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ENEA - divisione Fusione

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Laboratorio Vuoto e Superfici: Forni ad Alto Vuoto

Giunzioni: un know-how consolidato

Finestra per radiofrequenza di FTU in Ti/AlluminaFinestra per radiofrequenza di FTU
in Ti//Allumina
Il laboratorio ha sviluppato tecniche di giunzione ottenute per brasatura sotto vuoto o anche per diffusione, applicabile ad una vasta gamma di accoppiamenti tra metalli (acciao, rame, molibdeno, tungsteno, titanio, ecc.) e/o altri materiali sia ceramici che compositi (grafite, composito in fibra di grafite, composito in carburo di silicio).

Tali tecniche sono state applicate a componenti del tokamak di Frascati FTU: ad esempio le Finestre per RadioFrequenza con giunzione in Ti//Allumina (vedi figura a destra).

Prototipo di divertore per ITER in CFC//MolibdenoPrototipo di divertore per ITER in CFC//Molibdeno


Un'altra applicazione di giunzione in CFC//Molibdeno e' stata per il prototipo del Divertore della macchina tokamak ITER (vedi figura a sinistra).

 

 

HRP - Hot Radial Pressing: una nuova tecnica di saldatura per diffusione

Apparecchiatura HRP (Forno e impianto da vuoto)Apparecchiatura HRP (Forno e impianto da vuoto)

Questo procedimento (brevetto ENEA-CSM) per la messa in forma complessa e simultanea saldatura per diffusione allo stato solido a caldo di oggetti coassiali è un alternativa al processo di tipo isostatico (HIPing – Hot Isostatic Preessing).

Esso è stato sviluppato da ENEA (in collaborazione con CSM Centro Studi Materiali di Castel Romano) per la costruzione di componenti della macchina ITER che devono resistere ad elevati flussi termici.
In questo particolare caso, che poi è l’effettivo impiego per cui è nata questa collaborazione, il componente è uno scambiatore di calore composto da vari tubi in lega di rame che a causa degli elevati flussi termici deve essere protetto tramite un materiale sacrificale, resistente alle alte temperature, con un buon contatto termico con il tubo stesso.
I materiali utilizzati per questa funzione sono essenzialmente W (tungsteno) e CFC (compositi in fibra di carbonio).

L’innovazione consiste nella realizzazione sperimentale del sistema di riscaldamento accoppiato ad un sistema di pressurizzazione del tubo più interno e di un sistema da vuoto in collegamento con l’interfaccia tra le facce da saldare per diffusione.
Gli intervalli di temperatura, (fino T=700°C) e pressioni, (fino a 1000 bar), raggiungibili sono sufficienti a produrre giunzioni metallurgiche ottime per moltissimi metalli anche dissimili e poco solubili.

Risultati ottenuti e applicazioni

Prototipo di divertore per ITER in W//CuPrototipo di divertore per ITER in W//Cu

Attrezzatura usata per il montaggio e costruzione di mock-up con tegole di TungstenoAttrezzatura usata per il montaggio e
costruzione di mock-up con tegole di
Tungsteno (come il prototipo di divertore
per ITER) all'interno dell'apparecchiatura
HRP sopra-descritta

Il successo della collaborazione è gran parte dovuta all’associazione delle competenze tecniche presenti sia nel CSM sia nell’ENEA.
Il CSM vanta competenze nella caratterizzazione di materiali, nella costruzione di componenti tramite HIPing e soprattutto ha esperienze di caratterizzazione di componenti per alte pressioni.
L’ENEA, attraverso i suoi laboratori di Frascati, ha messo a disposizione le sue competenze sull’alto vuoto e sulle tecniche di brasatura e saldatura per diffusione.

I risultati possono essere così riassunti: