CN105633759A - 一种薄带导体的低电阻焊接装置 - Google Patents

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马光同
张涵
杨晨
李兴田
龚天勇
刘坤
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Abstract

本发明公开了一种薄带导体的低电阻焊接装置，由加热台、压力台、控制器和上位计算机几部分组成，控制器和上位计算机实时监测并控制加热台的焊接温度和压力台施加压力，编程设定自动焊接程序，进行精确焊接控制。加热台和压力台分别提供熔化焊料所需的高温和使焊料均匀分布的压力。加热台为自动控制电子加热装置，通过传导加热压力台。压力台主要部件包括驱动电机、导杆、支架、上压块和下压块五部分，将焊接样品放置在上压块与下压块之间，上压块和下压块相贴合后压紧样品。上压块和下压块贴合面经过精密加工，其表面平行度和垂直度小于5μm/100mm。

Description

一种薄带导体的低电阻焊接装置
技术领域
本发明涉及一种薄带导体的低电阻焊接台，尤其是高温超导涂层带材的焊接台，尤其是能制作具有极低电阻的高温超导涂层带材接头的焊接台。
背景技术
超导材料因其独特的零电阻特性，在高场强磁体制造、无损耗电流传输等应用中具有极高的经济价值。目前，制备工艺较成熟的低温超导材料及其应用装置已被大量应用于上述领域。然而，由于其工作在液氦温区(4.2K)，制冷费用高昂，低温超导装置的应用主要集中在医学影像诊断MRI、高能物理科学研究等较小的范围内。高温超导体工作在液氮温区(77K)，相比低温超导体具有较低的制冷成本，另外，其临界磁场更高，能制造出更高场强的磁体。随着高温超导材料，尤其是二代高温超导涂层带材制备工艺的发展，越来越多潜在的高温超导应用装置被大量研究，这些装置包括高场强磁体、电力变压器、电力限流器、超导电机等。超导接头作为高温超导装置中带材连接部分，必须具有极低的电阻，以便使超导线圈能实现无损耗闭环恒流运行或电流传输应用中实现无损耗传输。因此，高温超导接头工艺是上述应用装置研发中必不可少的一项关键技术。然而，当前还没有一种有效的制作极低电阻高温超导涂层带材接头的焊接方法和装置。
由于超导体的零电阻、高电流密度特性，很小的超导体截面上能通过极大的电流，因此二代高温超导涂层带材具有极薄的厚度，一般为0.1mm左右。本发明主要针对其薄带的特点，能较方便地制作厚度均匀的带材接头，同时，本发明装置对常规薄带导体同样适用。
发明内容
接头制作是高温超导装置研发中的一项关键技术，制作完成的接头必须具有良好的电气和机械性能，即低电阻、高临界电流、高n值以及高机械强度。本发明的目的是提供一种极低电阻高温超导涂层带材接头的焊接装置，使之能有效实现焊接接头的极低电阻特性，同时能保证接头高临界电流、高n值和高机械强度的良好电气及机械性能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种薄带导体的低电阻焊接装置，焊接台100和通过传感及处理单元2连接的控制计算机3组成,焊接台100由压力台和加热台构成:置于支架102上的驱动电机101通过导杆103驱动上压块104,使上压块104可沿导杆103轴线方向上下移动；下压块105置于上压块104的正下方的支架,其下部与加热台106贴合；传感及处理单元2对焊接台压力和温度实时取样并与控制计算机3连接通讯并提供对加热台温度和压力台压力的执行操作。
实际焊接操作分四个步骤完成，包括焊接台预热、带材清洗、接头焊接和焊接台冷却。整套焊接系统包括焊接台、传感及处理单元和上位计算机三部分。焊接台由加热台和压力台两部分组成，分别提供熔化焊料的高温和使焊料均匀分布的压力。
首先，启动加热，预设焊接温度，控制上压块放下与平台表面贴合在一起，以便上下压块能同时被加热。当温度达到预设值后，通过自动控制系统调节加热器，使上下压块温度保持在预定值。
其次，用百洁布对薄带材焊接面进行打磨处理，以便去除表面杂质及氧化层，降低其对接头电阻的影响，再用无水酒精清洗带材表面。清洗好的带材应立即进行焊接，以免二次污染和氧化影响接头性能。
第三，当焊接平台升温至预定温度后，控制升起上压块，将处理过的两段带材平放在下压块表面。在带材预定接头长度表面快速涂抹适量助焊剂和焊料，使焊料均匀铺展分布在其表面。控制上压块放下，控制施加并保持预定压力，使焊料充满两带材之间的间隙并均匀分布。
最后，保持接头处施加压力不变，控制温度匀速降低至室温，解除压力，取下焊接好的带材接头。
本发明的有益效果是，可以方便地完成薄带导体之间的焊接，尤其是针对二代高温超导涂层薄带材接头的焊接，其接头具有低电阻、高临界电流、高n值和高机械强度的特性。同时，本发明装置对常规薄带导体的焊接同样适用，能显著提高焊接质量和效率，且具有结构简单、操作简便的优点。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明一种薄带导体低电阻接头自动焊接系统的结构示意图。
图2是本发明一种薄带导体低电阻接头焊接台的结构示意图。
图3是本发明焊接台制作的具有极低电阻的薄带导体接头示意图。
图中100.焊接台，101.驱动电机，102.支架，103.导杆，104.上压块，105.下压块，106.加热台，2.传感及处理单元，3.控制计算机，400.薄带导体接头，401.薄带导体A，402.薄带导体B。
具体实施方式
在图1中，焊接台100中驱动电机101、加热台106与传感及处理单元2连接，对焊接压力和温度实时监控及调节。传感及处理单元2与控制计算机3连接通讯，控制计算机中实时显示由传感及处理单元上传的压力和温度数据。通过控制计算机设定焊接程序，包括施加压力值、焊接温度、加压时间和加热时间等参数设定。
在图2中，驱动电机101、支架102、导杆103、上压块104、下压块105和加热台106组成焊接台100。驱动电机101驱动导杆103向下推动或向上提升上压块104下降或升高，导杆103与上压块104通过螺栓连接。焊接台100中压力台部分材料采用高强度合金钢，上压块104与下压块105结合面采用精密加工而成，其表面平行度和垂直度小于5μm/100mm。通过驱动电机101的作用，上压块104与下压块105紧密贴合，以达到对置于两者结合面上焊接样品的压力作用。加热台106为自动控制电子加热装置，直接传导加热压力台，并通过传感器检测温度，实时调节加热功率。驱动电机101对导杆103的驱动,可采用蜗轮蜗杆副或丝杠机构实现。

