一种用于托卡马克装置真空室内集水管的制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于托卡马克装置真空室内集水管的制造方法，包括对集水管的主管、支管分别下料；在主管上的支管位置处加工底孔；在各底孔处拉拔出主管的支管凸缘，拉拔时对主管的拔管区域加热至900℃～1150℃，拔出的支管凸缘的外表面长度大于等于3mm；分别加工出主管、支管和封头焊接位置处的焊接坡口；焊接支管、封头；主管的管壁厚度为2mm～3mm，支管的壁厚为2mm。本发明专利技术通过在主管上拉拔支管凸缘，减少支管的焊接难度和焊缝数量，使焊缝可进行射线探伤，保证了集水管的真空气密性和长期使用质量；并高温拉拔减少拉拔的变形抗力，使相对磁导率能稳定保持在小于1.04。使相对磁导率能稳定保持在小于1.04。使相对磁导率能稳定保持在小于1.04。

A manufacturing method for collecting pipe in vacuum chamber of Tokamak device

【技术实现步骤摘要】
一种用于托卡马克装置真空室内集水管的制造方法


[0001]本专利技术涉及磁约束核聚变装置制造
，具体涉及一种用于托卡马克装置真空室内集水管的制造方法。

技术介绍

[0002]为了开发未来新能源，各发达国家都在积极开展以托卡马克为主要途径的磁约束核聚变研究。在托卡马克装置中，通常将面向等离子体的壁材料统称为第一壁。在等离子实验运行中，第一壁材料表面将直接面对等离子体边界粒子的轰击，此时第一壁材料表面温度将达到上千摄氏度，为了及时排除第一壁材料表面的热量，需要通水对第一壁部件和偏滤器模块进行冷却。由于一个真空室内有多达几十到上百组的第一壁部件和偏滤器模块的冷却水回路需要供水，因此需要设计和制造集水管结构，实现一组集水管为多个第一壁部件和偏滤器部件集中供水的功能，从而减少穿过真空室边界的穿透水管的数量。
[0003]如图1所示，新一代托卡马克装置的集水管主体通常包括一根主管和多个支管，主管的一端开孔，另一端焊接有封头。
[0004]随着等离子体实验参数的不断提高，新一代托卡马克装置的集水管的技术要求也愈严苛，技术要求如下：工作时的内压为2MPa，工作温度约200℃左右；集水管工作在真空室内的超高真空环境，整个水管的真空气密性要求为：真空漏率必须小于1
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‑1，长期工作后不发生泄漏；集水管成品的相对磁导率小于1.04；集水管的材料为316L或316LN，集水管制造完成后必须保持与原材料相同的耐应力腐蚀性能，保证集水管在长期的高温高压下工作不发生腐蚀泄漏。
[0005]针对新一代托卡马克装置的集水管的结构型式，现有常规制造工艺如下：
[0006]第一种方法是：在主管上开马鞍孔，把支管插入，然后焊接主管和支管之间的马鞍形角焊缝。此方法的缺点是焊缝处产生较严重的应力集中，其焊缝处难以探伤检验，难以保证水管的真空气密性和长期使用质量。
[0007]第二种方法是：在主管和支管连接处采用三通焊接。此方法较大地增加了焊缝数量和焊接工作量，从而增加了焊缝泄漏的风险。
[0008]现有的316L和316LN材料的焊接工艺不能同时保证焊缝的相对磁导率和真空气密性指标，即：当使用现有工艺实现焊缝的相对磁导率小于1.04时，焊缝经常出现气孔和微裂纹而产生微漏致使真空漏率不达标；当现有工艺实现焊缝的高气密性焊接时，焊缝的相对磁导率将会达到1.2以上。
[0009]因此，亟需研制一种满足新一代托卡马克装置使用要求的集水管的制造方法。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的在于提供一种用于托卡马克装置真空室内集水管的制造方法，以解决现有的集水管制造工艺无法满足对真空气密性、相对磁导率和长期高温高压下的使用要求。
[0011]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0012]本专利技术提供了一种用于托卡马克装置真空室内集水管的制造方法，包括如下步骤：对集水管的主管、支管分别下料；
[0013]在主管上的支管位置处加工底孔；
[0014]在各底孔处拉拔出主管的支管凸缘，拉拔时对主管的拔管区域加热至900℃～1150℃，拔出的支管凸缘的外表面长度大于等于3mm；
[0015]分别加工出主管、支管和封头焊接位置处的焊接坡口；
[0016]焊接支管、封头；
[0017]所述主管的管壁厚度为2mm～3mm，支管的壁厚为2mm。
[0018]本专利技术通过在主管上加工底孔，并在底孔处于高温下拉拔出用于支管焊接的拉拔支管凸缘，避免了支管插入式焊接时的严重应力，也避免了三通焊接时的焊缝数量和焊接工作量的增加，从而减少了支管的焊接难度和焊缝数量，使焊缝可进行射线探伤，保证了集水管的真空气密性(焊缝的真空漏率小于1
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‑1)和长期使用质量，降低焊缝泄漏风险。选用900℃～1150℃的高温拉拔工艺减少拉拔的变形抗力，并可避免因材料塑性变形造成的磁导率升高的问题，使磁导率小于1.04，控制在不高于母材的磁导率范围。
