[發明專利]一種熱核聚變堆增強熱負荷第一壁手指部件的加工方法

有效

• 申請號: 201611048216.0
• 申請日: 2016-11-25
• 公開（公告）號: CN108098257B
• 公開（公告）日: 2019-11-22
• 發明（設計）人: 諶繼明;王平懷;金凡亞;楊波;劉丹華;朱小波;高翚;李前;朱明;范小平;吳繼紅
• 申請（專利權）人: 核工業西南物理研究院
• 主分類號: B23P15/00
• 分類號: B23P15/00;C21D9/00;G21B1/13
• 代理公司: 11007 核工業專利中心
• 代理人: 高安娜<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明屬于聚變反應堆技術領域，具體公開了熱核聚變堆增強熱負荷第一壁手指部件的加工方法，銅鉻鋯合金/不銹鋼復合板制作HVT冷卻通道上蓋板，進行超聲波無損探傷，機加工CuCrZr合金至形成完整的HVT齒型槽結構，HVT不銹鋼水盒基座，裝配HVT冷卻通道上蓋板和HVT不銹鋼水盒基座，封閉冷卻通道進出口，對HVT冷卻通道基座進行水壓試驗和氦罩檢漏，鈹瓦的涂層面與HVT冷卻通道基座銅鉻鋯合金面進行組裝，有效保障了聚變堆第一壁手指部件異種材料間的可靠結合和銅鉻鋯合金熱沉材料的性能，提升了部件HVT冷卻通道的熱疲勞性能、耐壓性能和真空密封性能，消除了冷卻通道的應力腐蝕傾向，部件整體的抗高熱負荷疲勞破壞能力滿足聚變堆服役條件要求。

技術領域

本發明屬于聚變反應堆技術領域，具體涉及一種國際熱核實驗堆(ITER)中的增強熱負荷第一壁板加工方法。

背景技術

ITER第一壁手指部件直接面對高溫核聚變等離子體，其中的增強熱負荷手指部件面臨4.7MW/m²表面熱負荷作用。因工作在脈沖運行狀態，高熱負荷熱疲勞是其主要的破壞形式，ITER要求該部件的熱疲勞設計壽命為15000次熱循環。ITER第一壁手指部件由面對等離子體的純金屬鈹瓦材料、中間層銅鉻鋯(CuCrZr)合金熱沉材料及其背面奧氏體不銹鋼(ASS)結構支撐材料構成，為使材料工作在允許溫度范圍內，部件中布滿冷卻通道，其中在熱沉材料與不銹鋼材料之間設計了超級蒸發(HVT)冷卻通道，在ITER運行時通水冷卻部件，設計壓力5MPa，冷卻水溫度70～110℃。為避免應力腐蝕，要求構成該冷卻通道的不銹鋼材料的硬度應小于300Hv。為實現優良的傳熱性能、熱疲勞性能和冷卻通道的耐壓性能，要求三種材料間有可靠的結合，銅鉻鋯合金的室溫屈服強度應大于175MPa，部件銅鉻鋯合金最高運行溫度250℃下的屈服強度應大于150MPa。ITER第一壁屬于真空室內部件，要求手指部件具有優良的真空密封性能，其冷卻通道的氦檢漏泄漏率應小于2.7x10^-10Pa.m³/s。因此，如何保障材料間的可靠結合、銅鉻鋯合金的強度、消除冷卻通道的應力腐蝕傾向、提升部件的抗高熱負荷疲勞損傷能力和確保真空密封性能是制造第一壁手指部件所面臨的關鍵問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種熱核聚變堆增強熱負荷第一壁手指部件的加工方法，能夠保障第一壁材料間的可靠結合和銅鉻鋯合金的性能、消除冷卻通道的應力腐蝕傾向、提升部件的抗高熱負荷疲勞損傷能力并確保其冷卻通道的真空密封性能。

本發明的技術方案如下：

一種熱核聚變堆增強熱負荷第一壁手指部件的加工方法，該方法包括如下步驟：

1)采用銅鉻鋯合金/不銹鋼復合板制作HVT冷卻通道上蓋板

a)對所述復合板進行去應力退火處理；

b)隨后水冷至室溫，恢復銅鉻鋯合金到固溶處理狀態；

2)對復合板進行超聲波無損探傷；

3)對UT合格的復合板，首先在模具的輔助下進行彎曲成型，隨后在夾持工裝的輔助下進行銑切加工；

去除復合板中部的不銹鋼至無殘留，然后繼續加工CuCrZr合金至形成完整的HVT齒型槽結構；

4)加工HVT不銹鋼水盒基座

316L(N)奧氏體不銹鋼鍛件，分別加工HVT不銹鋼水盒和分水隔板；

在HVT不銹鋼水盒基座上表面加工HVT環向凹槽，槽寬3mm，槽深3～6mm。將二者裝配，以鎖底焊形式進行焊接，焊接熔深3～5mm；

5)裝配HVT冷卻通道上蓋板和HVT不銹鋼水盒基座；

利用夾具加緊上述部件，并檢驗焊縫間隙小于0.1mm，隨后采用5～6kW輸入功率進行HVT水道的環縫焊接；