JP3719945B2 - Hot static pressure bonding method and first wall structure manufacturing method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱間静圧接合法に関し、特に熱間静圧接合法を用いて核融合炉の第一壁構造体などを製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
核融合炉ブランケット第一壁は、核融合炉においてプラズマ閉じ込めのための真空容器の最も内側の壁であって、ステンレス鋼や高融点金属で構成され、表面に炭素やベリリウムなど原子番号の小さい物質をコーティングして形成する。
第一壁は、高温下でヘリウム、水素、中性子などの過酷な照射を受けるため、効果的な冷却が必須である。このため、基材のステンレス鋼と表面のベリリウム張りの間に伝熱性能のよい銅の層を設けてその中に冷却管を埋め込んだ構造が普通に用いられる。なお容器内の電磁界により第一壁内に生成する渦電流を抑制するためベリリウム層と銅層にはスリットを設けることが好ましい。
【0003】
従来、第一壁のように内部に多数の貫通孔を有する比較的長尺の板状体は、初めに形成された板状体に機械加工や電解加工によって貫通孔を形成するか、溝を有する多数の板状体を平板上に載置して電子ビーム溶接することにより形成していた。
しかしながら、これらの方法では極めて高度な加工技術を必要とし高価になること、溶接による変形により寸法精度が得られないこと、また接触面全面の溶接が困難であることなどの問題があった。
【0004】
これに対して、2枚の板状部材に冷却管を挟み込み加熱下で加圧して拡散接合させる熱間静圧接合法を利用して、接触面同士を接合させることもできる。この方法は、図8に断面を示すように、圧力を伝達する流体が接合面に滲入しないように接触面の周囲をシール溶接するが、溶接線の近辺では拡散接合が行われないため、接合の不十分な部分を切り落す必要があった。
【0005】
こうした問題を解決する方法として、本願出願人の出願に係る特開平10−54688号公報に、キャニングを用いた熱間静圧接合法が開示されている。開示方法は、板状部材には冷却管を嵌合させる溝が形成されており、複数の冷却管を溝に嵌め込んで合体させた部材を、図9の分解組立図に示すように、厚さ1mmから3mmのシール板で囲って、図10の斜視図に示すように、全周をシール溶接して被覆(キャニング)し、内部を真空にし、熱間静圧加圧処理(HIP)装置で加工処理して接触面を拡散接合させるものである。この方法は、静圧が薄いシール板を介して部材に作用するようにしたもので、部材の接触部分に媒体が滲入することが無く、設計が容易でコストも低い上、寸法精度が高く、熱荷重、内圧荷重、電磁力負荷に対して安全性の高い第一壁を製造することができる。
【0006】
しかし、上記開示発明によっても、キャニングに使用したシール材が母材に拡散接合して固着するため、寸法精度を確保する場合には機械加工によりシール材を切削除去して製品化する必要がある。なお、寸法精度が問題にならない場合にも、母材が異質の材料を接合したものであるときには、シール材を母材に合わせることができない。
また、第一壁のように切り込みや溝が必要な場合には、予め切り込みなどを形成した材料を使って熱間静圧接合をすると切り込み等の部分で拡散接合が生じて切り込み等が塞がったり変形したりする。このため、加工後に接合した材料にスリット等を形成しなくてはならず、加工費が増大する問題があった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、熱間静圧接合法を適用するときに仕上げに必要な機械加工を簡略化して低コストで製品を製造することができる方法を提供することである。
特に、熱間静圧接合法を用いてより簡単に低コストで核融合炉第一壁を製作する方法を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の熱間静圧接合法は、接合する材料の接合面同士を当接させ、当接した接合材料の周囲を接合防止材料を介して薄いキャニング材で囲繞し、接合面に加圧媒体が侵入しないようにキャニング材をシール溶接して密封し、加熱下で加圧媒体を介して静圧を印加することにより接合材料同士を拡散接合させ、その後キャニング材を剥離させて製品を作製することを特徴とする。
