本发明专利技术公开了一种金属管材焊接接头缺陷的检测分析方法，属于金属焊接性能检测技术领域。本发明专利技术以金属管材作为待测样品，所述金属管材包括非焊接区和焊接区，所述非焊接区和焊接区之间的交界处为过渡区；对所述焊接区的焊缝进行纵向解剖得到待测区域；用场发射电子探针观察分析所述待测区域的焊缝形貌，判断所述焊缝形貌是否存在非熔透焊接和/或焊接裂纹；如存在，则结束检测，如不存在，利用所述场发射电子探针和X射线光谱仪对所述待测区域进行元素偏析分析和夹杂物分析。本发明专利技术将宏观分析和微观分析相结合，能够全面判断金属管材的焊接区域的显微裂纹情况、元素偏析情况和非金属夹杂缺陷等情况，而且是一种无损的高精度的检测分析方法。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属焊接性能检测，尤其涉及一种金属管材焊接接头缺陷的检测分析方法。
技术介绍
1、包壳管是压水堆堆芯组件最核心部分之一，在一回路环境下长期服役，由于包壳管的超薄壁厚，提高管材耐应力腐蚀性能、延长服役寿命就成为核电堆芯的核心问题，而堵头/包壳管的焊接区域是整个一回路最薄弱环节位置，需要进行严格的检测。
2、堵头/包壳管的不规则小焊缝存在元素偏析、显微裂纹、非金属夹杂等缺陷，已有的研究采用多常规气密性、超声探伤、涡流探伤等无损检测方法，虽然可以检测出较大裂纹，但不能表征出元素偏析、非金属夹杂等缺陷。如果堵头/包壳管的焊缝存在上述缺陷，一回路含硼、锂、氯及溶解氧的高温高压水溶液环境中会引发应力腐蚀问题，可能导致一回路泄漏的严重事故。为避免上述问题，需要提前对堵头/包壳管焊缝位置进行抽样解剖检测。
3、目前薄壁管的不规则小焊缝区域解剖检测的方法较少，亟需一种能够全面判断薄壁管焊接区域元素偏析、显微裂纹、非金属夹杂等缺陷的方法。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于提供一种金属管材焊接接头缺陷的检测分析方法，解决金属管材的焊接接头难以全面检测其缺陷的技术问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供一种金属管材焊接接头缺陷的检测分析方法，包括以下步骤：
3、以金属管材作为待测样品，所述金属管材包括非焊接区和焊接区，所述非焊接区和焊接区之间的交界处为过渡区；
4、对所述焊接区的焊缝进行纵向解剖得到待测区域；
>5、用场发射电子探针观察分析所述待测区域的焊缝形貌，判断所述焊缝形貌是否存在非熔透焊接和/或焊接裂纹；6、利用所述场发射电子探针和x射线光谱仪对所述待测区域进行元素偏析分析和夹杂物分析。
7、在本专利技术的一些实施例中，所述金属管材的管壁厚在≤1mm；或者，所述金属管材的直径和管壁厚的比值≥100。
8、在本专利技术的一些实施例中，用背散射电子模式观察分析所述焊缝形貌。
9、在本专利技术的一些实施例中，在所述用背散射电子模式观察分析所述焊缝形貌的步骤中：
10、放大倍数为55倍；
11、和/或，用样品台移动的模式对所述待测区域进行面扫描，面扫描个数设定为256x256，步长为2.5μm，激发电压为15kv、束流为10na，电子束直径为1μm。
12、在本专利技术的一些实施例中，所述元素偏析分析包括以下步骤：
13、(1)利用所述场发射电子探针和x射线光谱仪对所述待测区域进行元素定性分析，确定所述待测区域的元素组成，以确定的元素种类作为待测区域的待测元素；
14、(2)对所述待测区域的待测元素进行定量分析，确定所述待测元素在待测区域中的含量；
15、(3)对所述金属管材进行元素面分布测试：利用所述场发射电子探针发出电子束对所述金属管材进行面扫描，扫描区域覆盖所述非焊接区、焊接区得到对应待测元素的x射线光谱，确定所述待测元素在所述金属管材中的分布情况，并由所述场发射电子探针输出得到偏析位置的元素含量数据和合金位置的元素含量数据，根据所述偏析位置的元素含量数据和合金位置的元素含量数据计算得到对应元素的元素偏析值。
16、在本专利技术的一些实施例中，在所述步骤(2)中，根据所述待测元素的种类选择合适的测定条件，利用场发射电子探针发出电子束对所述待测区域进行轰击得到对应待测元素的x射线光谱，利用x射线光谱仪对所述x射线光谱进行分析得到元素含量，其中：
17、用lifh晶体测定mn；
18、和/或，用peth晶体测定nb和si；
19、和/或，用petl晶体测定v和mo；
20、和/或，用lif晶体测定ni、fe和cr；
21、和/或，用kα特征x射线测定v、mo、ni、fe、cr、mn、si；
22、和/或，用lα特征x射线测定nb。
23、在本专利技术的一些实施例中，在所述步骤(3)的面扫描操作中，
24、用电子束移动的模式对所述待测区域进行面扫描，面扫描个数设定为256x256，步长设定为2.5μm；
25、和/或，电子束的放大倍数为55倍，激发电压为15kv，束流为20na，束斑的大小为电子束本征直径的大小。
