乏燃料棒检验用阵列涡流探头的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于设备检测领域，具体涉及热室内乏燃料棒检验用阵列涡流探头。
【背景技术】
[0002]乏燃料棒是指在核电站反应堆内运行之后的燃料棒。燃料棒包壳管在堆内运行时要承受高温、中子辐照、冷却介质冲刷，内表面气体裂变产物腐蚀、内外压差产生的压力以及芯块-包壳相互作用等，这些均将使包壳管产生缺陷或使原有的缺陷扩展。因此，需利用涡流检查的方法对燃料包壳的完整性进行检查。
[0003]涡流检测以其检测速度快，操作简便，对表面条件要求低的特点，被列为五大常规无损检测方法之一。核电站乏燃料棒表面涡流探伤，传统方式是采用穿过式探头配合单通道涡流仪器完成检测，该种技术只能通过涡流信号变化的幅度来判断工件是否存在缺陷，检测结果不直观，检测灵敏度不高。
[0004]近年来，随着计算机技术、电子扫描技术以及信号处理技术的发展，阵列涡流检测技术逐渐成熟起来。该技术是通过涡流检测线圈结构的特殊设计，并借助于计算机化的涡流仪器强大的分析、计算及处理功能，实现对材料和零件的快速、有效检测。阵列涡流检测探头在检测过程中，其涡流信号的响应时间极短，只需激励信号的几个周期，而在高频时主要由信号处理系统的响应时间决定。因此，阵列式涡流检测探头的单元切换速度可以很快，这一点是传统探头的手动或机械扫描系统所无法比拟的。此外，传感器阵列的结构形式灵活多样，可以非常方便地对复杂表面形状的零件或者大面积金属表面进行检测，而且这种发射/接收线圈的布局成倍地提高了对材料的检测渗透深度，因此，阵列式传感器的研宄成为当前传感器技术研宄中的重要内容和发展方向。
【发明内容】
[0005]针对现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种燃料棒检验用阵列涡流探头，能够快速、准确地发现乏燃料棒的内壁缺陷、外壁缺陷以及穿透性缺陷，提高了对材料的检测渗透深度。
[0006]为达到以上目的，本发明采用的技术方案是:提供一种乏燃料棒检验用阵列涡流探头，包括探头骨架和设置在探头骨架外围的探头外壳，所述探头骨架上设有用于放置检测线圈的平底孔，所述探头外壳上设有引线槽，所述平底孔内检测线圈的线头通过探头外壳上的引线槽引入到插座上。
[0007]进一步，所述探头骨架为圆柱形结构，在圆柱形结构的周向布置两排所述平底孔，且两排平底孔之间呈交错分布。
[0008]进一步，所述引线槽设置在与平底孔对应一端的探头外壳上，且沿轴向平行布置。
[0009]进一步，所述检测线圈采用手工方式绕制。
[0010]进一步，所述探头外壳为具有足够强度的非金属材料制成。
[0011]进一步，所述涡流探头通过高导电率、双层屏蔽的探头线与测量仪器相连接。
[0012]本发明的有益技术效果在于:
[0013](I)本发明的阵列涡流探头，通过设有专用检测线圈夹具，保证手工绕制检测线圈的一致性，从而提高了对检测材料渗透的深度；
[0014](2)本发明的阵列涡流探头，通过在探头骨架上设有差动线圈，能够发现乏燃料棒的内壁缺陷、外壁缺陷和穿透性缺陷，且不需要复杂的机械扫查装置，即可实现对缺陷走向和形状的成像显示；
[0015](3)本发明选用具有高电导率、双层屏蔽的探头线与测量仪器相连接，检测信号衰减小，干扰小，可以满足现场检测要求。
【附图说明】
[0016]图1是本发明乏燃料棒检验用阵列涡流探头的结构示意图；
[0017]图2、3是阵列涡流探头检测示意图；
[0018]图4是乏燃料棒阵列涡流探头检测线圈展开图。
[0019]图中:
[0020]1-探头外壳 2-引线槽 3-平底孔 4-检测线圈[0021 ]5-探头骨架 6-激励线圈
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细的描述。
[0023]如图1所示，是本发明根据乏燃料棒的特殊检测要求设计的阵列涡流探头，该涡流探头设置在热室内，其包括探头骨架5和设置在探头骨架5外围的探头外壳1，其中，探头骨架5为圆柱形结构，探头骨架5沿周向设有两排检测线圈4固定用的平底孔3，两排平底孔3之间呈交错布置，从而保证了探头检测的全面性。探头外壳I靠近平底孔3的一端设有引线槽2，该引线槽2沿轴向平行设置，检测线圈4的线头通过引线槽引入到68针的插座上。需要说明的是，在固定检测线圈时，需要调整好线圈位置，做到不偏不倚，通过引线槽可以把各线圈的线头隔开，避免各线圈之间产生干扰。
[0024]探头外壳I采用具有足够强度的非金属材料制成，化学性能稳定，可以长期在辐照环境中使用。
[0025]如图2、3所示，是阵列涡流检测的示意图；本发明根据阵列涡流探头检测的原理设计的乏燃料棒用的阵列涡流探头，该阵列涡流探头由多个独立工作的线圈构成，这些线圈按照特殊的方式排布，且激励线圈6与检测线圈4之间形成两种方向相互垂直的电磁场传递方式，线圈的这种排布方式，有利于发现取向不同的线形缺陷。图中A表示扫查方向，B表不线性缺陷。
