[0001] 本申请属于核电燃料棒技术领域，具体涉及一种燃料棒缺陷棒的制备方法和燃料棒缺陷棒。

[0002] 秦山一期是我国第一座具有自主知识产权的核电站，其中使用的300MW燃料棒为堆内的核心部件，其环焊缝质量对核电站的安全、平稳、可靠运行至关重要。为了保证燃料棒的内部质量，通常采用X射线检测技术对其进行质量评价。由于燃料棒需放置于核电站内，堆内的高温、高压和高辐照等会对燃料棒环焊缝进行诸多考验，考虑到已有的切尔诺贝利、三里岛及福岛核事故的影响，因此，核电站内不允许任何一支燃料棒发生泄漏。无论采用胶片或数字成像对燃料棒内部质量进行评价，都受到人员主观因素的影响(包括视力、状态、对缺陷的认识等)，为此，需建立标准缺陷图像库(带典型性特征影像)，根据不同缺陷在图像上的区别进行比对判定，从而提高检测效率，消除人为判断失误等情况，而建立标准缺陷图像库的前提就是需要制备具有典型性特征的缺陷棒(至少含有气孔、气胀、未焊透、夹钨等缺陷棒)。传统意义上，通常是在大批量生产过程中，通过不断收集具有典型性缺陷特征的棒，制备成具有一定长度(利于收集存放)的缺陷棒，但由于随着焊接工艺的不断精进，产生的缺陷已越来越少，缺陷率通常低于0.8％，但缺陷的种类有8种以上，为此，通过收集来覆盖所有缺陷几乎很难达成。另一种思路是通过对缺陷机理的研究，通过调节焊接参数，包括焊接能量、焊接速率等，模拟制造缺陷棒，但诸如气孔、夹钨等缺陷多为随机产生，其数量、尺寸、位置或形状均无法通过调节焊接参数获得，为此，需考虑其它可行性办法。

[0023] 下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

[0024] 本申请至少一实施例提供了一种燃料棒缺陷棒的制备方法，参考图1，该制备方法包括以下步骤。

[0025] S10：利用3D打印设备中三维软件建立燃料棒的模型。

[0026] 在一些实施例中，3D打印设备的精度不低于毫米级，例如，3D打印设备的精度为毫米级或微米级。如此，通过3D打印设备的精度不低于毫米级，由于3D打印设备的精度越高，则制备出的燃料棒缺陷棒的缺陷精度越高，从而确保了制备出的燃料棒缺陷棒的缺陷精度。

[0027] S20：利用3D打印设备中三维软件将目标缺陷加入燃料棒的模型，以建立具有目标缺陷的燃料棒缺陷棒的模型。

[0028] S30：将燃料棒缺陷棒对应材料加入3D打印设备中进行3D打印，以制得燃料棒缺陷棒。

[0029] 燃料棒缺陷棒对应材料可以根据实际需求设定，例如，针对燃料棒可以采用锆材，针对控制棒可以采用不锈钢粉末。

[0030] 根据本申请实施例提供的技术方案，通过建立具有目标缺陷的燃料棒缺陷棒的模型，并采用3D打印技术(也即增材技术)制备燃料棒缺陷棒，从而提供了一种非熔化焊制备燃料棒缺陷棒的方法，且由于只需要通过建模，设定具有实际加工尺寸、形状和位置等的目标缺陷，选取对应材料，即可快速制备出所需缺陷的燃料棒缺陷棒，因此，相较传统的方式，该制备方法制备燃料棒缺陷棒更加快速，且得到的缺陷为固定参数。另外，由于该制备方法中目标缺陷的缺陷参数可根据实际需求设定，在建模时即可控制最终生成的缺陷大小、位置、形状等，从而使得该制备方法特别适用于具有诸如气孔、夹钨等缺陷，无法通过调节焊接参数进行熔化焊的燃料棒缺陷棒的制备，通过目标缺陷参数的设定就可以控制缺陷数量、尺寸、位置或形状，因而通过调节目标缺陷的缺陷参数制备出所需的具有不同缺陷的多种燃料棒缺陷棒，单一或多种缺陷也可以同时存在于一支燃料棒缺陷棒中，具有不同缺陷的多种燃料棒缺陷棒可以直接应用于标准缺陷图像库的建立，进而为建立标准缺陷图像库提供基础。

[0031] 根据燃料棒材料和焊接工艺(通常采用熔化焊)分析，燃料棒所独具的缺陷通常包括气孔、气胀、未焊透和夹钨四种，而综合考虑到燃料棒下环焊缝与燃料棒上环焊缝形态略有差别，均需考虑，故燃料棒缺陷棒种类划分为8种缺陷：核燃料棒下端气孔缺陷、核燃料棒下端气胀缺陷、核燃料棒下端未焊透缺陷、核燃料棒下端夹钨缺陷、核燃料棒上端气孔缺陷、核燃料棒上端气胀缺陷、核燃料棒上端未焊透缺陷、核燃料棒上端夹钨缺陷。由此，目标缺陷包括核燃料棒下端气孔缺陷、核燃料棒下端气胀缺陷、核燃料棒下端未焊透缺陷、核燃料棒下端夹钨缺陷、核燃料棒上端气孔缺陷、核燃料棒上端气胀缺陷、核燃料棒上端未焊透缺陷和核燃料棒上端夹钨缺陷中任一个。

