Broschüre "Kernfusion" - KIT - PL FUSION

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Abb. 12:
Typische Diffusionsschweißproben: A: U-DW-
Labor-Probe, nicht strukturierte Fügefläche
25 x 30 mm. B: CWS (Cat Walk Sample) Stegprobe
mit 8 mm breiten Stegen. C: Teile einer
Stegprobe (CWS) mit 4 mm breiten Stegen.
D: Stegprobe mit 2 mm breiten Stegen, entsprechend
den zukünftigen Verhältnissen in
einer BU-CP. E: Compact Mock Up, dieses Teil
(60 x 70 mm) stellt bereits eine miniaturisierte
Kühlplatte mit Gasverteiler und Stegen dar.
Später werden Anschlüsse für den inzwischen
erfolgreichen Lecktest eingeschweißt.
Die Proben B, C, D und E sind Teil einer
Versuchsreihe zum Verfahrensübertrag von
Laborproben zu konkreten Kühlplatten.
(Foto: FZK)
Fertigungstechnik
Für die Fertigung der von Kühlkanälen
durchzogenen Platten zwischen
den Schüttbetten sowie der heliumgekühlten
Blanketbox wurde ein zweistufiges
U-DW (Uniaxial Diffusion
Weld)-Verfahren für EUROFER entwickelt,
welches mit Einschränkungen
zu einem konventionellen HIP-
Verfahren (Heiß-isostatisches Pressen)
kompatibel ist. Hierbei werden im
ersten Schritt durch Fräsen die
EUROFER-Platten (Bleche) planarisiert.
Es werden in jede der spiegelbildlichen
Halbplatten die zukünftigen
Kühlkanäle mit etwas mehr als
der späteren halben Höhe eingefräst.
Die verbleibende Fügefläche wird
dann mit einem Hochgeschwindigkeits-Trockenfräsverfahren
in einen
leicht diffusionsschweißbaren Zustand
versetzt. Wegen der anschließenden
Acetonreinigung muss derzeit
dieses Trockenfräsverfahren verwendet
werden, um eine Verunreinigung
der Fügeflächen durch ein Nassfräsverfahren
(hochreaktive Oberfläche)
zu vermeiden. Die Halbplatten werden
zueinander fixiert und dann
„geboxt“ bzw. in einem entsprechenden
Vakuumofen fixiert. Im ersten
Prozessschritt werden die Plattenhälften
bei einem Druck von ca 20
MPa (1010 Grad Celsius, 30 Minuten)
in den Fügeflächen geschweißt.
Dieser Prozessschritt soll letzte
Unebenheiten in den Fügeflächen
einebnen und für einen „innigen“
Kontakt zwischen den Halbplatten
sorgen. Der Schweißdruck wird im
zweiten Schritt auf etwa 10 Megapascal
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gesenkt und die Temperatur auf 1050
Grad Celsius (84 Minuten) erhöht.
Dies erhöht die Schweißgüte und hilft
„anschaulich“ Fehlstellen im Bereich
der Schweißnaht zu schließen. Das beschriebene
Zweischrittverfahren besitzt
den Vorteil einer relativ geringen
Verformung des Werkstücks im Vergleich
zu einem Einschrittverfahren.
Nach diesem Prozess muss das Werkstück
noch (PWHT Post Weld Heat
Treatment, 980 Grad Celsius 0.5
Stunden 730 Grad Celsius 3 Stunden)
wärmebehandelt werden und die endgültige
Kühlplatte beispielsweise per
Funkenerosion aus dem dickeren
Werkstück gewonnen werden.
Bei der Zugfestigkeit der Schweißnähte
werden dieselben Werte wie
vom Grundmaterial mit derselben thermischen
Vorgeschichte erreicht. Die
Kerbschlagergebnisse bezüglich duktil-zu-spröd-Bruch-Übergangstemperatur
(DBTT) und Hochlage (USE)
liegen bei derzeitigen Laborproben im
Bereich des Grundwerkstoffs.
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Entwicklung eines Blankets für
DEMO
Das Design eines Blankets ist eng mit
plasmaphysikalischen und technologischen
Bedingungen im Fusionskraftwerk
verbunden und muss an
neue Erkenntnisse auf diesen Gebieten
angepasst werden. Bei der konstruktiven
Auslegung des Blankets
gibt es weitreichende Gestaltungsmöglichkeiten,
die eine Integration in
das Design eines Fusionskraftwerkes
erlauben. Die europäische Leistungsreaktorstudie
hat die Anforderungen
konkretisiert, die ein Kraftwerk erfüllen
muss, um in einem zukünftigen
Strommarkt konkurrenzfähig zu sein.
Von besonderer Bedeutung ist eine
geeignete Segmentierung des Blankets
in große Module, um den Wartungsstillstand
zu begrenzen, und die
Forderung an das Blanket, dem vollen
Kühlmittelinnendruck von 8 Megapascal
sicher standzuhalten. Bei der
Weiterentwicklung des HCPB-Konzeptes
wurde neben diesen Zielen
auch eine Modularisierung erreicht,