[发明专利]一种热核聚变堆增强热负荷第一壁手指部件的加工方法

说明书

本发明属于聚变反应堆技术领域，具体公开了热核聚变堆增强热负荷第一壁手指部件的加工方法，铜铬锆合金/不锈钢复合板制作HVT冷却通道上盖板，进行超声波无损探伤，机加工CuCrZr合金至形成完整的HVT齿型槽结构，HVT不锈钢水盒基座，装配HVT冷却通道上盖板和HVT不锈钢水盒基座，封闭冷却通道进出口，对HVT冷却通道基座进行水压试验和氦罩检漏，铍瓦的涂层面与HVT冷却通道基座铜铬锆合金面进行组装，有效保障了聚变堆第一壁手指部件异种材料间的可靠结合和铜铬锆合金热沉材料的性能，提升了部件HVT冷却通道的热疲劳性能、耐压性能和真空密封性能，消除了冷却通道的应力腐蚀倾向，部件整体的抗高热负荷疲劳破坏能力满足聚变堆服役条件要求。

技术领域

本发明属于聚变反应堆技术领域，具体涉及一种国际热核实验堆(ITER)中的增强热负荷第一壁板加工方法。

背景技术

ITER第一壁手指部件直接面对高温核聚变等离子体，其中的增强热负荷手指部件面临4.7MW/m²表面热负荷作用。因工作在脉冲运行状态，高热负荷热疲劳是其主要的破坏形式，ITER要求该部件的热疲劳设计寿命为15000次热循环。ITER第一壁手指部件由面对等离子体的纯金属铍瓦材料、中间层铜铬锆(CuCrZr)合金热沉材料及其背面奥氏体不锈钢(ASS)结构支撑材料构成，为使材料工作在允许温度范围内，部件中布满冷却通道，其中在热沉材料与不锈钢材料之间设计了超级蒸发(HVT)冷却通道，在ITER运行时通水冷却部件，设计压力5MPa，冷却水温度70～110℃。为避免应力腐蚀，要求构成该冷却通道的不锈钢材料的硬度应小于300Hv。为实现优良的传热性能、热疲劳性能和冷却通道的耐压性能，要求三种材料间有可靠的结合，铜铬锆合金的室温屈服强度应大于175MPa，部件铜铬锆合金最高运行温度250℃下的屈服强度应大于150MPa。ITER第一壁属于真空室内部件，要求手指部件具有优良的真空密封性能，其冷却通道的氦检漏泄漏率应小于2.7x10^-10Pa.m³/s。因此，如何保障材料间的可靠结合、铜铬锆合金的强度、消除冷却通道的应力腐蚀倾向、提升部件的抗高热负荷疲劳损伤能力和确保真空密封性能是制造第一壁手指部件所面临的关键问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种热核聚变堆增强热负荷第一壁手指部件的加工方法，能够保障第一壁材料间的可靠结合和铜铬锆合金的性能、消除冷却通道的应力腐蚀倾向、提升部件的抗高热负荷疲劳损伤能力并确保其冷却通道的真空密封性能。

本发明的技术方案如下：

一种热核聚变堆增强热负荷第一壁手指部件的加工方法，该方法包括如下步骤：

1)采用铜铬锆合金/不锈钢复合板制作HVT冷却通道上盖板

a)对所述复合板进行去应力退火处理；

b)随后水冷至室温，恢复铜铬锆合金到固溶处理状态；

2)对复合板进行超声波无损探伤；

3)对UT合格的复合板，首先在模具的辅助下进行弯曲成型，随后在夹持工装的辅助下进行铣切加工；

去除复合板中部的不锈钢至无残留，然后继续加工CuCrZr合金至形成完整的HVT齿型槽结构；

4)加工HVT不锈钢水盒基座

316L(N)奥氏体不锈钢锻件，分别加工HVT不锈钢水盒和分水隔板；

在HVT不锈钢水盒基座上表面加工HVT环向凹槽，槽宽3mm，槽深3～6mm。将二者装配，以锁底焊形式进行焊接，焊接熔深3～5mm；

5)装配HVT冷却通道上盖板和HVT不锈钢水盒基座；

利用夹具加紧上述部件，并检验焊缝间隙小于0.1mm，随后采用5～6kW输入功率进行HVT水道的环缝焊接；