S通道贫铀屏蔽体铸造方法与流程

本发明应用于工业探伤和射线医疗产业技术领域，具体涉及一种s通道贫铀屏蔽体铸造方法。

背景技术：

目前，在γ射线屏蔽体市场，主要有铅屏蔽体、钨屏蔽体和贫铀屏蔽体。在使用过程中，铅熔点低(327.4℃)，在火灾或某些特殊情况下铅会融化，引起铅制屏蔽体的损坏，危害人身安全；同时铅质软，强度低，只有13mpa，用铅制备的屏蔽体在运输、安装等过程中容易变形，也不适合精密配装。钨熔点高(3410±20℃)，大尺寸的钨屏蔽体只能通过粉末冶金的方法来制备。由粉末冶金方法制备的材料内部容易产生孔洞，同时具有部分陶瓷的性质，硬度高、脆性大，不适合进行机械加工。而铀制屏蔽体用的都是贫化铀，是铀浓缩厂的附产品，价格比钨材料便宜，屏蔽能力较强且不易变形，使用贫铀材料制备屏蔽体比较经济实用。近年来，随着人们对核知识及核材料认识的深入，使得贫铀材料在民用方面的应用也越来越多，如作为放射性医疗器械和无损探伤设备中的屏蔽体、大型飞机上的配重块等。在人们的常规印象中，认为辐射防护材料比较好、应用最多的是铅，经研究发现u-238的辐射防护功能要比铅更好。以u-238为主要组分的贫铀材料具有很高的密度和强度以及很好的屏蔽性能，在放射性医用器械和无损射线检测设备方面有着广泛的应用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种s通道贫铀屏蔽体铸造方法，s通道贫铀屏蔽体用于无损探伤设备。

为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种s通道贫铀屏蔽体铸造方法，s通道是在s形不锈钢管外包裹贫铀金属，铸造方式是将贫铀金属液注入石墨模具中成型，同时将预先放入模具中的s形不锈钢管包裹起来后凝固，在此过程中保证s形不锈钢管形状无变化，同时在模具中的位置也无变化，凝固后产品内部形成完整的s型空腔。

该方法具体如下：采用等离子喷涂工艺在s形不锈钢管外部涂敷氧化锆+氧化钇涂层；在带有涂层的s形不锈钢管外部增加冷铀套；浇注方式采用横浇，模具内腔中间为球形，两端为矩形，贫铀金属液沿模具正上方浇道流下浇铸；对s形不锈钢管进行上述处理后，先进行一次浇注，成型一个体积较小的芯子，然后再对芯子进行二次浇注。

所述的s形不锈钢管内放置放射源。

本发明所取得的有益效果为：

为制备表面光洁度较好、密度均匀、各部分屏蔽效果无明显差距，内部晶粒尺寸细小且均匀分布的s通道屏蔽体，首先采用钙热还原贫铀铸锭开展了真空感应精炼、加工等试验，制备了s通道贫铀屏蔽体。利用x射线衍射(xrd)、扫描电镜等对s通道的物相、微观组织、做了分析。分析结果表明：发明的贫铀贫铀屏蔽体杂质含量少，内部缩孔尺寸＜2mm，密度≥18.60g/cm³，外观目视检查无划伤，无外观缺陷，表面清洁，完全满足贫铀屏蔽体的技术要求。铀的熔点(1132℃)适中，可通过熔炼铸造的方法制备铀金属屏蔽体，生产过程主要包括模具设计、涂敷高温涂层、管外部增加冷铀套(套在不锈钢上的贫铀环)、两次浇注四个步骤，经过适当处理能够获得较好的机械性能，强度可达到800mpa以上，并具有一定的塑性和韧性，便于加工处理，使用温度条件范围也较广。此外，与钨、铅材料的屏蔽体相比，有以下优势：贫铀对γ射线吸收系 数最大，贫铀屏蔽体重量最轻，携带使用方便；铀的铸造工艺简单，不会产生大气孔缺陷，外漏剂量率低；贫铀材料价格比钨便宜，比较经济实用。

