近日，由等離子體所負(fù)責(zé)的ITER校正場線圈（CC）采購包中首個(gè)1:1全尺寸底部（BCC）模型線圈，順利完成整體裝配中最重要的一步——激光封焊，并被ITER組織官方網(wǎng)站newsline綜合報(bào)道。該項(xiàng)技術(shù)的突破不僅表明項(xiàng)目組對高功率激光焊接設(shè)備與工藝研發(fā)終獲成果，更是當(dāng)前國內(nèi)萬瓦級(jí)激光焊接技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向重大國際工程應(yīng)用的重要里程碑。

　　CC線圈繞組裝入線圈盒后是將盒體與盒蓋進(jìn)行整體裝配封焊，為保證線圈的整體剛度，必須保證線圈盒上所有焊縫全焊透。長達(dá)30米的焊縫如果采用常規(guī)焊接方法必將產(chǎn)生巨大的焊接變形導(dǎo)致無法滿足線圈的外形尺寸要求。同時(shí)，為避免焊接時(shí)所產(chǎn)生的熱量對線圈盒內(nèi)部繞組造成損傷，必須嚴(yán)格控制焊接時(shí)繞組表面的溫度不超過200攝氏度。項(xiàng)目組在經(jīng)過充分的技術(shù)調(diào)研后決定采用激光焊接方法。

　　激光焊接作為一種先進(jìn)的高能束焊接技術(shù)，是以聚焦的激光束作為能源轟擊焊接件所產(chǎn)生的熱量進(jìn)行焊接的方法。與其他焊接方式相比其優(yōu)勢在于：無需真空環(huán)境、熱輸入集中、熱變形小、焊縫深寬比大、精度高、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊接，被認(rèn)為是最合適于CC線圈盒封焊的焊接方法。但將先進(jìn)的激光焊接技術(shù)應(yīng)用于CC線圈盒的焊接面臨著巨大的挑戰(zhàn)：首先是CC線圈盒的大尺寸結(jié)構(gòu)。當(dāng)前成熟工程應(yīng)用激光焊接技術(shù)的典型領(lǐng)域如動(dòng)力電池、汽車白車身的焊接均為中小型尺寸的焊接件，應(yīng)用于尺寸如此巨大的工程焊接件尚無成功案例；其次，線圈盒的結(jié)構(gòu)復(fù)雜。在多方向的彎曲結(jié)構(gòu)給自動(dòng)焊接過程的實(shí)施帶來巨大困難；第三，焊接厚度達(dá)20mm。當(dāng)前工程中激光焊接的焊接深度基本為1-3mm，鮮有超過10mm的焊接厚度，隨著焊接厚度的增加，焊接過程的穩(wěn)定性、熱源的精確控制以及對裝配精度的精確控制等因素都給線圈盒的封焊過程帶來未知挑戰(zhàn)。

　　在充分理解線圈盒激光焊接的技術(shù)難點(diǎn)基礎(chǔ)上，CC項(xiàng)目組在國內(nèi)率先搭建了首套20kW光纖激光焊接系統(tǒng)（為國際上公開報(bào)道的激光焊接技術(shù)工程應(yīng)用的最大功率）。研究開發(fā)了超高功率大厚板激光焊接技術(shù)，解決了當(dāng)前激光焊接面對大型結(jié)構(gòu)件裝配精度要求極高的“卡脖子”問題，掌握了大功率激光焊接熔深與熱場精準(zhǔn)控制，以及大型復(fù)雜工程結(jié)構(gòu)件焊接過程的應(yīng)力場與應(yīng)變場控制等關(guān)鍵技術(shù)，并形成CC線圈盒封焊的標(biāo)準(zhǔn)工藝規(guī)范，得到了英國焊接研究所TWI的高度贊許。2018年6月份在ITER組織與歐洲核子研究組織的見證下，項(xiàng)目組順利完成首個(gè)全尺寸BCC線圈盒的激光封焊，焊后線圈盒整體焊接變形≤4mm，焊縫質(zhì)量達(dá)到ISO 13919-1 B級(jí)，繞組表面的溫度控制在200度以內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了ITER校正場線圈盒高標(biāo)準(zhǔn)和高質(zhì)量焊接。

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　　ITER BCC線圈盒激光焊接