一种W/CuCrZr穿管模块的钎焊连接方法技术

本发明专利技术属于金属材料技术领域，涉及一种W/CuCrZr穿管模块的钎焊连接方法；该方法通过以下步骤实现：首先除去钻孔的钨块待焊表面的油污、杂质以及氧化膜；利用石墨浇铸模具在钨块的内孔上浇铸一层无氧铜，其次将CuCrZr合金管、钎料、钨铜复合块进行组装，钎料置于CuCrZr合金管和钨铜复合块的纯铜内衬之间，然后将组件放入真空钎焊炉中进行焊接；钎焊完毕，快速冷却至470‑480℃，并在该温度下保温2‑3h，形成W/CuCrZr穿管模块；W/CuCrZr穿管模块从内到外依次为CuCrZr合金管、钎焊层、纯铜层和钨块；该方法效率高并且焊缝结合良好，具有工艺简单，制备成本低等优点，并且该方法适合工业大规模生产。

【技术实现步骤摘要】
一种W/CuCrZr穿管模块的钎焊连接方法
本专利技术属于金属材料
，涉及一种W/CuCrZr穿管模块的钎焊连接方法。
技术介绍
国际热核聚变反应堆(ITER)和未来的聚变示范堆(DEMO)等核聚变反应装置，由于非常高的壁负载，要求第一壁和偏滤器部件(通常采用模块结构以方便维护)有优良的热祛除能力和模块在聚变环境中的安全性和稳定性，这样必须发展具有主动冷却的面向等离子体部件。如ITER的偏滤器将采用全钨结构，其中偏滤器主要采用两种形式，在穹顶部分采用平板结构，靶板部分采用穿管结构。W-CuCrZr穿管结构的传统连接工艺主要有热等静压、胀管热扩散焊接等方法。其中PlanseeSE(Austria)和AnsaldoNucleare(Italy)分别采用热等静压和胀管法制备了W-CuCrZr穿管结构；申请号为CN201110188358.8的专利文献提到热等静压方法连接钨块与无氧铜内衬，然后用中温胀管热扩散焊接方法把铬锆铜冷却水管和一组带有无氧铜中间层的钨块连接起来。但上述两种方法效率低，并且存在焊缝结合度差，工艺复杂，不适合工业大规模生产等问题。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术的目的在于提供一种W/CuCrZr穿管模块的钎焊连接方法，解决现有技术中效率低、工艺复杂以及不适合工业大规模生产等问题。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案。本专利技术的目的在于提供一种W/CuCrZr穿管模块的钎焊连接方法，包括以下步骤：步骤一、铜钨连接；(1)将钨块钻孔，对钨块孔内壁进行预处理，清除孔内壁的油污、杂质以及孔内壁的氧化膜；(2)在石墨浇铸模具中对步骤(1)加工的钨块进行定位，在钨块的孔中心插入石墨圆柱组装成加热工件，石墨圆柱半径小于钨块内孔半径，石墨圆柱与钨块内孔同轴，在钨块内孔中构造环形空腔；将纯铜至于石墨浇铸模具顶部，环形空腔正上方；(3)将步骤(2)组装好的工件放入真空加热炉，加热至纯铜熔化，液态纯铜流入钨块内孔的环形空腔，待液态纯铜流满钨块内孔的环形空腔时，停止加热，并使工件随真空加热炉冷却至室温，去除掉石墨浇铸模具和石墨圆柱，在钨块内孔形成一定厚度的纯铜内衬，形成钨铜模块；步骤二、钨铜模块与CuCrZr合金管连接；(1)CuCrZr合金管外径小于钨铜模块孔内径，将CuCrZr合金管置入钨铜模块孔内并保持同轴，在CuCrZr合金管与钨铜模块孔形成的间隙处置入钎料，组装成钎焊工件；(2)将钎焊工件放入真空钎焊炉中进行焊接，形成W/CuCrZr穿管模块，W/CuCrZr穿管模块从内到外依次为CuCrZr合金管、钎焊层、纯铜层和钨块。进一步，所述石墨圆柱半径比钨块内孔半径小1-2mm。进一步，所述纯铜为高导无氧纯铜，纯度不小于99.9999wt.％。进一步，真空钎焊炉中的钎焊温度为940-960℃，钎焊过程保温时间为15-30min。