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ITER极向场磁体支撑U型韧性夹焊接方案优化
第 35 卷 第 1 期 核 聚 变 与 等 离 子 体 物 理 Vol.35, No.1
2 0 1 5 年 3 月 Nuclear Fusion and Plasma Physics March 2015
文章编号:0254−6086(2015)01−0030−05
ITER 极向场磁体支撑 U 型韧性
夹焊接方案优化
张 腾,李鹏远,孙振超,许 丹,韩石磊,王 跃
(核工业西南物理研究院,成都 610041)
摘 要:利用试验及数值模拟技术研究了 ITER 极向场磁体支撑 U 型韧性夹的焊接变形规律,模拟和实际测
量的比较验证了模拟的准确性,从而得到了 U 型夹焊缝变形的基本规律,并改进现有夹具类型。基于验证好的热
力边界条件以及优化的夹具,对三种焊接方案的 U 型韧性夹的焊接变形进行了计算,从而提出了极向场磁体支撑
制造的优化方案。优化后的焊接方案将焊接变形控制在 0.6mm 以内。
关键词:极向场磁体支撑;焊接变形;数值模拟;U型韧性夹
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中图分类号:TL62 7 文献标识码:A
1 引言 2 极向场U型韧性夹支撑简述
国际热核聚变试验堆计划(ITER)是目前全球 图1给出了PF 支撑结构示意图。PF U型盒左右
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最大的国际科研合作计划之一。ITER装置是一个能 两壁各有一通透狭缝,深度达800mm ,狭缝截面呈
[1]
产生聚变反应的超导托克马克,俗称人造太阳 。 纺锤形,最大宽度20mm ,尺寸公差为±0.5mm 。材
该装置有若干系统构成,其中,超导磁体支撑系统 料为316LN ,总数量18个。价格昂贵且加工工艺复
由环向场(TF)支撑、极向场(PF)支撑和校正场支撑 杂。目前正处于制造认证阶段,亟待为正式生产探
组成[2] 。6个独立的PF线圈来控制等离子体的电流 寻可靠的制造方案。U型韧性夹制造主要采用焊接
和位形。在PF磁体支撑结构的原始设计中,韧性板 加机加工方案以及模锻加机加工方案。为提高生产
将PF支撑的上夹板与TF线圈连接起来以传递法向 效率以及降低制造成本,拟采用焊接方案。奥氏体
的力以及弯矩[3] 。 TF线圈上有PF 至PF 支撑各 18 不锈钢316LN与碳素钢相比存在线膨胀系数大、导
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个,且结构均为U型韧性夹。根据ITER装置的运行 热率低等特点,大大增加了焊接变形控制的难度。
特点和装配要求,必须严格控制U型韧性夹的尺寸 U型韧性夹的焊接变形的控制是其能否满足后续装
公差和位置公差。U型夹制造主要以焊接为主,再 配的关键。但极向场线圈支撑U型盒材料为316LN
加上少量的机械加工,因此控制焊接变形是U型夹 奥氏体不锈钢,材料价格昂贵,不宜做大量的全尺
制造的关键。本文以PF2支撑U型夹为代表,用数值 寸焊接试验。为降低试验成本,采用模拟件与数值
模拟和实验相结合的方法研究 U型夹结构的焊接 分析相结合的办法确定焊接方案。
变形,为PF支撑的制造探索可行的制造工艺。 在焊接过程中,焊缝及近缝区在电弧热的作用
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