ITER校正场线圈圆弧段真空压力浸渍充模数值模拟与实验

为优化国际热核聚变实验堆校正场线圈的真空压力浸渍工艺,对线圈圆弧段的充模过程进行了基于Darcy定律的数值模拟和工艺实验。对比了4种注胶方案的流动前沿和压力分布,确定了高效并能减少残留空隙的方案。优化的注胶口位置为沿长度方向1/4和3/4处,出胶口位置为沿长度方向两端和中间处。按优化工艺进行了试验,实测充模时间7.62×103 s,与模拟时间7.67×103 s接近。CT扫描显示试样内部被树脂完全填充,仅有少量空隙,大小约为100~200μm。试样绝缘性能优良,在10kV下漏电流小于1μA。试验结果表明了工艺模拟的可靠性,模拟方法可应用到整个线圈中,确定方案和技术参数。     

聚变堆用奥氏体不锈钢不同激光输出模式熔丝特征

针对聚变堆用316LN奥氏体不锈钢材料,分别在连续激光和脉冲激光模式下进行了激光填丝焊接试验。主要研究了不同焊接工艺参数下的焊丝熔入特征及其对焊缝质量的影响,并对连续激光与脉冲激光焊接熔池流动及熔池形貌、接头的显微组织进行了研究。结果表明,连续激光填丝焊和脉冲激光填丝焊在合适的焊接工艺参数下均能获得焊丝液桥过渡,且熔池铺展均匀、焊缝成形良好。与脉冲激光填丝焊相比,连续激光填丝焊在坡口中的熔池长度约是脉冲激光填丝焊的3倍,温度梯度较大,更易产生侧壁未熔合和贯穿焊缝中心的凝固裂纹等缺陷。连续激光填丝焊的焊缝显微组织以柱状晶为主,由焊缝两边向焊缝中心生长,方向性强。脉冲激光填丝焊的焊缝两侧显微组织以柱状晶为主,各个区域都受到了相邻脉冲的重复作用,具有周期性,产生二次结晶,有助于熔池的搅动和晶粒细化,打乱了枝晶生长的方向性;焊缝中心区域为方向各异的柱状晶和等轴晶,枝晶间距减小,能够抑制裂纹的产生。 创新点： 首次提出通过脉冲激光调控结晶形态以抑制厚板焊接中裂纹的焊接工艺,可在不添加任何外部设备的基础上实现对裂纹的有效控制,打破了传统焊接工艺带来的局限性。     

20 mm厚316LN不锈钢板的超高功率光纤激光自熔焊

采用20kW超高功率光纤激光器单道焊接了20mm厚316LN奥氏体不锈钢,研究了焊接工艺参数对焊缝成形及宏观形貌的影响,并对焊接接头的显微组织和力学性能进行了分析。结果表明,采用负离焦可以得到成形良好的焊缝;焊缝组织为单一的奥氏体组织,焊缝上部和底部中心区存在等轴晶粒,焊缝中部中心区为粗大的柱状晶。在优化的工艺参数下,焊接得到的接头抗拉强度为645 MPa,与母材相当。焊接接头断裂于熔合线边界处,为典型的韧性断裂。焊接接头热影响区的显微硬度略高于焊缝和母材。     

Feasibility Study on Welding Structure of the HT-7U Toroidal Field Coil Case

1. IntroductionThe TF magnet system of HT-7U consists of 16coils arrayed toroidally and spaced 22.5" apart oneanother. The designed TF coils provide a magneticfield, which is necessary to maintain plasma in atokamak configuration with a current up to I MA.The TF coils have a D--shaped geometry of 3.5 meters high and 2.5 meters wide, producing a magneticfield of 3.5 T on 1.7 m of main radius. The TF coilcases, enclosing the TF winding packs, are the mainstructural components of the magn…     

ITER用316LN激光焊接接头显微组织和力学性能研究

以21 mm厚的316LN奥氏体不锈钢板为研究对象,采用双面对称施焊的方式进行激光焊接,并对激光焊接接头的显微组织和力学性能进行了分析。结果表明,采用锁底式打底焊接时,焊缝中的主要缺陷是焊接气孔。减小钝边厚度,采用单面打底焊后,气孔问题得到解决。焊缝区显微组织为单相奥氏体,不同位置的显微组织呈现不同的结晶形态,焊缝中心处的等轴晶粒能有效抑制焊接裂纹的产生。激光焊焊接接头拉伸试样均断裂于母材处,弯曲样件表面未见任何微裂纹,焊接接头展现了良好的抗低温冲击性能。     