[0032] 在本申请至少一实施例中，燃料棒缺陷棒为300MW燃料棒缺陷棒。以300MW燃料棒进行举例说明。参考图2，通过对300MW燃料棒端塞的建模来设计缺陷棒，图2中红圈中黑色圆点即燃料棒缺陷棒中设计的气孔缺陷。气孔的数量、尺寸、位置或形状可随机设置，如图2仅为示意图。实际进行3D打印时，气孔部分可以为圆形空腔。参考图3，通过对300MW燃料棒端塞的建模来设计缺陷棒，图中红圈中黑色竖线即缺陷棒中设计的气胀缺陷。气胀的形态及有效熔深(小于壁厚尺寸)可随机设置，如图仅为示意图。实际进行3D打印时，气胀部分为类D字型空腔。参考图4，通过对300MW燃料棒端塞的建模来设计缺陷棒，图中红圈中黑色横线即缺陷棒中设计的未焊透缺陷。未焊透的长度及有效熔深(小于壁厚尺寸)可随机设置，如图仅为示意图。实际进行3D打印时，未焊透部分为类长条形或线状空腔。参考图5，通过对300MW燃料棒端塞的建模来设计缺陷棒，图中红圈中白色圆点即缺陷棒中设计的未焊透缺陷。夹钨的数量、尺寸、位置或形状可随机设置，如图仅为示意图。实际进行3D打印时，夹钨部分采用钨金属制造。

[0033] 下面，结合具体实施例对燃料棒下环和燃料棒上环对应缺陷棒的制备方式进行举例说明。

[0034] 在本申请至少一实施例中，参考图6，S11为步骤S10的一具体实施方式，S21为步骤S20的一具体实施方式。

[0035] S11：利用3D打印设备中三维软件建立燃料棒下环的模型。

[0036] S21：利用3D打印设备中三维软件将目标缺陷加入燃料棒下环的模型，以建立具有目标缺陷的燃料棒缺陷棒的模型。

[0037] 在本申请至少一实施例中，参考图7，S12为步骤S10的一具体实施方式，S22为步骤S20的一具体实施方式。

[0038] S12：利用3D打印设备中三维软件建立燃料棒上环的模型。

[0039] S22：利用3D打印设备中三维软件将目标缺陷加入燃料棒上环的模型，以建立具有目标缺陷的燃料棒缺陷棒的模型。

[0040] 在本申请至少一实施例中，参考图8，在步骤S30之后，该制备方法还包括S40和S50。

[0041] S40：对燃料棒缺陷棒进行金相检测，以获得燃料棒缺陷棒的缺陷。

[0042] S50：若燃料棒缺陷棒的缺陷与目标缺陷超过预设偏差，则利用3D打印设备中三维软件对目标缺陷进行补偿，以建立具有目标缺陷的燃料棒缺陷棒的模型。

[0043] 在本申请实施例中，考虑到加工误差等，将制备后的燃料棒缺陷棒经金相或其它方法对其金相精确的定量检测，如果超过所需预设偏差，则在每次制备前对其进行相应的补偿，从而确保了最终制备燃料棒缺陷棒的缺陷与目标缺陷的偏差在预设范围内，实现了精准控制燃料棒缺陷棒的缺陷数量、尺寸、位置或形状。

[0044] 在一些实施例中，制备好的燃料棒缺陷棒由于外形尺寸全部一致，为区分不同种类缺陷，因此，可以在缺陷棒表面贴有纸质条码，并在纸质条码上人工刻制缺陷种类，分类存放。

[0045] 考虑到人眼的极限尺寸通常为0.2mm的点或线，而采用放大镜或图像缩放、增强等功能，可将缺陷尺寸看到0.1mm，甚至更小(太小的缺陷对于实际评判无较大意义，通常忽略不计)，在制备气孔缺陷棒时，需根据其位于热影响区内不同位置、考虑数量、尺寸、形状等进行制备。

[0046] 在本申请至少一实施例中，核燃料棒下端气孔缺陷和核燃料棒上端气孔缺陷中气孔尺寸范围为0.1mm～0.5mm，气孔位置范围为距离焊缝中心上下各2mm。如此，充分考虑到人眼对缺陷尺寸的观察受限，对气孔尺寸和气孔位置范围进行限定，从而使得多个具有核燃料棒下端气孔缺陷的燃料棒缺陷棒和多个具有核燃料棒上端气孔缺陷的燃料棒缺陷棒能够覆盖所有气孔缺陷。

[0047] 本申请至少一实施例还提供了一种燃料棒缺陷棒，该燃料棒缺陷棒是由本申请实施例提供的一种燃料棒缺陷棒的制备方法制得的。

[0048] 本申请实施例中的燃料棒缺陷棒由上述实施例中燃料棒缺陷棒的制备方法制得，包括了上述实施例中燃料棒缺陷棒的制备方法的相应技术特征，相应地，能够实现相应技术特征对应地技术效果，此处不再赘述。

[0049] 需要说明的是，本申请实施例中各技术特征的组合方式并不限本申请实施例中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本申请所记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。

[0050] 以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本申请的保护范围之内。