不同測量工具對鋯合金管材外徑測量結(jié)果的影響

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. 國核寶鈦鋯業(yè)股份公司，陜西 寶雞 721013；2. 國家能源核級鋯材研發(fā)中心，陜西 寶雞 721013；3. 陜西省核級鋯材重點(diǎn)實驗室，陜西寶雞 721013

內(nèi)容導(dǎo)讀文章實驗研究了激光測徑儀、螺旋測微儀和氣動量儀對不同外徑壁厚比A(外徑/壁厚)和不同狀態(tài)核用鋯合金管材外徑測量結(jié)果的影響，以期為核用鋯合金管材生產(chǎn)和檢測時不同測量工具的合理選擇提供指導(dǎo)。實驗結(jié)果表明，使用螺旋測微儀得到的管材外徑測量值要小于氣動量儀和激光測徑儀的測量值，測量結(jié)果的差值隨著管材A值的增大而增大。不同狀態(tài)管材的不同測量工具之間的差異是一致的。管材是否經(jīng)過退火處理對于使用同種測量工具的測量結(jié)果沒有影響。

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

由于測量工具之間測量原理的不同以及鋯合金管材的特殊性，不同測量工具即使是對同一根管材的測量結(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量結(jié)果之間的差異。

本文研究了激光測徑儀、螺旋測微儀和氣動量儀對不同外徑壁厚比A(A=外徑/壁厚)和不同狀態(tài)的核用鋯合金管材的外徑測量結(jié)果的影響，以期為核用鋯合金管材生產(chǎn)和檢測時不同測量工具的合理選擇提供指導(dǎo)。

實驗方法

選擇不同A值和不同狀態(tài)(軋制態(tài)和退火態(tài))的管材，分別使用不同的測量工具(激光測徑儀、螺旋測微儀和氣動量儀)進(jìn)行外徑的測量，實驗方案見表1。為了便于對比測量，鋯合金管材的試樣長度為100 mm，同時在管材的中間區(qū)域使用記號筆標(biāo)記，測量標(biāo)記處外徑的最大值和最小值，并計算出外徑平均值。

表1 測量方案表

結(jié)果分析

不同測量工具對不同A值的管材外徑測量結(jié)果的影響

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

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

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

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

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

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

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

從不同A值的管材使用不同測量工具的測量結(jié)果對比來看，螺旋測微儀與氣動量儀以及激光測徑儀之間的測量結(jié)果有明顯差異，且隨著管材A值的增大，螺旋測微儀與氣動量儀以及激光測徑儀測量結(jié)果之間的差異越大，使用螺旋測微儀的外徑測量值要明顯小于氣動量儀和激光測徑儀的測量值。這主要是由于螺旋測微儀在測量時會對管材產(chǎn)生一定的壓力，管材不可避免會產(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，對于A值為43的φ13 mm×0.3 mm管材，螺旋測微儀的測量結(jié)果要比氣動量儀的測量結(jié)果平均要小0.015 mm。

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

對于A值為43的φ13 mm×0.3 mm管材，激光測徑儀與氣動量儀之間測量的結(jié)果存在較小的差異(約0.006 mm)，而對于其他規(guī)格的兩種管材，激光測徑儀與氣動量儀的測量結(jié)果之間無明顯差異。激光測徑儀與氣動量儀在測量時不會對管材產(chǎn)生壓力[2]，造成對A值為43的φ13 mm×0.3 mm管材外徑測量結(jié)果差異的原因為：(1)主要原因：氣動量儀測量前，分別用與被測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校規(guī)進(jìn)行校準(zhǔn)后再測量管材。對φ13 mm×0.3 mm管材測量使用的校規(guī)尺寸為φ12.945 mm和φ13.056 mm，校規(guī)尺寸范圍為0.111 mm。對φ12.24 mm×0.52 mm的管材測量使用的校規(guī)尺寸為φ12.221 mm和φ12.261 mm，校規(guī)尺寸范圍為0.04 mm。對φ9.5 mm×0.57 mm的管材測量使用的校規(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管材測量使用的校規(guī)尺寸范圍較寬，在測量時可能存在的誤差也就大一些。(2)次要原因：激光測徑儀使用前，一般用直徑為10 mm的校規(guī)進(jìn)行校準(zhǔn)后再行測量。被測管材與校規(guī)尺寸相差越大，可能存在的誤差就越大。

因此，建議對于A≥23的薄壁管，測量外徑尺寸時盡量選用氣動量儀或激光測徑儀。在使用氣動量儀測量時，應(yīng)盡量選用尺寸范圍較窄的校規(guī)進(jìn)行氣動量儀的校準(zhǔn)。在使用激光測徑儀測量時，應(yīng)盡量選用與被測管材規(guī)格相近的校規(guī)進(jìn)行激光測徑儀的校準(zhǔn)。

不同測量工具對不同狀態(tài)管材外徑測量結(jié)果的影響

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

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

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

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

結(jié)束語

(1) 螺旋測微儀管材外徑測量值要小于氣動量儀和激光測徑儀的測量值。對于A值為43的φ13 mm×0.3 mm管材，使用螺旋測微儀的測量結(jié)果要比氣動量儀的測量結(jié)果平均要小約0.015 mm。

(2) 螺旋測微儀與氣動量儀以及激光測徑儀之間的測量結(jié)果有明顯差異，且隨著管材A值的增大，螺旋測微儀與氣動量儀以及激光測徑儀測量結(jié)果之間的差異越大。

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