热丝填充激光焊接光斑直径与对接间隙裕度研究

装配间隙是影响国际热核聚变实验反应堆(ITER)校正场线圈盒激光封焊质量的重要因素之一。采用热丝填充激光焊接,在离焦量分别为+5、+10、+16mm的情况下对5mm厚核聚变用钢316LN在不同对接间隙条件下进行光斑直径与对接间隙裕度的研究。焊后进行了焊缝表面、截面形貌的分析,同时进行了金相组织、接头拉伸强度、显微硬度测试及断面电镜与成分分析。结果表明,在热丝填充激光焊接中,光斑直径大小不仅可以与对接间隙量相当,还可以在小于对接间隙量0.1~0.2mm的情况下,得到表面成形较好且抗拉强度值较高的焊缝,当光斑直径小于对接间隙量达到0.3mm时,焊缝表面成形变差且抗拉强度值下降。     

Design,Analysis and R＆D of the EAST In-Vessel Components

In-vessel components are important parts of the EAST superconducting tokamak. They include the plasma facing components, passive plates, cryo-pumps, in-vessel coils, etc. The structural design, analysis and related R＆D have been completed. The divertor is designed in an up-down symmetric configuration to accommodate both double null and single null plasma operation. Passive plates are used for plasma movement control. In-vessel coils are used for the active control of plasma vertical movements. Each cryo-pump can provide an approximately 45 m^3/s pumping rate at a pressure of 10^-1 Pa for particle exhaust. Analysis shows that, when a plasma current of 1 MA disrupts in 3 ms, the EM loads caused by the eddy current and the halo current in a vertical displacement event （VDE） will not generate an unacceptable stress on the divertor structure. The bolted divertor thermal structure with an active cooling system can sustain a load of 2 MW/m^2 up to a 60 s operation if the plasma facing surface temperature is limited to 1500 ℃. Thermal testing and structural optimization testing were conducted to demonstrate the analysis results.     

IC10单晶高温合金激光焊裂纹及显微组织的研究

利用激光焊工艺焊接了IC10单晶高温合金,分析了焊接速度对接头焊缝成形、横截面形貌以及显微组织的影响。结果表明,随着焊接速度的减小,焊缝的表面和背面宽度增大。不同焊接速度下焊缝的横截面均呈典型的"酒杯"状。焊缝主要由细晶区和胞状晶以及柱状晶组成。不同焊接速度下的焊缝中均存在沿晶界扩展的焊接裂纹。接头中晶粒的生长方向趋于一致,从而增大了接头裂纹的敏感性。     

ITER边校正场线圈测试冷屏结构设计与数值模拟北大核心CSCD

针对国际热核聚变实验堆(ITER)边校正场线圈测试过程的重要装置-冷屏进行结构设计、理论计算与数值模拟。选择的冷屏面板材料为6061铝合金;确定的冷却管截面为外方内圆的结构型式,其布置间距为450 mm;采用的为G10复合材料加工而成的多层叠片式柔性结构支撑件。为验证设计合理性,对冷屏各部件进行仿真分析,并通过理论计算得出冷屏表面热负荷大小,最后利用有限元方法对冷屏整体结构传热性能进行数值模拟。结果表明:冷屏部件结构强度满足材料屈服极限;热负荷理论计算结果符合技术要求;冷屏表面温度分布均匀。此设计为后续边校正场线圈测试过程提供了理论参考和技术支撑。     

激光焊接316LN平板对接焊试验中气孔成因初探

在激光自熔焊接5 mm厚316LN平板对接焊系列试验时,产生了气孔. 为探讨气孔成因,在试验中先后改变了保护气体流量、保护气体种类及被焊母材,同时焊后借助扫描电镜、光学显微镜、X射线能谱以及对母材进行化学成分分析等手段对试验结果进行分析. 结果表明,焊缝中气孔呈圆形,气孔形成中常伴随着夹杂物,以氢气孔为主. 其中1号材料焊接时焊缝是先以δ结晶模式,而这种结晶模式导致气孔敏感性较大,其显微金相组织也证实存在δ相,氩气不纯也是气孔成因之一.