1、引言

国际热核聚变实验反应堆（俗称人造小太阳），它是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一，是仅次于国际空间站的又一个国际大科学工程计划，本文所涉及的屏蔽包层增强热负荷第一壁就是其中的关键部件之一。直接承受来自高温等离子体的高热负荷和高能中子损伤，并保护聚变堆其它主要部件能安全可靠的运行，这就要求部件需要具有非常高的可靠性和安全性。

本文主要对国际热核聚变实验反应堆屏蔽包层增强热负荷第一壁不锈钢管出现疑似缺陷影像进行分析，使用无损探伤方法来控制质量。

2、增强热负荷第一壁不锈钢管的无损检测工艺和疑似缺陷影像的产生

2.1不锈钢管透照技术的选择。双壁透照双壁观察技术：屏蔽包层增强热负荷第一壁不锈钢管的外径仅有19mm，只能采用双壁透照的方法对不锈钢管进行射线检测。

2.2曝光次数的选择。根据ISO 17636标准的规定，对增强热负荷第一壁不锈钢管焊缝进行射线检测时，每个焊接接头至少要进行3次互成60°或120°的曝光^［1］才能保证产品质量。

2.3曝光参数及曝光结果。屏蔽包层增强热负荷第一壁不锈钢管射线检测工艺参数：电压90kV，电流8mA，曝光时间3min，胶片AGFA C4，焦距600mm。

2.4根据以上工艺对屏蔽包层增强热负荷第一壁不锈钢管进行了产品质量验证，黑度和像质计灵敏度均能满足标准的要求，因此其探伤检测工艺没有问题。

3 .增强热负荷第一壁不锈钢管疑似缺陷影像的成因分析

3.1 补充检测及结果

若管子上出现的显示为真实缺陷，这些缺陷可能是由气孔、疏松类缺陷引起的显示。对此，采用了渗透检测和超声波直探头(双晶、浅聚焦直探头)检测，检测结果均显示未能观察到明显的缺陷。

3.2 疑似缺陷影像的成因分析

3.2.1 随着管电压和焦距增大或者减小，射线与空气及周围物体接触的机会增大或者减少，产生散射线的机率较大。散射线被胶片吸收，对小的细节影响产生边蚀作用^［2］，也降低了细节影像的可检验性。

3.2.2对于锻造的奥氏体不锈钢来说，通常其晶粒度在4级或以上，在检测时，一般均不会出现衍射斑点，但若工艺不当也会造成其晶粒尺寸粗大，可能会出现衍射斑点。

4. 检测试验论证

4.1 出现的衍射斑点一般是由晶格引起，晶格对电磁波的衍射通常被称为布拉格衍射，出现这种现象必须满足2dsinθ=nλ布拉格条件：当电磁波的入射角或波长发生改变时，布拉格条件不能得到满足。若出现的显示为衍射斑点，则会发生显著变化；若出现的显示为真实缺陷，则不会发生明显变化。

4.2电磁波的衍射和障碍物尺寸D及波长λ的相对大小有关，当D≤λ时，电磁波的衍射会增强，当D＞λ时，电磁波的衍射会减弱。若屏蔽包层增强热负荷第一壁不锈钢管在被透照发生衍射现象，其晶粒必然比较粗大。

4.3试验方案及透照结果

按照下表1的工艺参数进行透照，其中方案2B所用的屏蔽包层增强热负荷第一壁不锈钢管2和不锈钢管1的尺寸、材质完全相同，未出现衍射斑点。透照时所用的增感屏为0.1mm的铅屏，胶片为AGFA C4^［3］，透照结果见下表1~表3                  

                          表1 试验参数

5. 试验结果及原因分析

5.1随着透照电压的升高，显示越来越不明显，但衍射斑点一直没有消失，可能的原因如下：

⑴ 根据公式：λ=1.24/V（nm） 可知：随着管电压的升高，主线束波长就越来越小，在障碍物尺寸不变的情况下，电磁波的衍射会越来越弱，衍射斑点也会逐渐减少；波长的改变看似破坏了布拉格衍射条件，但实际上由于射线为连续谱，其谱线中总能找到满足布拉格衍射条件的电磁波，因此单纯提高电压无法完全消除衍射斑点。

⑵ 随着管电压的升高，检测的灵敏度也会下降^［4］，这也会造成可观察到的显示出现减少现象，若连接管中存在真实的缺陷，底片上的投影影像不会变化如此明显。

5.2对于连接管的射线检测，连接管的偏移、焦距的增加对底片上的显示没有任何影响，但是将射线源从X射线机改为γ源，显示将会得到显著的变化，造成这种现象的原因有：

⑴ 方案1E中的底片影响之所以没有发生变化是因为将连接管偏移远离主射线束，看似改变了射线束与连接管的夹角，由于不锈钢管是圆柱状，实际效果并没有改变透照射线束与工件的夹角，即布拉格条件没有发生变化，衍射现象也不会减弱。

⑵ 方案1F只是单纯的增大射线源至连接管的距离，布拉格衍射条件并没有被破坏，衍射现象依然存在。

⑶ 方案1G采用了Se-75进行透照，Se-75为线状普，其改变了布拉格条件中的波长，造成布拉格条件几乎完全失效，故衍射现象几乎消失。

基于以上试验结果的分析来看，此次增强热负荷第一壁不锈钢管出现的疑似缺陷影像显示，基本上可以判定为衍射斑点，并不是真正的缺陷。为了更进一步证明此观点，还对不锈钢管1和2进行了微观金相分析，其晶粒度照片如下图所示： 

    图1   管1的微观金相图                    图2   管2的微观金相图

从图1和图2中可以明显看出，增强热负荷第一壁不锈钢管1的晶粒尺寸明显比2的粗大，其晶粒度约为1级，而不锈钢管2的晶粒度约为4级。至此，可以非常肯定屏蔽包层增强热负荷第一壁不锈钢管1的透照底片上出现的显示就为衍射斑点。

6. 总结

屏蔽包层增强热负荷第一壁不锈钢管的质量控制，使用无损探伤检测，出现衍射斑点现象，这种衍射斑点现象和锻件的晶粒度级别有关。只有改变无损探伤源的种类，相当于同时改变了电磁波的波长以及电磁波的类型（连续谱或线状谱），可使衍射斑点几乎完全消失，从而提高射线检测的灵敏度和清淅度。本试验的工艺方法和验证结果对航空、航天、船舶、石油机械等领域的金属材料质量控制具有一定的工艺参考和应用价值。