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低活化铁素体/马氏体钢(RAFM)因其优良的热物理性能、机械性能和低活化性能,被认为是未来聚变示范堆的首选结构材料。中国低活化马氏体(CLAM)钢是具有完全自主知识产权的中国RAFM钢,与EUROFER97、F82H并列为国际三大RAFM钢,目前已达6吨级工业冶炼水平,其性能与国外发展多年的RAFM钢相当,部分性能更优。 聚变堆包层内具有较高的核热沉积,含流道部件多设计为具有高密集度、窄间隔及薄壁的矩形流道结构,以提高部件换热效率。本论文基于中国双功能液态铅锂(DFLL)包层概念,开展冷却板部件高密集度复杂流道的电子束焊接成形技术研究,并初步探讨了冷却板部件的制造技术。 结构材料低活化马氏体钢,因其马氏体组织的淬硬和冷裂倾向大,易产生焊接裂纹等缺陷,增加了部件研制难度。论文首先对CLAM钢工艺焊接性中最为关键的焊接冷裂纹敏感性开展了试验研究;分别对焊接接头开展了斜Y坡口裂纹敏感性试验,对热影响区开展了焊接热影响区最高硬度实验及插销试验等。结果显示CLAM钢的焊接冷裂纹倾向明显,随着焊前预热温度的升高,裂纹率降低且临界预热温度在250℃。 高密集度复杂流道焊接加工的难点主要在于流道结构复杂,相邻焊缝间距小,焊接时相互影响,接头性能匹配性复杂。论文借鉴国内外复杂含流道部件的研究经验,结合中国液态DFLL包层高密集度流道冷却板的结构特点,同时在结构材料焊接性研究的基础上,对流道铣槽、封条电子束焊接的流道成形方案进行了实验研究。结果表明在较小的焊接能量输入下可实现流道的焊接成形,具有实际可行性。此外,对流道焊接设计了锁底的特殊接头形式并对焊接工艺与锁底尺寸的匹配性开展了一系列工艺实验。通过对焊接接头组织和部分机械性能的初步分析,获得了匹配性较优的电子束焊接成形工艺。 其次,论文基于DFLL包层冷却板流道设计尺寸,对复杂焊接接头设计了简化模型,并实验研究了单焊缝电子束焊接接头、不同焊接间距下的双焊缝电子束焊接接头及四条焊缝不同布置间距下电子束焊接接头的硬度、冲击与拉伸等机械性能。实验结果表明焊接接头间距为3mm时接头性能较优,这与冷却板流道设计尺寸(3mm)具有较好的吻合度,说明了流道设计尺寸的合理性,及采用电子束焊接流道成形方法可满足部件研制对成形质量及性能的要求。初步分析了影响高密集度复杂焊缝成形的主要因素是焊接顺序与焊缝间距影响了焊缝的焊接输入热循环特性。 最后,利用获得的CLAM钢关键焊接性参数及高密集度复杂流道电子束焊接成形技术,开展了中国液态DFLL包层高密集度复杂流道的冷却板部件的研制。经过无损检测,未发现气孔、裂纹等缺陷,流道成形质量良好。此外,对高密集度复杂流道部件的弯曲成形技术进行了探讨,采用流道填充技术对流道在冷弯曲加工时的流道变形量与畸变进行了分析;结果显示采用流道填充弯曲方法比不填充弯曲时其流道变形量小近一倍。因此,采用合适的填充技术可有效防止流道在冷弯曲加工的流道变形。 通过本论文的研究,基本上掌握了高密集度复杂流道的电子束焊接成形技术,为聚变堆复杂含流道部件的研制奠定了基础,具有重要的工程应用意义。