CN104014893A - 一种智能温控型高温超导带材的焊接装置 - Google Patents

Abstract

一种智能温控型高温超导带材的焊接装置，本发明通过在所述底座（1）上面的中部设有压块固定槽（7），在所述压块固定槽内设有压块（2），在所述压块与压块固定槽之间设有高温超导带材（4），在靠近压块固定槽底面的底座上设有至少一个温度传感器（5），所述温度传感器通过导线（8）连接温度控制器，在底座的下部设有至少一个加热器（6），所述加热器通过导线连接接触器，所述接触器通过导线连接温度控制器，所述温度控制器通过导线连接电源，本发明具有结构简单、装卸简单、易于操作等特点，大大提高了高温超导带材的焊接质量、降低了高温超导带材的焊接成本，从而降低了高温超导磁体的造价等。

Description

一种智能温控型高温超导带材的焊接装置

【技术领域】

本发明涉及一种高温超导带材的焊接装置，具体涉及一种智能温控型高温超导带材的焊接装置。

【背景技术】

已知的，随着超导技术的发展，超导材料在电力、医疗、交通以及重大科学工程等众多领域均得到了广泛的应用，其中高温超导带材在低温环境达到超导态时具有载流能力超强、没有热损耗等诸多优点，在超导故障限流器、超导变压器、超导储能等一系列超导电力设备的应用中得到了较快发展以便提高设备性能，而超导磁体作为一个重要组成部分，是其应用的关键，与普通约线圈组成的磁体相比，利用超导线圈作为励磁磁体具有功耗小、体积紧凑、稳定性高等优点。

其中超导导体接头的设计与安装关系到超导磁体系统的稳定运行，超导接头技术因此也是超导磁体系统的关键技术之一，不同超导导体接头的设计必须要考虑尽量减少接头电阻和交流损耗值，减少超导磁体运行过程中的发热，降低制冷系统的负荷，大大节省成本，大多数超导接头需要对超导带材或者接头施加压力并进行超导线或者导体接头的锡焊焊接，因此，对超导导体进行方便、可重复及可靠温度控制的有效焊接则是一个技术难题。

根据材质和加工工艺的不同，目前高温超导带材主要分为钇系超导带材（YBCO）与铋系超导带材（Bi-2223）两种，其中钇系超导带材作为新一代的高温超导带材（即二代超导带材），相比于一代铋系高温超导带材有更好的电学性能和机械性能，目前带材的产生已经实现产业化，并在很多实际工程项目中得到一定的应用，而钇系超导带材产品一般是100m或200m的单位长度，在工程应用中需要进行连接处理，对于钇系高温超导带材的连接，目前主要是采用软钎焊的方式，该焊接方法存在以下问题，其一是需要长时间加热才能使足够的热量传导至钎料使其熔化，而钇系高温超导带材中的超导层是一种铜氧化物的晶格结构，其化学式为YBa2Cu30(7-x)，它的超导性质与x值（含氧量）有很大关系，只有满足0≤x≤0.5的材料在临界温度下才有超导性，如果在焊接过程中热量过高，或者加热时间过长，会导致YBCO晶格结构中的氧原子计量减小，从而严重影响其超导性能，因此，目前在焊接钇系高温超导带材时，需要严格控制其加热温度（＜250℃）；其二是施焊温度过低可能导致钎料不能完全熔化，产生虚焊等，影响焊接接头的力学性能及电学性能，而对超导带材长时间加热又很可能影响高温超导带材的超导性能；其三是高温超导带材接头的施焊温度存在不均匀性，焊接预压力也存在不均匀性，使得高温超导带材焊接接头电阻增大，导致整个超导磁体因焊接电阻引起发热，超导磁体自身的功率损耗增加，低温制冷系统热交换负荷增大等不良影响。

