论文部分内容阅读
核聚变能被认为是理想的未来主流清洁能源。目前已发展了多种核聚变能研究装置，其中托卡马克类型的受控磁约束核聚变装置最有希望获得重大突破。托卡马克装置包括磁体系统、真空室、杜瓦、冷屏、偏虑器和包层等构成的装置主机，以及与之配套的多个系统。 中国未来聚变堆为托卡马克类型的磁约束核聚变装置。真空室是中国未来聚变堆的核心安全部件，为大型重载复杂轮廓双层全焊接结构，涉及诸多关键技术。为了探索未来聚变堆真空室关键技术的解决方案，以便为工程设计提供技术支撑，并为实际建造进行技术储备，针对真空室部件结构和总体装配结构涉及的关键建造技术，利用R&D(Research& Development)模型件开展了技术攻关研究。R&D模型为45°扇形段（即1/8扇形段），由四个1/32扇形段、过渡段和窗口延长段焊接而成，而每个1/32扇形段又由四个PS段部件焊接而成，其中两个1/32扇形段还包含窗口领圈。R&D模型为全焊接结构，总体形状轮廓精度和各PS段形状轮廓精度分别要求控制在±8mm、±3mm以内，所有焊缝要求穿透焊并达到ISO13919:1996的B级焊缝质量要求。本文针对1/32扇形段的四个PS段部件焊接、窗口领圈部件焊接、PS段之间的成环焊接以及1/16扇形段和过渡段的焊接所涉及的关键焊接技术进行研究。 针对真空室的焊接技术要求和具体结构，确定了手工氩弧焊(TIG)、自动窄间隙氩弧焊(NG-TIG)和电子束焊接(EBW)方法;通过焊接工艺试验确定了手工TIG焊接坡口形式;设计了NG-TIG焊接工艺方案并进行了焊接试验，最终确定了自动NG-TIG全位置焊接工艺参数并验证了真空室双层结构的焊接可行性;设计了EBW焊接工艺方案并进行了初步试验。 针对焊接变形的预测，利用基于热弹塑性法的焊接有限元数值模拟软件Visual-Weld对NG-TIG焊接平板进行了仿真计算并进行了试验对比，试验结果和仿真结果的趋势较为相近，验证了弹塑性法的可行性。利用基于固有应变法的焊接有限元数值模拟软件Weld-Planner进行了PS3部件的仿真计算，通过不同方案的对比分析，得出了优化的焊接工艺顺序方案，为实际焊接提供了指导。 为更好地开展R&D模型件的研究，逐步开展了双层平板预研件、双层单曲面弧板预研件和双层双曲面弧板预研件的焊接工艺试验，设计了焊接工装夹具进行变形控制研究，初步掌握了焊接变形规律，为R&D模型的焊接提供了重要参考。 针对首件1/32扇形段中各PS段和中窗口领圈部件的焊接，设计了焊接工艺方案并进行了实际焊接，最后通过焊缝的无损检测以及形状轮廓测量对焊接质量进行了评估，结果显示焊接工艺方案有效地保证了部件焊接质量。