国际热核聚变实验堆重力支撑制造概述

本文从ITER重力支撑(GS)的结构和运行工况出发,分析了GS支撑的结构特点,全面介绍了GS支撑制造中组装、焊接、清洁以及氦检漏等关键制造工艺的难点和解决方案,并最终完成满足ITER要求的重力支撑产品。作为重要的基础性支撑部件,GS的成功制造将为ITER主机安装建设提供坚实的基础。

ITER磁体支撑316LN U型支撑夹制造研究

通过焊接和“整体环形锻造+线切割”两种制造方案对ITER磁体支撑U型支撑夹(PFCS2 U)的制造进行了研究。在采用TIG焊接方案时,通过对组件进行双面和单面焊接,结合多种辅助工装和热处理,最终可将尺寸控制在要求范围内,77K时焊缝的夏比冲击性能低于100J;在采用“整体环形锻造+狭缝线切割”的制造方案时,U型支撑夹的开口尺寸和狭缝尺寸均满足公差要求,同时保证了U型支撑夹的材料性能的一致性,提高了U型支撑夹的力学性能。“整体环形锻造+狭缝线切割”最终获得ITER国际组织(IO)的认可,并应用到U型支撑夹的批量生产中。

铝合金铸造充型凝固数值模拟的研究现状与发展

铸造过程的计算机数值模拟是当前重要的研究方向,而铸件的充型凝固过程是整个模拟过程中的难点之一。本文概括了国内外对铝合金铸造充型凝固数值模拟,回顾了充型凝固过程中模拟和计算方法的发展,总结了目前国内外在铝合金充型凝固数值模拟方面取得的一些成绩。简要介绍了目前国内外数值模拟软件的发展情况。

ITER718合金螺栓断裂原因分析及工艺改进

通过化学成分检测、金相组织分析、氢含量的测定、断口的宏微观观察、大直径高强螺栓的原型件拉伸试验以及有限元分析等手段从材料、结构、制造工艺三个方面上探究了ITER磁体支撑718螺栓低强度断裂的原因。材料分析结果表明,国产718螺栓材料的性能满足要求。工艺分析结果表明,螺栓低强度断裂的主要原因为滚压螺纹后的热处理导致螺纹根部脆性。结构分析结果表明,由于应力集中的影响,718螺栓的强度低于原材料强度,而且随着螺栓直径的增大而降低。基于以上分析结论,提出了能显著提高718螺栓强度的新工艺。通过原型件的拉伸试验,新工艺螺栓可以有效地提高螺栓的强度160MPa,达到1230MPa。

ITER极向场线圈支撑结构关键部件的锻造工艺及监造技术

在ITER磁体支撑结构中,极向场线圈支撑的关键部件中不仅含超长超厚的大尺寸规格,还含U形两端不均匀狭缝设计,具有尺寸精度要求高,冶炼、锻造技术要求高、结构难以加工、机加工时间长、成形工艺复杂、制造难度大等特点,相比最初多道焊接成型产品带来的变形风险,采用奥氏体不锈钢整体锻造技术,保证了316LN大锻件钢锭材料化学成分,机械性能(室温和低温),微观组织等均满足ITER的技术要求,并有效保证产品的装配精度和无损检测等质量要求。通过对ITER极向场线圈支撑结构制造过程的技术要点分析和总结,介绍了制造环节中的关键控制点,同时对制造过程中的质量监督重点作了分析。

焊后热处理对聚变堆用奥氏体不锈钢MAG焊焊缝金属冲击韧性的影响

对聚变堆用316LN奥氏体不锈钢熔化极活性气体保护电弧焊(MAG焊)接接头进行不同温度的热处理,并在液氮温度下进行夏比冲击试验。利用光学显微镜、扫描电镜、EDS分析等研究了热处理温度对接头微观组织、断口形貌及析出物的影响。结果表明,873K热处理可以显著提高焊缝金属冲击韧性,但随着热处理温度的上升,焊缝金属逐渐出现沿着晶界分布的析出物,韧性逐渐下降。断口均为延性断裂,但随着热处理温度的升高,韧窝变浅、数量变少。韧窝底部存在球状析出和不规则状析出,球状析出在焊接过程中产生,不因热处理温度而变化,不规则析出随着热处理温度的升高逐渐增多。焊材中的Mo含量过高导致焊缝金属中Mo在晶界大量偏聚,促进了σ相的析出,当σ相在晶界形成连续分布后,焊缝金属冲击韧性显著下降。

ITER重力支撑的制造设计、认证测试及关键技术研究

重力支撑(GS)作为国际热核聚变实验堆(ITER)磁体支撑系统的关键部件,不但要承受环向场超导磁体净重以及交变的电磁载荷,同时还需隔离来自杜瓦环的热量以维持环向场超导线圈的热稳定性。本文通过有限元分析和工程测试验证了GS结构设计的可靠性;通过换热分析和真空热交换效率测试验证了热锚连接结构的可靠性;通过全尺寸螺栓77 K疲劳测试验证了螺栓原型件的疲劳性能。在随后的制造过程中,使用液压拉伸器和研制的高精度螺栓伸长量测量装置对所有的螺栓进行了均匀、精确地紧固。真空正压氦检漏的测试结果证明了GS的泄漏率远低于ITER的要求。基于以上工程测试的结果,本文设计的GS的结构是可行的且能运用于ITER装置中。