核聚变装置诊断观测窗口的双层密封焊接关键技术研究

需求的背景和应用场景

在可控核聚变研究领域，核聚变装置作为实现清洁能源的重要途径，其稳定运行与高效能量输出是科研人员关注的重点。观测窗口作为核聚变装置中的关键部件，不仅承担着实时监测反应室内部状态的重任，还需承受高温、高压、强辐射等极端环境条件的考验。然而，传统观测窗口由于材料选择、结构设计以及焊接工艺等方面的限制，往往存在寿命短、可靠性差等问题，严重影响了核聚变装置的运行效率和安全性。因此，针对石英玻璃-不锈钢这一特定观测窗口结构与材料特性，开展大尺寸石英玻璃-不锈钢光窗焊接研究，旨在构建一套完善的焊接接头设计与工艺优化体系，以提升观测窗口的耐用性和可靠性，满足核聚变装置对观测窗口的苛刻需求。

要解决的关键技术问题

1. 石英玻璃-不锈钢光窗焊接应力缓释结构设计及制备技术研究：针对石英玻璃与不锈钢两种材料在热膨胀系数、熔点等物理性质上的差异，设计合理的焊接应力缓释结构，以降低焊接过程中产生的残余应力，提高焊接接头的强度和稳定性。同时，研究相应的制备技术，确保焊接结构的精确度和一致性。
2. 石英玻璃与不锈钢焊接界面冶金机理及工艺优化研究：深入探究石英玻璃与不锈钢在焊接过程中的冶金反应机理，包括界面元素的扩散、化合物的生成等，以优化焊接工艺参数（如焊接温度、焊接速度、保护气体等），实现两种材料的良好冶金结合，提高焊接接头的质量和耐久性。
3. 石英玻璃-不锈钢焊接光窗构件质量评价及焊接工艺规程建立：建立一套完整的光窗构件质量评价体系，包括焊接接头的力学性能测试、微观组织分析、密封性能测试等，以确保焊接光窗构件满足核聚变装置的使用要求。同时，根据研究成果，制定标准化的焊接工艺规程，为后续的工程应用提供技术支撑。

效果要求

通过本项目的研究，预期将实现以下效果：

• 提升观测窗口的耐用性和可靠性：通过优化焊接接头设计和工艺，显著降低焊接应力和界面缺陷，提高观测窗口在极端环境下的使用寿命和可靠性。
• 形成核心技术竞争力：掌握石英玻璃-不锈钢光窗焊接的关键技术，形成具有自主知识产权的技术体系，提升我国在可控核聚变领域的技术竞争力。
• 推动核聚变技术的发展：为核聚变装置提供高性能、长寿命的观测窗口，为核聚变技术的商业化应用奠定坚实基础，促进清洁能源技术的发展和进步。同时，该技术的成功研发也将为其他领域涉及异种材料焊接的问题提供借鉴和参考。