ITER校正場線圈盒真空電子束焊接分析

1.概述控制棒導(dǎo)向筒是核島主設(shè)備堆內(nèi)構(gòu)件的主要部件之一,為控制棒的運動提供定位和導(dǎo)向,因此其制造精度要求非常高。目前,百萬千瓦級核電站控制棒導(dǎo)向筒組件中的半方管和c形板均采用真空電子束焊接,利用真空電子束焊接技術(shù)的能量密度高、熱輸入高度集中、熱影響區(qū)小、焊縫的深寬比大、焊接速度快等特點,有利于控制其焊接變形并

1 國內(nèi)外電子束焊接技術(shù)研究現(xiàn)狀 摘要綜述了電子束焊接技術(shù)的國內(nèi)外研究發(fā)展動態(tài)。簡述了電子束焊接基本 原理及國內(nèi)外研究者已取得的部分研究成果,并展望了異種材料電子束焊接技術(shù) 的研究方向。 關(guān)鍵詞電子束焊接 0引言 隨著全球工業(yè)化步伐的加快及現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的突飛猛進,焊接這門古老而現(xiàn) 代的技術(shù)也在不斷地完善和發(fā)展,可以說焊接已在現(xiàn)代的生產(chǎn)生活中占有極為重 要的地位。近代焊接技術(shù),自1882年出現(xiàn)碳弧焊開始,迄今已經(jīng)歷了100多年的 發(fā)展歷程,為了適應(yīng)工業(yè)發(fā)展及技術(shù)進步的需要,先后產(chǎn)生了埋弧焊、電阻焊、電 渣焊及各種氣體保護焊等一系列新的焊接方法。進入20世紀(jì)60年代后,隨著焊 接新能源的開發(fā)和焊接新工藝的研究,等離子弧切割與焊接、真空電子束焊接及 激光焊接等高能束技術(shù)也陸續(xù)應(yīng)用到各工業(yè)部門,使焊接技術(shù)達到了一個新的水 平。特別是近年來,航空、

iter屏蔽包層模塊是一種多冷卻通道的316ln不銹鋼部件，部件制作的關(guān)鍵技術(shù)包括冷卻通道上前端蓋板的小熔深焊接。本文針對10mm、5mm兩種不同熔深要求的316ln屏蔽包層模塊小熔深焊接技術(shù)難題，開展了電子束焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計和相應(yīng)的焊接工藝研究。確定了屏蔽包層模塊的鎖底對接結(jié)構(gòu)，同時確定了不同熔深下鎖底對接的襯底寬度。實驗結(jié)果證明，該工藝方法滿足技術(shù)條件要求，確保了焊縫達到穩(wěn)定可靠的焊接質(zhì)量。同時通過該工藝研究取得了大量性能試驗數(shù)據(jù)，為iter屏蔽包層模塊的設(shè)計提供了技術(shù)輸入。

**資訊http://www.***.*** **資訊http://www.***.*** **資訊http://www.***.***

對inconel718高溫合金12mm厚板的真空電子束焊(ebw)接頭整體及分層的顯微組織和高溫力學(xué)性能進行了研究。結(jié)果表明:經(jīng)熔透焊+修飾焊的接頭,焊縫中心的上、下層為樹枝晶,中層為柱狀晶;熱影響區(qū)由上層至下層晶粒長大程度逐漸減小。經(jīng)固溶+雙時效熱處理后,ebw接頭各區(qū)域晶界處均有δ相析出,在焊縫中心最多,在熱影響區(qū)及母材較少,晶粒內(nèi)部均析出了γ″相。在650℃時,接頭整體的抗拉強度σb、屈服強度σs和伸長率δ分別為1100mpa、800mpa和18%,達到了母材的90%、80%和80%。分層切片的力學(xué)性能下層最高,σb、σs和δ分別達到了1170mpa、870mpa和18%;上層最低,分別為1080mpa、780mpa和7%。上層斷口以脆性斷裂為主,中、下層斷口以韌性斷裂為主。顯微硬度分布為焊接中心最低,熱影響區(qū)與母材較高。晶界δ相的析出數(shù)量越多,顯微硬度值越低。

電子束焊接是一種利用電子束作為熱源的焊接工藝。電子束發(fā)生器中的陰極加熱到一定的溫度時逸出 電子，電子在高壓電場中被加速，通過電磁透鏡聚焦后，形成能量密集度極高的電子束，當(dāng)電子束轟 擊焊接表面時，電子的動能大部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽购附蛹慕Y(jié)合處的金屬熔融，當(dāng)焊件移動時，在焊 件結(jié)合處形成一條連續(xù)的焊縫。對于真空電子束焊機，要焊接的工件置于真空室中，一般裝夾在可直 線移動或旋轉(zhuǎn)的工作臺上。焊接過程可通過觀察系統(tǒng)觀察。 電子束焊接技術(shù)因其高能量密度和優(yōu)良的焊縫質(zhì)量，率先在國內(nèi)航空工業(yè)得到應(yīng)用。先進發(fā)動機 和飛機工業(yè)中已廣泛應(yīng)用了電子束焊接技術(shù)，取得了很大的經(jīng)濟效益和社會效益，該項技術(shù)從上世紀(jì) 八十年代開始逐步在向民用工業(yè)轉(zhuǎn)化。汽車工業(yè)、機械工業(yè)等已廣泛應(yīng)用該技術(shù)。 我國自行研制電子束焊機始于60年代，至今已研制生產(chǎn)出不同類型和功能的電子束焊機上百臺， 并形成了一支研制生產(chǎn)的技術(shù)隊伍，能為

