前混合磨料射流切割聚变堆第一壁钨材料研究

doi:10.16568/j.0254-6086.202101015

核聚变与等离子体物理 ›› 2021, Vol. 41 ›› Issue (1): 85-90.DOI: 10.16568/j.0254-6086.202101015

前混合磨料射流切割聚变堆第一壁钨材料研究

王岩 1, 2, 3，张西洋 3，周自波*1, 2，姚达毛 1, 2

(1. 中国科学院等离子体物理研究所，合肥 230031；
2. 中国科学技术大学，合肥 230026；
3. 安徽理工大学机械工程学院，淮南 232001)

收稿日期:2019-09-10 修回日期:2020-04-07 出版日期:2021-03-15 发布日期:2022-03-07
作者简介:王岩(1986−)，男，安徽宿州人，博士研究生，实验师，主要从事高压水射流技术和聚变堆遥操作技术研究。
基金资助:
国家重点研发计划(2017YFA0402504)；安徽高校自然科学研究重点项目(KJ2018A0079)

Study on cutting first wall tungsten material for fusion reactor by premixed abrasive jet

WANG Yan1, 2, 3, ZHANG Xi-yang3, ZHOU Zi-bo1, 2, YAO Da-mao1, 2

(1. Institute of Plasma Physics, Chinese Academy of Sciences, Hefei 230031;
2. University of Science and Technology of China, Hefei 230026;
3. Anhui University of Science and Technology, School of Mechanical Engineering, Huainan 232001)

Received:2019-09-10 Revised:2020-04-07 Online:2021-03-15 Published:2022-03-07

摘要/Abstract

摘要： 针对聚变堆第一壁钨材料的加工问题，开展前混合磨料射流切割钨试验，研究切面表面形貌，分析
射流压力和切割速度对切面粗糙度、切面光滑区深度的影响。结果表明：切割速度对粗糙度影响较大，减小切割
速度可以降低切面粗糙度；射流压力对粗糙度影响略小，提高射流压力可以增加切面光滑区深度，改善切面质量。
试验发现切面存在拖尾纹、残余楔角和冲蚀凹坑等现象，需要通过喷嘴角度补偿等方法予以抑制或消除，以提高
切面加工质量。

关键词: 磨料水射流, 聚变堆, 钨, 切割试验

Abstract: The experiment of tungsten cutting with pre-mixed abrasive jet is carried out to solve the problem
of tungsten difficult to machine for first wall in fusion reactor. The surface morphology of the cut surface is
studied, and the effects of jet pressure and cutting speed on the surface roughness and the depth of the smooth
zone of the cut surface are analyzed. The results show that cutting speed has a great influence on the roughness,
and cutting speed can reduce the roughness of the cut surface. The influence of jet pressure on the roughness is
slightly smaller than that of the cutting speed, and the increase of jet pressure can increase the depth of smooth
area of cut surface and improve the quality of cut surface. It is found that there are trailing marks, residual wedge
angle and erosion pits on the cutting surface, which need to be suppressed or eliminated by nozzle angle
compensation to improve the processing quality of the cutting surface.

Key words: Abrasive water jet, Fusion reactor, Tungsten, Cutting test

中图分类号:

TH161+.14

王岩, 张西洋, 周自波, 姚达毛. 前混合磨料射流切割聚变堆第一壁钨材料研究[J]. 核聚变与等离子体物理, 2021, 41(1): 85-90.

WANG Yan, , , ZHANG Xi-yang, ZHOU Zi-bo, , YAO Da-mao. Study on cutting first wall tungsten material for fusion reactor by premixed abrasive jet [J]. Nuclear Fusion and Plasma Physics, 2021, 41(1): 85-90.

