一种用于制作方排管冷却水道的焊接组件及其制备方法技术

本发明专利技术涉及热等静压扩散焊接技术领域，公开了一种用于制作方排管冷却水道的焊接组件及其制备方法，包括：包套本体、包套端盖以及至少两个方排管；所述包套本体内开设有贯穿两端的空腔，至少一个方排管沿包套本体轴向均匀设置在空腔内，包套端盖设有与方排管位置及形状相匹配的开口，包套端盖的尺寸略小于空腔的尺寸。本发明专利技术有效解决多方管间的扩散连接以及方管焊接变形问题，其整体成型后的排管间无间隙，成型后的冷却水道可有效承受高温高压环境，同时可满足冷却效果以及安全性的要求。同时可满足冷却效果以及安全性的要求。同时可满足冷却效果以及安全性的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种用于制作方排管冷却水道的焊接组件及其制备方法


[0001]本专利技术涉及热等静压扩散焊接
，具体涉及一种用于制作方排管冷却水道的焊接组件及其制备方法。

技术介绍

[0002]在核聚变反应堆的设计中，低活化铁素体/马氏体钢(Reduced Activa tion Fe rri tic/Martensitic Steel s.RAFM钢)成为首选的核聚变反应堆第一壁/包层结构材料，除了作为面向等离子部件，除了肩负氚任务以外，由于其第一壁直接面向等离子体，它还起到保护真空室和超导磁体，以及屏蔽聚变反应辐射的作用。同时，聚变反应产生的中子流和热流会进入包层中，中子在包层中由于速度减低而产生的热能以及热流中的一部分能量被包层的冷却系统吸收，可以用来发电，冷却系统作为包层的重要部件直接影响到包层的冷却效果和安全服役。
[0003]根据目前的结构设计要求，存在方排管结构形式，但是采用传统熔焊或者高能束焊将方管与方管焊接，会产生焊接应力造成焊接变形，同时，方管内拐角可能存在较大应力，长期使用可能造成焊接裂纹进而裂纹扩展导致部件失效。此外采用传统的板直接进行加工方孔，生产效率低同时也难以加工1m以上的方孔。
[0004]现有技术中有的采用热等静压扩散焊接成型，但是被焊部件在包套中全密封，使得管内部压力与包套的外腔体压力不一致，使得部件因压力过大容易造成变形。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种用于制作方排管冷却水道的焊接组件及其制备方法，解决了现有技术中方排管内部压力与包套的外腔体压力不一致，使得部件因压力过大容易造成变形的问题，实现了1
‑
3m方排管的扩散连接以及焊接变形问题，方排管扩散连接后能够有效承受高温高压，且内部管路不会因为连接产生裂纹和缺陷。
[0006]本专利技术解决技术问题采用如下技术方案：
[0007]根据本专利技术的一方面，提供了一种用于制作方排管冷却水道的焊接组件，包括：包套本体1、包套端盖2以及至少两个方排管3(以下也可简称为“方管”)；所述包套本体1内开设有贯穿两端的空腔11，至少一个方排管3沿包套本体1轴向均匀设置在空腔11内，包套端盖2设有与方排管3位置及形状相匹配的开口21，包套端盖2的尺寸略小于空腔11的尺寸。
[0008]根据本专利技术的示例性实施例，包套端盖2与空腔11之间的间隙小于0.05mm。
[0009]根据本专利技术的示例性实施例，方排管3与空腔11之间的间隙小于0.20mm。
[0010]根据本专利技术的示例性实施例，包套本体1以及包套端盖2均采用304钢材制得，方排管3采用低活化铁素体/马氏体钢制得。
[0011]根据本专利技术的示例性实施例，包套端盖2的开口21位于方排管3的外壁与内壁之间，并且开口21四角采用倒圆角设置。
[0012]根据本专利技术的另一方面，提供了一种方排管冷却水道的制备方法，包括以下步骤：
[0013]对方排管3待焊面进行精加工，使其粗糙度小于Ra3.2，方排管3为低活化铁素体/马氏体钢；
[0014]制作包套本体1，包套本体1内开设有贯穿两端的空腔11，至少两个方排管3沿包套本体1轴向均匀设置在空腔11内，方排管3与空腔11之间的间隙小于0.20mm；
[0015]制作包套端盖2，包套端盖2与空腔11之间的间隙小于0.05mm，包套端盖2设有与方排管3位置及形状相匹配的开口21；
[0016]将精加工后的方排管3和制得的包套本体1以及包套端盖2进行超声清洗，干燥；
[0017]分别将包套端盖2与空腔11以及方排管3进行封焊，焊接时真空漏率小于10
‑
3Pa
·
m3/S；
[0018]对至少两个方排管3进行热等静压扩散焊接，热等静压压力介质为氩气，热等静压扩散焊接的温度为900
‑
1200℃、压力为100
‑
140MPa，保温时间为2
‑
5h；