进一步，在真空钎焊炉中钎焊完成后，钎焊工件快速冷却至470℃-480℃，并在该温度下保温2-3h，随后冷却至室温，完成钨铜模块与CuCrZr合金管的连接。进一步，钎焊工件的冷却速度大于1℃/s。进一步，所述CuCrZr合金管的外径比钨铜模块的内径小0.1-0.2mm。进一步，所述钎料为CuMnSiCr钎料，钎料厚度为40-80微米。进一步，所述钎料为Cu63Mn36Cr0.5Si0.5或Cu73Mn26Cr0.5Si0.5。进一步，所述真空加热炉和真空钎焊炉的真空度至少小于5×10-3Pa。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：利用本专利技术一种W/CuCrZr穿管模块的钎焊连接方法获得的W/CuCrZr穿管模块，钨与浇铸纯铜结合度良好，断裂试验发生在纯铜侧，抗拉强度大于130MPa。利用本专利技术一种W/CuCrZr穿管模块的钎焊连接方法制备的W/CuCrZr模块，焊缝界面结合完好，没有孔隙、夹杂、裂纹等缺陷，并具有良好的结合性能和热负荷性能，能够承受大于10MW/m2的稳态热负荷。本专利技术一种W/CuCrZr穿管模块的钎焊连接方法，相比于传统的热等静压和胀管法，效率高并且焊缝结合良好，工艺简单，制备成本低等优点，并且该方法适合工业大规模生产。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术一种W/CuCrZr穿管模块的钎焊连接方法作详细说明。实施例1：本专利技术一种W/CuCrZr穿管模块的钎焊连接方法，该方法包括以下步骤：步骤一、铜钨连接；(1)将钨块钻孔，对钨块孔内壁进行预处理，清除孔内壁的油污、杂质以及孔内壁的氧化膜；所述钨块为工业纯钨；(2)在石墨浇铸模具中对步骤(1)加工好的钨块进行定位，在钨块的孔中心插入石墨圆柱组装成加热工件，石墨圆柱半径小于钨块内孔半径，保证石墨圆柱与钨块内孔同轴，通过石墨浇铸模具，在钨块内孔中构造环形空腔；将纯铜至于石墨浇铸模具顶部，环形空腔正上方；所述石墨圆柱半径比钨块内孔半径小1-2mm；(3)将步骤(2)组装好的工件放入真空加热炉，加热至纯铜熔化，液态纯铜流入钨块内孔的环形空腔，待液态纯铜流满钨块内孔的环形空腔时，停止加热，并使工件随真空加热炉冷却至室温，去除掉石墨浇铸模具和石墨圆柱，在钨块内孔形成一定厚度的纯铜内衬，形成钨铜模块；所述纯铜内衬的厚度与环形空腔的间距一致；所述纯铜为高导无氧纯铜，纯度大于99.9999wt.％，利用高导无氧铜较低的强度缓释钨和CuCrZr合金之间由于热膨胀系数差异导致的内应力；步骤二、钨铜模块与CuCrZr合金管连接；(1)CuCrZr合金管外径小于钨铜模块孔内径，将CuCrZr合金管置入钨铜模块孔内并保持两者的同轴度，在CuCrZr合金管与钨铜模块孔形成的间隙处置入钎料，组装成钎焊工件；(2)将钎焊工件放入真空钎焊炉中进行焊接，形成W/CuCrZr穿管模块；在真空钎焊炉中钎焊完成后，为了恢复CuCrZr合金的性能，钎焊工件快速冷却至470℃-480℃，冷却速度大于1℃/s，并在该温度下保温2-3h，随后冷却至室温，完成钨铜模块与CuCrZr合金管的连接；所述钎料为CuMnSiCr钎料，钎料厚度为40-80微米；真空钎焊炉中的钎焊温度为940-960℃，钎焊过程保温时间为15-30min；考虑到钨铜之间的热膨胀系数差异、钎料的厚度和钎焊温度，为了保证装配精度以及焊接质量，CuCrZr合金管的外径比钨铜模块的内径小0.1-0.2mm；所述真空加热炉和真空钎焊炉的真空度至少小于5×10-3Pa；所述的W/CuCrZr穿管模块从内到外分别为CuCrZr合金管、钎焊层、纯铜层和钨块。