[0019]可选地，还包括：
[0020]在主管上加工底孔前于常温下弯制主管大圆弧；
[0021]加工焊接坡口前弯制主管上的大曲率弯头。
[0022]由于主管的大圆弧曲率较小，在弯管过程中的材料实际变形率较小，因此，常温弯制不会导致材料的磁导率明显升高，可在不影响材料磁导率的情况下降低工艺条件，提高可操作性。
[0023]可选地，所述底孔的直径比支管的内直径小4mm～6mm。按此种尺寸设计底孔直径，可实现后续拉拔操作时拔出的支管凸缘的外表面长度大于等于3mm。
[0024]可选地，采用拉拔模具在各底孔处拉拔出支管凸缘；
[0025]所述拉拔模具包括内成形模、外模、拉拔杆，所述内成形模包括一凸台、大端，所述大端的外周面与所述主管的开有底孔处的内弧面相配合，所述凸台设于所述大端的一侧且二者一体成型，所述凸台的外周径小于大端的外周径，大端与凸台可以进入到主管内，凸台与大端的中部开设有贯穿的孔，拉拔杆的一端可插入所述孔内形成可拆卸固定连接结构，拉拔杆的另一端连接拉拔液压设备，所述外模上具有一开口，所述主管开有底孔处的外周面与开口的内周面相配合，所述外模上还设有一通孔，以供所述凸台穿过。
[0026]可选地，所述外模具有第一部、第二部、连接部，所述第一部的一端连接所述连接部的一端、所述第二部的一端连接所述连接部的另一端，所述第一部与第二部相对设置，所述第一部、第二部、连接部形成所述开口，所述通孔设于所述连接部上。
[0027]可选地，所述凸台为圆柱形，所述凸台的外直径与支管的内直径相同。此种设置可使主管拉拔出的凸缘内径与支管内径相同，保证后续凸缘与支管焊接质量良好。
[0028]通过设置专用的拉拔模具，可以在主管上制作出良好的拉拔凸缘，模具结构简单，易于制造，与主管配合良好，可操作性强，有益于集水管的批量化生产。
[0029]可选地，所述拉拔模具在使用前均匀涂抹含油酸、二硫化钼和石墨的润滑剂，油酸、二硫化钼、石墨的质量百分数依次为57％、17％、26％。使用润滑剂可以减少拔管过程中
材料塑性流动的摩擦力，防止管体表面被拉伤。
[0030]可选地，所述焊接坡口的钝边为0.5mm，坡口与端面的夹角为30
°
；
[0031]所述焊接支管、封头采用全焊透的焊接接头型式，焊接时主管与支管、主管与封头的装配对口间隙为0.5～1.5mm；
[0032]焊接方式为钨极氩弧焊，焊接时主管内腔充氩气保护，主管上的开孔用胶带密封；
[0033]焊接参数：电流70A～120A，电压10V～15V，氩气浓度：≥99.99％，流量5～10L/min。
[0034]通过合理设计焊接坡口、选取合适的焊接方式及焊接条件，确保焊缝的真空漏率满足要求，确保焊缝拥有与316L原本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于托卡马克装置真空室内集水管的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：对集水管的主管、支管分别下料；在主管上的支管位置处加工底孔；在各底孔处拉拔出主管的支管凸缘，拉拔时对主管的拔管区域加热至900℃～1150℃，拔出的支管凸缘的外表面长度大于等于3mm；分别加工出主管、支管和封头焊接位置处的焊接坡口；焊接支管、封头；所述主管的管壁厚度为2mm～3mm，支管的壁厚为2mm。2.如权利要求1所述的一种用于托卡马克装置真空室内集水管的制造方法，其特征在于，还包括：在主管上加工底孔前于常温下弯制主管大圆弧；加工焊接坡口前弯制主管上的大曲率弯头。3.如权利要求1所述的一种用于托卡马克装置真空室内集水管的制造方法，其特征在于，所述底孔的直径比支管的内直径小4mm～6mm。4.如权利要求1所述的一种用于托卡马克装置真空室内集水管的制造方法，其特征在于，采用拉拔模具在各底孔处拉拔出支管凸缘；所述拉拔模具包括内成形模、外模、拉拔杆，所述内成形模包括一凸台、大端，所述大端的外周面与所述主管的开有底孔处的内弧面相配合，所述凸台设于所述大端的一侧且二者一体成型，所述凸台的外周径小于大端的外周径，大端与凸台可以进入到主管内，凸台与大端的中部开设有贯穿的孔，拉拔杆的一端可插入所述孔内形成可拆卸固定连接结构，拉拔杆的另一端连接拉拔液压设备，所述外模上具有一开口，所述主管开有底孔处的外周面与开口的内周面相配合，所述外模上还设有一通孔，以供所述凸台穿过。5.如权利要求4所述的一种用于托卡马克装置真空室内集水管的制造方法，其特征在于，所述外模具有第一部、第二部、连接部，所述第一部的一端连接所述连接部的一端、所述第二部的一端连接所述连接部的另一端，所述第一部与第二部相对设置，所述第一部、第二部、连接部形成所述开口，所述通孔设于所述连...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡立君，侯吉来，卢勇，刘雨祥，李云峰，张龙，刘健，赖春林，刘宽程，黄文玉，宋斌斌，唐乐，
申请(专利权)人：核工业西南物理研究院，
类型：发明
国别省市：