26、在本专利技术的一些实施例中，所述夹杂物的分析包括以下步骤：
27、步骤1、对所述待测区域进行元素面分布测试，确定待测区域是否存在异质形核；
28、步骤2、待测区域若存在异质形核，则开展相应富集点形核相组成元素检测，通过定量分析富集点形核相元素组成，推断富集点形核相为哪一类夹杂物。
29、在本专利技术的一些实施例中，在所述步骤(1)的元素面分布测试中，设置场发射电子探针发的放大倍数在3000倍以上，束斑大小为电子束本征直径大小，选用beam模式进行分析。
30、在本专利技术的一些实施例中，所述场发射电子探针仪器的型号为jxa-ihp200f。
31、本专利技术所能实现的有益效果：
32、本专利技术利用场发射电子探针搭载x射线波谱仪对金属管材的焊接接头即焊接区域进行检测分析，先从宏观角度出发观察焊缝形貌，判断焊缝形貌是否存在非熔透焊接和/或焊接裂纹，在宏观角度判断金属管材焊接不合格，接着还从微观角度出发对焊接区域进行元素偏析分析和夹杂物分析，从微观角度进一步分析金属管材的焊接效果。
33、本专利技术将宏观分析和微观分析相结合，能够全面判断金属管材的焊接区域的显微裂纹情况、元素偏析情况和非金属夹杂缺陷等情况，而且是一种无损的高精度的检测分析方法，既适用于一般金属管材的焊接接头的检测分析，还适用于形状不规则、壁面超薄的异形超薄壁金属管材的焊接接头的检测分析。
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【技术保护点】
1.一种金属管材焊接接头缺陷的检测分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述金属管材焊接接头缺陷的检测分析方法，其特征在于，所述金属管材的管壁厚在≤1mm；或者，所述金属管材的直径和管壁厚的比值≥100。
3.根据权利要求1所述金属管材焊接接头缺陷的检测分析方法，其特征在于，用背散射电子模式观察分析所述焊缝形貌。
4.根据权利要求3所述金属管材焊接接头缺陷的检测分析方法，其特征在于，在所述用背散射电子模式观察分析所述焊缝形貌的步骤中：
5.根据权利要求1所述金属管材焊接接头缺陷的检测分析方法，其特征在于，所述元素偏析分析包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述金属管材焊接接头缺陷的检测分析方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，根据所述待测元素的种类选择合适的测定条件，利用场发射电子探针发出电子束对所述待测区域进行轰击得到对应待测元素的X射线光谱，利用X射线光谱仪对所述X射线光谱进行分析得到元素含量，其中：
7.根据权利要求5所述金属管材焊接接头缺陷的检测分析方法，其特征在于，在所述步骤(3)的面扫描操作中，
8.根据权利要求5所述金属管材焊接接头缺陷的检测分析方法，其特征在于，所述夹杂物的分析包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述金属管材焊接接头缺陷的检测分析方法，其特征在于，在所述步骤(1)的元素面分布测试中，设置场发射电子探针发的放大倍数在3000倍以上，束斑大小为电子束本征直径大小，选用beam模式进行分析。
10.根据权利要求1至9任一所述金属管材焊接接头缺陷的检测分析方法，其特征在于，所述场发射电子探针仪器的型号为JXA-iHP200F。
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【技术特征摘要】
1.一种金属管材焊接接头缺陷的检测分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述金属管材焊接接头缺陷的检测分析方法，其特征在于，所述金属管材的管壁厚在≤1mm；或者，所述金属管材的直径和管壁厚的比值≥100。
3.根据权利要求1所述金属管材焊接接头缺陷的检测分析方法，其特征在于，用背散射电子模式观察分析所述焊缝形貌。
4.根据权利要求3所述金属管材焊接接头缺陷的检测分析方法，其特征在于，在所述用背散射电子模式观察分析所述焊缝形貌的步骤中：
5.根据权利要求1所述金属管材焊接接头缺陷的检测分析方法，其特征在于，所述元素偏析分析包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述金属管材焊接接头缺陷的检测分析方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，根据所述待测元素的种类选择合适的测定条...
【专利技术属性】
技术研发人员：张滨，周玉铎，顾玥，王双，曹英杰，谭军，
申请(专利权)人：季华实验室，
类型：发明
国别省市：
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