一種用於NbTi/Cu超導線圈內部超導接頭的焊接裝置及其方法與流程
2024-02-15 01:13:15 2
本發明屬於超導應用技術領域，涉及一種可供NbTi/Cu超導磁體線圈繞制過程中超導接頭的焊接裝置及其方法，特別適用焊接空間有局限、超導線之間或是超導線與常規導體之間對尺寸有嚴格要求的焊接。
背景技術：
在超導磁體線圈繞制過程中，由於超導線長度不可能無限長，或因實際工程需求進行逐段定做，這些都要求通過連接的方式解決長度問題，因此，超導線材的連接技術已成為實際應用中的一項關鍵技術。目前，超導接頭的焊接普遍採用錫焊進行焊接，但普通商用電烙鐵加熱溫度不均且難以控制，接頭尺寸也難以把握，焊接後的接頭降溫也只能採用自然冷卻，此類接頭焊接質量取決於操作者的熟練程度，接頭的尺寸和電阻無法得到很好的保證，對超導線圈繞制以及線圈最終的運行安全帶來了嚴重的挑戰。因此，在焊接過程中控制溫度均勻性，確保接頭尺寸和接頭電阻滿足要求，是超導應用結束急需解決的關鍵技術。
技術實現要素：
本發明的目的在於克服現有技術的缺點，提供一種可供NbTi/Cu超導磁體線圈繞制過程中超導接頭的焊接裝置及其方法，通過焊接裝置的控制，可確保焊接接頭尺寸精確、接頭電阻低、便於現場操作，有效降低人為操作因素，提高超導接頭質量。
本發明的目的可以通過以下技術方案實現：
一種用於NbTi/Cu超導線圈內部超導接頭的焊接裝置，包括溫度控制單元、焊接主臺板、焊接尺寸壓緊單元和隔熱單元；
所述溫度控制單元包括加熱棒、溫度傳感器與溫度控制儀，電源通過溫度控制儀與加熱棒、溫度傳感器連接；所述加熱棒布置在焊接主臺板上；所述溫度傳感器布設於焊接主臺板的焊接面相鄰處；
所述焊接主臺板呈「凸」字型形狀，超導線接頭通過焊接尺寸壓緊單元壓緊在焊接主臺板上；
所述焊接尺寸壓緊單元是由兩套壓緊條組成；兩套所述壓緊條均通過螺絲與焊接主臺板的上端部和側部固定；超導線接頭放在壓緊條和焊接主臺板角處。
所述加熱棒用以給焊接主臺板進行加熱；所述溫度傳感器採集溫度反饋到溫度控制儀中。
兩套所述壓緊條分別為上壓緊條和側壓緊條，上述壓緊條均呈L型形狀。
所述焊接主臺板和壓緊條所用材料為6061鋁。
所述焊接主臺板的上端部和側部上與壓緊條平行的面留有凹形槽。
所述焊接主臺板下板面與隔熱單元連接，該隔熱單元材料為G10，其通過環氧膠與焊接主臺板進行粘貼固定；所述焊接主臺板內部布置有水循環單元，該水循環單元由兩根進、出水管路組成。
一種用於NbTi/Cu超導線圈內部超導接頭的焊接方法，該方法焊接順序如下：
1)導線表面清潔處理：使用砂紙將導線需要焊接面絕緣漆和粗銅層打磨掉，再使用紗布、酒精擦拭乾淨；
2)焊料處理：將Sn63-Pb37條狀焊料進行裁剪；
3)定位與固定：將需焊接的超導線、裁剪好的焊料按照超導線—焊料—超導線放在主焊接臺面的邊角處，保證主焊接臺板角處超導線和焊料表面在同一面上，再使用上壓緊條壓緊，用壓緊條將邊緣擠緊；
4)控溫加熱：使用溫度控制單元控制加熱棒，緩慢升溫並將溫度控制在高於焊料20℃的溫度；
5)擠壓：緊固螺絲，壓緊兩個壓緊條，將多餘焊料從縫隙處壓出後，停止加熱；
6)冷卻：等待溫度停止上升後，打開水循環單元，開始降溫，等待溫度降低到常溫；
7)修剪與清洗：將焊接好的超導接頭取出，對邊緣處進行處理，剪掉多餘部分，用酒精擦掉表明汙物。
本發明的有益效果：本發明通過可調節的焊接裝置對線圈內部接頭進行焊接，可確保接頭尺寸符合要求，將接頭電阻值降到液氦溫區所允許的範圍內，焊接裝置中有水循環單元，便於線圈內部空間局限帶來的焊接接頭的降溫難題，可以提高了磁體線圈的穩定性與安全性。
附圖說明
為了便於本領域技術人員理解，下面結合附圖對本發明作進一步的說明。
圖1為本發明超導接頭的焊接裝置結構示意圖；
圖2為本發明溫度控制單元連接示意圖；
圖3為本發明水循環單元結構示意圖。
具體實施方式
下面將結合實施例對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬於本發明保護的範圍。