本発明は、接合防止材を介して接合材料の周囲をキャニング材で囲繞するようにしてあるから、熱間静圧接合法(HIP)を施した後でもキャニング材と接合材料は接合していない。したがって、施工後にキャニング材と接合防止材を製品表面から容易に剥離することができる。このため、従来のように切削加工を行う必要がなく、製造コストも低減する。
【0009】
なお、キャニング材で囲繞した後で真空に引くことにより、接合材料同士の接触面部分に余剰のガスが残留することを防いで、良好な接合が得られる。
また、接合材料に溝が必要な場合には、接合材料に予め溝を形成しておき、溝の部分に接合防止材を挿入しておけば、HIPによっても溝の壁同士が融着することなく、処理後に接合防止材を取り除くことによって、簡単に溝を復元することができる。
なお、結合防止材は、結合しようとする金属と接合を起こさない材料で高温に耐えるものであればよく、カーボンや窒化ホウ素などが適当である。また薄板、繊維、粒体などの形状で適用することができる。しかし、ステンレス鋼や銅の処理に使用するときは、剥離性を考慮に入れるとアルミナ長繊維から形成された布あるいは綿が結合防止材として適当である。また、特に溝内に仕込む必要があるときには、アルミナ長繊維から形成された布が結合防止材として適当である。
【0010】
また、本発明の第一壁構造物の製造方法は、銅もしくは銅合金にステンレス鋼製の水管を挟み込んでブロックを形成し、そのブロックの裏側にステンレス鋼の裏板を当接させて、接合防止材を介して薄いステンレス鋼製キャニング材で囲繞密封して、加熱下で静圧を印加して拡散接合し、キャニング材を剥離して中間構造物を得た後、さらにその中間構造物の銅表面側にベリリウムを当接させて、再度接合防止材を介して薄いキャニング材で囲繞密封して、加熱下で静圧を印加して拡散接合することを特徴とする。
【0011】
本発明の第一壁構造物製造法によれば、幾つかの異なる材料を含み多数の冷却管を内蔵した複雑な構成を有する第一壁を、部材同士が互いに強固な接合面を介して合体したものとして比較的容易に形成して、キャニング材と接合防止材を簡単に剥離して製品とすることができる。
このようにして形成した第一壁は、核融合炉のプラズマから受ける輻射熱と壁内部で発生する核発熱を熱伝導性のよい銅あるいは銅合金で冷却管に伝導し冷却管内の冷媒で外部に排泄することができるので、耐熱性が高く寿命が長い。
【0012】
また、第一壁には垂直方向、すなわち真空容器内の構造物に流れる渦電流に対して垂直方向にスリットを設けて、渦電流の発生を抑制するようにする必要がある。このスリットは、上記熱間静圧接合法により構造物を形成した後で機械加工により形成することができる。
本願発明では、接合前の部材に予めスリットを入れて、このスリット内に接合防止材を挿入しておいてから、キャニングして熱間静圧接合法を適用する。この方法によれば、熱間静圧接合法施工後にスリット内の接合防止材を除去することにより、極めて容易にスリットを形成することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について実施例に基づき図面を参照して詳細に説明する。
【0014】
【実施例】
本実施例は、本発明の熱間静圧接合法を用いた第一壁の製造方法である。
図1は本実施例で対象とする第一壁の斜視図、図2はホールダを含む垂直面で切断したときの断面図、図3は図2の切断面に垂直な面で基板部分を切断した断面図、図4は上部を水平面で切断したときの断面図、図5は本実施例の第一壁製造方法において始めの工程の部材の組み合わせを説明する分解組立図、図6は後の工程における部材の組み合わせを説明する分解組み立て図、図7は第一壁上端部の拡大斜視図である。
【0015】
本実施例で製造しようとする製品は、図1から図4に示したような核融合炉の第一壁で、ステンレス鋼の基板1に熱伝導体として銅ベースの金属層2を介在させて表面にベリリウム板3が張り付けられた構造になっている。銅ベース金属層2の中には冷却管4が通っている。基板1中には給水ヘッダー11とこれに接続する給水孔12、および排水ヘッダー13とこれに接続する排水孔14が、上下に対応して例えば6対設けられている。給水孔12のヘッダーと反対側端は給水サブヘッダー15に接続され、排水孔14のヘッダーと反対側端は排水サブヘッダー16に接続されている。給水サブヘッダー15と排水サブヘッダー16はそれぞれ接続された2本の冷却管4により連絡されている。
また、給水ヘッダー11と排水ヘッダー13は支持部材5に設けられた給水孔51と排水孔52にそれぞれ接続されている。
【0016】
第一壁には、渦電流の発生を抑制するため縦方向に幅約1mmのスリット6が入れられている。スリット6は給水孔12と排水孔14の対を区切る位置に、ベリリウム層3と銅金属層2については上から下まで貫通して、またステンレス基板1については給水ヘッダー11と排水ヘッダー13の部分を残して設けられている。
支持部材5を介して外部から供給された冷却水は、給水ヘッダー11から給水孔12を通って冷却管4に供給され、第一壁内及び表面に発生する熱を吸収して排水孔14を通って排水ヘッダー13を介して外部に排出される。
【0017】
本実施例における製造方法を図5と図6により説明する。
図5は、冷却管4を通した銅金属層2をステンレス基板1上に固定する工程における部材の組み立て方法を示す分解組み立て図である。
冷却管4はステンレス鋼管で、銅金属層2の面に沿って伸び、上端と下端でステンレス基板1側に折れ曲がった形状を有する。銅金属層2は、表面側の表面部材21とステンレス基板1側の内面部材22に分割されており、それぞれ対向する面に冷却管4を嵌合して案内する溝が冷却管の数だけ並列して設けられている。ステンレス基板1はステンレス製の平板部材であって、上端と下端に冷却管4に嵌合する溝を設けている。さらにステンレス基板1の上端部と下端部にカバー部材17が当接するようにする。このカバー部材17にはそれぞれ冷却管4の端部に嵌合する溝が設けられている。
【0018】
これらの部材を組み合わせた上で、その全周にアルミナ繊維製の布地からなる接合防止材71,72,73,74を介してシール材75,76,77,78を当てて囲繞し、シール材同士をシール溶接して密封する。シール材は厚さ約1mmの鋼製の薄板を利用することができる。
接合する部材の背面に当てる接合防止材71とシール材75には、冷却管4が通る穴79,80が開けられていて、シール材75を冷却管4の外壁に溶接で接合して、シール材75,76,77,78で囲繞された部分を気密にする。また、接合部材の一方の側面に当てる接合防止材72とシール材76には適当な穴が設けられ、シール材76には真空配管と接続される真空ノズル81が設けられている。
【0019】
各部のシール溶接を完了した後に、真空ノズル81から吸引してシール材75,76,77,78で囲繞された内部空間を真空にする。内部空間の真空が確認された後、真空ノズル81を封止して気密シールを行う。このようにして得られたシール材で囲繞され真空を維持した接合部材ブロックは、部材の接触面に加圧媒体が滲入しないので、静圧は柔軟なシール材を介して部材に作用して接合面に及ぶ。組み上げた接合部材ブロックを熱間静圧接合装置にセットし、例えば1000℃から1100℃に加熱した状態でアルゴン圧もしくはヘリウム圧150MPaから200MPaを印加して処理する。すると、接合部材の接触面が高温下で圧接する間に物質の拡散が起こり相互に冶金的に接合するため、極めて強固に一体化した構造体を得ることができる。
【0020】
その後、装置から取り外して、シール材75,76,77,78を接合部材から剥離し、冷却管4がステンレス基板1の裏面から突出している部分を削り落として平面にして中間構造体を形成する。シール材と接合部材の間に介在している接合防止材は、接合部材ともシール材とも馴染まない上、高温下の処理を受けても性能の劣化が小さいので、シール材と接合防止材は接合部材から簡単に剥離することができる。従って、従来の熱間静圧接合法による場合のように構造体表面に融着したシール材層を研削することにより形状を整えたりしなくても、接合防止材とシール材を剥離すればそのまま設計通りの形状を備えた中間構造体になるので、表面処理工程が簡略化する利点がある。
【0021】
次に、図6に示すような組み立てにより、上記中間構造体の表面にベリリウム層を形成する。
