CN102284837B - 一种用于核聚变装置的高热负荷部件制造方法 - Google Patents

一种用于核聚变装置的高热负荷部件制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于核聚变装置的高热负荷部件制造方法，其主要是首先用热等静压方法将带孔的钨块与无氧铜内衬连接在一起，然后用中温胀管热扩散焊接方法把铬锆铜冷却水管和一组带有无氧铜中间层的钨块连接起来，制备成高热负荷部件。本发明保证了钨块/铬锆铜管的可靠连接和铬锆铜管本身的较高强度，而无氧铜中间层的使用可以较好地缓和部件服役期间因为脉冲等离子体辐照而在钨块和铬锆铜管之间产生的循环热应力；该制造方法工艺简便可靠，易于实现批量生产；该方法制备的高热负荷部件可以承受高热负荷循环冲击，适用于长脉冲、高参数的聚变装置中。

Description

一种用于核聚变装置的高热负荷部件制造方法
技术领域
    本发明涉及一种用于核聚变装置的高热负荷部件制造方法，属于机械制造技术领域。
背景技术
在核聚变装置中，钨（W）由于具有高熔点、较低的溅射率、较高的溅射能量阈值、不与氢同位素反应等优点而被认为是最有希望的面向等离子体材料（PFM）。在国际热核聚变试验堆（ITER）的氘-氚反应运行阶段，W将是偏滤器的首选PFM材料。W-PFM与铬锆铜（Cu）热沉材料结合成为面向等离子体部件（PFC），是实际应用的基本单元。
W与Cu热沉的连接包括单块类型（Monoblock Type）和平板类型（Flat Type）。单块类型的特征是在W块的中心区域开孔，然后把Cu冷却水管穿过开孔与钨块连接起来。单块类型的PFC可以减少W/Cu连接界面的热应力，承受循环高热负荷的冲击。单块类型是聚变装置偏滤器部分高热负荷部件制备的首选方案。W/Cu连接工艺包括浇铸（Casting）、热等静压（Hot Isostatic Pressing，HIP）、高温钎焊（Brazing）和中温胀管热扩散焊接（Hot Radial Pressing, HRP）等。其中，热等静压（Hot Isostatic Pressing，HIP）和中温胀管热扩散焊接（Hot Radial Pressing, HRP）的组合可以制备界面结合较好的高热负荷部件，且方法简便可靠，易于实现批量生产。
发明内容
本发明为了制约现有技术的不足和瓶颈，提供了一种用于核聚变装置的高热负荷部件制造方法。
为了实现上述目的本发明采用如下技术方案：
一种用于核聚变装置的高热负荷部件制造方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）加工钨块，在钨块中心区域钻孔，然后进行孔表面处理；
（2）无氧铜内衬与带孔的钨块装配、封焊，用热等静压方法将带孔的钨块与无氧铜内衬连接在一起，形成一层约一毫米厚的中间层，进行无损检测；
（3）铬锆铜冷却水管装配至钨块无氧铜内衬内，用中温胀管热扩散焊接方法，即把装配好的钨块与铬锆铜冷却水管放在一个腔室内，抽真空，在铬锆铜冷却水管内施加30-100兆帕的压力，同时加热到300-800℃，并保温0.5-5h，将铬锆铜冷却水管和一组带有无氧铜内衬的钨块连接起来，无损检测后得到高热负荷部件。
所述的用于核聚变装置的高热负荷部件制造方法，其特征在于所述的高热负荷部件为由铬锆铜冷却水管串联的多个含无氧铜内衬钨块。
本发明的有益效果:
该制造方法保证了W块/Cu管的可靠连接和Cu管本身的较高强度，而无氧铜中间层的使用可以较好地缓和部件服役期间因为脉冲等离子体辐照而在W块和Cu管之间产生的循环热应力。制造方法工艺简便可靠，易于实现批量生产；该方法制备的高热负荷部件可以承受高热负荷循环冲击，适用于长脉冲、高参数的聚变装置中。
附图说明
图1为本发明中带孔钨块的结构示意图。
图中1、钨块。
图2为本发明中带有无氧铜中间层的钨块的结构示意图。
图中1、钨块，2、无氧铜。
图3为本发明中高热负荷部件的结构示意图。
图中1、钨块，2、无氧铜、3、冷却水管。
具体实施方式
本发明包括带孔的钨块图1、带有无氧铜中间层的W块图2、W块/Cu冷却水管连接而成的高热负荷部件图3。
本发明首先加工W块，在W块中心区域钻孔；然后通过HIP方法把OFC连接到W块开孔的表面，制备成带有OFC中间层的W块；最后，把Cu冷却水管与一组带有OFC中间层的W块通过HRP方法连接起来，制备成W/Cu高热负荷部件。每次焊接后都要进行无损检测，确保连接界面质量。

Claims (2)

1.一种用于核聚变装置的高热负荷部件制造方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）加工钨块，在钨块中心区域钻孔，然后进行孔表面处理；
（2）无氧铜内衬与带孔的钨块装配，封焊，用热等静压方法将带孔的钨块与无氧铜内衬连接在一起，形成一层约一毫米厚的中间层，再进行无损检测；
（3）铬锆铜冷却水管装配至钨块无氧铜内衬内，用中温胀管热扩散焊接方法，即把装配好的钨块与铬锆铜冷却水管放在一个腔室内，抽真空，在铬锆铜冷却水管内施加30-100兆帕的压力，同时加热到300-800℃，并保温0.5-5h，将铬锆铜冷却水管和一组带有无氧铜内衬的钨块连接起来，无损检测后得到高热负荷部件。
2.根据权利要求1所述的用于核聚变装置的高热负荷部件制造方法，其特征在于：所述的高热负荷部件为由铬锆铜冷却水管串联的多个含无氧铜内衬钨块。
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