一种核反应堆用锆合金包壳管的激光标识方法技术

本发明专利技术涉及一种核反应堆用锆合金包壳管的激光标识方法，所述方法包括：包壳管表面粗糙度处理，设定激光打标参数，包括激光打标速度、激光打标功率，包壳管激光打标条形码和数字码，打标效果检测包括使用显微镜测量包壳管激光打标段的热影响区厚度测量、腐蚀试验、超声探伤检测，经上述检测均合格的包壳管方才完成激光打标。本发明专利技术的激光标识方法用于核反应堆用锆合金包壳管的激光标识，提升了核电用锆合金包壳管材单支跟踪可追溯性，避免了激光打标导致包壳管表面损伤造成核泄漏的问题。标导致包壳管表面损伤造成核泄漏的问题。标导致包壳管表面损伤造成核泄漏的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种核反应堆用锆合金包壳管的激光标识方法


[0001]本专利技术涉及金属管材加工
，尤其涉及一种核反应堆用锆合金包壳管的激光标识方法，用于核反应堆用核燃料组件制造所需的锆合金包壳管的加工领域。

技术介绍

[0002]核电是清洁能源的重要组成，是实现“碳达峰”和“碳中和”能源可持续发展目标的重要依托。第三代核电技术是核电发展的最新要求，第三代核电技术核燃料组件燃耗更深，对核安全质量提出了更高的要求，尤其是对核安全屏障的技术指标要求更高。锆合金是核反应堆的包壳材料，其直接决定着核反应堆的安全性。三代核电通常要求每支锆合金包壳管载有唯一可追溯性标识，以便于反应堆运行过程质量追溯和核泄漏事故后包壳管质量调查，一般要求通过包壳管标识可以追溯包壳管的无损检验结果，从而迅速锁定泄露产生的部位，技术人员可以准确制定应对策略。目前国际上通常采用在包壳管上激光刻制条形码实现永久标识，激光刻制条形码会造成包壳管表面产生损伤，是包壳管加工的薄弱环节，存在核燃料泄露的风险。因此，包壳管激光标识需要采用特定的标识工艺，保证包壳管激光标识的可靠性，同时实现包壳管的有效标识。

