HL-2M 真空室制造工艺难点分析及优化

根据 HL-2M 真空室结构及运行工况,对 HL-2M 真空室制造过程的工艺难点进行了深入的分析。结 合前期试验段制造经验,优化了真空室制造工艺,细化了真空室产品的制造工艺方案。通过优化后工艺措施的实 施,提高了真空室的制造质量,并为后续磁约束聚变装置真空室的制造积累了大量的经验。     

HL-2M 装置真空室设计

HL-2M 真空室结构为“D”形截面的双层-薄壁-全焊接式-环状结构,内环直径 2m,外环径 5.22m, 高 3.02m,由 20 个扇形段组成而成。真空室上开设有 121 个窗口以满足真空抽气、实验诊断、辅助加热及工程安 装等方面的要求;支撑采用滑动杆式结构;材料选用 Inconel625、Inconel718 与 316L 组合。运用有限元法对真空 室进行了结构强度评估,真空室满足设计要求。     

HL-2M 真空室用Inconel 625 材料性能研究

HL-2M 真空室的主体材料被选为Inconel 625。通过研究3 个产地的Inconel 625 母材和焊缝的性能,对比分析了该种材料的各项性能参数。通过比较得到进口Inconel 625 母材和焊接接头综合性能均最优。各项试验结果及分析对真空室部件的制造有重要的指导意义。     

HL-2M 真空室制造中的焊接与磁导率控制技术

以 HL-2M 真空室研制实践为基础,介绍了 Inconel625 材料的高气密性焊接工艺措施,该工艺措施 能有效减少焊缝漏点的出现,保证了真空室运行时的极限真空度能稳定达到 10⁻⁶Pa;另外,介绍了 316L 奥氏体 不锈钢在加工过程中的磁导率控制技术,使加工后的零部件相对磁导率保持在 μ<1.04。     

HL-2M 真空室保温层设计及安装

基于 HL-2M 真空室烘烤保温要求,通过有限元分析和原型件实验确定采用陶瓷纤维与纳米级微孔材 料组合作为 HL-2M 真空室保温材料。在 30℃时,保温层的导热系数小于 0.027W⋅m⁻¹·℃⁻¹;300℃时,导热系数 小于 0.038W⋅m⁻¹·℃⁻¹。在保温层厚度 25mm、热面温度 300℃且达到稳态时,冷面可控制在 85℃以下,线圈侧的 温度低于 60℃,整体热损失小于 12kW,满足 HL-2M 真空室烘烤需求。      

HL-1M装置真空室硅化的研究

GDC（He SiH4）是为HL－1M装置研制的一种常规壁处理技术。在He辉光等离子体条件下,通过气相中的电子碰撞离解、电离、离子－分子反应和在壁面上的He^ 诱导脱H2过程,在清洁的真空壁表面沉积一层无定形、半透明、致密的氢化硅（α－Si:H）薄膜。氢化硅具有良好的H（D）捕获、H2（D2）释放,能显著地降低再循环系数,有效地控制杂质水平,大大拓宽了HL－1M装置的运行范围,为HL－1M装置的LHCD、ICRH、ECRH、NBI、PI和MBI实验提供了良好的真空壁条件。     

等离子体破裂时HL-2M真空室的结构应力分析

利用ANSYS有限元程序分析计算了等离子体线性大破裂时HL-2M真空室上的感应电流及电磁力,并对真空室进行了结构应力分析。结果表明,真空室上主要产生环向感应电流和径向电磁力,且主要集中在真空室壳体的柱状段;在破裂产生的电磁力及其他机械载荷的作用下,真空室的结构设计能较好地满足强度和刚度要求。     

HL–2M装置真空室设计与分析

HL–2M装置真空室为D型截面,双侧薄壁为全焊接结构,内环直径为2m,外环直径为5.22m,环高3.02m,真空室由内壳、外壳、加强筋以及各种形式的窗口组成。整个真空室由20个扇形段焊接而成,材料采用Inconel 625、Inconel 718与316L组合形式。运用有限元法对真空室进行了结构强度评估,通过对危险工况进行分析计算得知真空室满足工程设计要求。     

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HL-2M真空室的主体材料被选为Inconel 625。通过研究3个产地的Inconel 625母材和焊缝的性能,对比分析了该种材料的各项性能参数。通过比较得到进口Inconel 625母材和焊接接头综合性能均最优。各项试验结果及分析对真空室部件的制造有重要的指导意义。     

未来聚变工程实验堆真空室1/32段扇区焊接分析

对未来聚变工程实验堆真空室1/8 段预研计划中第一个1/32 扇区的焊接过程进行了分析。数值模拟采用固有应变法，比较并设计了1/32 段扇区的焊接工装，同时对焊接形变趋势和形变量进行了预测。焊接过程中控制点的偏移反映了1/32 段扇区整体的形变趋势和形变量与数值模拟结果相符合，焊接工装的设计与焊接过程中预补偿的应用有助于提高1/32 段的制造精度。     

HL-2M 装置真空系统调试运行

在装置初步建成阶段,有序地开展真空系统的调试内容梳理,制定合理的调试步骤和调试方案,有 利于装置各系统的功能确认和故障排除,高效地开展各系统协同运行,为 HL-2M 装置初始等离子体放电提供装 置辅助系统层面的放电条件准备。装置真空系统主要涉及超高真空抽气系统、器壁处理系统和送气加料系统等。 基于制定的联调目标,针对 HL-2M 装置真空相关系统开展了界面关系梳理、子系统调试方案制定、系统工程联 调步骤和方案的拟定等工作,通过联调完成了装置在真空获得、壁处理、加料等方面的条件准备,为初始放电提 供了基本保障。