CFETR真空室预研件窗口领圈电子束焊接工装设计与分析

发布时间：2020-09-22 13:27

　　 在当今煤炭、天然气等现有可直接开采使用资源的逐渐减少的情况下,研究利用太阳能、风能、地热能等、核能等新型资源的产业开始兴起。其中核能作为一种新型能源,其原料可以从海水中大量提取,资源丰富,可以大大减轻不可再生资源的消耗。因此核能作为一种新型能源,在以后得发展中起着不可或缺的作用。真空室是中国核聚变实验堆(简称CFETR)的主要部件之一,需要支撑起真空室的内部组件及其运转引起的机械负载,因此真空室对可靠性要求非常高。真空室窗口领圈是用于连接实验堆真空室内部和外部颈管的连接段,但它的结构比较复杂、所占空间和重量都比较大。因此在领圈与真空室窗口拼焊成一个整体后不易整体加工,并且需要与双曲面结构真空室主体贴合对接,所以窗口领圈的制造精度要求较高才能保证真空室和颈管连接的紧密性。因此为了保证窗口领圈的焊接加工质量,找寻了一种焊接变形微小的焊接方法—真空电子束焊接。因窗口领圈的制造精度要求较高,所以在查询文献资料后采用电子束焊接方式对窗口领圈实施拼焊。为了减小未来聚变堆真空室窗口领圈在拼焊时的焊接变形,利用固有应变法计算窗口领圈焊接时产生的变形。通过焊接软件模拟预测了窗口领圈焊接变形:设置自然状态下和工装夹具状态下焊接产生的变形,研究工装夹具对窗口领圈焊接变形的影响。本文主要内容为:窗口领圈通体由50mm厚的304L奥氏体不锈钢加工成型,因此对电子束焊机焊接50mm厚的304L奥氏体不锈钢进行多种试验,收集焊接过程中的各种参数,为后续的焊接工作提供参考。窗口领圈是复杂的曲面结构故无法采用常规的工装进行焊接前的装夹固定,因此本文设计一套专用焊接工装夹具进行焊接时的固定约束条件。首先通过对领圈进行拆分,分成6部分分开焊接,并通过SYSWELD软件对领圈进行无约束焊接模拟分析,得出变形结果。再使用Ansys分析模块,分析在真空焊接的工作条件下,设计的工装是否可以很好地对领圈起支撑定位作用,以确保工装的可靠性。最后再工装设计之后连同所需焊接的零件,用SYSWELD软件进行焊接过程的模拟分析,查看设计工装是否能有效地保证焊接变形。通过两次分析结果对比,论证设计工装的可行性。图[101]表[10]参[57]
【学位单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TL628;TG456.3
【部分图文】：

1 绪论势速发展，人民的生活水平得到了极大的提高，生活能源消耗也是与日俱增，石油、煤炭、天然气等不资料显示，如果全球能源每年开采量维持在 2014剩余储量可开采年限分别只有 110 年、52.5 年和 源的消耗所带来的环境污染变成了妨碍经济发展，化石燃料在能源消耗中的比例仍旧很高如图 1 所气污染大气环境。继而造成气候异常，加速地球荒大的破坏。但是核聚变所使用的核能是不会释放污可或缺的作用。所以核能是目前整个社会最需要的

首先是惯性约束核聚变：如图 2 所示，中国神光计划和美国国家点火计划。此种聚变方式包括将几毫克 H2和 H3的混合物注入直径为几毫米的小球体中，均匀地注入激光束或从外部注入粒子束。球形表面由于吸收能量而向外蒸发，并且由于其反应，球形内层就像向后喷射以向前推进平面的射流。它将被向内压，球内的压力将增加，温度将急剧上升。当温度达到所需的点火温度，即数亿个温度时，颗粒内的气体经历核聚变爆炸并产生大量的热能。爆炸过程非常短暂，只有几飞秒。如果这个过程能够持续进行，就可以形成受控的核聚变。另一种模式是具有磁约束的核聚变。这种方式，目前被认为是最有前途的。目前正在法国开发的国际热核实验反应堆 ITER 如图 3 所示是磁限制核聚变装置，也称为托卡马克装置。最初由 Azimovich 等人在 20 世纪 50 年代发明位于俄罗爱莫爱科的库尔恰托夫研究所。该设备的中心是一个带有包装的圆形真空腔室。 当托卡马克内部开启时，产生大的螺旋磁场，将等离子体加热到非常高的温度以实现融合，完成聚变反应。

ITER装置

【参考文献】

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1 艾欣;董春发;;储能技术在新能源电力系统中的研究综述[J];现代电力;2015年05期

2 修磊;吴杰峰;沈旭;;316LN不锈钢焊后热处理工艺及对残余应力的影响[J];材料热处理学报;2015年05期

3 李娅娜;谢素明;兆文忠;;基于“局部-整体”映射有限元的大型焊接结构变形仿真研究[J];机械工程学报;2014年08期

4 杨建国;王佳杰;董志波;方洪渊;周立鹏;;随焊冲击碾压整形对低匹配等承载接头硬度与残余应力的影响[J];焊接学报;2013年03期

5 张津;李峰;郑林;郭学博;;2024-T351铝合金搅拌摩擦焊焊件内部残余应力测试[J];机械工程学报;2013年02期

6 郭志峰;王海丹;;中小型核电反应堆的市场前景[J];国外核新闻;2011年05期

7 王光宇;吴运新;闫鹏飞;胡永会;;试样尺寸对淬火铝合金厚板残余应力的影响[J];材料热处理学报;2011年04期

8 李军;杨建国;刘雪松;翁路露;方洪渊;;随焊旋转挤压控制薄板焊件应力变形新方法[J];机械工程学报;2010年12期

9 汪建华,陆皓;焊接残余应力形成机制与消除原理若干问题的讨论[J];焊接学报;2002年03期

10 刘黎明,梁国俐,刘玉君,郑赞,张崇华,刘培晟;基于人工神经网络的船舶高强钢焊接变形分析预测[J];焊接学报;2002年01期

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1 李娅娜;焊接变形预测与控制的数值方法研究及工程应用[D];大连交通大学;2010年

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1 朱晨;CFETR真空室设计模块的研发[D];中国科学技术大学;2017年

2 王利平;喷丸残余应力场及表面粗糙度数值模拟研究[D];山东大学;2015年

3 丰军华;船体典型板架结构焊接变形规律研究[D];大连理工大学;2013年

4 J.J.Choppin（乔纳丹）;核聚变在中国能源市场的发展战略和实施研究[D];华东理工大学;2013年

5 黎江;三维焊接热应力和残余应力演化虚拟分析技术研究[D];广西大学;2002年

本文编号：2824452