聚變堆包層模塊制造成工藝研究.pdf

1、當代中國處在能源嚴重短缺和能源結構不合理引發(fā)的嚴重環(huán)境危機下，可再生能源的發(fā)展使用是解決中國能源危機的有效方法。由于聚變能原料的豐富性、環(huán)境的優(yōu)越性、安全性，所以被人類當作最理想的清潔能源之一。托卡馬克類型核聚變裝置是當今世界上被認為可以實現(xiàn)磁約束核聚變的裝置。中國核聚變研究也開始較早,先后建成了多套托卡馬克核聚變實驗裝置及其研究系統(tǒng)，并參與到國際熱核聚變試驗堆計劃。計劃未來在我國建造能夠自持燃燒的托卡馬克實驗堆和磁約束聚變示范堆，進而

2、實現(xiàn)純聚變能源的商用化。中國聚變工程實驗堆（CFETR）的提出是中國繼ITER之后中國進入聚變堆研究的標志。托卡馬克裝置實現(xiàn)自持燃燒即具有實現(xiàn)核聚變能發(fā)電的可能，其中包層是最關鍵的部件之一。聚變堆內(nèi)包層部件因其所在的運行環(huán)境惡劣，所以對結構材料的要求比較苛刻。ITER各參與國提出了不同的包層概念，通過 ITER裝置實驗來驗證各自的實驗包層模塊。中國也提出了氦冷鋰鉛雙冷包層，氦冷固態(tài)包層兩種概念設計。
　　為了探討包層結構中設計的制

3、造工藝技術，本文設計一個不含增殖單元的實驗包層模塊，用于中國CFETR概念包層電磁與熱工水力學相關技術實驗。目前世界上對包層的加工制造技術研究很少，主要集中在包層的材料和第一壁的管道成型上。本文主要內(nèi)容是對實驗包層模塊整體的加工制造工藝研究。實驗包層模塊的結構材料為低活化鐵素體/馬氏體鋼，在實際加工之前采用316L鋼材料先進行加工預研。加工工藝研究主要內(nèi)容：包層模塊的整體加工方案選擇先進行U形件與上下蓋板和背板的焊接，最后進行第一壁內(nèi)外

4、版的焊接；第一壁 U成型實驗研究可以得到多次成型和熱成型獲得的成型件更接近尺寸要求；第一壁U成型模擬成型分析為U成型時選擇沖壓機和預測回彈提供了依據(jù)；第一壁焊接選擇HIP焊，其余部件焊接選擇TIG焊；分析整體焊接成型實驗結果，可知 U形件與上下蓋板和背板焊接時變形較大，需在焊前采取一些措施來抵消或降低焊接引起的變形；分析焊縫檢漏實驗結果，可知采用TIG焊接得到的結構密封性較好；第一壁HIP焊接時增殖區(qū)須添加特殊材料；分析焊縫無損檢測實驗