真空隔斷是真空盒體與低溫分配管路之間的連接接口。本文主要介紹了真空隔斷的結(jié)構(gòu)設(shè)計,并應(yīng)用有限元分析軟件ansysworkbench建立了真空隔斷的三維實體模型,對其進行了熱和結(jié)構(gòu)的耦合分析,獲得真空隔斷故障態(tài)時的應(yīng)力和溫度分布以及傳導(dǎo)熱。分析的結(jié)果為真空隔斷的研制提供了可靠的理論依據(jù)。

利用電子束焊接方法,焊接厚6mm的ta12鈦合金板材。通過拉伸實驗、持久實驗和疲勞實驗對焊接接頭的力學(xué)性能進行研究,同時對疲勞斷口進行分析。結(jié)果表明:在室溫和550℃時,焊接接頭強度與母材相當(dāng);在室溫時,焊接接頭的塑性與母材存在明顯差異,焊接接頭的延伸率與母材相比有所下降;而在550℃時,焊接接頭塑性與母材相當(dāng)或略大。疲勞斷裂位置位于靠近熔合線附近的焊縫區(qū)域,裂紋源處于試樣亞表面處;焊縫中存在氣孔缺陷,但沒有觀察到由氣孔形成的裂紋源;在疲勞實驗過程中氣孔起加速裂紋擴展的作用,氣孔越靠近表面對疲勞性能的影響越大。

介紹了用電子束焊焊接汽車空調(diào)壓縮機鋁合金活塞部件的工藝方法,就焊接過程中存在的問題進行了分析。焊后零件通過拉伸、氣密、金相等試驗分析,電子束焊接工藝有利于提高鋁合金活塞焊縫質(zhì)量。

針對穩(wěn)壓器的電加熱元件00cr17ni14mo2不銹鋼管(φ22mm×2.5mm)的i型坡口對接結(jié)構(gòu),采用上聚焦方式的電子束焊接工藝,解決了焊縫內(nèi)凸和表面塌陷的成型問題,實現(xiàn)了該結(jié)構(gòu)的單面焊雙面成型焊接。試件按法國rcc-m規(guī)范進行外觀尺寸檢測、液體滲透檢測、x射線檢測、拉伸試驗、彎曲試驗、金相檢測、鐵素體含量測定及晶間腐蝕試驗,未見任何缺陷,各項性能均滿足技術(shù)條件要求。

對10mmaz61鎂合金板材進行了真空電子束深熔焊接數(shù)值模擬研究.考慮到焊接過程中高溫金屬蒸氣等離子體的熱效應(yīng)及真空電子束焊接"匙孔"深熔熱效應(yīng)特征,建立了高斯面熱源與雙橢球體熱源復(fù)合的移動熱源模型,采用數(shù)值模擬的方法研究了鎂合金真空電子束焊接溫度循環(huán)特征及不同焊接工藝對焊縫成形的影響.結(jié)果表明,建立的復(fù)合熱源模型能夠獲得電子束深熔焊接的效果,并可模擬不同焊接工藝下的溫度場分布與電子束熱源作用下的焊縫成形,這也證明了該模型在az61鎂合金電子束平板焊接的熱效應(yīng)模擬中有較好的適用性.

本文采用bni-2、bпp-1兩種釬料,對1cr18ni9ti不銹鋼進行了電子束釬焊和真空釬焊,并對其接頭進行了顯微組織分析.結(jié)果表明,兩種釬料電子束釬焊形成的接頭顯微組織主要都是固溶體;bni-2釬料真空釬焊形成接頭的顯微組織是由兩部分組成的,一部分是位于母材附近的鎳固溶體,另一部分是位于釬縫中心的化合物組織;bпp-1釬料真空釬焊形成接頭的顯微組織是由銅-鎳固溶體和釬縫中少量的化合物相組成的.

給出電子束在束腔內(nèi)的運動方程并得出解,分析電子束在束腔內(nèi)運動時的發(fā)散情況與加速電壓性能之間的關(guān)系,以及整流變壓器的變比對功率因數(shù)的影響。在此基礎(chǔ)上設(shè)計1臺120kv/12kw電子束加速用高壓直流電源,實驗結(jié)果表明該電源性能滿足電子束焊接裝置的要求。

