ITER第一壁铍铜连接部件在高热负荷作用下的热性能分析

对ITER屏蔽包层第一壁板铍铜连接件在高热负荷作用下的传热性能进行了分析,模拟了第一壁铍铜连接手指部件的热应力和热应变,得到其对应的热疲劳寿命.计算结果表明,在局部4.7MW?m-2高热负荷作用和ITER水冷条件下,现有设计方案中的铍铜连接件的热性能和热疲劳性能均满足设计要求.     

ITER屏蔽包层第一壁人工缺陷模块热传导计算与分析

设计了3个外形一致的模块,其中两个在铍铜界面处预制有不同尺寸、形状和位置的缺陷,另一个是无缺陷的完整模块。通过有限元计算方法,分析了预制缺陷对温度分布的影响。通过无缺陷的完整模块的传热分析,评估有效的缺陷位置区域,计算了不同尺寸、形状、位置的缺陷的温度分布;根据对热传导基本公式中的各个量分别进行研究,并通过比较各种因素,得到了缺陷影响铍和铜合金界面温度的主要因素。     

ITER第一壁模块Be/Cu连接界面的热疲劳损伤分析

采用热等静压扩散连接技术并通过添加Ti/Cu中间过渡层实现了Be与CuCrZr合金之间的可靠连接,所制作的ITER第一壁小模块已通过高热负荷疲劳试验。对试验后的小模块进行了超声波无损探伤,发现界面多处存在大尺寸缺陷。介绍了高热负荷疲劳试验后模块的破坏性检测与分析,结合对缺陷界面的金相观察、SEM观察及EDS分析方法,确定了缺陷形成的主要原因。     

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采用热等静压扩散连接技术并通过添加Ti/Cu中间过渡层实现了Be与CuCrZr合金之间的可靠连接,所制作的ITER第一壁小模块已通过高热负荷疲劳试验.对试验后的小模块进行了超声波无损探伤,发现界面多处存在大尺寸缺陷.介绍了高热负荷疲劳试验后模块的破坏性检测与分析,结合对缺陷界面的金相观察、SEM观察及EDS分析方法,确定了缺陷形成的主要原因.     

过渡层厚度对Be/CuCrZr热等静压连接性能影响

在铍上用物理气相沉积(PVD)镀上10μmTi 和10μmCu,再添加不同厚度的(分别为0.00mm、0.25mm、 0.50mm、0.75mm、1.00mm)无氧铜作为中间过渡层,与CuCrZr/316L(N)复合板基座铜合金侧通过热等静压连接。采用光学显微镜、扫描电镜(SEM)与电子探针(EPMA)、X 射线衍射仪(XRD)、剪切试验等方法确定了界面组织与性能。试验结果表明：各厚度无氧铜模块连接成功,界面无裂纹、空洞等缺陷,钛铜间出现三层明显的反应层,分别为CuTi₂、CuTi 以及Cu₄Ti。添加无氧铜厚度越大,剪切强度越大。     

ITER第一壁模块Be/Cu连接失效分析

为了分析ITER第一壁模块试制过程中Be/Cu界面经热等静压扩散连接后出现的不可接受的大尺寸缺陷,对Be/Cu连接失效的模块进行了破坏性试验。首先采用线切割对模块进行解剖,并对连接界面缺陷区域及非缺陷区域通过金相观察、SEM观察及能谱分析进行对比,初步确定了界面连接的失效机理。     

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为了分析ITER第一壁模块试制过程中Be/Cu界面经热等静压扩散连接后出现的不可接受的大尺寸缺陷,对Be/Cu连接失效的模块进行了破坏性试验.首先采用线切割对模块进行解剖,并对连接界面缺陷区域及非缺陷区域通过金相观察、SEM观察及能谱分析进行对比,初步确定了界面连接的失效机理.     

HL-2M偏滤器CFC/CuCrZr靶板的非晶钎焊工艺研究

在采用商用的STEMET-1101非晶钎料、温度为710~750°C的真空钎焊下,对CFC/OFC(氯氟烃/无氧铜)复合块与CuCrZr(铬锆铜)的钎焊进行了研究。首先,通过X-射线衍射(XRD)和差式扫描量热分析对钎料的结构和熔化行为进行了表征;然后,通过光学显微镜、电子探针微分析和拉伸试验等方法对焊缝的组织形貌、元素成分分布、相结构和力学性能进行了分析;最后,通过高热负荷装置对CFC/OFC/CuCrZr钎焊模块的热疲劳性能进行测试。结果表明,在710~750°C钎焊温度内焊缝由Cu固溶体、(Cu, Ni)3P和Ni(Cu ,Cr)2P金属间化合物组成,焊缝平整无裂纹;特别是在750°C/15min情况下,抑制了焊缝金属间化合物的连续分布,OFC/CuCrZr的焊接强度大于OFC的抗拉强度,CuCrZr/CuCrZr的结合强度为210MPa,并呈现部分韧性断裂。在750°C/15min情况下制备的CFC/Cu/CuCrZr模块可以承受1000次7MW·m^-2的循环热负荷。     