实施例2：本专利技术一种W/CuCrZr穿管模块的钎焊连接方法，该方法包括以下步骤：步骤一、将钨块钻孔，孔的内径为17mm，对孔内壁进行预处理，清除表面的油污、杂质以及孔内壁的氧化膜；将钨块放入石墨模具中组装成加热工件，在钨块的内孔中心插入直径为13mm石墨圆柱形成环形空腔；纯铜选择为高导无氧纯铜，纯度大于99.9999wt.％。将组装好加热工件放入真空加热炉，加热至纯铜熔化，液态纯铜流入环形空腔；加热完毕，加热工件随炉冷却至室温；然后将工件取出，去掉石墨圆柱，则在钨块内孔形成2mm厚的纯铜内衬形成钨铜模块；步骤二、将CuCrZr合金管、钎料、钨铜模块进行组装形成钎焊工件，从内到外分别为CuCrZr合金管、钎料、无氧纯铜层、钨块；CuCr本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种W/CuCrZr穿管模块的钎焊连接方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、铜钨连接；(1)将钨块钻孔，对钨块孔内壁进行预处理，清除孔内壁的油污、杂质以及孔内壁的氧化膜；(2)在石墨浇铸模具中对步骤(1)加工的钨块进行定位，在钨块的孔中心插入石墨圆柱组装成加热工件，石墨圆柱半径小于钨块内孔半径，石墨圆柱与钨块内孔同轴，在钨块内孔中构造环形空腔；将纯铜至于石墨浇铸模具顶部，环形空腔正上方；(3)将步骤(2)组装好的工件放入真空加热炉，加热至纯铜熔化，液态纯铜流入钨块内孔的环形空腔，待液态纯铜流满钨块内孔的环形空腔时，停止加热，并使工件随真空加热炉冷却至室温，去除掉石墨浇铸模具和石墨圆柱，在钨块内孔形成一定厚度的纯铜内衬，形成钨铜模块；步骤二、钨铜模块与CuCrZr合金管连接；(1)CuCrZr合金管外径小于钨铜模块孔内径，将CuCrZr合金管置入钨铜模块孔内并保持同轴，在CuCrZr合金管与钨铜模块孔形成的间隙处置入钎料，组装成钎焊工件；(2)将钎焊工件放入真空钎焊炉中进行焊接，形成W/CuCrZr穿管模块，W/CuCrZr穿管模块从内到外依次为CuCrZr合金管、钎焊层、纯铜层和钨块。...

【技术特征摘要】
1.一种W/CuCrZr穿管模块的钎焊连接方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、铜钨连接；(1)将钨块钻孔，对钨块孔内壁进行预处理，清除孔内壁的油污、杂质以及孔内壁的氧化膜；(2)在石墨浇铸模具中对步骤(1)加工的钨块进行定位，在钨块的孔中心插入石墨圆柱组装成加热工件，石墨圆柱半径小于钨块内孔半径，石墨圆柱与钨块内孔同轴，在钨块内孔中构造环形空腔；将纯铜至于石墨浇铸模具顶部，环形空腔正上方；(3)将步骤(2)组装好的工件放入真空加热炉，加热至纯铜熔化，液态纯铜流入钨块内孔的环形空腔，待液态纯铜流满钨块内孔的环形空腔时，停止加热，并使工件随真空加热炉冷却至室温，去除掉石墨浇铸模具和石墨圆柱，在钨块内孔形成一定厚度的纯铜内衬，形成钨铜模块；步骤二、钨铜模块与CuCrZr合金管连接；(1)CuCrZr合金管外径小于钨铜模块孔内径，将CuCrZr合金管置入钨铜模块孔内并保持同轴，在CuCrZr合金管与钨铜模块孔形成的间隙处置入钎料，组装成钎焊工件；(2)将钎焊工件放入真空钎焊炉中进行焊接，形成W/CuCrZr穿管模块，W/CuCrZr穿管模块从内到外依次为CuCrZr合金管、钎焊层、纯铜层和钨块。2.根据权利要求1所述的一种W/CuCrZr穿管模块的钎焊连接方法，其特征在于，所述石墨圆柱半径比钨块内孔半径小1-2mm。3.根据权利要求1所述的一种W/CuCrZr...

【专利技术属性】
技术研发人员：练友运，王建豹，封范，刘翔，谌继明，
申请(专利权)人：核工业西南物理研究院，
类型：发明
国别省市：四川,51