供稿|高世奇，李小寧，薛艷麗 / GAO Shi-qi , LI Xiao-ning , XUE Yan-li

作者單位：1. 國(guó)核寶鈦鋯業(yè)股份公司，陜西 寶雞 721013；2. 國(guó)家能源核級(jí)鋯材研發(fā)中心，陜西 寶雞 721013；3. 陜西省核級(jí)鋯材重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西寶雞 721013

內(nèi)容導(dǎo)讀文章實(shí)驗(yàn)研究了激光測(cè)徑儀、螺旋測(cè)微儀和氣動(dòng)量?jī)x對(duì)不同外徑壁厚比A(外徑/壁厚)和不同狀態(tài)核用鋯合金管材外徑測(cè)量結(jié)果的影響，以期為核用鋯合金管材生產(chǎn)和檢測(cè)時(shí)不同測(cè)量工具的合理選擇提供指導(dǎo)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，使用螺旋測(cè)微儀得到的管材外徑測(cè)量值要小于氣動(dòng)量?jī)x和激光測(cè)徑儀的測(cè)量值，測(cè)量結(jié)果的差值隨著管材A值的增大而增大。不同狀態(tài)管材的不同測(cè)量工具之間的差異是一致的。管材是否經(jīng)過(guò)退火處理對(duì)于使用同種測(cè)量工具的測(cè)量結(jié)果沒(méi)有影響。

外徑尺寸是管材的一項(xiàng)基本特征，而核用鋯合金管材的外徑尺寸是一項(xiàng)判定管材合格與否的重要技術(shù)指標(biāo)。對(duì)小尺寸管材(φ6～20 mm)外徑的測(cè)量使用的工具主要有激光測(cè)徑儀、螺旋測(cè)微儀和氣動(dòng)量?jī)x。在核用鋯合金管材的加工過(guò)程的測(cè)量和成品檢測(cè)中，使用的外徑測(cè)量工具是不同的。例如，小規(guī)格管材成品軋制時(shí)使用的外徑測(cè)量工具一般為激光測(cè)徑儀和/或螺旋測(cè)微儀，而成品超聲檢測(cè)所使用的尺寸標(biāo)準(zhǔn)管的外徑測(cè)量一般使用螺旋測(cè)微儀。

由于測(cè)量工具之間測(cè)量原理的不同以及鋯合金管材的特殊性，不同測(cè)量工具即使是對(duì)同一根管材的測(cè)量結(jié)果也存在著微小差異[1]。為了更好地控制管材的尺寸，有必要研究不同工具的測(cè)量結(jié)果之間的差異。

本文研究了激光測(cè)徑儀、螺旋測(cè)微儀和氣動(dòng)量?jī)x對(duì)不同外徑壁厚比A(A=外徑/壁厚)和不同狀態(tài)的核用鋯合金管材的外徑測(cè)量結(jié)果的影響，以期為核用鋯合金管材生產(chǎn)和檢測(cè)時(shí)不同測(cè)量工具的合理選擇提供指導(dǎo)。

實(shí)驗(yàn)方法

選擇不同A值和不同狀態(tài)(軋制態(tài)和退火態(tài))的管材，分別使用不同的測(cè)量工具(激光測(cè)徑儀、螺旋測(cè)微儀和氣動(dòng)量?jī)x)進(jìn)行外徑的測(cè)量，實(shí)驗(yàn)方案見(jiàn)表1。為了便于對(duì)比測(cè)量，鋯合金管材的試樣長(zhǎng)度為100 mm，同時(shí)在管材的中間區(qū)域使用記號(hào)筆標(biāo)記，測(cè)量標(biāo)記處外徑的最大值和最小值，并計(jì)算出外徑平均值。

表1 測(cè)量方案表

結(jié)果分析

不同測(cè)量工具對(duì)不同A值的管材外徑測(cè)量結(jié)果的影響

使用激光測(cè)徑儀、螺旋測(cè)微儀和氣動(dòng)量?jī)x進(jìn)行退火態(tài)的φ13 mm×0.3 mm鋯合金管材外徑測(cè)量平均值的多變異圖見(jiàn)圖1。圖中，■及虛線連線是每次測(cè)量3支管材外徑尺寸數(shù)據(jù)的平均值，◆及實(shí)線連線是每種測(cè)量方式下所有管材的3次測(cè)量的外徑尺寸數(shù)據(jù)的平均值。

