氢同位素对包层第一壁钨/钢焊接接头组织和性能的影响

【作者】 王纪超； 王万景； 李强； 魏然； 王兴立； 谢春意； 刘松林； 罗广南；

【机构】 中国科学院等离子体物理研究所；

【摘要】 CFETR水冷包层第一壁由面向等离子体材料钨和结构材料铁素体/马氏体钢组成,严苛的聚变堆运行环境对钨/钢连接质量提出了很高的要求[1]。固相扩散焊接是比较有前途的实现钨/钢连接技术之一[2]。用钛金属做中间层对钨/钢进行了热等静压固相扩散焊接实验,测试分析显示钛可以有效避免钨/钢脆性反应相的出现,实现了较好的钨/钢连接[3]。另一方面,在聚变堆中包层部件直接暴露于氢同位素环境中。氢同位素很容易在金属中溶解并扩散,从而影响金属的显微结构和整个焊接接头的连接质量。因此,评价钨/中间层/钢焊接接头在氢同位素环境中是否可以保持结构完整性对聚变装置的稳态运行至关重要。采用静态置氢法对钨/钛/钢焊接接头进行了氢同位素(氘气)暴露实验,通过改变氘气压强(200～10000Pa)从而改变氘气在焊接接头中的含量。置氘以后对焊接接头进行了组织和性能分析。氘气压强在200～1 000 Pa范围内,钛中间层和钨/钛/钢界面显微组织变化不大,钨/钢结构完整,但力学性能会受到影响;氘气压强提高到10 000 Pa以后,钨/钛/钢焊接接头中钛脆化成粉末,钨/钢连接完整性被破坏,如图1和图2所示。用钛做中间层可以得到连接质量较好的钨/钢接头。但是氢同位素暴露试验结果表明,钨/钛/钢焊接接头连接强度会受到氢同位素含量的影响,氢同位素过饱和以后甚至会导致接头失效,因此需要采取措施使接头中的氢同位素含量保持在一定范围之内。本工作的研究同样适用于添加了其他中间层材料的钨/钢模块在氢同位素环境中的完整性验证。更多还原