附图说明

图1为s通道结构示意图；

图2为喷涂后的s形不锈钢管示意图；

图3为s形不锈钢管外部增加冷铀套示意图；

图4为上模结构示意图；

图5为下模结构示意图；；

图6为缩孔移到冒口处示意图；

图7为芯子结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1所示，s通道是在s形不锈钢管外包裹一定厚度的贫铀金属。使用的铸造方式是将贫铀金属液注入石墨模具中成型，同时将预先放入模具中的s形不锈钢管包裹起来后凝固。在此过程中需保证s形不锈钢管形状无变化，同时在模具中的位置也无变化，凝固后产品内部形成完整的s型空腔，该空腔能无阻碍通过直径φ9.5的钢珠。铸件内部无缩孔、疏松等铸造缺陷，能达到完全屏蔽放射源的目的。s通道结构由两部分组成，中心部位是一根s形不锈钢管，贫铀金属包裹在s形不锈钢管外面，s形不锈钢管内放置放射源。将不锈钢管弯成s形状目的是屏蔽放射源。

如图2所示，采用等离子喷涂工艺在s形不锈钢管外部涂敷氧化锆+氧化钇涂层，该涂层是一种耐高温涂层，可以有效隔离铀金属液体与不锈钢管；

如图3所示，在带有涂层的s形不锈钢管外部增加冷铀套，进一步保护不 锈钢管；

如图4—图6所示，模具内腔中间为球形，两端为矩形；浇注方式采用横浇，贫铀金属液沿模具正上方浇道流下，贫铀金属液冷却后，铸造缺陷产生冒口区；

对s形不锈钢管进行上述处理后，先进行一次浇注，成型一个体积较小的芯子，如图7所示，由于投入的铀量比较少，所以带来对不锈钢芯管产生影响的热量和压力都比较小，避免不锈钢s管产生熔化，还可以使不锈钢管完全包覆到贫铀材料中，然后再对芯子进行二次浇注，这样芯子上的铀金属既起到了保护不锈钢管的作用，同时也起到了铀的冷却作用，保证了金属铀在冷却过程中的顺序凝固，避免了铸造缺陷的产生。同时采用二次浇注，使得浇注冒口的缩孔得到提高，控制缩孔的深度高出产品表面。

为了保证产品内部不产生气孔、缩孔、疏松等缺陷，对熔铸工艺进行了优化调整。主要是保证熔化后的升温时间，在大s通道的熔炼过程中金属熔化后继续升温若干分钟，保证液体升高到一定的温度。然后进行保温，目的是保证液体的充分均匀和液体中气体充分释放，避免产品内部出现缺陷。保温结束后，停功率降温若干分钟。然后进行浇注，浇注后回功率，目的是在浇注结束后，弥补模具上部和冒口部位热量损失，使上部液态金属进一步补缩，以尽量减小缩孔的深度。

技术特征：

技术总结
本发明应用于工业探伤和射线医疗产业技术领域，具体涉及一种S通道贫铀屏蔽体铸造方法。采用等离子喷涂工艺在S形不锈钢管外部涂敷氧化锆+氧化钇涂层；在带有涂层的S形不锈钢管外部增加冷铀套；浇注方式采用横浇，模具内腔中间为球形，两端为矩形，贫铀金属液沿模具正上方浇道流下浇铸；对S形不锈钢管进行上述处理后，先进行一次浇注，成型一个体积较小的芯子，然后再对芯子进行二次浇注。采用本发明铸造的S通道贫铀屏蔽体用于无损探伤设备。

技术研发人员：王玉岭;田春雨;张伟;邹本慧;王玉敏;康泰峰;郭洪;齐向前;王兆松;赵云峰;裴海彬
受保护的技术使用者：中核北方核燃料元件有限公司
技术研发日：2015.12.30
技术公布日：2017.07.07