陶瓷金属焊接技术让大电流馈通器件设计变得简单

时间:2018-03-27    来源:中国机械工程学会焊接分会



大电流馈通器件的典型应用是核电反应堆的主电路贯穿件和CNG大型运输船的加热用馈通件。核电反应堆是防止异常温度增高或应急冷却时对贯通件的破坏;液化天然气深冷运输船是贯通件平时处于深冷状态,一旦加热时又会升温,频繁的温度变化带来的应力破坏不容小觑。陶瓷有着优异的密封特性、绝缘特性、耐高温、化学稳定性。

陶瓷馈通件采用陶瓷金属钎焊工艺,陶瓷选用氧化锆/氧化铝复合陶瓷或性能更加可靠的氮化硅陶瓷,采用含金、镍、钯等延展性较好的贵金属焊料。

核电反应堆对放射性物质的泄漏要求是极其苛刻的,反应堆通过多层的混凝土和钢壳实现和外界的密封和隔离,发电机主电路馈出通道和各种信号的馈入和馈出通道成为反应堆隔离的薄弱点,特别是在反应堆因各种意外情况引发反应堆内部温度升高时,最先可能受到破坏的就是馈入和馈出器件,在福岛核电事故中,树脂结构的馈通件被破坏导致放射性物质大量泄漏。现在还有一种采用玻璃封接的馈通器件,众所周知,大电流馈通件是采用导电性良好的铜一类导体,受铜的熔点限制,封接温度不可能选的太高,这导致封接后馈通件的再熔软化点也不会太高,玻璃还是脆性物质,在异常温度变化条件下,极易出现缝隙。所以在核电领域,高可靠的陶瓷金属焊接馈通器件成为目前最佳的选择。选用锆增韧的氧化铝陶瓷和液相线超过1000℃的贵金属焊料,使保证气密性的温度可以超过550℃,馈通件中的导体有着略比陶瓷高一点的膨胀系数,在异常高温环境中,可以更加紧密的挤压陶瓷,实现高可靠的密封。导体和陶瓷之间、陶瓷和法兰之间采用波纹应力缓冲结构,用来弥补各种组件之间膨胀系数差异带来的应力。

经过交付案例案例验证:本方案的陶瓷馈通件气密性达到了1.5*10-10Pam3/s,500℃/10小时泄漏率在安全允许范围内。器件生产水平达到了设计要求。