如果绕制了至少两根高温超导线，则需要制作高温超导线接头。另外，由于整个磁体工作在封闭的低温环境下，对接头进行经常性检测和修复是不现实的，因此必须保证接头质量的高可靠性。这样，制作低电阻、高机械强度、高传输电流的超导接头是非常重要的。超导接头的基本要求是超导接头的必须要有较低的电阻。超导磁体的工作电流一般达到几十安到上百安，电阻太大会引起严重的焦耳热损耗，可能导致磁体失超，严重时损伤磁体。对于闭环运行的超导磁体，接头电阻过大会导致磁场的衰减。如果要求磁场的稳定度达到某一水平，则要求接头的电阻必须小于某一定的量值；同时超导接头必须具有一定的机械强度和韧性，来承受工作状态下的电磁应力和冷却过程中受到的收缩应力；另外，超导接头还必须能够传输较高的磁体运行电流等。

申请人经过检索发现中国专利：申请号为：201220511387.3，公开号为：CN 202853772U，公告日为：2013年4月3日，其公开了一种超导焊接测温控制装置，包括测温台、传感器、压块和被测元件，测温台侧面的上部设有多个安装孔，下部设有传感器安装卡槽，压块插于安装孔上固定，传感器旋转放置于卡槽内通过顶针螺丝固定，被测元件固定于压块上，靠近传感器。此专利解决了被测元件在检测台不准确的问题，但无法实现施焊温度的智能检测及控制过程；

中国专利：申请号为：01310073523.4，公开号为：CN 103170699A，公布日为：2013年6月26日，其公开了一种用于高温超导带材的焊接装置及方法，该装置包括加热板、导热均温焊接基座、硅橡胶压片、焊接压紧板，功率调节器和螺栓。此专利可以实现焊接的高效快速性，保证接头处的压力均匀，可以有效控制加热温度和温升速率，但需要手动控制功率调节器以实现上述功能，无法实现施焊温度的智能调节过程；

中国专利：申请号为：201020621145.0，公开号为：CN 201969979U，公告日为：2011年9月14日，其公开了一种用于超导导体接头锡焊焊接的加热器，包括有加热器底板，加热器底板上端设置有顶部加热器压板，加热器底板与顶部加热器压板匹配后中间形成一个超导线圈端子盒。该专利可以满足不同结构的超导接头外形，并能够承受一定的焊接预压力，加热器与被焊接件接触紧密，加热速度快、恒定并易于监控，保温效果好。但此加热器不适用于高温超导带材的焊接，且无法实现施焊温度的智能控制。

综上所述，目前尚无实现焊接温度智能控制的高温超导带材焊接装置。

【发明内容】

为克服背景技术中存在的不足，本发明提供了一种智能温控型高温超导带材的焊接装置，本发明通过在底座的底部设置加热器，然后将加热器依次连接接触器和温度控制器，进一步，在底座上设置温度传感器，并通过温度传感器将焊接面的温度实时反馈给温度控制器，本发明可以提高高温超导带材焊接时温度均匀性及压力均匀性，提高焊接接头质量，优化高温超导带材焊接接头的力学性能及电学性能等。

为实现如上所述的发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：

一种智能温控型高温超导带材的焊接装置，包括底座、压块、温度传感器和加热器，在所述底座上面的中部设有压块固定槽，在所述压块固定槽内设有压块，在所述压块与压块固定槽之间设有高温超导带材，在靠近压块固定槽底面的底座上设有至少一个温度传感器，所述温度传感器通过导线连接温度控制器，在底座的下部设有至少一个加热器，所述加热器通过导线连接接触器，所述接触器通过导线连接温度控制器，所述温度控制器通过导线连接电源形成所述的智能温控型高温超导带材的焊接装置。