[0019]对方排管3进行管堵头密封，然后进行调质处理，去除包套本体1以及包套端盖2并干燥。
[0020]根据本专利技术的示例性实施例，所述调质处理包括：
[0021]水淬，淬火温度1100～1200℃；回火，回火温度750～900℃，时间0.5～3h。
[0022]根据本专利技术的示例性实施例，对方排管3进行管堵头密封时采用氩弧焊方式对方排管3裸露两端进行密封。
[0023]根据本专利技术的示例性实施例，去除包套本体1以及包套端盖2时采用刨床或铣床加工方式进行去除。
[0024]根据本专利技术的示例性实施例，采用真空电子束焊接方式分别将包套端盖2与空腔11以及方排管3进行封焊。
[0025]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0026]首先本专利技术提供了一种用于制作方排管冷却水道的焊接组件，通过包套本体和包套端盖的分别设计，为待焊接方管的新的焊接工艺提供了可能；
[0027]同时在本专利技术中，包套并不将被焊部件全密封，而且被焊部位密封，使管内部压力与包套的外腔体压力一致，不仅仅有效的解决了因为包套全密封造成部件因压力过大而造成变形的问题，同时要利于方排管间的扩散连接。
[0028]本专利技术提供的扩散连接工艺能够解决1
‑
3m长方排管的扩散连接以及焊接变形问题，方排管扩散连接后有效承受高温高压，内部管路不会因为连接产生裂纹和缺陷，所配合采用的包套封焊等技术手段，有效的解决了含复杂水冷流道部件在连接(焊接)时的变形问题，扩散焊后将管采用堵头密封，有效的解决了调质处理后造成的氧化问题。使成型后的整体水冷流道可有效承受高温高压环境，满足了冷却系统对包层冷却效果及安全性的要求。
附图说明
[0029]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0030]图1为实施例1中用于制作方排管冷却水道的焊接组件的结构示意图；
[0031]图2为实施例1中包套端盖的结构示意图；
[0032]图3为根据本专利技术实施例的100Mpa时方排管扩散焊接面的金相图；
[0033]图4为根据本专利技术实施例的140Mpa时方排管扩散焊接面的金相图。
具体实施方式
[0034]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0035]需要说明的是，在说明书及权利要求书当中使用了某些名称来指称特定组件。应当理解，本领域普通技术人员可能会用不同名称来指称同一个组件。本申请说明书及权利要求书并不以名称的差异作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的实质性差异作为区分组件的准则。如在本申请说明书和权利要求书中所使用的“包含”或“包括”为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于制作方排管冷却水道的焊接组件，其特征在于，所述焊接组件包括：包套本体(1)、包套端盖(2)以及至少两个方排管(3)；所述包套本体(1)内开设有贯穿两端的空腔(11)，至少一个方排管(3)沿包套本体(1)轴向均匀设置在空腔(11)内，包套端盖(2)设有与方排管(3)位置及形状相匹配的开口(21)，包套端盖(2)的尺寸略小于空腔(11)的尺寸。2.根据权利要求1所述的焊接组件，其特征在于，包套端盖(2)与空腔(11)之间的间隙小于0.05mm。3.根据权利要求1所述的焊接组件，其特征在于，方排管(3)与空腔(11)之间的间隙小于0.20mm。4.根据权利要求1所述的焊接组件，其特征在于，包套本体(1)以及包套端盖(2)均采用304钢材制得，方排管(3)采用低活化铁素体/马氏体钢制得。5.根据权利要求4所述的焊接组件，其特征在于，包套端盖(2)的开口(21)位于方排管(3)的外壁与内壁之间，并且开口(21)四角采用倒圆角设置。6.一种方排管冷却水道的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：对方排管(3)待焊面进行精加工，使其粗糙度小于Ra3.2，方排管(3)为低活化铁素体/马氏体钢；制作包套本体(1)，包套本体(1)内开设有贯穿两端的空腔(11)，至少两个方排管(3)沿包套本体(1)轴向均匀设置在空腔(11)内，方排管(3)与空腔(11)之间的间隙小于0.20mm；制作包...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴玉程，沈旭，朱晓勇，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：