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根据ITER电流引线的要求,设计和试验了分别由全铍铜(Be2%Cu)、全不锈钢(SS)和二元金属(BeCu/SS)三种不同类型分流器制作的68kA电流引线的1/90试件。研究了超导段各组件的性能,详细讨论了失冷故障实验结果。结果表明,对比全铍铜和全不锈钢分流器,二元分流器制作的超导模件更能够提高安全性以及减小冷端漏热,满足ITER高安全性和低热负荷的要求。     

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对中国氦冷固态增殖剂实验包层模块(CH HCSB TBM)第一壁的重力分析结果表明,由重力导致的应力和位移形变很小,可以忽略其影响;而第一壁的热结构分析表明,第一壁铍保护板的应力偏大,从结构设计角度出发建议采用钨铜合金代替铍作为第一壁的保护材料。     

ITER第一壁实验件的铍-铜连接界面分析

在ITER第一壁实验件的研究中,采用热等静压扩散连接技术对Be与CuCrZr合金进行连接实验,对完成扩散连接的部分连接件采用退火处理。对所有连接件进行超声波无损探伤后,检测到未退火的连接件Be/Cu连接界面存在缺陷。为分析扩散界面缺陷产生原因,从连接件的无缺陷区取样并进行界面微观分析。通过观察微观形貌和分析界面扩散层合金元素的变化,发现退火处理过的Be-Cu扩散界面的Cu-Ti扩散层和未扩散的Ti层厚度增加,中间层中Be与Cu元素形成脆性相的几率降低,整个扩散层厚度变大,扩散范围加大。实验表明退火工艺能改变Be/Cu热等静压扩散层连接结构组成,扩大扩散连接范围。     

High Heat Flux Tests of Small-scale Be/Cu Mock-ups for ITER

High temperature HIP joining technology of Be/CuCrZr alloy or DS-Cu has been applied by Europe and Japan for the frabrication of ITER first wall. At the first stage of our research, high temperature HIP joining of Be/CuCrZr alloy was investigated by referencing their successful experience and Ti was selected as interlayer. Since the first wall will receive high heat flux during ITER operation, the heat load resistance capabilities, in particular thermal fatigue property is a crucial criterion of FW mock-ups. In order to test the heat load resistance capabilities of Be/CuCrZr joints, an electron beam heat load facility with beryllium handling capability has been constructed and heat removal performances and thermal cycling tests of Be/CuCrZr joints were carried out.     

W/Fe/CuCrZr热等静压模块组织及性能分析

为实现面向等离子体材料钨(W)和热沉材料铜铬镐(CuCrZr)合金的可靠连接,对纯铁(Fe)作为W/CuCrZr合金热等静压连接中间层的可行性进行了探索性研究.在850℃/150MPa/135min的热等静压参数下制作了W/Fe/CuCrZr合金的实验模块,分别对连接界面进行了焊接界面、微观形貌、组织成分及剪切力学性能...     

退火对钛/铜热等静压扩散连接界面的影响

钛/铜(Ti/Cu)作为ITER 第一壁Be/CuCrZr 热等静压连接中间过渡层,形成了多层中间金属相结构,容易在Ti/Cu 金属相之间产生裂纹等缺陷。采用CuCrZr 代替Be,经过与Be/CuCrZr 相同的热等静压工艺,制作了多个CuCrZr/Ti/Cu/CuCrZr 连接件,对Ti/Cu 连接接头进行深入分析。对连接件分别进行未退火、400℃和500℃ 退火处理,去应力退火后对接头强度和缺陷分布的影响进行了研究。研究结果表明,中间钛层的两侧都形成了三层Ti/Cu 扩散层,分别为Cu₄Ti、CuTi 和CuTi₂。纯铜侧的Cu₄Ti 厚度比CuCrZr 侧的厚,使得裂纹几乎全部分布于铜侧的Cu₄Ti 与CuTi 交界处,拉伸样品极易在此处发生脆性断裂。随着退火温度升高,裂纹的产生和扩展减少。     

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As the ITER first wall Be/CuCrZr hot isostatic pressing (HIP) bonding intermediate transition layer, Ti/Cu layer can form a multi-layer intermediate metal phase, and defects such as cracks occur between the Ti/Cu metal phases. CuCrZr was used instead of Be, and a number of CuCrZr/Ti/Cu/CuCrZr joints were fabricated by the same HIP process as Be/CuCrZr to analyze the Ti/Cu joints. The effects of stress relief annealing on joint strength and defect distribution of the joints unannealed, annealed at 400°C and 500°C respectively were studied. The results show that three layers of Ti/Cu diffusion layers are formed on both sides of the intermediate titanium layer, namely Cu₄Ti, CuTi and CuTi₂. The thickness of Cu₄Ti on the pure copper side is thicker than that on the CuCrZr side, so that the crack is almost entirely distributed at the junction of Cu₄Ti and CuTi on the pure copper side where brittle fracture is easy to occur in the tensile samples. As the annealing temperature increases, the generation and propagation of cracks decreases.