從圖1可以看出，對(duì)于退火態(tài)的φ13 mm×0.3 mm的薄壁管(A=43)，使用激光測(cè)徑儀的外徑測(cè)量結(jié)果＞使用氣動(dòng)量?jī)x的外徑測(cè)量結(jié)果＞使用螺旋測(cè)微儀的外徑測(cè)量結(jié)果。使用螺旋測(cè)微儀的外徑測(cè)量結(jié)果要明顯小于其他兩種測(cè)量工具的外徑測(cè)量結(jié)果。同種測(cè)量工具不同次測(cè)量的平均值之間基本沒(méi)有差異。使用激光測(cè)徑儀的外徑測(cè)量結(jié)果平均值為13.022 mm，使用氣動(dòng)量?jī)x的外徑測(cè)量結(jié)果平均值為13.016 mm，使用螺旋測(cè)微儀的外徑測(cè)量結(jié)果平均值為13.001 mm。因此，使用激光測(cè)徑儀的外徑測(cè)量結(jié)果平均值要比使用氣動(dòng)量?jī)x的外徑測(cè)量結(jié)果平均值大0.006 mm，使用氣動(dòng)量?jī)x的外徑測(cè)量結(jié)果平均值要比使用螺旋測(cè)微儀的外徑測(cè)量結(jié)果平均值大0.015 mm。

使用激光測(cè)徑儀、螺旋測(cè)微儀和氣動(dòng)量?jī)x進(jìn)行退火態(tài)的φ12.24 mm×0.52 mm管材外徑測(cè)量平均值的多變異圖見(jiàn)圖2。圖中，■及虛線連線是每次測(cè)量3支管材外徑尺寸數(shù)據(jù)的平均值，◆及實(shí)線連線是每種測(cè)量方式下所有管材的3次測(cè)量的外徑尺寸數(shù)據(jù)的平均值。

圖2 不同測(cè)量工具進(jìn)行退火態(tài)的φ12.24 mm×0.52 mm管材外徑測(cè)量平均值的多變異圖

從圖2可以看出，對(duì)于退火態(tài)的φ12.24 mm×0.52 mm的管材(A=23)，使用激光測(cè)徑儀的外徑測(cè)量結(jié)果≈使用氣動(dòng)量?jī)x的外徑測(cè)量結(jié)果＞使用螺旋測(cè)微儀的外徑測(cè)量結(jié)果。使用螺旋測(cè)微儀的外徑測(cè)量結(jié)果要略小于其他兩種測(cè)量工具的外徑測(cè)量結(jié)果。同種測(cè)量工具不同次測(cè)量的平均值之間基本沒(méi)有差異。使用激光測(cè)徑儀的外徑測(cè)量結(jié)果平均值為12.248 mm，使用氣動(dòng)量?jī)x的外徑測(cè)量結(jié)果平均值為12.249 mm，使用螺旋測(cè)微儀的外徑測(cè)量結(jié)果平均值為12.239 mm。

使用激光測(cè)徑儀、螺旋測(cè)微儀和氣動(dòng)量?jī)x進(jìn)行退火態(tài)的φ9.5 mm×0.57 mm管材外徑測(cè)量平均值的多變異圖見(jiàn)圖3。圖中，■及虛線連線是每次測(cè)量3支管材外徑尺寸數(shù)據(jù)的平均值，◆及實(shí)線連線是每種測(cè)量方式下所有管材的3次測(cè)量的外徑尺寸數(shù)據(jù)的平均值。

從圖3可以看出，對(duì)于退火態(tài)的φ9.5 mm×0.57 mm的管材(A=16)，使用激光測(cè)徑儀的外徑測(cè)量結(jié)果≈使用氣動(dòng)量?jī)x的外徑測(cè)量結(jié)果＞使用螺旋測(cè)微儀的外徑測(cè)量結(jié)果。使用螺旋測(cè)微儀的外徑測(cè)量結(jié)果要略小于其他兩種測(cè)量工具的外徑測(cè)量結(jié)果。同種測(cè)量工具不同次測(cè)量的平均值之間基本沒(méi)有差異。使用激光測(cè)徑儀的外徑測(cè)量結(jié)果平均值為9.490 mm，使用氣動(dòng)量?jī)x的外徑測(cè)量結(jié)果的平均值為9.489 mm，使用螺旋測(cè)微儀的外徑測(cè)量結(jié)果的平均值為9.485 mm。

