聚变堆实验包层关键部件热等静压扩散焊接制造技术研究

来源 :中国科学院合肥物质科学研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:InsidedotNET
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低活化铁素体/马氏体(RAFM)钢是聚变示范堆和第一座商用聚变电站的首选结构材料。中科院等离子体所FDS团队发展了具有中国自主知识产权的中国低活化马氏体钢-CLAM,而且成为中国液态锂铅ITER实验包层模块(TBM)的首选结构材料。随着ITER研究工作的推进,中国实验包层特别是第一壁等关键部件的研制变得尤为紧迫。本论文开展了实验包层模块第一壁等关键部件制造技术-CLAM钢热等静压扩散(HIP)焊接研究,并初步探讨了部件制造工艺。   HIP扩散焊工艺复杂,技术难度很高。它与单轴扩散焊不同之处在于采用气体加压,需要在焊前封装待焊接面。影响焊接质量的主要因素包括封装效果、表面制备方式以及温度、压力、时间等HIP过程参数。温度是影响扩散速度和接头质量的最为关键因素。论文首先进行了1000-1150℃/2h的HIP热循环炉外模拟及1050~1150℃/150MPa/3-4h的HIP扩散焊实验。实验发现CLAM钢晶粒度等微观组织受HIP加热历史影响,HIP温度应在保证接头质量的前提下尽可能低以保持基材原有性能;其次,压力对晶粒粗化有明显抑制作用,但1100℃时无论是否存在HIP高压,CLAM钢晶粒都无明显粗化,并且1100℃HIP扩散焊实验获得了高质量接头,其中采用高速铣床加工表面的HIP接头标准U型试样冲击吸收功高达244.5J。其次,表面制备是HIP扩散焊质量的重要影响因素,它主要包括机加工、表面清洗和真空热处理等。实验发现不同表面机加工方法对接头冲击韧性有明显影响,高速干铣和普通铣床等方法加工的焊接表面得到的接头冲击吸收功可达150J以上,这是因为这些加工方式加工的表面不易产生污染物的残留,而手工研磨虽然表面光洁度高,但因表面易嵌入研磨料而致使接头冲击吸收功在10J以下;HIP前样品高温真空热处理工艺可明显提高接头冲击吸收功,这是因为该工艺可减薄待焊接表面氧化膜,从而降低了最终接合线上氧化物颗粒密度。   最后,借鉴国外HIP扩散焊制备第一壁等含流道部件的研究经验,结合中国液态锂铅TBM设计的结构特点,对未来中国TBM含流道部件的工艺路线进行了探讨,针对第一壁、上下盖板及冷却板等部件分别设计了合理的工艺路线。根据这些工艺路线,需要及早开展相关关键技术研究,以加速中国TBM的研发进程。  
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