CN107552912B - 高温超导带材与铜端子配重自压紧锡焊装置及焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高温超导带材与铜端子配重自压紧锡焊装置及焊接方法，用于将高温超导带材与铜端子的四个侧面锡焊连接，包括上压块、右压块、导热板、加热板、限位板、左压块和配重块，贴装好高温超导带材和锡铅焊片的铜端子放置在导热板的中心位置，左压块和右压块分别放置在铜端子的两侧，上压块放置在铜端子的上方，上压块的右内侧与右压块的右外侧贴合，上压块的45°斜面与左压块的45°斜面贴合，两块限位板分别设置在导热板的左右两侧，用于限制上压板的左右移动，导热板放置在加热板上，上压板的上方放置配重块。本发明实现高温超导带材和铜端子的锡焊接头具有足够小的内阻，且保证每个高温超导电流引线接头焊接质量的一致性。
Description
技术领域
本发明涉及超导体，尤其涉及一种高温超导带材与铜端子配重自压紧锡焊装置及焊接方法。
背景技术
自从1911年超导体发现以来，一百年来对于超导的研究获得了突飞猛进的发展。超导技术在能源、电工、交通、医疗、工业、国防、科学实验等高科技领域都具有重要的现实意义和巨大的发展前景，特别是随着高临界温度的超导材料的发现，超导技术的现实应用越来越令人瞩目，低温超导和高温超导进入到发展和应用的新阶段。低温及高温超导磁体成为各类研究领域必不可少的主要部件，以提供大范围、高强度、高均匀性的磁场。
超导磁体线圈通过电流引线从低温环境连接至室温环境中的电源获取能量，而电流引线的性能直接关系到超导系统的性能和运行费用。常规的铜电流引线是低温磁体系统的主要漏热源，主要包括传导漏热和焦耳热两部分。由铜引线和高温超导引线组成的二元电流引线可以有效降低电流引线的漏热。用于电流引线的高温超导带材通常具有很低的热导率，可以减少沿引线从高温区向低温区的热传导漏热；同时，高温超导带材运行在低于其临界温度的超导态，消除了焦耳热。相对于常规铜引线，二元电流引线可以把漏热量减少近90％以上，极大地降低了系统的热负荷。
二元电流引线的高温超导引线部分一般包括两端铜导电端子、高温超导带材、支撑及保护结构等。高温超导带材与铜端子可采用锡焊的方式连接，锡焊接头的接头电阻必须尽可能的小，以减小通电运行时接头部位的焦耳热。
发明内容
为了使高温超导带材和铜端子的锡焊接头具有足够小的电阻，本发明提出一种高温超导带材与铜端子配重自压紧锡焊装置及焊接方法。
本发明所采用的技术方案是：
一种高温超导带材与铜端子配重自压紧锡焊装置，用于将高温超导带材与铜端子的四个侧面锡焊连接，包括上压块、右压块、导热板、加热板、限位板、左压块和配重块，贴装好所述高温超导带材和锡铅焊片的所述铜端子放置在所述导热板的中心位置，所述左压块和所述右压块分别放置在所述铜端子的两侧，所述上压块放置在所述铜端子的上方，所述上压块的右内侧与所述右压块的右外侧贴合，所述上压块的45°斜面与所述左压块的45°斜面贴合，两块所述限位板分别设置在所述导热板的左右两侧，用于限制所述上压板的左右移动，所述导热板放置在所述加热板上，所述上压板的上方放置所述配重块。
较佳的，所述导热板、左压块、右压块和上压块均采用无氧铜材料。
较佳的，所述上压块的上方放置不锈钢隔热块，所述配重块放置在所述不锈钢隔热块的上方。
较佳的，所述铜端子的表面镀银，并且在所述铜端子的非焊接表面涂覆有防焊胶。
一种高温超导带材与铜端子配重自压紧焊接方法，采用前述的高温超导带材与铜端子配重自压紧锡焊装置，其包括以下步骤：
步骤A，安装自压紧锡焊装置；
步骤B，启动加热板电源，对自压紧锡焊装置进行加热；
步骤C，关闭加热板电源，移除配重块，冷却自压紧锡焊装置；
步骤D，待冷却后，拆除自压紧锡焊装置，取出焊接完成的铜端子；
步骤E，用无水乙醇及丙酮清洗铜端子的焊接面附近，去除污染物。
较佳的，步骤A包括：
步骤A1，用螺钉将限位块固定在导热板上，将导热板放置在加热板上；
步骤A2，清洗高温超导带材和铜端子的焊接面；
步骤A3，在高温超导带材和铜端子的焊接面涂抹助焊剂，再将贴装好高温超导带材和锡铅焊片的铜端子放置在导热板的中心位置；
步骤A4，将右压块和左压块放置在铜端子的两侧，再将上压块放置在铜端子的上方，上压块的右内侧与右压块的右外侧贴合，上压块的45°斜面与左压块的45°斜面贴合；
