專利名稱：一種用于核聚變裝置的高熱負(fù)荷部件制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于核聚變裝置的高熱負(fù)荷部件制造方法，屬于機(jī)械制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在核聚變裝置中，鎢(W)由于具有高熔點(diǎn)、較低的濺射率、較高的濺射能量閾值、不與氫同位素反應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)而被認(rèn)為是最有希望的面向等離子體材料(PFM)。在國際熱核聚變試驗(yàn)堆(ITER)的氘-氚反應(yīng)運(yùn)行階段，W將是偏濾器的首選PFM材料。W-PFM與鉻鋯銅(Cu) 熱沉材料結(jié)合成為面向等離子體部件(PFC)，是實(shí)際應(yīng)用的基本單元。W與Cu熱沉的連接包括單塊類型(Monoblock Type)和平板類型(Flat Type)。單塊類型的特征是在W塊的中心區(qū)域開孔，然后把Cu冷卻水管穿過開孔與鎢塊連接起來。單塊類型的PFC可以減少W/Cu連接界面的熱應(yīng)力，承受循環(huán)高熱負(fù)荷的沖擊。單塊類型是聚變裝置偏濾器部分高熱負(fù)荷部件制備的首選方案。W/Cu連接工藝包括澆鑄(Casting)、熱等靜壓(Hot Isostatic Pressing, HIP)、高溫釬焊(Brazing)和中溫脹管熱擴(kuò)散焊接(Hot Radial Pressing, HRP)等。其中，熱等靜壓(Hot Isostatic Pressing，HIP)和中溫脹管熱擴(kuò)散焊接(Hot Radial Pressing, HRP)的組合可以制備界面結(jié)合較好的高熱負(fù)荷部件， 且方法簡便可靠，易于實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了制約現(xiàn)有技術(shù)的不足和瓶頸，提供了一種用于核聚變裝置的高熱負(fù)荷部件制造方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種用于核聚變裝置的高熱負(fù)荷部件制造方法，其特征在于包括以下步驟
(1)加工鎢塊，在鎢塊中心區(qū)域鉆孔，然后進(jìn)行孔表面處理；
(2)無氧銅內(nèi)襯與帶孔的鎢塊裝配、封焊，用熱等靜壓方法將帶孔的鎢塊與無氧銅內(nèi)襯連接在一起，形成一層約一毫米厚的中間層，進(jìn)行無損檢測；
(3)鉻鋯銅冷卻水管裝配至鎢塊無氧銅內(nèi)襯內(nèi)，用中溫脹管熱擴(kuò)散焊接方法，即把裝配好的鎢塊與鉻鋯銅冷卻水管放在一個(gè)腔室內(nèi)，抽真空，在鉻鋯銅冷卻水管內(nèi)施加30-100兆帕的壓力，同時(shí)加熱到300-800°C，并保溫0. 5-5h，將鉻鋯銅冷卻水管和一組帶有無氧銅內(nèi)襯的鎢塊連接起來，無損檢測后得到高熱負(fù)荷部件。所述的用于核聚變裝置的高熱負(fù)荷部件制造方法，其特征在于所述的高熱負(fù)荷部件為由鉻鋯銅冷卻水管串聯(lián)的多個(gè)含無氧銅內(nèi)襯鎢塊。本發(fā)明的有益效果
該制造方法保證了 W塊/Cu管的可靠連接和Cu管本身的較高強(qiáng)度，而無氧銅中間層的使用可以較好地緩和部件服役期間因?yàn)槊}沖等離子體輻照而在W塊和Cu管之間產(chǎn)生的循環(huán)熱應(yīng)力。制造方法工藝簡便可靠，易于實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)；該方法制備的高熱負(fù)荷部件可以承受高熱負(fù)荷循環(huán)沖擊，適用于長脈沖、高參數(shù)的聚變裝置中。


圖1為本發(fā)明中帶孔鎢塊的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、鎢塊。圖2為本發(fā)明中帶有無氧銅中間層的鎢塊的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、鎢塊，2、無氧銅。圖3為本發(fā)明中高熱負(fù)荷部件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、鎢塊，2、無氧銅、3、冷卻水管。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明包括帶孔的鎢塊圖1、帶有無氧銅中間層的W塊圖2、W塊/Cu冷卻水管連接而成的高熱負(fù)荷部件圖3。本發(fā)明首先加工W塊，在W塊中心區(qū)域鉆孔；然后通過HIP方法把OFC連接到W塊開孔的表面，制備成帶有OFC中間層的W塊；最后，把Cu冷卻水管與一組帶有OFC中間層的 W塊通過HRP方法連接起來，制備成W/Cu高熱負(fù)荷部件。每次焊接后都要進(jìn)行無損檢測，確保連接界面質(zhì)量。
權(quán)利要求
1.一種用于核聚變裝置的高熱負(fù)荷部件制造方法，其特征在于包括以下步驟(1)加工鎢塊，在鎢塊中心區(qū)域鉆孔，然后進(jìn)行孔表面處理；(2)無氧銅內(nèi)襯與帶孔的鎢塊裝配，封焊，用熱等靜壓方法將帶孔的鎢塊與無氧銅內(nèi)襯連接在一起，形成一層約一毫米厚的中間層，再進(jìn)行無損檢測；(3)鉻鋯銅冷卻水管裝配至鎢塊無氧銅內(nèi)襯內(nèi)，用中溫脹管熱擴(kuò)散焊接方法，即把裝配好的鎢塊與鉻鋯銅冷卻水管放在一個(gè)腔室內(nèi)，抽真空，在鉻鋯銅冷卻水管內(nèi)施加30-100兆帕的壓力，同時(shí)加熱到300-800°C，并保溫0. 5-5h，將鉻鋯銅冷卻水管和一組帶有無氧銅內(nèi)襯的鎢塊連接起來，無損檢測后得到高熱負(fù)荷部件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于核聚變裝置的高熱負(fù)荷部件制造方法，其特征在于所述的高熱負(fù)荷部件為由鉻鋯銅冷卻水管串聯(lián)的多個(gè)含無氧銅內(nèi)襯鎢塊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于核聚變裝置的高熱負(fù)荷部件制造方法，其主要是首先用熱等靜壓方法將帶孔的鎢塊與無氧銅內(nèi)襯連接在一起，然后用中溫脹管熱擴(kuò)散焊接方法把鉻鋯銅冷卻水管和一組帶有無氧銅中間層的鎢塊連接起來，制備成高熱負(fù)荷部件。本發(fā)明保證了鎢塊/鉻鋯銅管的可靠連接和鉻鋯銅管本身的較高強(qiáng)度，而無氧銅中間層的使用可以較好地緩和部件服役期間因?yàn)槊}沖等離子體輻照而在鎢塊和鉻鋯銅管之間產(chǎn)生的循環(huán)熱應(yīng)力；該制造方法工藝簡便可靠，易于實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)；該方法制備的高熱負(fù)荷部件可以承受高熱負(fù)荷循環(huán)沖擊，適用于長脈沖、高參數(shù)的聚變裝置中。
文檔編號B23P15/00GK102284837SQ201110188358
公開日2011年12月21日 申請日期2011年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月7日
發(fā)明者李強(qiáng), 王萬景, 祈攀, 羅廣南, 謝春意 申請人:中國科學(xué)院等離子體物理研究所