中間構造体7の全面にベリリウム層3を当接させて、その周囲にアルミナ繊維製の接合防止材82,83,84,85を介してシール材86,87,88,89を当てて囲繞し、シール材同士をシール溶接して密封する。また、中間構造体7の一方の側面に当てる接合防止材83には適当な穴が設けられ、これに対応するシール材87には真空ノズル90が設けられている。
【0022】
各部のシール溶接を完了した後に、真空ノズル90から吸引してシール材86,87,88,89で囲繞された内部空間を真空にして、真空ノズル90を封止して気密シールを行う。シール材を囲繞し真空を維持した中間構造体を熱間静圧接合装置にセットし、例えば550℃から625℃に加熱した状態でアルゴン圧150MPaから200MPaを印加して処理すると、ベリリウム層3と中間構造体7の銅金属表面が拡散接合して強固に一体化した構造体を得ることができる。
処理後の構造体を熱間静圧接合装置から取り外して、接合防止材82,83,84,85とシール材86,87,88,89を剥離し、設計通りの形状を備えた第一壁構造体を得る。
【0023】
こうして得られた第一壁構造体において、ステンレス基板1中に冷却水路11,13、12,14を形成し、銅金属層2中の冷却管4に接続するサブヘッダー15,16を形成するため、ステンレス基板1の中央部および上端部と下端部に簡単な機械加工を行う。
まず、ステンレス基板1の横腹から給水ヘッダー11と排水ヘッダー13となる穴を貫通させる。この穴は、後に、両端にプラグを当てて溶接で密封する。
【0024】
また、図7の拡大斜視図に示すように、ステンレス基板1の上端と下端でそれぞれ間仕切り18を残して切り欠き、冷却管4の端面を露出させ、さらにステンレス基板1の中央部に設けた給水ヘッダー11と連通する給水孔12と、排水ヘッダー13と連通する排水孔14を鑽孔する。この切り欠き部19は、内側に切り欠きを有する蓋体20をかぶせて溶接で固定し、給水孔12もしくは排水孔14と例えば2個の冷却管4を連通するための給水サブヘッダー15もしくは排水サブヘッダー16を形成する。
【0025】
間仕切り18の位置に、約1mmのスリット6を入れる。スリット6は、ステンレス基板1の部分では給水ヘッダー11や排水ヘッダー13まで達しない位置までに止め、銅金属層2とベリリウム層3では上端から下端まで貫通して形成する。スリット6は例えばウオータージェットで加工することができる。
最後に、ステンレス基板1の背面に電子ビーム溶接により支持部材5を固定し、給水孔51と排水孔52がそれぞれ給水ヘッダー11と排水ヘッダー13と連通するように設ける。
【0026】
なお、熱間静圧接合法により構造体を形成した後でスリット6を形成する代わりに、あらかじめスリットを形成したステンレス鋼材とスリット位置で切断して細片化した銅金属板とベリリウム板を組み合わせて熱間静圧接合法で加工処理し一体化して第一壁を製造することができる。
この場合は、ステンレス鋼材に形成したスリットの中に接合防止材を押し込んだり、銅金属板やベリリウム板のスリット位置に接合防止材を挟み込んでから、これらの部材を組み合わせて、その全周に接合防止材を介してシール材を当てて囲繞しシール溶接して密封し、熱間静圧接合法で加工処理する。
このように、スリット部分に接合防止材を仕込むことで、熱間静圧接合法を施工してもスリット部分が拡散接合することがなく、また施工後に接合防止材を引き剥がすことにより簡単にスリットが復元される。
したがって、構造体を形成した後で機械的な加工を行ってスリットを形成するのと比較して、極めて容易に第一壁を製造することができる。
【0027】
本発明の熱間静圧接合法により製作した第一壁は、冷却管が独立した円管体で形成されるので、異形断面の冷却ダクトと比較して応力集中が低減し、熱荷重、内圧荷重、非対称な電磁力負荷に対して、耐圧バウンダリーとしての健全性能が強化される。また、円形断面の冷却管を利用することにより、必要冷却量が与えられれば、あとは配置間隔と管径さえ決めればよく、設計が簡素化される。
さらに、接合部材は接合前処理として複雑な工作を必要としないため、従来工法と比較して加工工程が少なくなり、製造コストが低減する。
【0028】
また、冷却管の周囲をステンレス鋼より熱伝導度が数10倍高い銅もしくは銅合金で囲繞するため冷却効果が大きくなるので、プラズマディスラプションが起きて第一壁最外面に極端な温度ピークが発生したときにも、短時間かつ一様に冷却することが出来る。