一種用於NbTi/Cu超導線圈內部超導接頭的焊接裝置，如圖1所示，包括溫度控制單元、焊接主臺板2、焊接尺寸壓緊單元和隔熱單元1；
如圖2所示，溫度控制單元包括加熱棒3、溫度傳感器6與溫度控制儀，電源通過溫度控制儀與加熱棒3、溫度傳感器6連接；加熱棒3用以給焊接主臺板2進行加熱，溫度傳感器6採集溫度反饋到溫度控制儀中，溫度傳感器6採集的溫度與設置的溫度進行對比，決定加熱棒3加熱情況；上述設定溫度為焊料的熔點溫度；
參見圖1，加熱棒3布置在焊接主臺板2上，焊接主臺板2中心處設有安裝加熱棒3的加熱棒安裝孔，可確保加熱過程中溫度均勻；溫度傳感器孔布設於焊接面相鄰處，用以安裝溫度傳感器6，確保溫度的精確；加熱棒3、溫度傳感器6和溫度控制儀共同組成溫度控制單元，用於整個焊接加熱過程的溫度控制；
焊接主臺板2呈「凸」字型形狀，超導線接頭放置在焊接主臺板2上部一邊角處，並通過焊接尺寸壓緊單元壓緊需焊接的超導線接頭，並對焊接尺寸進行控制調節；
焊接尺寸壓緊單元是由兩套壓緊條4組成，分別為上壓緊條和側壓緊條，上述壓緊條均呈L型形狀，其尺寸根據超導線尺寸和焊接尺寸確定；兩套壓緊條4均通過螺絲7與焊接主臺板2的上端部和側部固定；超導線接頭放在壓緊條4和焊接主臺板2角處，為了保證壓緊的效果，其中一壓緊條的壓緊端開設有配合切口；焊接主臺板2和壓緊條4所用材料為6061鋁，此材料與錫焊焊料不沾，可便於超導接頭從工裝中取出；
焊接主臺板2側面上與壓緊條4平行的面留有凹形槽5，便於壓緊條4與焊接主臺板2側面的平行度控制；
焊接主臺板2下板面與隔熱單元1連接，防止加熱過程中底面溫度過高，對操作人員造成傷害，該隔熱單元材料為G10，其通過環氧膠與焊接主臺板進行粘貼固定；焊接主臺板2內部布置有水循環單元8，用於焊接完成後接頭的降溫；該水循環單元由兩根進、出水管路組成，如圖3所示，通過水的流動將焊接主臺板溫度降低，水循環系統即解決了自然降溫過慢的不利因素，也適合線圈繞制現場的空間局限性需求。
上述整體設計可避免焊接過程中因人為原因而造成接頭焊接質量參差不齊。
在磁體繞制過程中，線圈內部需要使用超導接頭進行連接，延長磁體線圈長度；本發明提供一種NbTi/Cu超導磁體線圈繞制過程中超導接頭的焊接方法，該方法焊接順序如下：
1)導線表面清潔處理：使用砂紙將導線需要焊接面絕緣漆和粗銅層打磨掉，再使用紗布、酒精擦拭乾淨；
2)焊料處理：將Sn63-Pb37條狀焊料進行裁剪(尺寸略小於超導線焊接)；
3)定位與固定：將需焊接的超導線、裁剪好的焊料按照三明治形式(超導線—焊料—超導線)放在主焊接臺面的邊角處，保證主焊接臺板角處，超導線和焊料表面在同一面上，再使用上壓緊條壓緊，測壓緊條將邊緣擠緊；
4)控溫加熱：使用溫度控制單元控制加熱棒，緩慢升溫並將溫度控制在高於焊料20℃的溫度；
5)擠壓：緊固螺絲，壓緊兩個壓緊條，將多餘焊料從縫隙處壓出後，停止加熱；
6)冷卻：等待溫度停止上升後，打開水循環單元，開始降溫，等待溫度降低到常溫；
7)修剪與清洗：將焊接好的超導接頭取出，對邊緣處進行處理，剪掉多餘部分，用酒精擦掉表明汙物；至此，完成超導磁體線圈內部接頭的焊接，採用上述步驟完成其他接頭焊接。
本發明把NbTi/Cu超導線放置在專門設計的裝置中進行焊接，裝置易於操作，解決了繞制現場空間局限性對普通接頭焊接方法的限制。裝置中含有水循環單元，解決了自然降溫緩慢對接頭電阻的影響問題。壓緊條可以控制超導接頭尺寸，確保繞制線圈尺寸符合要求。本焊接裝置及方法已經在NbTi/Cu超導線繞制過程中對超導接頭的焊接進行了使用，結果表明接頭機械強度、接頭尺寸和低溫下電阻均滿足要求。
以上公開的本發明優選實施例只是用於幫助闡述本發明。優選實施例並沒有詳盡敘述所有的細節，也不限制該發明僅為所述的具體實施方式。顯然，根據本說明書的內容，可作很多的修改和變化。本說明書選取並具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本發明的原理和實際應用，從而使所屬技術領域技術人員能很好地理解和利用本發明。本發明僅受權利要求書及其全部範圍和等效物的限制。