所述的智能温控型高温超导带材的焊接装置，所述温度控制器与电源之间的导线上设有开关。

所述的智能温控型高温超导带材的焊接装置，所述压块通过紧定螺钉固定设置在底座中部的压块固定槽内。

所述的智能温控型高温超导带材的焊接装置，所述压块的材质为不锈钢，所述压块的下底面的表面粗糙度Ra＜3.2um。

所述的智能温控型高温超导带材的焊接装置，所述压块固定槽底面的表面粗糙度Ra＜3.2um。

所述的智能温控型高温超导带材的焊接装置，所述底座的材质为不锈钢。

所述的智能温控型高温超导带材的焊接装置，所述加热器为电阻式加热棒。

所述的智能温控型高温超导带材的焊接装置，所述底座与温度传感器之间设有导热硅脂。

所述的智能温控型高温超导带材的焊接装置，所述底座设置在工作台上，在底座1与工作台之间设有绝缘板。

采用如上所述的技术方案，本发明具有如下所述的优越性：

本发明所述的一种智能温控型高温超导带材的焊接装置，本发明通过在底座的底部设置加热器，然后将加热器依次连接接触器和温度控制器，进一步，在底座上设置温度传感器，并通过温度传感器将焊接面的温度实时反馈给温度控制器，本发明大大提高了高温超导带材焊接时温度均匀性及压力均匀性，提高焊接接头质量，优化高温超导带材焊接接头的力学性能及电学性能等，同时本发明还可以智能精确控制加热温度，保证了高温超导带材焊接时的温度均匀性，本发明具有结构简单、装卸简单、易于操作等特点，大大提高了高温超导带材的焊接质量、降低了高温超导带材的焊接成本，从而降低了高温超导磁体的造价等。

【附图说明】

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的电气原理示意图；

在图中：1、底座；2、压块；3、紧定螺钉；4、高温超导带材；5、温度传感器；6、加热器；7、压块固定槽；8、导线。

【具体实施方式】

通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例；

结合附图1～2所述的一种智能温控型高温超导带材的焊接装置，包括底座1、压块2、温度传感器5和加热器6，所述底座1设置在工作台上，在底座1与工作台之间设有绝缘板，底座1采用不锈钢材质制造，用于安装加热器6和温度传感器5，以及作为高温超导带材4的施焊平台，进一步，在底座1上面的中部设有压块固定槽7，所述压块固定槽7底面的表面粗糙度Ra＜3.2um，在所述压块固定槽7内设有压块2，所述压块2的材质为不锈钢，其中压块2用于安装固定两段待焊高温超导带材4，同时也便于焊接时压力的均匀传递，防止高温超导带材4焊接接头处的受力不均匀，要求压块2下表面（与高温超导带材接触面）精加工，表面粗糙度Ra＜3.2um；所述压块2通过紧定螺钉3固定设置在底座1中部的压块固定槽7内，在所述压块2与压块固定槽7之间设有高温超导带材4，在靠近压块固定槽7底面的底座1上设有至少一个温度传感器5，所述温度传感器5采用热电偶来实现温度的检测，安装在底座1的上端，靠近焊接平面，以保证温度测量的准确性，所述底座1与温度传感器5之间设有导热硅脂，所述温度传感器5通过导线8连接温度控制器，在底座1的下部设有至少一个加热器6，所述加热器6为电阻式加热棒，加热器6对称安装在底座1的下端，用于底座1的快速均匀加热，所述加热器6通过导线8连接接触器，所述接触器通过导线8连接温度控制器，所述温度控制器通过导线8连接电源，所述温度控制器与电源之间的导线8上设有开关形成所述的智能温控型高温超导带材的焊接装置。

   本发明的原理是通过温度控制器来实现高温超导带材4施焊温度的智能精确控制，施焊前设定焊接温度，加热器6开始上电工作，当温度测量值达到设定值后，温度控制器会自动断开接触器，使加热器6掉电停止工作，当温度测量值小于设定值后，温度控制器又会自动吸合接触器，使加热器6重新上电工作，如此反复进行，以实现施焊温度的智能控制过程。

本发明的具体实施例一：

    将两段高温超导带材4（0.42×0.24×150mm）叠加在一起，搭接长度为12mm，中间放置两段等长度的锡焊丝，通过压块2上面的紧定螺钉3将两段高温超导带材4固定好，然后接通电源，接触器自动吸合，加热器6上电工作，逐渐升温，设置施焊温度为220℃，待测量温度值稳定到220℃时，保温一分钟，完成高温超导带材4的焊接过程。关闭开关，加热器6断电，卸下压块2上的紧定螺钉3，取出焊件。

