本發(fā)明應(yīng)用于工業(yè)探傷和射線醫(yī)療產(chǎn)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種s通道貧鈾屏蔽體鑄造方法。

背景技術(shù)：

目前，在γ射線屏蔽體市場(chǎng)，主要有鉛屏蔽體、鎢屏蔽體和貧鈾屏蔽體。在使用過程中，鉛熔點(diǎn)低(327.4℃)，在火災(zāi)或某些特殊情況下鉛會(huì)融化，引起鉛制屏蔽體的損壞，危害人身安全；同時(shí)鉛質(zhì)軟，強(qiáng)度低，只有13mpa，用鉛制備的屏蔽體在運(yùn)輸、安裝等過程中容易變形，也不適合精密配裝。鎢熔點(diǎn)高(3410±20℃)，大尺寸的鎢屏蔽體只能通過粉末冶金的方法來(lái)制備。由粉末冶金方法制備的材料內(nèi)部容易產(chǎn)生孔洞，同時(shí)具有部分陶瓷的性質(zhì)，硬度高、脆性大，不適合進(jìn)行機(jī)械加工。而鈾制屏蔽體用的都是貧化鈾，是鈾濃縮廠的附產(chǎn)品，價(jià)格比鎢材料便宜，屏蔽能力較強(qiáng)且不易變形，使用貧鈾材料制備屏蔽體比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用。近年來(lái)，隨著人們對(duì)核知識(shí)及核材料認(rèn)識(shí)的深入，使得貧鈾材料在民用方面的應(yīng)用也越來(lái)越多，如作為放射性醫(yī)療器械和無(wú)損探傷設(shè)備中的屏蔽體、大型飛機(jī)上的配重塊等。在人們的常規(guī)印象中，認(rèn)為輻射防護(hù)材料比較好、應(yīng)用最多的是鉛，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)u-238的輻射防護(hù)功能要比鉛更好。以u(píng)-238為主要組分的貧鈾材料具有很高的密度和強(qiáng)度以及很好的屏蔽性能，在放射性醫(yī)用器械和無(wú)損射線檢測(cè)設(shè)備方面有著廣泛的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種s通道貧鈾屏蔽體鑄造方法，s通道貧鈾屏蔽體用于無(wú)損探傷設(shè)備。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為：

一種s通道貧鈾屏蔽體鑄造方法，s通道是在s形不銹鋼管外包裹貧鈾金屬，鑄造方式是將貧鈾金屬液注入石墨模具中成型，同時(shí)將預(yù)先放入模具中的s形不銹鋼管包裹起來(lái)后凝固，在此過程中保證s形不銹鋼管形狀無(wú)變化，同時(shí)在模具中的位置也無(wú)變化，凝固后產(chǎn)品內(nèi)部形成完整的s型空腔。

該方法具體如下：采用等離子噴涂工藝在s形不銹鋼管外部涂敷氧化鋯+氧化釔涂層；在帶有涂層的s形不銹鋼管外部增加冷鈾套；澆注方式采用橫澆，模具內(nèi)腔中間為球形，兩端為矩形，貧鈾金屬液沿模具正上方澆道流下澆鑄；對(duì)s形不銹鋼管進(jìn)行上述處理后，先進(jìn)行一次澆注，成型一個(gè)體積較小的芯子，然后再對(duì)芯子進(jìn)行二次澆注。

所述的s形不銹鋼管內(nèi)放置放射源。

本發(fā)明所取得的有益效果為：

為制備表面光潔度較好、密度均勻、各部分屏蔽效果無(wú)明顯差距，內(nèi)部晶粒尺寸細(xì)小且均勻分布的s通道屏蔽體，首先采用鈣熱還原貧鈾鑄錠開展了真空感應(yīng)精煉、加工等試驗(yàn)，制備了s通道貧鈾屏蔽體。利用x射線衍射(xrd)、掃描電鏡等對(duì)s通道的物相、微觀組織、做了分析。分析結(jié)果表明：發(fā)明的貧鈾貧鈾屏蔽體雜質(zhì)含量少，內(nèi)部縮孔尺寸＜2mm，密度≥18.60g/cm³，外觀目視檢查無(wú)劃傷，無(wú)外觀缺陷，表面清潔，完全滿足貧鈾屏蔽體的技術(shù)要求。鈾的熔點(diǎn)(1132℃)適中，可通過熔煉鑄造的方法制備鈾金屬屏蔽體，生產(chǎn)過程主要包括模具設(shè)計(jì)、涂敷高溫涂層、管外部增加冷鈾套(套在不銹鋼上的貧鈾環(huán))、兩次澆注四個(gè)步驟，經(jīng)過適當(dāng)處理能夠獲得較好的機(jī)械性能，強(qiáng)度可達(dá)到800mpa以上，并具有一定的塑性和韌性，便于加工處理，使用溫度條件范圍也較廣。此外，與鎢、鉛材料的屏蔽體相比，有以下優(yōu)勢(shì)：貧鈾對(duì)γ射線吸收系 數(shù)最大，貧鈾屏蔽體重量最輕，攜帶使用方便；鈾的鑄造工藝簡(jiǎn)單，不會(huì)產(chǎn)生大氣孔缺陷，外漏劑量率低；貧鈾材料價(jià)格比鎢便宜，比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