なお、本発明の製法で製作した第一壁は、冷却管を両側から同じ銅金属で挟み込む構造を持つため、相互拡散により接合面における同質性に優れる。したがて、大きな電磁力によるせん断荷重や曲げ荷重を受けても、接合界面に亀裂が発生しにくく、設計の信頼性が高い。
【0029】
なお、上記実施例は、本発明の熱間静圧接合法を核融合炉第一壁の製造に適用した例であるが、本発明の対象は第一壁に限らず、従来のキャニングを用いる熱間静圧接合法が適用できるもの全てに適用することができることは言うまでもない。
また、上記実施例における接合防止材はアルミナ繊維製の綿もしくは布地を用いたが、対象とする接合部材の材質と形状に従って適当なものを選択することができる。カーボンや窒化ホウ素などの難焼結性セラミックも使用することができ、また粉体を表面に塗布するようにしても良い。
【0030】
【発明の効果】
以上説明したように、従来の方法ではシール材が製品表面に付着するため後加工が必要になるところ、本発明の熱間静圧接合法は、シール材を簡単に剥離させることができるため、簡単な仕上げ加工で精度の高い製品を得ることができる。また、スリット部分がある場合も、あらかじめスリット加工した部材を組み立てて熱間静圧接合させることにより、精度の高いスリットを形成することができる。
特に、核融合炉第一壁のような複合構造体についても、本発明の熱間静圧接合法を用いることにより簡単かつ低コストで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の熱間静圧接合法の実施例で対象とする第一壁の斜視図である。
【図2】図1の第一壁を垂直面で切断したときの断面図である。
【図3】図1の第一壁を図2の切断面に垂直な面で切断したときの断面図である。
【図4】図1の第一壁の上部を水平面で切断したときの断面図である。
【図5】本実施例の第一壁製造方法において始めの工程の部材の組み合わせを説明する分解組立図である。
【図6】本実施例の第一壁製造方法において後の工程における部材の組み合わせを説明する分解組立図である。
【図7】本実施例で製造する第一壁の上端部の部分拡大斜視図である。
【図8】従来の熱間静圧接合法で製作した部材の断面図である。
【図9】従来の熱間静圧接合法における初期の工程を説明する分解組立図である。
【図10】従来の熱間静圧接合法における中間構造体を示す斜視図である。
【符号の説明】
1 ステンレス鋼の基板
2 銅金属層
3 ベリリウム層
4 冷却管
5 支持部材
6 スリット
7 中間構造体
11 給水ヘッダー
12 給水孔
13 排水ヘッダー
14 排水孔
15 給水サブヘッダー
16 排水サブヘッダー
17 カバー部材
21 表面部材
22 内面部材
51 給水孔
52 排水孔
71,72,73,74 接合防止材
75,76,77,78 シール材
79,80 冷却管用穴
81 真空ノズル
82,83,84,85 接合防止材
86,87,88,89 シール材
90 真空ノズル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a hot hydrostatic bonding method, and more particularly to a method of manufacturing a first wall structure of a nuclear fusion reactor using the hot hydrostatic bonding method.
[0002]
[Prior art]
The first blanket of the fusion reactor blanket is the innermost wall of the vacuum vessel for confining the plasma in the fusion reactor, and it is made of stainless steel or refractory metal and has a low atomic number such as carbon or beryllium on the surface. Is formed by coating.
