[发明专利]抗腐蚀外壳、放放射性材料容器和制造方法及储存放射性材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及放射性物质容器的抗腐蚀外壳、放放射材料容器和制造方法及储存放射性物质的方法。

背景技术

随着核电站之类的扩散的增加，需要提供安全可靠的处理放射性核废料的方法。不能再处理的材料通常必须储存相当长的时间，几千年或更长。到目前为止，储存这种放射性废料的容器用钢制造。钢容器先制成一些部件，随后用电弧焊焊接起来，留有一开口使核废料可装入容器中，之后在容器上焊上一盖。钢容器的问题是随着时间过去容器会腐蚀及放射性物质会泄漏。

对于放射性材料容器的最重要要求是在例如深埋储藏室之类的典型储存设备中要长时期保持完整性。实际上容器会被这种储藏室的岩石中的地下水腐蚀渗透。因此建议提供一个抗腐蚀外壳来至少限定容器的外壁。铜和铜合金已被认为是制这种外壳的合适材料(例如参见Svensk Krnbrnslehantering AB，1996年年度报告，6.2章)。为了提供强的抗腐蚀性，这些外壳的壁要尽可能厚，例如典型的厚度为30-60mm。

相信有这样厚度的材料有很长期的抗腐蚀性。但是，外壳需要制成几个单元，再连接起来。连接方法是关键的，因为如果连接处容易被腐蚀作用的话，外壳的长期抗腐蚀性就会降低。不幸地是，要求厚度的铜和铜合金很难焊接，主要由于这些材料的熔点高(1083℃)。为此，建议使用电子束焊接，可得到高的整体性的焊缝，有与外壳材料类似的抗腐蚀性。PCT/GB98/02882公开了由焊接研究所开发适合于这种应用的电子束系统的实例。

材料的抗拉强度及蠕变强度受到晶粒尺寸的影响，晶粒尺寸越小，强度越好。

电子束焊接能达到上述的好的抗腐蚀性。但是产生在毫米级尺寸的比较大的晶粒。因此要求进一步改进焊接材料的性能而仍保持在比较厚的部分之间强的焊缝。

发明内容

本发明的目的是提供一种克服现有技术缺陷的抗腐蚀外壳、放放射性材料容器和制造方法及及储存放射性物质的方法。

按照本发明的一个方面，制造用以放射性材料容器的抗腐蚀外壳的方法包括把铜或铜合金的至少两部分搅动摩擦焊接起来。

申请人已经发现可用搅动摩擦焊代替电子束焊接得到高整体性的抗腐蚀焊缝。

搅动摩擦焊是一个方法，其中比工件材料硬的摩擦头进到连接区，和连接区两侧工件的相对部分中，在摩擦头和工作中作相对的周期运动(例如转动式往复运动)，产生摩擦热，使工件的相对部分成塑性状态；任选地沿连接区在工件和摩擦头之间进行相对的平移运动；移出摩擦头，使变成塑性状态的部分凝固和把工件连接在一起。EP-B-0615480和WO95-26254公开了搅动摩擦焊的实例。

搅动摩擦焊已开发作为焊接薄的如铝之类的轻合金的方法，到目前为止还不能用作焊较厚的材料，特别如铜和铜合金的方法，因为已知这些材料有高熔点及高的导热率，因此是难以焊接的。但是，我们惊人地发现搅动摩擦焊可以用来焊接厚的铜和铜合金材料。虽然温度只达到700-900℃，但是搅动摩擦焊是一个固相的工艺方法，可得到好的焊接结果。另外，最终的焊缝的晶粒尺寸比电子束焊接得到的晶粒尺寸小。这是因为用搅动摩擦焊，在形成晶粒时可使晶粒破碎，也使晶粒快速冷却使它们几乎没有机会使晶粒长大。结果，得到微米量级的晶粒尺寸。已经显示最终焊缝的硬度及抗拉强度与母材的基本一样。由于抗腐蚀外壳一般体积大而且重难以定向进行电子束焊接，但可以由搅动摩擦焊焊接。典型的核废料容器可重达25吨。

搅动摩擦焊可以比较容易地适应各种焊接方向，这样比电子束焊接可得到更好的精度。

搅动摩擦焊可用来焊接外壳的一些或全部单元。例如，一个典型的外壳是圆筒形的，由两个半圆筒形制成及两端有一底部及一盖。两个半圆筒及底部可用电子束焊接而盖可以用搅动摩擦焊。这对焊接过程及允许外壳定向成开口向上使盖用搅动摩擦焊比电子束焊接可更方便地焊接这两方面都是有利的。

很方便，包括固定外壳的部分，使搅动摩擦焊工具沿在两单元之间限定的连接线移动。但是，在另外的情形下，工具可固定，而要焊接的单元移动。

由于外壳通常定向成开口向上以便装放射性材料，在一个实例中，盖和外壳包住开口的壁部分成锥形，使得在把盖焊到壁上前，盖可由外壳壁支承着。

抗腐蚀材料为铜或铜合金，优选的材料为纯铜。