[发明专利]一种用于超导线圈盒的窄间隙激光填丝焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光材料加工技术领域，具体涉及一种用于超导线圈盒的窄间隙激光填丝焊接方法。

背景技术

国际热核聚变实验堆(ITER)计划是当今世界最大的科学工程国际科技合作计划之一，其规模仅次于国际空间站，是我国有史以来有机会、有能力、以平等伙伴身份参加的规模最大的国际科技合作项目，2007年中国正式开展了核聚变的研究工作。

核聚变的实现有三种途径：磁约束、引力约束、惯性约束。ITER的目的是建造一个托马克型聚变实验堆，探索和平利用聚变能发电的科学和工程技术可行性。托马克是一种利用磁约束方式来实现受控盒聚变的环形容器，中央是一个环形的真空室，外面缠绕着线圈，通电时托马克的内部会产生巨大的螺旋型磁场，将其中的等离子体加热到很高的温度并约束带电粒子，以达到聚变的目的。线圈需置于不锈钢壳体内，进行最后的封焊，使之达到ITER计划执行中心对焊接质量的要求，为确保强度而要求必须全焊透，为防止损坏超导线圈要求控制焊接对线圈的影响温度，严格控制焊接引起的线圈几何变形及一次焊接成功率100％等。该计划在国际范围内实属首次，不存在该方面的研究与应用。基于上述要求的分析，若采用传统电弧焊，其热影响区大，焊后变形达不到要求，且人为影响因素较大，不能满足焊接成功率的要求，而电子束焊的成本又过高，应用价值较低。基于激光焊接的诸多优势以及多种高自动化的实施方式，使其成为该项目实施的不二之选。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于超导线圈盒的窄间隙激光填丝焊接方法，使用该方法对超导线圈盒进行焊接，可以达到ITER计划执行中心对焊接质量的要求。

本发明的技术方案如下：

一种用于超导线圈盒的窄间隙激光填丝焊接方法，该方法针对核聚变反应堆超导线圈盒，利用激光对超导线圈壳体进行窄间隙激光填丝焊接，将整个线圈盒密封。其中：

所述核聚变反应堆超导线圈盒为尺寸5～10m、板厚15～25mm的空间拱形结构，其材质为316LN不锈钢；焊接形式为U形半盒和盖板封焊(B/TCC结构线圈盒)或两个L形半盒封焊(SCC结构线圈盒)。

在超导线圈盒焊缝中开窄间隙V型坡口，坡口角度为3～4°，坡口底部为4～6mm的钝边。

该方法焊接顺序为：先对钝边点固焊接，再用激光连续焊接钝边，然后对坡口焊缝实施多层填热丝的激光焊接，最终实现线圈盒的整体封焊。

所述多层填热丝的激光焊接，其每一层以及整体工件均采用多段、对称、交替的焊接顺序，每一层全部焊接完成后，再实施下一层的焊接。

所述激光的光源由高功率光纤激光器发出，其中：激光功率2.5～6.0kW，焊接速度0.5～3m/min，送丝速度3～5m/min，光斑直径0.2～1mm，离焦量30～50mm。

采用光纤激光焊接时，光纤芯径为200μm，激光加工头的聚焦镜焦长为500mm，准直镜焦长150mm。

填充焊丝采用的焊丝，牌号为316L。

本发明具有以下优点：

1、本发明利用激光对大型超导线圈壳体进行窄间隙激光填丝焊接，实现焊丝与基材的焊合，并且可以保证焊后无裂纹、气孔及未熔合等质量缺陷，完全达到欧盟焊接质量标准及超导线圈盒的封焊要求。

2、本发明首次解决了超导线圈盒的封焊问题，达到了密封与真空度的要求，到达线圈表层的焊接温度低于200℃，整体焊接变形小于3mm。

3、本发明的方法具有广泛的外延性和扩展性，对激光加工技术的拓展提升以及其它大型构件的焊接问题均有极大的指导和借鉴意义。

4、本发明的提出，具有极大的经济、社会及国际效益。

附图说明

图1为本发明SCC超导线圈盒示意图。

图2为本发明B/TCC超导线圈盒示意图。

图3为本发明SCC超导线圈焊接形式示意图。

图4为本发明B/TCC超导线圈焊接形式示意图。

图5为本发明的坡口形式示意图。

图6为本发明SCC超导线圈焊接顺序示意图。

图7为本发明B/TCC超导线圈焊接顺序示意图。

图8为本发明实施例1超导线圈盒焊接后焊接质量宏观效果图。

图中：1为SCC超导线圈上侧焊道；2为SCC超导线圈下侧焊道；3为B/TCC超导线圈外侧焊道；4为B/TCC超导线圈内侧焊道；5为坡口；6为钝边。

具体实施方式