從不同A值的管材使用不同測(cè)量工具的測(cè)量結(jié)果對(duì)比來(lái)看，螺旋測(cè)微儀與氣動(dòng)量?jī)x以及激光測(cè)徑儀之間的測(cè)量結(jié)果有明顯差異，且隨著管材A值的增大，螺旋測(cè)微儀與氣動(dòng)量?jī)x以及激光測(cè)徑儀測(cè)量結(jié)果之間的差異越大，使用螺旋測(cè)微儀的外徑測(cè)量值要明顯小于氣動(dòng)量?jī)x和激光測(cè)徑儀的測(cè)量值。這主要是由于螺旋測(cè)微儀在測(cè)量時(shí)會(huì)對(duì)管材產(chǎn)生一定的壓力，管材不可避免會(huì)產(chǎn)生輕微的彈性變形，并且管材A值越大，這種變形的程度就越大，對(duì)于A值為43的φ13 mm×0.3 mm管材，螺旋測(cè)微儀的測(cè)量結(jié)果要比氣動(dòng)量?jī)x的測(cè)量結(jié)果平均要小0.015 mm。

圖3 不同測(cè)量工具進(jìn)行退火態(tài)的φ9.5 mm×0.57 mm管材外徑測(cè)量平均值的多變異圖

對(duì)于A值為43的φ13 mm×0.3 mm管材，激光測(cè)徑儀與氣動(dòng)量?jī)x之間測(cè)量的結(jié)果存在較小的差異(約0.006 mm)，而對(duì)于其他規(guī)格的兩種管材，激光測(cè)徑儀與氣動(dòng)量?jī)x的測(cè)量結(jié)果之間無(wú)明顯差異。激光測(cè)徑儀與氣動(dòng)量?jī)x在測(cè)量時(shí)不會(huì)對(duì)管材產(chǎn)生壓力[2]，造成對(duì)A值為43的φ13 mm×0.3 mm管材外徑測(cè)量結(jié)果差異的原因?yàn)椋?1)主要原因：氣動(dòng)量?jī)x測(cè)量前，分別用與被測(cè)管材外徑公差的最大極限尺寸和最小極限尺寸相近的兩個(gè)校規(guī)進(jìn)行校準(zhǔn)后再測(cè)量管材。對(duì)φ13 mm×0.3 mm管材測(cè)量使用的校規(guī)尺寸為φ12.945 mm和φ13.056 mm，校規(guī)尺寸范圍為0.111 mm。對(duì)φ12.24 mm×0.52 mm的管材測(cè)量使用的校規(guī)尺寸為φ12.221 mm和φ12.261 mm，校規(guī)尺寸范圍為0.04 mm。對(duì)φ9.5 mm×0.57 mm的管材測(cè)量使用的校規(guī)尺寸為φ9.538 mm和φ9.463 mm，校規(guī)尺寸范圍為0.075 mm。由于φ13 mm×0.3 mm管材測(cè)量使用的校規(guī)尺寸范圍較寬，在測(cè)量時(shí)可能存在的誤差也就大一些。(2)次要原因：激光測(cè)徑儀使用前，一般用直徑為10 mm的校規(guī)進(jìn)行校準(zhǔn)后再行測(cè)量。被測(cè)管材與校規(guī)尺寸相差越大，可能存在的誤差就越大。

因此，建議對(duì)于A≥23的薄壁管，測(cè)量外徑尺寸時(shí)盡量選用氣動(dòng)量?jī)x或激光測(cè)徑儀。在使用氣動(dòng)量?jī)x測(cè)量時(shí)，應(yīng)盡量選用尺寸范圍較窄的校規(guī)進(jìn)行氣動(dòng)量?jī)x的校準(zhǔn)。在使用激光測(cè)徑儀測(cè)量時(shí)，應(yīng)盡量選用與被測(cè)管材規(guī)格相近的校規(guī)進(jìn)行激光測(cè)徑儀的校準(zhǔn)。