Since the first wall is subjected to severe irradiation such as helium, hydrogen, and neutrons at a high temperature, effective cooling is essential. For this reason, a structure in which a copper layer having good heat transfer performance is provided between stainless steel as a base material and beryllium covering the surface and a cooling pipe is embedded therein is usually used. In order to suppress eddy currents generated in the first wall due to the electromagnetic field in the container, it is preferable to provide slits in the beryllium layer and the copper layer.
[0003]
Conventionally, a relatively long plate-like body having a large number of through-holes inside, such as the first wall, is formed by forming through-holes in the plate-like body formed first by machining or electrolytic processing, or by providing grooves. It was formed by placing a large number of plate-like bodies on a flat plate and performing electron beam welding.
However, these methods have a problem that they require extremely high processing techniques and are expensive, dimensional accuracy cannot be obtained due to deformation caused by welding, and welding of the entire contact surface is difficult.
[0004]
On the other hand, the contact surfaces can also be joined using a hot hydrostatic joining method in which a cooling pipe is sandwiched between two plate-like members and pressurized and heated under diffusion. In this method, as shown in a cross section in FIG. 8, the periphery of the contact surface is sealed and welded so that the fluid that transmits the pressure does not enter the joint surface, but diffusion bonding is not performed in the vicinity of the weld line. It was necessary to cut off the insufficient part.
[0005]
As a method for solving such a problem, a hot hydrostatic bonding method using canning is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-54688, which is filed by the present applicant. In the disclosed method, a groove for fitting a cooling pipe is formed in the plate-shaped member, and a member obtained by fitting a plurality of cooling pipes into the groove is combined as shown in an exploded view of FIG. As shown in the perspective view of FIG. 10, surrounded by a seal plate with a thickness of 1 mm to 3 mm, the entire circumference is sealed and coated (canning), the inside is evacuated, and a hot hydrostatic pressure treatment (HIP) apparatus The contact surface is diffusion bonded by processing. In this method, the static pressure acts on the member through a thin seal plate, the medium does not penetrate into the contact portion of the member, the design is easy, the cost is low, and the dimensional accuracy is high. A first wall having high safety against thermal load, internal pressure load, and electromagnetic force load can be manufactured.
[0006]
However, according to the disclosed invention as well, since the sealing material used for canning is diffusion bonded to the base material and fixed, it is necessary to cut and remove the sealing material by machining in order to ensure dimensional accuracy. . Even when the dimensional accuracy is not a problem, the sealing material cannot be matched with the base material when the base material is formed by joining different materials.
In addition, when a cut or groove is required as in the first wall, if hot-static pressure bonding is performed using a material that has been previously formed with a cut or the like, diffusion bonding occurs at the cut or the like and the cut or the like is blocked. Or deform. For this reason, there is a problem that slits and the like must be formed in the material joined after processing, which increases processing costs.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a method capable of producing a product at a low cost by simplifying the machining necessary for finishing when applying the hot hydrostatic bonding method.
In particular, it is to provide a method of manufacturing the first wall of a fusion reactor more easily and at low cost by using a hot hydrostatic bonding method.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the hot hydrostatic bonding method of the present invention brings the bonding surfaces of the materials to be bonded into contact with each other, surrounds the contacted bonding material with a thin canning material via a bonding prevention material, The canning material is sealed and sealed so that the pressurized medium does not enter the joint surface, and the joining material is diffusion bonded by applying static pressure through the pressurized medium under heating, and then the canning material is peeled off. And producing a product.
In the present invention, since the periphery of the bonding material is surrounded by the canning material via the bonding preventing material, the canning material and the bonding material are not bonded even after the hot hydrostatic bonding (HIP) is performed. Therefore, the canning material and the bonding preventing material can be easily peeled off from the product surface after the construction. For this reason, it is not necessary to perform cutting as in the prior art, and the manufacturing cost is reduced.
[0009]
In addition, by drawing the vacuum after surrounding with the canning material, it is possible to prevent the surplus gas from remaining on the contact surface portion between the bonding materials, and to obtain good bonding.
