CFETR水冷包層第一壁是由面向等離子體材料鎢和結(jié)構(gòu)材料鐵素體/馬氏體鋼組成的。嚴苛的聚變堆環(huán)境要求鎢和鋼必須以冶金結(jié)合的方式連接,并獲得缺陷率較低的焊接接頭。針對此項技術(shù)要求,本論文從模擬和試驗兩個方面開展了熱等靜壓工藝制備高性能鎢和鋼連接的研究。首先,針對鎢/鋼熱等靜壓焊接過程中存在的中間層影響,利用ANSYS有限元法計算了采用不同中間層的鎢/鋼焊接接頭殘余應(yīng)力的分布情況。結(jié)果表明:殘余應(yīng)力受中間層材料屈服強度及熱膨脹系數(shù)影響;當(dāng)殘余應(yīng)力足夠大時,具有較小屈服強度的金屬趨于首先變形,擁有較小屈服強度的中間層可以有效緩釋鎢和鋼之間的殘余應(yīng)力。其次,利用ANSYS有限元法分析了包含不同材料和厚度中間層的第一壁小模塊在熱輻照工況下的溫度場分布。結(jié)果表明:隨著中間層厚度的增加,鎢和中間層金屬的最高溫度呈緩慢線性增長,而鋼的最高溫度變化幅度較小。包層第一壁在設(shè)定熱輻照工況下,當(dāng)中間層鈦,鎳,銅厚度小于2mm時,部件溫度未超出各材料的可用范圍。在理論分析的基礎(chǔ)上,試驗研究了包含不同中間層的鎢/鋼熱等靜壓焊接接頭的組織和性能。試驗結(jié)果表明:在特定溫度范圍內(nèi),采用較高的焊接溫度將獲得連接強度更高的... 

【文章頁數(shù)】：133 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 引言
    1.1 聚變能和托卡馬克裝置
    1.2 包層概述
        1.2.1 ITER主要候選包層概念
        1.2.2 CFETR水冷包層概念
    1.3 包層部件關(guān)鍵加工技術(shù)研究現(xiàn)狀
        1.3.1 含流道部件加工技術(shù)
        1.3.2 管或板連接技術(shù)
        1.3.3 第一壁鎢/鋼連接技術(shù)
    1.4 有限元數(shù)值計算概述
        1.4.1 固相擴散焊接數(shù)值計算概述
        1.4.2 包層第一壁溫度場計算概述
    1.5 本文主要研究內(nèi)容
        1.5.1 研究內(nèi)容
        1.5.2 研究方法
第二章 實驗材料和方法
    2.1 實驗設(shè)備
        2.1.1 熱等靜壓設(shè)備
        2.1.2 熱處理設(shè)備
        2.1.3 氘氣暴露設(shè)備
    2.2 實驗材料
        2.2.1 中間層材料的選擇
        2.2.2 鎢和鋼材的選擇
    2.3 分析測試方法
第三章 鎢/鋼熱等靜壓焊接接頭熱應(yīng)力計算
    3.1 熱應(yīng)力計算理論基礎(chǔ)
    3.2 熱應(yīng)力計算前處理
        3.2.1 三維模型簡化
        3.2.2 材料特性參數(shù)
        3.2.3 網(wǎng)格剖分
        3.2.4 邊界條件與載荷
    3.3 熱應(yīng)力計算結(jié)果分析
        3.3.1 鎢/鋼熱應(yīng)力計算結(jié)果
        3.3.2 鎢/鈦/鋼熱應(yīng)力計算結(jié)果
        3.3.3 鎢/鎳/鋼和鎢/銅/鋼熱應(yīng)力計算結(jié)果
        3.3.4 殘余應(yīng)力影響因子
    3.4 本章小結(jié)
第四章 第一壁穩(wěn)態(tài)熱負荷溫度場計算
    4.1 溫度場計算理論基礎(chǔ)
    4.2 溫度場計算前處理
        4.2.1 三維模型簡化
        4.2.2 材料特性參數(shù)
        4.2.3 網(wǎng)格剖分
    4.3 邊界條件與載荷
    4.4 溫度場計算結(jié)果分析
        4.4.1 鎢/鈦/鋼溫度場計算結(jié)果
        4.4.2 鎢/鎳/鋼和鎢/銅/鋼溫度場計算結(jié)果
    4.5 本章小結(jié)
第五章 鎢/鋼熱等靜壓焊接接頭組織和性能
    5.1 鈦中間層厚度對鎢/鋼熱等靜壓焊接接頭組織和性能的影響
        5.1.1 焊接工藝
        5.1.2 超聲檢測
        5.1.3 顯微組織
        5.1.4 機械性能測試和斷口分析
        5.1.5 小結(jié)
    5.2 鈦和鎳中間層對鎢/鋼熱等靜壓焊接接頭組織和性能的影響
        5.2.1 焊接工藝和計算方法
        5.2.2 顯微組織
        5.2.3 熱應(yīng)力分析
        5.2.4 機械性能測試
        5.2.5 小結(jié)
    5.3 降低焊接溫度對鎢/鈦/鋼熱等靜壓焊接接頭組織和性能的影響
        5.3.1 鎢/鈦/鋼焊接工藝
        5.3.2 P91鋼熱等靜壓熱過程模擬
        5.3.3 超聲檢測
        5.3.4 顯微組織
        5.3.5 力學(xué)性能
        5.3.6 氫同位素對鎢/鈦/鋼接頭的組織及力學(xué)性能的影響
        5.3.7 小結(jié)
    5.4 鎳對鎢/鈦/鋼熱等靜壓焊接接頭組織和性能的影響
        5.4.1 焊接工藝
        5.4.2 超聲檢測
        5.4.3 顯微組織
        5.4.4 力學(xué)性能
        5.4.5 小結(jié)
    5.5 銅和銅/鎳對鎢/鋼熱等靜壓焊接接頭組織和性能的影響
        5.5.1 焊接工藝
        5.5.2 超聲檢測
        5.5.3 顯微組織
        5.5.4 力學(xué)性能
        5.5.5 小結(jié)
    5.6 保溫時間對鎢/中間層/鋼熱等靜壓焊接接頭組織和性能的影響
        5.6.1 焊接工藝
        5.6.2 超聲檢測
        5.6.3 顯微組織
        5.6.4 力學(xué)性能
        5.6.5 小結(jié)
    5.7 本章小結(jié)
第六章 熱處理對鋼及鎢/中間層/鋼連接接頭的影響
    6.1 鋼的熱處理組織與性能
        6.1.1 P91鋼
        6.1.2 RAFM鋼
    6.2 鎢/中間層/鋼的熱處理的組織和性能
        6.2.1 鎢/鈦/鋼和鎢/銅/鎳/鋼
        6.2.2 鎢/銅/鋼和鎢/鎳/鋼
    6.3 本章小結(jié)
第七章 全文總結(jié)與工作展望
    7.1 全文總結(jié)
        7.1.1 鎢/鋼熱等靜壓焊接接頭熱應(yīng)力計算
        7.1.2 第一壁穩(wěn)態(tài)熱負荷溫度場計算
        7.1.3 鎢/鋼熱等靜壓焊接接頭組織和性能
        7.1.4 熱處理對鋼及鎢/中間層/鋼連接接頭的影響
        7.1.5 中間層種類的選擇
    7.2 論文創(chuàng)新點
    7.3 工作展望
參考文獻
致謝
在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的其他研究成果


【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3693024