本发明的具体实施例二：

    将两段高温超导带材4（0.42×0.24×200mm）叠加在一起，搭接长度为50mm，中间放置两段等长度的锡焊丝，通过压块2上面的紧定螺钉3将两段高温超导带材4固定好，然后接通电源，接触器自动吸合，加热器6上电工作，逐渐升温，设置施焊温度为240℃，待测量温度值稳定到240℃时，保温一分钟，完成高温超导带材4的焊接过程。关闭开关，加热器6断电，卸下压块2上的紧定螺钉3，取出焊件。

本发明的具体实施例三：

    打开开关，接通电源，接触器自动吸合，加热器6上电工作，逐渐升温，设置施焊温度为230℃，待测量温度值稳定到230℃时，将两段高温超导带材4（0.42×0.24×150mm）叠加在一起，搭接长度为30mm，中间放置两段等长度的锡焊丝，通过压块2上面的紧定螺钉3将两段高温超导带材4固定好，然后保温一分钟，完成高温超导带材4的焊接过程。关闭开关，加热器6断电，卸下压块2上的紧定螺钉3，取出焊件。

本发明与现有技术相比，本发明的优点能够实现施焊温度的智能控制，保证了高温超导带材4焊接时的温度均匀性，且焊接装置结构简单、装卸简单、易于操作，提高了高温超导带材的焊接质量、降低了高温超导带材的焊接成本，从而降低了高温超导磁体的造价。同时高温超导带,4的宽度及接头长度的调整范围大，可以保证高温超导带材4焊接接头具有足够大的电接触面积，可以有效的降低接头电阻，减少因焊接电阻引起的发热，优化磁体自身的功率损耗，减轻低温制冷系统热交换负荷。此外，焊接过程中高温超导带材4稳固安装，焊接后的高温超导带材4接头平整光滑，无需特殊工艺处理，焊接质量高，高温超导带材的接头力学性能及电学性能均得到提升等。

本发明未详述部分为现有技术。

为了公开本发明的目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。

Claims (9)

1.一种智能温控型高温超导带材的焊接装置，包括底座（1）、压块（2）、温度传感器（5）和加热器（6），其特征是：在所述底座（1）上面的中部设有压块固定槽（7），在所述压块固定槽（7）内设有压块（2），在所述压块（2）与压块固定槽（7）之间设有高温超导带材（4），在靠近压块固定槽（7）底面的底座（1）上设有至少一个温度传感器（5），所述温度传感器（5）通过导线（8）连接温度控制器，在底座（1）的下部设有至少一个加热器（6），所述加热器（6）通过导线（8）连接接触器，所述接触器通过导线（8）连接温度控制器，所述温度控制器通过导线（8）连接电源形成所述的智能温控型高温超导带材的焊接装置。

2.根据权利要求1所述的智能温控型高温超导带材的焊接装置，其特征是：所述温度控制器与电源之间的导线（8）上设有开关。

3.根据权利要求1所述的智能温控型高温超导带材的焊接装置，其特征是：所述压块（2）通过紧定螺钉（3）固定设置在底座（1）中部的压块固定槽（7）内。

4.根据权利要求1所述的智能温控型高温超导带材的焊接装置，其特征是：所述压块（2）的材质为不锈钢，所述压块（2）的下底面的表面粗糙度Ra＜3.2um。

5.根据权利要求1所述的智能温控型高温超导带材的焊接装置，其特征是：所述压块固定槽（7）底面的表面粗糙度Ra＜3.2um。

6.根据权利要求1所述的智能温控型高温超导带材的焊接装置，其特征是：所述底座（1）的材质为不锈钢。

7.根据权利要求1所述的智能温控型高温超导带材的焊接装置，其特征是：所述加热器（6）为电阻式加热棒。

8.根据权利要求1所述的智能温控型高温超导带材的焊接装置，其特征是：所述底座（1）与温度传感器（5）之间设有导热硅脂。

9.根据权利要求1所述的智能温控型高温超导带材的焊接装置，其特征是：所述底座（1）设置在工作台上，在底座（1）与工作台之间设有绝缘板。