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鹿鼎这种材料的焊接本来就是焊接领域的难点之一

2019年04月15日   来源:鹿鼎   浏览次数:   我来说两句

 
 
胡春明:7年,就为了一个“超级保温瓶”  
 

中国散裂中子源(CSNS)是继美国、日本、英国之后,世界上第四台脉冲散裂中子源,填补了我国脉冲中子应用领域的空白,为材料、生命和能源等科学领域的突破提供了重要手段。

对于大多数读者而言,慢化器这个词几乎听都没有听过。实际上,慢化器是散裂中子源核心的设备之一,作用是将散裂靶产生的高能中子慢化成能量更低的冷中子或热中子。慢化器这一冷门技术,对中国铝合金材料加工具有重大意义。

鹿鼎这种材料的焊接本来就是焊接领域的难点之一

CSNS慢化器反射体系统负责人胡春明。受访者供图

自主设计制造,不输国外设备

胡春明,CSNS慢化器反射体系统负责人,此前在中国工程物理研究所从事反应堆冷源建设和相关技术研究工作,曾主持国内第一套反应堆液氢冷源的国外引进建设项目。

据胡春明介绍,中国散裂中子源上拥有两套低温液氢慢化器和一套常温水慢化器,其中,两套低温液氢慢化器技术要求最复杂,制造难度最高。

“低温液氢慢化器的核心,相当于一个‘超级保温瓶’,核心工作温度约为-250℃。快速运动的中子落入其中再‘爬’出来,成为物理实验和物理谱仪需要的低能中子。我们工作的重点就是设计和制造这个‘超级保温瓶’,空间小、超低温、强辐射、内部充满易燃易爆介质是‘超级保温瓶’的使用环境,所以它的技术性能指标和制造质量要求都非常高。”

液氢慢化器只用于散裂中子源和反应堆中子源上,是典型的小众非标产品,目前世界上能够自主制造这类产品的之前只有美英法俄日等原子能技术比较发达的国家。

慢化器制造技术方面,虽然发达国家没有技术垄断之说,但由于真正的制造单位大多是些高科技公司,我国此前没有参与核心技术交流的机会。

对此,胡春明和他所在的团队采取的做法是尽可能充分了解国内技术水平,特别在某些特种制造技术方面,与设备研制单位充分协商沟通,让他们了解根本需求,再一起确定研制技术方案。

慢化器反射体系统是散裂源的核心部件,但在散裂源项目前半期,由于没有合适的团队,相关的技术研发基础非常薄弱,等到胡春明所在的团队正式接受这项工程任务时,鹿鼎总代,已经处于预留经费不足、时间紧迫的困难局面。

为了尽可能地减少时间浪费,慢化器反射体系统课题组选择了各种特种技术设备比较齐全,质量控制严格可靠的单位来共同完成此项任务。由于研制设备的特殊性,很多制造工艺在国内属于首次采用,没有经验可供参考,对这些工艺只能采取摸着石头过河的办法来解决,通过“样品的样品”的方式反复试制,直到找到稳定可靠的工艺,才可以用于真正的工程件上。对一些不确定因素的影响,通过反反复复的试验、试加工,直到得到稳定可靠的工艺方法为止。

尽管如此,仍有意外发生。“最后一个氢慢化器本体(这是核心的核心部分)即将完成,差不多是倒数第二还是第三道焊缝,突然出现了焊缝局部细裂纹的现象。”胡春明表示,在这之前,各种样品试验中从来没有出现这个现象,而且工程件所用的材料和试验件是同一个原材料件上取下来的,焊接的工艺参数和条件也完全未变,出现细裂纹完全出乎意料。

“慢化器是一个多层嵌套结构,制造是按照顺序由内向外,由下到上,一层层一段段地加工而成,而且不可以走回头路,必须保证每道工序都要成功。在慢化器生产过程中,整个产品最终完成前,任何一道工序失败,就意味着前面所有的工作成果归零,一切需要从头再来。因此,对这道裂纹的处理必须慎之又慎。”

经过查找和分析原因,胡春明及其团队最终认为是与原材料有关,由于原材料中有极小的局部成分不均匀,而这个不均匀处又恰好出现在焊缝位置处。在寻求补救措施时,由于慢化器本体是铝合金材质,这种材料的焊接本来就是焊接领域的难点之一,特别是问题焊缝只允许进行一到两次修补。

“我们做了大量的焊缝补救工艺试验样品,通过这些样品试验证明拟采用的补救工艺方法确实稳定可靠,方才用于正式工程件上。就是这一道小小的裂纹,将我们整个慢化器工期拖延了差不多两个多月。”胡春明表示。

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