CFETR水冷包层电磁结构耦合分析

利用软件Maxwell对中国聚变工程实验堆(CFETR)高场侧的水冷陶瓷增殖(WCCB)包层进行电磁分析,得到了包层在等离子体电流线性36ms衰减工况下产生的电磁载荷.采用载荷传递耦合法,结合软件ANSYS可得包层中产生的形变位移和等效应力.分析结果表明,WCCB包层中产生的最大等效应力符合设计要求,且形变位移均在许用...     

ITER TBM第一壁制造方法与样件试制

介绍了ITER实验包层模块(TBM)第一壁(FW)的四种加工方式,并且采用其中一种铣槽-电子束焊接-折弯法,用304不锈钢加工了一个FW验证件。对制成的FW样件沿流道切割开,测得弯曲处最小流道面积为弯曲前的85%,弯曲处流道外侧壁厚的减薄较明显,但可以通过机械加工的方法来控制。为了进一步证实这种加工方式的可行性,下一步须使用FW实际使用的低活化铁素体马氏体钢(RAFM)来研究此方法。     

铀基聚变-裂变混合堆次临界能源包层有限元力学分析

次临界能源包层是聚变-裂变混合堆的重要部件,对其进行力学特性分析研究是确保整个反应堆正常运行的关键。本文利用有限元分析软件对次临界能源包层的第一壁结构、支撑固定结构的相关零部件开展了初步的力学分析,得到了各零部件相关结构的最大应力值、应力分布云图和变形分布云图,其中支撑结构的最大应力位于加强筋板与圆柱定位销的连接处,应力值为310.2 MPa;第一壁的最大应力位于“U”形流道拐角处,应力值为240.7 MPa;按相应的评价准则进行结构的强度和刚度校核,计算结果表明次临界能源包层各零部件能够满足计算工况下的强度和刚度要求。     

CFETR水冷陶瓷增殖剂包层中子学分析

基于中国聚变工程实验堆(CFETR)水冷陶瓷增殖剂(WCCB)三维中子学模型,应用蒙特卡罗输运程序MCNP5和IAEA聚变评价核数据库FENDL2.1,完成了WCCB中子学性能分析。研究了在200MW、500MW、1.0GW、1.5GW聚变功率下中子壁载荷(NWL)、氚增殖率(TBR)、核热沉积以及包层材料的辐照损伤。结果显示,目前WCCB包层核分析结果满足CFETR设计要求。     

ITER PF支撑结构焊接技术

介绍了ITER PF 支撑结构制造工艺及焊接技术方案,阐述了对控制焊接变形应力、提高低温冲击韧性、控制焊缝铁素体含量等采取的技术措施。焊后应力消除方案以及防变形措施使得加工精度和成品质量得到了提高。     

ITER驱动混合堆次临界包层燃料区结构设计与分析

基于国际热核聚变实验反应堆磁约束聚变-裂变混合能源系统次临界包层的物理-热工设计结果,提出了聚变-裂变混合堆次临界包层燃料区结构设计方案,包括纵骨支撑结构、燃料区结构和锆包壳结构。运用Pro/e建模软件建立了次临界包层燃料区结构模型,并利用ANSYS-workbench mechanical有限元分析软件对纵骨式支撑结构开展了初步力学分析,得到了燃料部件和纵骨式多层支撑结构的最大Tresca应力值、应力分布云图和总变形量,其中最大应力为87.04 MPa,最大变形量为0.17mm。按照第3强度理论校核,计算结果表明纵骨式次临界包层结构各部件能够满足强度要求。     

4 mm腔长高功率单管半导体激光器封装应力的研究

为了减小长腔长高功率单管半导体激光器在封装过程中引入的热应力,根据应力改变禁带宽度的原理,理论上推导了应力与波长漂移的关系,提出了一种通过测量激光器脉冲条件下的光谱来定量计算激光器应力的方法。利用这种方法得到的研究结果表明,焊接质量直接决定着应力的大小,由焊接质量的不同引起的应力差值超过了300 MPa,提出了优化焊接回流曲线的方法,使激光器的应力由原来129.7 MPa降低到53.4 MPa,该方法还有效的解决了封装应力随储存时间变化的问题。实验表明,激光器光谱图的测量分析是研究高功率单管半导体激光器封装应力的有效方法,也是检测分析烧结工艺的有效手段。     

水冷陶瓷增殖剂包层氚输运分析

基于2015版本中国聚变工程实验堆(CFETR)水冷陶瓷增殖剂(WCCB)包层模块设计特点,建立详细的氚输运分析模型,对不同包层模块(包括不同的增殖区)、载氚气回路、冷却剂回路和蒸汽发生器中的氚输运进行分析。结果表明不同包层模块氚的浓度、渗透量、滞留量均不同,全堆所有包层模块增殖区中氚的滞留量为6.62×10-2g,结构材料中氚滞留量为2.01g,载氚气和冷却剂回路中氚滞留量分别为4.03×10~(-4)g和0.19g,氚通过蒸汽发生器的渗透量为20mg?y~(-1),冷却剂回路中氚渗透到管道外的量为0.1mg?y~(-1)。     