In addition, if a groove is required for the bonding material, the groove walls can be fused even by HIP if a groove is formed in the bonding material in advance and a bonding preventing material is inserted into the groove. However, the groove can be easily restored by removing the anti-bonding material after the treatment.
The bonding preventing material may be any material that does not cause bonding with the metal to be bonded and can withstand high temperatures, and carbon, boron nitride, and the like are suitable. Moreover, it can apply with shapes, such as a thin plate, a fiber, and a granule. However, when used for the treatment of stainless steel or copper, a cloth or cotton formed from alumina long fibers is suitable as a binding preventing material in consideration of peelability. In particular, when it is necessary to prepare in the groove, a cloth formed of alumina long fibers is suitable as a binding preventing material.
[0010]
In addition, the first wall structure manufacturing method of the present invention forms a block by sandwiching a stainless steel water pipe between copper or a copper alloy, and a stainless steel back plate is brought into contact with the back side of the block, and joined. Sealed with a thin stainless steel canning material through a preventive material, applied with static pressure under heat, diffusion bonded, peeled off the canning material to obtain an intermediate structure, and then the intermediate structure It is characterized in that beryllium is brought into contact with the copper surface side, sealed again with a thin canning material through a bonding preventing material, and subjected to diffusion bonding by applying a static pressure under heating.
[0011]
According to the first wall structure manufacturing method of the present invention, the first wall having a complicated configuration including a plurality of different materials and incorporating a large number of cooling pipes is combined through a joint surface in which members are mutually strong. As a result, it can be formed relatively easily, and the canning material and the joining prevention material can be easily peeled to form a product.
The first wall formed in this way conducts radiant heat received from the plasma of the fusion reactor and nuclear heat generated inside the wall to the cooling pipe with copper or copper alloy having good thermal conductivity, and to the outside with the refrigerant in the cooling pipe. Since it can be excreted, it has high heat resistance and long life.
[0012]
In addition, it is necessary to provide a slit in the first wall in the vertical direction, that is, in a direction perpendicular to the eddy current flowing through the structure in the vacuum vessel, to suppress the generation of eddy current. The slit can be formed by machining after the structure is formed by the hot hydrostatic bonding method.
In the present invention, a slit is previously formed in the member before joining, and a joining preventing material is inserted into the slit, and then canned and the hot hydrostatic joining method is applied. According to this method, the slit can be formed very easily by removing the bonding preventing material in the slit after the hot hydrostatic bonding method.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples with reference to the drawings.
[0014]
【Example】
A present Example is a manufacturing method of the 1st wall using the hot hydrostatic bonding method of this invention.
FIG. 1 is a perspective view of a first wall targeted in this embodiment, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along a vertical plane including a holder, and FIG. 3 is a substrate section cut along a plane perpendicular to the cut plane of FIG. 4 is a cross-sectional view when the upper portion is cut by a horizontal plane, FIG. 5 is an exploded view for explaining the combination of members in the first step in the first wall manufacturing method of the present embodiment, and FIG. FIG. 7 is an exploded perspective view of the upper end portion of the first wall, illustrating the assembly of the members in the process.
[0015]
The product to be manufactured in this embodiment is a first wall of a nuclear fusion reactor as shown in FIGS. 1 to 4 and a
Further, the
[0016]
The first wall is provided with a
The cooling water supplied from the outside via the
[0017]
The manufacturing method in the present embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 5 is an exploded view showing a method for assembling members in the process of fixing the
The
[0018]
After these members are combined, the sealing
[0019]
After the seal welding of each part is completed, the internal space surrounded by the sealing
[0020]
Thereafter, it is removed from the apparatus, and the sealing
[0021]
Next, a beryllium layer is formed on the surface of the intermediate structure by assembling as shown in FIG.
The
[0022]
After the seal welding of each part is completed, the internal space surrounded by the sealing
The structure after the treatment is removed from the hot hydrostatic bonding apparatus, the
[0023]
In the first wall structure thus obtained, the cooling
First, holes serving as the
[0024]
Further, as shown in the enlarged perspective view of FIG. 7, the upper end and the lower end of the
[0025]
At the position of the
Finally, the
[0026]
Instead of forming the
In this case, press the anti-bonding material into the slit formed in the stainless steel material, or insert the anti-bonding material into the slit position of the copper metal plate or beryllium plate, then combine these members and bond them all around A sealant is applied through a preventive material, enclosed, sealed and sealed, and processed by hot hydrostatic bonding.
