[发明专利]氘氚核聚变发电用超厚超导超耐蚀TU1/316LN爆炸焊接复合板

说明书

技术领域

本发明涉及的是利用爆炸焊接工艺，制造的一种人造小太阳氘氚核聚变海水发电用超厚TU1/316LN耐蚀导电复合板。属于爆炸焊接、金属复合材料以及核聚变综合技术领域。

背景技术

人类能源面临危机，按1998年能源消耗量计算，地球上已探明的可用能源，石油只能再使用50年，天然气只能再使用70年，煤炭约200年，核裂变原料铀只能使用60年，即便加上未探明储量和其他因素，地球上的能源最多只能使用200年至300年。而氘氚核聚变原料氘广泛分布在海水中，核聚变所产生的清洁能源足够人类使用上百亿年，比太阳的寿命还要长。也就是所谓的人造小太阳。

人造小太阳氘氚核聚变发电超导控制装置需要使用超厚超导超耐蚀TU1/316LN爆炸焊接复合板。其复层TU1是厚度为20毫米的无氧铜，其与基层用一般的焊接方法几乎难以实现，而采用爆炸焊接方法目前一般复板厚度也不超过12～15毫米。因此要保证20毫米厚的TU1与316LN实现100％爆炸焊接会产生以下几个技术难题：

1、炸药爆速问题。由于复板达20毫米厚，复板的抗弯极限弯矩增大，同时复板的弯曲长度也增大，为了保证爆炸荷载的有效作用时间增长，若采用现有的装药参数，也会由于爆速和爆压太高而使得有效作用时间减小，从而导致复合板出现虚结合或不结合以及过度熔化所产生的大波纹结合状况。这种大波和虚结合的反复交叉出现不仅使焊接复合率降低，而且使得界面结合强度大大下降。

2、装药厚度和间隙距离参数优化问题。炸药确定之后，实际爆炸焊接炸药爆轰速度随装药厚度增大而增大，随间隙距离的增加而增加。既要不能产生界面过熔又要提高爆轰压力；既要延长有效爆轰作用时间又要提高复板的撞击速度，所以在极低爆速炸药配方的基础上，如何选取装药厚度和间隙距离成为此类复合板成功爆炸焊接的关键。

3、边界效应问题。由于受炸药不稳定爆轰段和边界稀疏波的影响，复板太厚还会造成起爆端复合板不结合区变长；又由于存在边界效应的影响，复合板两侧和末端边界效应不结合区也会加大。

4、爆炸应力退火问题。若热处理退火参数制订不合理，TU1/316LNBF超导超耐蚀复合板在后续热处理以及校平等机械加工过程中也会产生继生裂纹。

由于以上几种原因，因此在生产制造TU1/316LNBF爆炸焊接超厚超导超耐蚀复合板时，主要对爆炸焊接炸药的配方、装药主参数的选取、边界效应的消除技术以及复合板热处理参数的设计等方面进行了研究和试验，成功地研究出了一套生产TU1/316LN爆炸焊接超厚超导超耐蚀复合板的技术途径。

发明内容

本发明通过理论研究和多次试验成功克服了上述技术难题，从而形成了一套完善的人造小太阳氘氚核聚变发电用超厚超导超耐蚀TU1/316LN爆炸焊接复合板的制造工艺。

本发明的技术解决方案：

1、临界超低爆速炸药配方优化。由于复板太厚，复板和基板之间的间距较大，就要求炸药爆轰压力的有效作用时间要长，因此要采用临界超低爆速炸药。通过多次试验，炸药爆速为600～800m/s为最佳。此时既能保证炸药稳定爆轰，而且爆速又极低，符合超厚复合板的爆炸焊接。本发明采用乳化炸药为主原料，并添加40％食盐、8％珍珠岩、2％锯粉物质，确保配方的炸药满足临界超低爆速的要求，其爆热、猛度等性能也均适用于超厚复合板的爆炸焊接。

2、装药厚度和间隙距离窗口下限的确定。超厚复板爆炸焊接，其装药厚度和间隙距离都应选取下限：爆炸载荷所产生的最小弯矩首先必须超过材料的动态屈服极限弯矩，使复板产生弯折变形，才能满足爆炸焊接复板和基板斜碰撞的基本条件，此最小装药厚度即为成功爆炸焊接装药厚度窗口的下限。间隙距离也应选取下限，既使复板弯曲距离降到最小，从而保证了爆轰荷载始终处于有效作用状态，又使得复板的最终撞击速度不会太大而产生过熔和大波状的结合界面。装药厚度和间隙距离窗口下限的确定，保证了复合板整体界面的复合率和复合强度。

3、边界效应消除技术。装药厚度和间隙距离窗口下限参数确定之后，还不能保证四周边缘的结合率和结合强度。为了保证100％爆炸焊接复合率和符合标准的结合强度，就必须消除起爆端以及其他三边边界效应对焊接质量的影响。主要是采用爆炸焊接与切割技术为一体的复合技术，通过多次试验使起爆端复板比基板长3cm左右，并在3cm处设置深15毫米的切割槽。复板两侧和末端均与基板对齐，但药盒均比复板宽4厘米左右。这样就消除了起爆端炸药不稳定爆轰以及其余三边边界稀疏效应对焊接质量的影响。