的Q值；沉新设计锆合金管材工模具曲线，优化锆合金管轧造过程中的变形区间；在轧造设备上安设轧造力检测装置，发现轧造过程中的摩擦力异常则对轧机进行自动调整。

5、实现语

在锆合金的出产过程中，时时有各类问题存在。这就要求在出产过程中不休堆集经验，并结合新的理论和步骤，不休对产生问题的原因进行总结，进一步提高锆合金管材产品质量。

参考文件

[1] 刘建章. 核结构资料. 北京：化学工业出版社，2007

[2] Abe H，Tarui H，Kobayashi T，et al. Deformability of zirconium-lined cladding tube in cold pilgering. American Socicty for Testingand Materials Philadelphia，1991：35

[3] Montmitonnet P，Logé R，Hamery M，et al. 3D elastic–plasticfi nite element simulation of cold pilgering of zircaloy tubes. Journalof Materials Processing Technology，2002，s 125-126(02)：814

[4] 林刚，杨院生，郭大勇，等. 拥有复合组织的不锈钢管周期轧造过程的数值仿照. 金属学报，2004，40(7)：779

[5] 田冬青，高润生，焦殿辉，等. 核安全1级阀门典型违规事务分析. 核安全，2014，13(3)：56

[6] 李力，郭猛，韩垂煌，等. 基于故障树的核电站循环水泵电机烧瓦问题钻研. 机电工程，2015，32(9)：1246

[7] 张伟明，张大水. 基于变乱树的凝汽器生锈原因分析. 核动力工程，2011，32(s2)：97

作者简介：窦丽娟(1976—)，女，河达州顶隐士，国核宝钛锆业股份公司安全质量治理部高级检测工。在全国各类期刊上颁发多篇论文。E-mail：2019869712@qq.com。