技术实现思路

[0003]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种核反应堆用锆合金包壳管的激光标识方法，实现了核反应堆用锆合金包壳管的可追溯性，解决了激光打标造成包壳管表面损伤的技术问题。本专利技术的激光标识方法用于核反应堆用锆合金包壳管的激光标识，提升了核电用锆合金包壳管材单支跟踪可追溯性，避免了激光打标造成包壳管表面损伤造成核泄漏的问题；解决了我国不能独立自主实现核反应堆用锆合金包壳管激光标识的问题，开创了国内自主生产核反应堆用锆合金包壳管激光打标的先河，摆脱了技术上受制于人的局面。
[0004]本专利技术采用的技术方案是：一种核反应堆用锆合金包壳管的激光标识方法，所述方法包括：
[0005]包壳管表面粗糙度处理；
[0006]设定激光打标参数；
[0007]包壳管激光打标，包括条形码和数字码；
[0008]打标效果检测，包括：热影响区厚度测量、腐蚀试验、超声探伤检测；
[0009]经热影响区厚度测量、腐蚀试验、超声探伤检测均合格的包壳管方才完成激光打标；
[0010]其中：所述热影响区厚度测量：激光打标后，使用显微镜对包壳管激光打标处的纵截面热影响区厚度进行测量；
[0011]其中：所述腐蚀试验：截取激光打标段的包壳管在水蒸气中先后进行和腐蚀试验，腐蚀试验后检查试样表面，两次腐蚀试验试样表面激光标记位置处应是
黑色或灰黑色氧化膜，无白色或其他任何异常的腐蚀产物；
[0012]其中：所述超声探伤检测：激光打标后的包壳管进行超声探伤检测。
[0013]优选地，其中，所述包壳管表面粗糙度处理使用600目SiC砂带进行抛光。
[0014]优选地，其中，所述激光打标速度为200mm/s，所述激光打标功率为10W～25W。
[0015]优选地，其中，所述热影响区厚度6～30μm。
[0016]优选地，其中，所述腐蚀试验的水蒸气为(400
±
3)℃、压力为(10.3
±
0.7)MPa的水蒸气。
[0017]优选地，其中，所述超声探伤检测：激光打标段超声探伤信号幅值小于或等于标准伤产生的最小信号幅度40％的管材合格。
[0018]优选地，其中，所述抛光后包壳管表面粗糙度Ra小于或等于0.8μm。
附图说明
[0019]图1是为本专利技术包壳管激光打标工艺流程图。
具体实施方式
[0020]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整的描述，显然所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0021]图1是为本专利技术包壳管激光打标工艺流程图。
[0022]如图1所示，本专利技术实施例的一种核反应堆用锆合金包壳管激光标识方法，包壳管激光标识方法包括：
[0023]包壳管表面粗糙度处理：由于核级锆材对接触材料的限制要求，本实施例使用600目SiC砂带对包壳管进行抛光，抛光后包壳管表面粗糙度Ra≤0.8μm。SiC砂带抛光不会在锆合金管材表面产生异常元素污染，Si、C元素不会影响管材耐腐蚀性能，600目砂带抛光不会在包壳管表面产生影响激光标识的划痕，避免包壳管激光打标产生标记模糊的现象。
[0024]设定初始激光打标参数：激光打标速度为200mm/s，使用该打标速度可以保证包壳管激光标识的目视可读性。设定初始打标功率，激光打标功率10W～25W，选择十支经表面抛光合格的包壳管，每支包壳管的相应位置激光打标3～6组条形码和1组数字码。打标后激光打标区域不应有目视可见的氧化色、划痕、玷污等宏观缺陷。
[0025]其中沿包壳管圆周周向等距均分分别刻3～6组条形码和1组数字码。条形码是数字码的翻译，条形码和数字码对等。
[0026]条形码码制采用交叉25码(带校验位)。
[0027]数字编码由12位阿拉伯数字构成，具体编码规则如下：
[0028][0029]备注：编码具体要求见表1。
[0030]表1数字码编码要求
[0031][0032]生产批号代码、批内顺序号、材料代码、效验码之间应有一定间隔，以利于肉眼识读。
[0033]条形码长度约25.5mm，相邻条形码组与组之间间隔大约1mm。
[0034]与条形码轴向间隔距离约22.5mm沿包壳管轴向刻制一组数字码。数字码数字采用空心字，既减少激光打标时激光接触面积，又使数字清晰可辨。数字码的尺寸：数字码长度约38mm，最小高度3mm，笔画宽度0.25～0.3mm，字符的最小宽度1mm。
[0035]规范包壳管激光打标条形码和数字码的尺寸要求，可以实现在流水线上读码器自动识别，能够保证激光标识的识别准确度，避免出现读码识别错误产生重号错号现象。
[0036]激光标识条形码能够由批到支的包壳管单支追踪，每批包壳管有唯一批号代码，每批管材中每支管材赋予唯一的流水号，可以保证每支包壳管唯一可追溯，达到包壳管单支跟踪的目的。
[0037]打标效果检测：
[0038]激光打标后，抽取已激光打标包壳管截取包含激光打标段90mm，使用显微镜测量其纵截面热影响区厚度，热影响区厚度6～30μm。激光打标区域不应有目视可见的氧化色、划痕、玷污等宏观缺陷。
[0039]另抽取已打标包壳管将已打标包壳管截取包含打标区域段90mm作试样，试样在(400
±
3)℃、压力为(10.3
±
0.7)MPa的水蒸气中进行腐蚀试验，打标区域腐蚀试验能够测试出激光打标区域的耐腐蚀性能，通过腐蚀性能检测能够有效规避包壳管在反应堆运行过程中激光标识区域产生局部异常腐蚀现象，造成氧化膜破裂出现核泄漏事故。
腐蚀试验后检查试样表本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种核反应堆用锆合金包壳管的激光标识方法，其特征在于，所述激光标识方法包括：包壳管表面粗糙度处理；设定激光打标参数；包壳管激光打标，包括条形码和数字码；打标效果检测，包括：热影响区厚度测量、腐蚀试验、超声探伤检测；经热影响区厚度测量、腐蚀试验、超声探伤检测均合格的包壳管方才完成激光打标；其中：所述热影响区厚度测量：激光打标后，使用显微镜对包壳管激光打标段的纵截面热影响区厚度进行测量；其中：所述腐蚀试验：截取激光打标段的包壳管在水蒸气中先后进行和腐蚀试验，腐蚀试验后检查试样表面，两次腐蚀试验试样表面激光标记位置处应是黑色或灰黑色氧化膜，无白色或其他任何异常的腐蚀产物；其中：所述超声探伤检测：激光打标后的包壳管进行超声探伤检测。2.根据权利要求1所述的一种核反应堆用锆合金包壳管的激光标识方法，其特征在于，其中，所述包壳管粗糙度处理使用600目SiC砂带进行抛光。3.根据权利要求1所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵林科，胡旭坤，王晨阳，段俊婷，商毅龙，于海慧，高博，孙阳平，
申请(专利权)人：国核宝钛锆业股份公司，
类型：发明
国别省市：