5083铝合金光纤激光-TIG复合焊接工艺研究

采用IPG YLS-6000光纤激光器和Fronius MagicWave3000job数字化焊机,对4mm厚5083H116铝合金进行了复合焊接试验。研究了电源特性、电流大小和热源间距等工艺参数对光纤激光-钨极惰性气体保护焊(TIG)复合焊接焊缝成形的影响规律,并分析了焊接接头的缺陷、显微硬度及力学性能。结果表明,光纤激光-TIG复合焊接5083铝合金,能够明显改善焊缝成形,提高焊接过程稳定性,特别是与变极性TIG电弧复合效果更为显著;光纤激光与变极性TIG电弧复合焊接,采用激光在前的方式,电弧电流150A,且热源间距不大于4mm,可以得到具有明亮金属光泽和均匀鱼鳞纹的焊缝,焊缝无气孔和裂纹缺陷,其表面有少量的下凹;复合焊接接头抗拉强度为318MPa,达到母材强度的93%,延伸率为7.6%,高于单光纤激光焊接,断口分析为韧性断裂。     

基于ANSYS的T型焊接接头温度场数值模拟

准确计算瞬时焊接温度场是控制焊接应力及变形的先决条件。本文采用高斯热源模型,基于ANSYS分析软件,通过参数化语言APDL对T型焊接接头温度场进行数值模拟。结果表明,所得焊接温度场的变化过程及分布规律符合焊接工艺实际,这为控制焊接残余应力及变形,进一步优化焊接结构及焊接顺序提供了基础。     

核用结构材料SIMP钢低活化特性的分析与比较

在中国聚变工程实验堆(CFETR)水冷陶瓷增殖(WCCB)包层的设计条件下,对水冷包层应用SIMP 钢,使用蒙特卡罗中子输运程序MCNP 与欧洲研制的材料活化计算程序FISPACT 耦合计算,分析了SIMP 钢结构材料的放射性比活度、衰变热、接触剂量率和辐照损伤等。通过与EUROFER-97、F82H 等多种低活化钢的对比发现,SIMP 钢在多个活化结果上达到国际上认可的低活化铁素体/马氏体钢(RAFM)的低活化特性。因此,SIMP 钢可作为未来聚变堆包层的候选结构材料。     

低活化铁素体/马氏体钢CLF-1激光焊接模式转变研究

为研究低活化铁素体/马氏体钢(RAFM) CLF-1激光焊接模式转变规律,对其焊缝横截面形貌及尺寸进行了宏观表征和定量分析。结果表明,在一定条件下,随着焊接功率的增大,焊接模式从热传导焊模式向小孔深熔焊模式转变,焊缝横截面表现为“圆弧形”、“V字形”和“钉头形”三种类型形貌。CLF-1钢激光焊接模式不受焊接速度、离焦量变化的影响。激光焊接模式转变的临界值为深熔焊阈值,CLF-1钢深熔焊阈值由材料自身特性决定,当焊接速度为10mm·s^-1时,CLF-1钢深熔焊阈值约为1.20kW·mm^-1。     

用磁搅拌技术减轻和消除铍的焊接缺陷

在焊接时利用电磁搅拌技术可以起到细化晶粒，减轻或消除各种焊接缺陷的作用，有利于焊接接头质量的提高。电磁搅拌是在交变磁场的作用下产生的电磁力迫使焊缝熔池的液态金属改变原有运动模式和结晶状态，从而达到控制焊缝凝固组织、减少焊接缺陷的目的。电磁场与焊缝金属的相互作用有2个显著特点：使枝晶破碎、游离，加速枝状晶向等轴晶转变，扩大等轴晶的形成，使晶粒细化；促使焊缝气泡的分离与浮出，对减轻和消除焊接气孔有利。铍的熔焊由于结晶组织粗大和焊缝的高应力状态将导致焊缝开裂。采用高能束（激光）焊接，并且在进行铍的熔焊时加Al-si合金填充材料，再辅以合适的焊接工艺措施可以改善铍的焊接性能和防止铍的开裂。采用磁搅拌技术减轻和消除铍的焊接缺陷，需要在技术上考虑3方面的问题：（1）铍和Al-si合金填充材料都是非磁性材料，非磁性材料对电磁搅拌产生何种效果和影响。（2）与TIG（氩弧焊）焊接相比，激光焊接为无焊接电弧柔性载流导体，电磁场能否对激光焊接实现搅拌。（3）磁场应加在焊缝区域的什么位置才能使搅拌获得良好的效果。对于非磁性材料又无焊接电弧柔性载流导体的激光焊接，交变磁场式电磁搅拌装置显然对熔池起不到搅拌作用，焊缝的原有液态金属的运动规律不能被打乱，起不到细化晶粒和消除焊接缺陷的目的。     