附圖說明

圖1為s通道結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為噴涂后的s形不銹鋼管示意圖；

圖3為s形不銹鋼管外部增加冷鈾套示意圖；

圖4為上模結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為下模結(jié)構(gòu)示意圖；；

圖6為縮孔移到冒口處示意圖；

圖7為芯子結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

如圖1所示，s通道是在s形不銹鋼管外包裹一定厚度的貧鈾金屬。使用的鑄造方式是將貧鈾金屬液注入石墨模具中成型，同時(shí)將預(yù)先放入模具中的s形不銹鋼管包裹起來(lái)后凝固。在此過程中需保證s形不銹鋼管形狀無(wú)變化，同時(shí)在模具中的位置也無(wú)變化，凝固后產(chǎn)品內(nèi)部形成完整的s型空腔，該空腔能無(wú)阻礙通過直徑φ9.5的鋼珠。鑄件內(nèi)部無(wú)縮孔、疏松等鑄造缺陷，能達(dá)到完全屏蔽放射源的目的。s通道結(jié)構(gòu)由兩部分組成，中心部位是一根s形不銹鋼管，貧鈾金屬包裹在s形不銹鋼管外面，s形不銹鋼管內(nèi)放置放射源。將不銹鋼管彎成s形狀目的是屏蔽放射源。

如圖2所示，采用等離子噴涂工藝在s形不銹鋼管外部涂敷氧化鋯+氧化釔涂層，該涂層是一種耐高溫涂層，可以有效隔離鈾金屬液體與不銹鋼管；

如圖3所示，在帶有涂層的s形不銹鋼管外部增加冷鈾套，進(jìn)一步保護(hù)不 銹鋼管；

如圖4—圖6所示，模具內(nèi)腔中間為球形，兩端為矩形；澆注方式采用橫澆，貧鈾金屬液沿模具正上方澆道流下，貧鈾金屬液冷卻后，鑄造缺陷產(chǎn)生冒口區(qū)；

對(duì)s形不銹鋼管進(jìn)行上述處理后，先進(jìn)行一次澆注，成型一個(gè)體積較小的芯子，如圖7所示，由于投入的鈾量比較少，所以帶來(lái)對(duì)不銹鋼芯管產(chǎn)生影響的熱量和壓力都比較小，避免不銹鋼s管產(chǎn)生熔化，還可以使不銹鋼管完全包覆到貧鈾材料中，然后再對(duì)芯子進(jìn)行二次澆注，這樣芯子上的鈾金屬既起到了保護(hù)不銹鋼管的作用，同時(shí)也起到了鈾的冷卻作用，保證了金屬鈾在冷卻過程中的順序凝固，避免了鑄造缺陷的產(chǎn)生。同時(shí)采用二次澆注，使得澆注冒口的縮孔得到提高，控制縮孔的深度高出產(chǎn)品表面。

為了保證產(chǎn)品內(nèi)部不產(chǎn)生氣孔、縮孔、疏松等缺陷，對(duì)熔鑄工藝進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整。主要是保證熔化后的升溫時(shí)間，在大s通道的熔煉過程中金屬熔化后繼續(xù)升溫若干分鐘，保證液體升高到一定的溫度。然后進(jìn)行保溫，目的是保證液體的充分均勻和液體中氣體充分釋放，避免產(chǎn)品內(nèi)部出現(xiàn)缺陷。保溫結(jié)束后，停功率降溫若干分鐘。然后進(jìn)行澆注，澆注后回功率，目的是在澆注結(jié)束后，彌補(bǔ)模具上部和冒口部位熱量損失，使上部液態(tài)金屬進(jìn)一步補(bǔ)縮，以盡量減小縮孔的深度。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明應(yīng)用于工業(yè)探傷和射線醫(yī)療產(chǎn)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種S通道貧鈾屏蔽體鑄造方法。采用等離子噴涂工藝在S形不銹鋼管外部涂敷氧化鋯+氧化釔涂層；在帶有涂層的S形不銹鋼管外部增加冷鈾套；澆注方式采用橫澆，模具內(nèi)腔中間為球形，兩端為矩形，貧鈾金屬液沿模具正上方澆道流下澆鑄；對(duì)S形不銹鋼管進(jìn)行上述處理后，先進(jìn)行一次澆注，成型一個(gè)體積較小的芯子，然后再對(duì)芯子進(jìn)行二次澆注。采用本發(fā)明鑄造的S通道貧鈾屏蔽體用于無(wú)損探傷設(shè)備。

技術(shù)研發(fā)人員：王玉嶺;田春雨;張偉;鄒本慧;王玉敏;康泰峰;郭洪;齊向前;王兆松;趙云峰;裴海彬
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中核北方核燃料元件有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2015.12.30
技術(shù)公布日：2017.07.07