采用ansys有限元分析軟件,建立12mm厚tc4鈦合金平板電子束焊接溫度場和應(yīng)力場的三維有限元數(shù)值計算模型。模型采用圓錐體熱源考慮電子束焊接時的小孔效應(yīng);材料的熱學(xué)、力學(xué)性能參數(shù)隨溫度變化;相變和熔池內(nèi)液體的對流散熱通過比熱和熱導(dǎo)率的變化實現(xiàn)。計算結(jié)果表明:鈦合金電子束焊接時,熔池呈典型的卵形分布。高值縱向殘余拉應(yīng)力集中分布在焊縫中心線兩側(cè)距焊縫中心線4mm的區(qū)域內(nèi),平板內(nèi)部出現(xiàn)接近材料屈服極限的局部三維殘余拉應(yīng)力狀態(tài)。實驗得到的焊縫宏觀形貌和小孔釋放法檢測到的焊接殘余應(yīng)力對計算結(jié)果進行驗證,實驗結(jié)果和計算結(jié)果吻合較好,證明了有限元模型的正確性。

通過對兩類精密閥門組件結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性、技術(shù)要求的可達性及工藝的可行性等方面的探討，提出了合理的焊接結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求，并經(jīng)大量的工藝試驗工作，找出了合理的焊接工藝參數(shù)及質(zhì)量控制方法。

對t2紫銅與10#鋼電子束焊接工藝進行了初步的試驗與研究。試驗結(jié)果表明,焊前采用散焦電子束偏銅側(cè)預(yù)熱有利于減少熱裂紋傾向、增加焊接熔深并使焊縫表面成形改善;預(yù)熱后以合理的焊接工藝參數(shù)偏10#鋼0.3～0.5mm焊接是保證較大厚度工件形成勻稱焊縫的必要條件。

首先對50mm厚ta15鈦合金平板分別采用堆焊和對焊兩種方法進行電子束焊接,然后采用盲孔法測量了熱處理和未熱處理情況下焊接試件殘余應(yīng)力的分布情況.測量發(fā)現(xiàn),對接焊和堆焊試件上表面縱向應(yīng)力在焊縫和熱影響區(qū)呈現(xiàn)較大的拉應(yīng)力,且對接焊試件的縱向應(yīng)力大于堆焊試件;上表面橫向殘余應(yīng)力幅值較低,且整體呈現(xiàn)壓應(yīng)力分布.下表面的橫縱應(yīng)力整體上為壓應(yīng)力,且橫縱應(yīng)力的分布和大小非常接近.結(jié)果表明,熱處理工藝造成各試板的橫縱應(yīng)力趨于一致,整個試板上的應(yīng)力趨于均勻化,且堆焊試件的均勻化程度更明顯.

通過對tc4-dt鈦合金焊接接頭顯微組織的觀察和疲勞斷裂過程的原位觀測,分析了焊接接頭的顯微組織特征,研究了焊接接頭的疲勞裂紋萌生與擴展行為。結(jié)果表明:tc4-dt焊接接頭疲勞斷裂于母材區(qū),疲勞裂紋萌生于試樣的邊緣,裂紋既可以沿著初生α相擴展又能直接切過初生α相擴展,裂紋的萌生壽命占整個疲勞壽命的比例較大,裂紋的擴展壽命很短。

采用單邊缺口試樣，用掃描電鏡觀察了tc4-dt鈦合金母材及電子束焊接接頭焊縫區(qū)與熱影響區(qū)的疲勞斷口，分別分析了疲勞裂紋起裂源、擴展區(qū)及瞬斷區(qū)的斷口形貌特征。結(jié)果表明，疲勞裂紋均起裂于試樣缺口根部，并由試樣的一側(cè)擴展到另一側(cè)，裂紋擴展初期均沿一定的結(jié)晶面擴展，屬于脆性穿晶斷裂；母材和熱影響區(qū)的瞬斷部位均有明顯的韌窩出現(xiàn)，屬于塑性沿晶斷裂，而焊縫區(qū)斷口上韌窩不明顯；熱影響區(qū)疲勞斷口有疲勞條帶出現(xiàn)，但在母材和焊縫區(qū)斷口上很難看見。

機載液冷冷板要求體積小、密封性和散熱效率高。本文采用真空釬焊-電子束焊復(fù)合焊接技術(shù)實現(xiàn)了3a21鋁合金冷板的焊接密封,在同等散熱效率的前提下,為機載液冷冷板的進一步微型化提供新的焊接密封方案。

管內(nèi)電纜導(dǎo)體(cable-in-conduitconductor,cicc)是目前為止大型低溫超導(dǎo)磁體的首選導(dǎo)體,cicc在超導(dǎo)儲能磁體及大型超導(dǎo)核聚變實驗裝置中的應(yīng)用具有不可比擬的優(yōu)越性。cicc的穩(wěn)定性對其實際應(yīng)用起著重要影響,因此開展關(guān)于cicc穩(wěn)定性的研究對于推廣cicc的應(yīng)用有著重要的實際意義。利用一維數(shù)學(xué)模型(gandalf軟件)對iter校正線圈(cc)cicc的穩(wěn)定性進行仿真,研究了運行電流、運行磁場和he質(zhì)量流速率對cicc的穩(wěn)定性裕度影響;同時,將基于熱平衡方程的理論結(jié)果和仿真實驗結(jié)果進行比較,驗證了理論的可靠性和軟件的實用性。

DINENISO5817鋼、鎳、鈦及其合金熔焊接頭(不包括電子束焊接)缺陷的質(zhì)量等級