Claims (6)

1.一种薄带导体的低电阻焊接装置，焊接台(100)和通过传感及处理单元(2)连接的控制计算机(3)组成,其特征在于，焊接台(100)由压力台和加热台构成:置于支架(102)上的驱动电机(101)通过导杆(103)驱动上压块(104),使上压块(104)可沿导杆(103)轴线方向上下移动；下压块(105)置于上压块(104)的正下方的支架,其下部与加热台(106)贴合；传感及处理单元(2)对焊接台压力和温度实时取样并与控制计算机(3)连接通讯并提供对加热台温度和压力台压力的执行操作。
2.根据权利要求1所述的薄带导体的低电阻焊接装置，其特征在于，控制计算机(3)中实时显示由传感及处理单元(2)上传的压力和温度数据；通过控制计算机(3)设定焊接程序，包括施加压力值、焊接温度、加压时间和加热时间等参数设定。
3.根据权利要求1所述的薄带导体的低电阻焊接装置，其特征在于，加热台为自动控制电子加热装置，控制精度为±1℃，最高加热温度为350℃。
4.根据权利要求1所述的薄带导体的低电阻焊接装置，其特征在于，所述压力台由高强度合金钢制作而成，上压块下表面和下压块上表面平行度和垂直度误差小于5μm/100mm。
5.根据权利要求1所述的薄带导体的低电阻焊接装置，其特征在于，所述驱动电机为精密伺服电机。
6.根据权利要求1所述的薄带导体的低电阻焊接装置，其特征在于，其支架呈C型结构，方便对薄带导体样品的焊接操作。
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