解决方案 | 云知尚eHO软件，助力核反应堆包壳管氢化物取向快速测量

在核反应堆的运行过程中，作为主要核燃料包壳材料的锆合金，在高温水腐蚀下会吸收氢原子。吸氢会导致基体脆化和氢致延迟开裂等问题，加速导致锆合金包壳材料性能恶化，氢以氢化物的形式析出，对锆合金包壳材料力学性能的危害十分明显。研究表明，锆合金吸氢致脆的危害程度正是依赖于氢化物的取向。因此，正确地检测氢化物取向成为非常重要的质量检测项目。质量检测项目。云知尚eHO软件，可以帮助用户快速进行氢化物取向检测，实现氢化物形貌识别、提取、涂色、分割、模块化分类、计算和统计、优化、结果保存，显著提高测量效率。

燃料组件被誉为“核电站的食粮”，是核电站的核心与能量之源。我们都知道，核电站的燃料是铀，其有效成分是其中的铀-235，含量为3%左右。核燃料被烧结成一个个圆柱状的二氧化铀陶瓷芯块，叠装在用锆合金做成的包壳管中，做成一根根细长的燃料棒，再把这些燃料棒按一定规则，一定间隔按15×15或17×17排列并被固定成一束，称为燃料组件。它主要由上下管座、格架、控制棒导向管和燃料棒组成。

燃料组件示意图（来源于百度图片）

锆合金具有热中子吸收截面小、力学性能好、耐高 温、良好的耐腐蚀性能等综合优异性能，因此其主要作为核燃料的包壳材料而被广泛应用在核反应堆中。在核反应堆的运行过程中，包壳材料在 高温水腐蚀下会吸氢，而氢在锆合金中的固溶度十分有限。虽然在５００℃时锆合金能固溶高达４５０μｇ／ｇ的氢，但氢在锆合金中的固溶度随着温度的降低显著下降，室温时的固溶度仅为０.０５μｇ／ｇ，当锆合金中的氢含量超过极限固溶度时就会析出氢化物。在核反应堆的长期运行中，吸氢会导致基体脆化和氢致延迟开裂等问题，加速导致锆合金包壳材料性能恶化。特别是在停堆换核燃料的过程中，随着核反应堆温度的降低，氢在锆合金中的固溶度明显减小，固溶的氢以氢化物的形式析出，对锆合金包壳材料力学性能的危害十分明显。研究表明，锆合金吸氢致脆的危害程度正是依赖于氢化物的取向。因此，正确地检测氢化物取向成为非常重要的质量检测项目。

核反应堆中的燃料组件（来源于百度图片）

目前检测中的痛点

目前的氢化物取向因子检测过程中，主要使用金相显微镜对包壳管断面进行检测。按照检测规范进行样品制备和拍照得到图片后，检测人员需要手动参与评判。这就容易造成人员间统计差异、效率低、保存最终识别结果过程繁琐等问题。下图树实测的典型的金相显微镜拍摄的氢化物照片，第二幅图是国标要求，需要对图片进行分割，并对氢化物进行分类，统计。

典型的金相显微镜拍摄的图片

GB/T 38913-2020要求的标准分割检测标准

 云知尚解决方案

云知尚eHO软件，为核工业中这一关键的检测任务开发设计。检测软件配备图像显示界面，将金相显微镜拍摄图片导入检测软件，并可实现读取图片的编号、样品编号、显微设备名称、扫码功能。软件界面可针对图片进行操作，可执行放大、缩小、拖动功能。软件独特的图像处理算法，实现图像预处理（包含图像降噪、图像有效区域识别）、内外径识别、小圆弧拟合、标尺识别、氢化物面积和样品有效面积识别、外中内分区、自动识别氢化物线条、自动识别氢化物长度和角度、自动分类氢化物、显示分类结果、氢化物数据统计、自动计算氢化物取向因子。

导入金相图片

检测结果

标准查询

自动出具检测报告

 特色功能 

1）自动识别氢化物长度和角度：

计算提取出的氢化物线条长度，根据GB/T 38913-2020标准，进行长度判断并分割，分叉判断并分割。当线条长度小于设定阈值时，判定为无效氢化物线条并记录；当线条长度高于设定阈值时，判定为有效氢化物线条并记录。对分割后的氢化物线条像素坐标使用最小二乘法进行直线拟合以确定氢化物线条角度。氢化物长度精确到0.01微米，与径向夹角精确到0.01°。

2）显示氢化物线条分类结果：

在原图上标识无效氢化物线条、径向氢化物线条、周向氢化物线条。其中以绿色标识长度未达设定标准的无效氢化物线条，以红色标识径向氢化物线条，蓝色标识周向氢化物线条。

上色效果图如下，1号氢化物为径向氢化物，被标识为红色；2号氢化物为周向氢化物，被标识为蓝色；3号氢化物长度未超过给定值，被标识为绿色，不计入氢化物取向因子计算。

3）氢化物数据统计和取向因子自动计算

自动统计分类后的有效氢化物线条，并读取其数量，在软件界面显示。同时针对分层可单独统计各层各类氢化物数量。根据统计数据自动计算总体和各层的氢化物取向因子，保留两位小数显示于软件界面中。

4）支持检验员人工手动分析

特殊样品情况下，支持检验员人工手动分析，如采用鼠标点击去掉或加上认为应该调整的氢化物线条，实现自动与手动分析的结合。

5）检测精度高 

将同一幅金相显微镜图片，导入软件中，分别进行两次识别，识别的氢化物取向因子误差为0，完全一样。满足Fn≤0.02的要求。

两次测量结果比较

6）识别速度快 

单幅金相图识别速度＜2s。将十张不同的图片导入系统，统计识别的时间均小于2s。

在本文中所演示的图片之外，云知尚为用户提供的多个不同渗氢程度的样品图像，进行了测试，eHO软件能够有效实现：

1.     氢化物形貌自动识别、提取、涂色。

2.     自动测量计算氢化物的长度、角度、数量。

3.     测试过程所有参数、统计数据后台可查，测试后图像中包含原始氢化物形貌可保存。

4.     软件能够自动计算氢化物取向因子。

5.     软件响应时间在10秒以内。

6.     针对同一图片同一参数，氢化物检测系统误差为零。

在氢化物取向测试过程中，云知尚eHO软件，帮您提高效率！