高温合金活性剂激光微焊接接头的组织性能研究（英文）

采用配方均匀设计法,配制了SiO2-MnO2-CaO-TiO2-CaF2-NaF多组元活性剂,利用微型脉冲激光器对500μm厚GH4169高温合金进行了活性剂激光焊接试验。分析并讨论了焊接接头的显微组织和力学性能。试验结果表明,与传统激光焊相比,所配制的20种活性剂均增加了焊缝熔深,并且其中F12系混合活性剂增加熔深能力最为显著,使焊缝深宽比增加了159%,证明通过使用活性剂来增加微激光焊焊缝熔深,降低高温合金板激光焊接的成本是可行的。在活性剂作用下,焊缝显微组织仍由柱状晶和等轴晶组成,接头抗拉强度达到927 MPa,为母材强度的92.7%。     

高温合金活性剂激光微焊接接头的组织性能研究

采用配方均匀设计法,配制了SiO2-MnO2-CaO-TiO2-CaF2-NaF多组元活性剂,利用微型脉冲激光器对500 m厚GH4169高温合金进行了活性剂激光焊接试验。分析并讨论了焊接接头的显微组织和力学性能。试验结果表明,与传统激光焊相比,所配制的20种活性剂均增加了焊缝熔深,并且其中F12系混合活性剂增加熔深能力最为显著,使焊缝深宽比增加了159%,证明通过使用活性剂来增加微激光焊焊缝熔深,降低高温合金板激光焊接的成本是可行的。在活性剂作用下,焊缝显微组织仍由柱状晶和等轴晶组成,接头抗拉强度达到927 MPa,为母材强度的92.7%。     

热环境下红外镜头面形变化对成像质量的影响

由于红外镜片材料的温度特性,环境温度的变化会对红外镜头的成像质量造成影响。为了研究不同温度场下镜片的应力状态以及镜面面形变化情况,利用光机热集成分析方法,运用有限元分析软件ANSYS WORKBENCH对设计的红外镜头进行了热结构耦合分析,从分析结果中得到了镜片等效压应力的大小。利用Zernike多项式拟合了变形后的镜面面形,将得到的Zernike系数导入到ZEMAX中建立了多重温度结构,分析了不同温度下镜面变形前与变形后的光学系统离焦量的变化量。结果表明,镜片在低温-40℃时受到较大的等效压应力,最大等效应力81.118MPa,小于材料的断裂强度345MPa;不同温度下由于镜片面形发生变化,导致红外光学系统成像质量以及离焦量发生改变。     

MIG焊接熔池表面形状与熔滴热焓量分布的数学模型

综合考虑熔滴与熔池相互作用的物理过程,建立了描述熔池表面变形的数学模型和熔滴热焓量在熔池内部的分布模型.应用数值模拟技术分析了焊接工艺参数对熔池表面形状、熔滴热焓量分布区域、焊缝成形的相互影响规律,并进行了焊接工艺试验.     

新型智能球罐焊接机器人视觉传感器的研究

为实现智能球罐焊接机器人的自主运动与焊缝自动跟踪 ,研制了一种新型视觉传感器。该传感器以高分辨率线阵 CCD芯片为核心 ,由光源、滤光片、透镜等光学系统及 CCD驱动电路、光电信号处理电路等组成 ,其中光电处理电路全部由硬件实现。整个视觉传感系统可以避免焊接时弧光的干扰 ,实时、准确地检测出焊缝轨迹线偏差信号 ,具有实时性强、鲁棒性好、成本低、重量轻等优点。借助所研制的视觉传感器 ,球罐焊接机器人能够实现沿焊缝的自主运动和焊炬与焊缝的自动对中 ,满足球罐多层多道焊接工艺要求 ,实现球罐焊接作业的智能化、自动化     

真空室模块D 形环筋板焊接数值模拟与结构选型

基于有限元分析软件,以双椭球热源为内热源,对不同筋板型式下的真空室模块D 形环筋板焊接进行了三维动态模拟,得到了不同筋板型式下的瞬间温度场分布图、特征点热循环曲线以及应力应变曲线。结果表明：不同筋板型式下的焊接温度场以及各特征点的热循环曲线保持一致,相比采用I 型筋板的D 型环结构,采用 T 型筋板后的D 型环结构应力应变以及变形量都更小,真空室模块D 形环工程化试制过程中可优先考虑采用T 型筋板。     

半导体激光器巴条封装应力及评价

为了快捷而有效地检测半导体激光器的封装应力,设计了一种通过检测激光器巴条各个单元偏振度揭示出其封装应力分布的实验方法。实验测试半导体激光器巴条的各项参数,并利用有限元软件模拟,通过半导体能带与应力理论,说明偏振度与封装应力的影响关系。实验表明,巴条个别发光单元的偏振度较低、阈值电流较高是由于封装应力较大。通过计算,封装应力为141.92 MPa,偏振等效应力最大为26.73 MPa。实验器件在阈值以下的偏振度较好地反映了封装应力的分布趋势。利用阈值电流以下测量器件偏振度,可以为选择热沉及焊料材料、焊接工艺参数的改进等方面提供一个较为快捷而有效的检测方法。