参考文献

[1] 刘凤, 罗广南, 李强, 等. 钨在核聚变反应堆中的应用研究 [J]. 中国钨业, 2017, 4: 41−47.
[2] 才中来, 蔡立君, 颜建国, 等. 钨偏滤器的单元结构设计以及相关实验研究 [J]. 核聚变与等离子体物理, 2016, 36(6): 97−103.
[3] 郭双全, 冯云彪, 燕青芝, 等. 偏滤器中钨与异种材料的连接技术研究进展 [J]. 焊接技术, 2010, 9: 3−8.
[4] 余浩, 刘桂贤, 张永俊, 等. 纯钨材料环形微槽电解电火花加工特性研究 [J]. 航空制造技术, 2019, 11: 47−54.
[5] 陈华, 宋志坤, 罗郁雯. Ta-12W 合金精密切削加工工艺研究 [J]. 机械设计与制造, 2012, 9: 164−166.
[6] 吴海, 刘波, 王国涛, 等. 磨料水射流切割技术分析及研究 [J]. 机械管理开发, 2010, 116: 9−10.
[7] Ahmed D H, Naser J, Deam R T. Particles impact characteristics on cutting surface during the abrasive water jet machining: numerical study [J]. Journal of Materials Processing Technology, 2016, 232: 116−130.
[8] Hlavacova I M, Geryk V. Abrasives for water-jet cutting of high-strength and thick hard materials [J]. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2017, 90(5−8): 1217−1224.
[9] Hejjaji A, Zitoune R, Crouzeix L, et al. Surface and machining induced damage characterization of abrasive water jet milled carbon/epoxy composite specimens and their impact on tensile behavior [J]. Wear, 2017, 376−377: 1356−1364.
[10] Montesano J, Bougherara H, Fawaz Z. Influence of drilling and abrasive water jet induced damage on the performance of carbon fabric/epoxy plates with holes [J]. Composite Structures, 2017, 163: 257−266.
[11] Haghbin N, Spelt J K, Papini M. Abrasive waterjet micro-machining of channels in metals: Comparison between machining in air and submerged in water [J]. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2015, 88: 108−117.
[12] 杨康, 刘萍. 磨料水射流侵彻钛合金材料的机理分析[J]. 机械制造, 2015, 3: 47−49.
[13] Li H Z, Wang J. An experimental study of abrasive waterjet machining of Ti-6Al-4V [J]. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2015, 81(1−4): 361−369.
[14] 陆国胜, 龚烈航, 张晓鑫, 等. 提高磨料水射流磨料混合效果的探讨 [J]. 机床与液压, 2003, 1: 217−219.
[15] Hashish M. The application of abrasive jets to concrete technology [M]. Cranfield England, 1982. 74−78.
[16] 康灿, 刘海霞, 杨敏官, 等. 高压水射流技术基础及应用 [M]. 北京: 机械工业出版社, 2015. 117−119.
[17] 陈晓晨, 邓松圣, 管金发, 等. 磨料水射流冲蚀金属损伤形貌特征及机理研究 [J]. 摩擦学学报, 2018, (1): 816.

前混合磨料射流切割聚变堆第一壁钨材料研究

Study on cutting first wall tungsten material for fusion reactor by premixed abrasive jet

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

[1]	王芬, 张龙, 曹启祥, 赵奉超, 周冰, 王艳灵. 磁约束聚变堆核安全系统研究与设计[J]. 核工业西南物理研究院, 2025, 45(1): 49-57.
[2]	李峰, 刘茗, 钱伟, 张归航, 车通, 魏然, 谌继明, 郑鹏飞. 抛光和真空退火对钨表面微结构变化的影响研究[J]. 核工业西南物理研究院, 2024, 44(4): 394-400.
[3]	屈苗, 颜莎. 瞬态热流下钨初级裂纹对脉宽时间的依赖性研究[J]. 核工业西南物理研究院, 2024, 44(2): 206-213.
[4]	屈苗, 颜莎. 瞬态热流下钨再结晶规律的研究[J]. 核工业西南物理研究院, 2024, 44(1): 58-64.
[5]	白晓伟, 姚达毛. 托卡马克遥操作重载机械臂旋转关节工程研究[J]. 核工业西南物理研究院, 2023, 43(3): 270-276.
[6]	李晓萍, 张映辉. He⁺ 等离子体辐照下钨丝表面 He 通量分布的数值模拟[J]. 核工业西南物理研究院, 2023, 43(3): 359-365.
[7]	王保国, 朱大焕, 丁锐, 穆磊, 李长君, 陈俊凌 . EAST 边缘等离子体中钨表面电弧诱导实验研究[J]. 核聚变与等离子体物理, 2023, 43(2): 156-160.
[8]	韩佳佳, 汪卫华, 浦文婧, 江海燕, 储德林, 史博 . 矩形管道载氚热磁流体输运特性的数值模拟研究[J]. 核聚变与等离子体物理, 2023, 43(2): 161-168.
[9]	范小松, 吉海标, 顾永奇, 刘志宏, 吴杰峰, 马建国. 未来聚变堆真空室制造过程中曲面拟合算法研究[J]. 核聚变与等离子体物理, 2022, 42(1): 35-38.
[10]	黄攀, 王一鸣, 谌继明, 王平怀. 正火和回火处理过程中W/Fe/RAFM钢接头 W/Fe界面组织和剪切性能的演化[J]. 核聚变与等离子体物理, 2021, 41(3): 240-246.
[11]	王一鸣，黄攀，谌继明，王平怀. W/Fe/CuCrZr热等静压模块组织及性能分析[J]. 核聚变与等离子体物理, 2021, 41(2): 124-130.
[12]	王磊, 张秀杰, 潘传杰, 许增裕, 赵耀, 王凡. 聚变堆液态包层准二维磁流体湍流模型研究[J]. 核聚变与等离子体物理, 2021, 41(1): 21-25.
[13]	贺平逆1, 2，韦建军3，王志君4，张坤1，芶富均*1 . 液态锡对低活化马氏体/铁素体钢CLF-1的腐蚀行为研究[J]. 核聚变与等离子体物理, 2020, 40(2): 129-134.
[14]	钱伟，郑鹏飞，王炼，徐丽莎，刘星，魏然，白泉，车通. 含钼涂层钨材料在氦等离子体作用下的前期表面形貌演变研究[J]. 核聚变与等离子体物理, 2020, 40(2): 142-147.
[15]	刘洪涛，王福琼*，钟方川. 经典漂移对EAST钨杂质产生和输运特性影响的模拟研究[J]. 核聚变与等离子体物理, 2019, 39(4): 289-295.