不同測(cè)量工具對(duì)不同狀態(tài)管材外徑測(cè)量結(jié)果的影響

使用激光測(cè)徑儀、螺旋測(cè)微儀和氣動(dòng)量?jī)x進(jìn)行軋制態(tài)的φ13 mm×0.3 mm管材外徑測(cè)量平均值的多變異圖見(jiàn)圖4。圖中，■及虛線連線是每次測(cè)量3支管材外徑尺寸數(shù)據(jù)的平均值，◆及實(shí)線連線是每種測(cè)量方式下所有管材的3次測(cè)量的外徑尺寸數(shù)據(jù)的平均值。

從圖4可以看出，對(duì)于軋制態(tài)的φ13 mm×0.3 mm的薄壁管(A=43)，使用激光測(cè)徑儀的外徑測(cè)量結(jié)果＞使用氣動(dòng)量?jī)x的外徑測(cè)量結(jié)果＞使用螺旋測(cè)微儀的外徑測(cè)量結(jié)果。使用螺旋測(cè)微儀的外徑測(cè)量結(jié)果要明顯小于其他兩種測(cè)量工具的外徑測(cè)量結(jié)果。其中，使用激光測(cè)徑儀的外徑測(cè)量結(jié)果的平均值為13.037 mm，使用氣動(dòng)量?jī)x的外徑測(cè)量結(jié)果的平均值為13.032 mm，使用螺旋測(cè)微儀的外徑測(cè)量結(jié)果的平均值為13.016 mm。使用激光測(cè)徑儀的外徑測(cè)量結(jié)果的平均值要比使用氣動(dòng)量?jī)x的外徑測(cè)量結(jié)果的平均值大0.005 mm，使用氣動(dòng)量?jī)x的外徑測(cè)量結(jié)果的平均值要比使用螺旋測(cè)微儀的外徑測(cè)量結(jié)果的平均值大0.016 mm。

圖4 不同測(cè)量工具進(jìn)行軋制態(tài)的φ13 mm×0.3 mm管材外徑測(cè)量平均值的多變異圖

軋制態(tài)的φ13 mm×0.3 mm的薄壁管的測(cè)量結(jié)果與退火態(tài)的φ13 mm×0.3 mm的薄壁管的測(cè)量結(jié)果相比較，使用激光測(cè)徑儀的外徑測(cè)量結(jié)果的平均值均要比使用氣動(dòng)量?jī)x的外徑測(cè)量結(jié)果的平均值大0.005～0.006 mm，使用氣動(dòng)量?jī)x的外徑測(cè)量結(jié)果的平均值均要比使用螺旋測(cè)微儀的外徑測(cè)量結(jié)果的平均值大0.015～0.016 mm，不同狀態(tài)管材的不同測(cè)量工具之間的差異是一致的。由此可見(jiàn)，是否進(jìn)行退火處理對(duì)于鋯合金管材使用不同測(cè)量工具的測(cè)量結(jié)果沒(méi)有影響。

結(jié)束語(yǔ)

(1) 螺旋測(cè)微儀管材外徑測(cè)量值要小于氣動(dòng)量?jī)x和激光測(cè)徑儀的測(cè)量值。對(duì)于A值為43的φ13 mm×0.3 mm管材，使用螺旋測(cè)微儀的測(cè)量結(jié)果要比氣動(dòng)量?jī)x的測(cè)量結(jié)果平均要小約0.015 mm。

(2) 螺旋測(cè)微儀與氣動(dòng)量?jī)x以及激光測(cè)徑儀之間的測(cè)量結(jié)果有明顯差異，且隨著管材A值的增大，螺旋測(cè)微儀與氣動(dòng)量?jī)x以及激光測(cè)徑儀測(cè)量結(jié)果之間的差異越大。

(3) 不同狀態(tài)管材的不同測(cè)量工具之間的差異是一致的。是否進(jìn)行退火處理對(duì)于管材使用同種測(cè)量工具的測(cè)量結(jié)果沒(méi)有影響。