In this way, by installing a bonding preventive material in the slit portion, the slit portion will not be diffusion bonded even if the hot static pressure bonding method is applied, and the slit can be easily removed by peeling off the bonding preventive material after application. Restored.
Therefore, the first wall can be manufactured very easily as compared with the case where the slit is formed by performing mechanical processing after forming the structure.
[0027]
Since the first wall manufactured by the hot hydrostatic bonding method of the present invention is formed of a circular tube with an independent cooling pipe, the stress concentration is reduced as compared with the cooling duct having a deformed cross section, and the thermal load and the internal pressure load are reduced. The sound performance as a pressure-resistant boundary is strengthened against an asymmetric electromagnetic force load. In addition, by using a cooling pipe having a circular cross section, if the required cooling amount is given, then only the arrangement interval and the pipe diameter need be determined, and the design is simplified.
Furthermore, since the joining member does not require complicated work as joining pretreatment, the number of processing steps is reduced as compared with the conventional method, and the manufacturing cost is reduced.
[0028]
In addition, the cooling effect is increased because the cooling pipe is surrounded by copper or copper alloy whose thermal conductivity is several tens of times higher than that of stainless steel. Therefore, plasma disruption occurs and extreme temperature peaks occur on the outermost surface of the first wall. Even when this occurs, cooling can be performed uniformly in a short time.
In addition, since the 1st wall manufactured with the manufacturing method of this invention has the structure which pinches | interposes a cooling pipe with the same copper metal from both sides, it is excellent in the homogeneity in a joint surface by mutual diffusion. Therefore, even when subjected to a shear load or bending load due to a large electromagnetic force, cracks are unlikely to occur at the joint interface, and the design reliability is high.
[0029]
In addition, although the said Example is an example which applied the hot hydrostatic joining method of this invention to manufacture of the nuclear fusion reactor 1st wall, the object of this invention is not restricted to a 1st wall, The heat which uses the conventional canning Needless to say, the method can be applied to all those to which the hydrostatic bonding method can be applied.
Moreover, although the cotton or cloth made of alumina fiber is used as the bonding preventing material in the above embodiment, an appropriate material can be selected according to the material and shape of the target bonding member. Hard-sintering ceramics such as carbon and boron nitride can also be used, and powder may be applied to the surface.
[0030]
【The invention's effect】
As described above, the conventional method requires post-processing because the sealing material adheres to the product surface, but the hot hydrostatic bonding method of the present invention can easily peel off the sealing material. High-precision products can be obtained through simple finishing. In addition, even when there is a slit portion, it is possible to form a highly accurate slit by assembling a member that has been slit in advance and performing hot hydrostatic bonding.
In particular, a composite structure such as a fusion reactor first wall can also be manufactured easily and at low cost by using the hot hydrostatic bonding method of the present invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a first wall which is a target in an embodiment of a hot hydrostatic bonding method of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the first wall of FIG. 1 taken along a vertical plane.
3 is a cross-sectional view of the first wall of FIG. 1 taken along a plane perpendicular to the cut surface of FIG.
4 is a cross-sectional view of the upper portion of the first wall in FIG. 1 cut along a horizontal plane. FIG.
FIG. 5 is an exploded view illustrating the combination of members in the first step in the first wall manufacturing method of the present embodiment.
FIG. 6 is an exploded view illustrating a combination of members in a later step in the first wall manufacturing method of the present embodiment.
FIG. 7 is a partially enlarged perspective view of an upper end portion of a first wall manufactured in the present embodiment.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a member manufactured by a conventional hot hydrostatic bonding method.
FIG. 9 is an exploded view illustrating an initial process in a conventional hot hydrostatic bonding method.
FIG. 10 is a perspective view showing an intermediate structure in a conventional hot hydrostatic bonding method.
[Explanation of symbols]
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