[0026]综上所述:本发明通过设计专用检测线圈夹具，保证手工绕制的检测线圈具有一致性。因为手工绕制的检测线圈可以根据检测材料的电导率、检测缺陷的大小和缺陷分布的位置来调整匝数，使得检测效果能达到最佳，因此对于大部分探头，都是采用手工方式绕制的。但是对于阵列探头，由于通道数多，手工绕制的检测线圈无法保证一致性。本阵列探头的检测线圈通过专用夹具，使得手工绕制的探头具有相同的线圈匝数、相同的疏密度、相同的外形尺寸、相同的阻抗特性，所有检测线圈能够对同一缺陷具有相同的阻抗变化。该阵列探头配置的检测线圈能够发现乏燃料棒的内壁缺陷、外壁缺陷和穿透性缺陷，从而提高了对检测材料渗透深度。
[0027]而现有技术中为了保证阵列探头所有线圈的一致性，通常都是采用柔性线路板(FPC Flexible Printed Circuit)技术加工线圈。但该技术的局限性是线圈胆数不能太多，响应频率比较高，FPC线圈对于工件内部的缺陷检测能力较弱。而对于乏燃料棒，要求对于内部缺陷也必须要检测出来。所以，本发明设计了专用检测线圈夹具，解决了现有技术中存在的问题。
[0028]本发明的线圈结构为差动线圈。由于阵列探头体积不能太大，因此阵列探头的线圈通常采用绝对式探头。对于同样检测面积的线圈，绝对式线圈的检测灵敏度比差动式探头低。针对乏燃料棒检测的要求，本探头线圈采用差动结构。
[0029]另外，由于乏燃料棒需要放置在极高屏蔽能力的热室内，而由于热室存在辐照，涡流仪器内的电子元器件不能在辐照环境下工作，因此涡流仪器必须放置在热室外，从涡流探头至涡流仪器至少要有五米。而现有的阵列探头，在实际使用时，为了减小信号衰减和信号之间的串扰，通常探头线很少有超过2m。
[0030]通过试验，本发明选用具有高电导率、双层屏蔽的探头线与测量仪器连接。在大多数涡流检测中，探头的阻抗变化很小。对于阵列探头，探头的阻抗变化甚至远小于I %，因此探头线将直接影响阵列探头的检测效果。由于乏燃料棒进行检测时，探头和仪器的距离超过五米，普通探头线无法满足检测要求。且探头线变长之后，各线圈之间的串扰概率也会增加。通过反复实验，确定选用高电导率、双层屏蔽的探头线，检测信号衰减小，干扰小，可以满足现场检测要求。
[0031]本发明针对直径为9.5_的乏燃料棒，根据计算设计16组检测线圈沿工件周向分布情况，如图4所示，是检测线圈展开之后的布置图。
[0032]本发明将阵列探头安装在热室内的检测工位上，通过探头线连接到阵列涡流仪上。通过对乏燃料棒对比试样的检测，确认阵列涡流探头可以发现人工缺陷直径为0.13mm的通孔、深度为0.058mm外壁横向刻槽、深度为0.056外壁纵向刻槽、深0.116mm内壁横向刻槽。使用阵列探头，不需要复杂的机械扫查装置，即可实现对缺陷走向和形状的成像显不O
[0033]本发明乏燃料棒检验用阵列涡流探头并不限于上述【具体实施方式】，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。
【主权项】
1.一种乏燃料棒检验用阵列涡流探头，其特征是:包括探头骨架(5)和设置在探头骨架(5)外围的探头外壳(1)，所述探头骨架(5)上设有用于放置检测线圈的平底孔(3)，所述探头外壳⑴上设有引线槽(2)，所述平底孔(3)内检测线圈的线头通过探头外壳⑴上的引线槽(2)引入到插座上。
2.如权利要求1所述的乏燃料棒检验用阵列涡流探头，其特征是:所述探头骨架(5)为圆柱形结构，在圆柱形结构的周向布置两排所述平底孔(3)，且两排平底孔(3)之间呈交错分布。
3.如权利要求2所述的乏燃料棒检验用阵列涡流探头，其特征是:所述引线槽(2)设置在与平底孔(3)对应一端的探头外壳(I)上，且沿轴向平行布置。
4.如权利要求3所述的乏燃料棒检验用阵列涡流探头，其特征是:所述检测线圈采用手工方式绕制。
5.如权利要求4所述的乏燃料棒检验用阵列涡流探头，其特征是:所述探头外壳(I)为具有足够强度的非金属材料制成。
6.如权利要求1-5任一项所述的乏燃料棒检验用阵列涡流探头，其特征是:所述阵列涡流探头通过高导电率、双层屏蔽的探头线与测量仪器相连接。
【专利摘要】本发明提供一种乏燃料棒检验用阵列涡流探头，包括探头骨架(5)和设置在探头骨架(5)外围的探头外壳(1),所述探头骨架(5)上设有用于放置检测线圈的平底孔(3)，所述探头外壳(1)上设有引线槽(2)，所述平底孔(3)内检测线圈的线头通过探头外壳(1)上的引线槽(2)引入到插座上。本发明的阵列涡流探头，能够快速、准确地发现乏燃料棒的内壁缺陷、外壁缺陷以及穿透性缺陷，且不需要复杂的机械扫查装置，即可实现对缺陷走向和形状的成像显示。
【IPC分类】G01N27-90
【公开号】CN104569147
【申请号】CN201410827856
【发明人】王华才, 林俊明, 殷振国, 梁政强, 王鑫, 王克江, 朱欣欣, 汤琪, 刘歆粤
【申请人】中国原子能科学研究院
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月25日