步骤A5，将不锈钢隔热块放置在上压块的上方，配重块放置在不锈钢隔热块的上方。
步骤A2中，使用无水乙醇及丙酮沿高温超导带材长度方向单方向进行擦拭。
较佳的，步骤B包括：
步骤B1，设定温控仪加热温度170℃，启动加热板电源，测量铜端子的表面温度加热到170℃后保温3-5分钟；
步骤B2，设定温控仪加热温度为190℃，继续输出加热板电源加热铜端子至190℃，待焊锡熔化后保温3-5分钟。
较佳的，步骤C包括：
步骤C1，观察配重块向下移动挤压上压块和左压块，当融化后的焊锡排出铜端子的焊接面后，关闭加热板电源；
步骤C2，移除配重块，用风扇冷却自压紧锡焊装置。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果在于：
本发明的配重自压紧锡焊装置结构紧凑，易于安装；
本发明利用配重块的重力将融化后的焊料排出焊接面，将铜端子的四个侧面的高温超导带材同时焊接，配重块的重量可以调整以保证完全排除焊接面的多余焊锡；
本发明利用平板式加热平台，加热温度设置范围宽，采用温度反馈控制，温度均匀性高，加热板温度通过高热导率无氧铜的导热块加热铜端子及高温超导带材；
焊接装置安装完成后，加热焊接过程无需人为干预，当加热温度超过焊料熔点后，焊料融化并受到配重块压力的作用自动排出焊接面，可以保证每个高温超导电流引线接头焊接质量的一致性。
当然，实施本发明的任一产品并非需要满足上述的全部优点。
附图说明
图1为本发明的一种高温超导带材与铜端子配重自压紧锡焊装置的结构示意图。
图中，1-上压块；2-右压块；3-导热板；4-加热板；5-限位板；6-左压块；7-高温超导带材；8-锡铅焊片；9-铜端子；10-不锈钢隔热块；11-配重块。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。
如图1所示，一种高温超导带材7与铜端子9配重自压紧锡焊装置，用于将高温超导带材7与铜端子9的四个侧面锡焊连接，包括上压块1、右压块2、导热板3、加热板4、限位板5、左压块6和配重块11，贴装好高温超导带材7和锡铅焊片8的铜端子9放置在导热板3的中心位置，左压块6和右压块2分别放置在铜端子9的两侧，上压块1放置在铜端子9的上方，上压块1的右内侧与右压块2的右外侧贴合，上压块1的45°斜面与左压块6的45°斜面贴合，两块限位板5分别设置在导热板3的左右两侧，用于限制上压板的左右移动，导热板3放置在加热板4上，上压板的上方放置配重块11。
本实施例中，该锡焊装置上方放置配重块11，根据承压的高温超导带材7的接触面积，计算使用适当重量的配重块11对高温超导带材7施加0.1MPa的压力，配重块11的重量通过有45°斜面的压块将压力均匀地传递到铜端子9四个侧面的高温超导带材7上，对应的四个侧面的高温超导带材7被同时焊接到铜端子9表面，焊锡被均匀地排出高温超导带材7和铜端子9的接触面。
本实施例中，铜端子9的横截面为带圆角的正方形，保温超导带材沿电流引线轴向方向，分别放置在铜端子9的四个侧面上，高温超导带材7的两端通过焊接装置分别与电流两端的铜端子9锡焊连接。高温超导带材7的数量根据运行电流大小选用合适的数量，可以叠加使用。高温超导带材7与铜端子9表面之间放置一层锡铅焊料，对于需要叠加的高温超导带材7，高温超导带材7之间也需放置一层锡铅焊料。高温超导带材7宽度4.3mm，焊料宽度为4.3mm、厚度为0.05mm的锡铅焊料(Sn63Pb37)，焊料熔点183℃。锡焊装置放置在恒温加热台的铝合金加热板4上，加热台功率大于400W，最高加热温度为450℃，平台表面各点温度误差小于±1℃，恒温加热台通过温控仪进行温度反馈控制，设定的锡焊焊接温度为190℃。
本实施例中，导热板3、左压块6、右压块2和上压块1均采用高热导率的无氧铜材料，可以将加热平台的热量传递到高温超导带材7及焊料上，铜端子9通过导热块与加热板4连接进行加热。左压块6与上压块1分别加工45°斜面用于传递配重块11的压力至铜端子9的四个侧面的高温超导带材7上。导热板3及压块等无氧铜部件表面发黑处理，防止锡焊过程中融化的焊锡附着在外表面。同蹲在及焊料被加热至高于焊料的熔点温度后，焊料融化，上压块1及左压块6在配重块11的作用下分别向下和向右移动相同的距离，高温超导带材7与铜端子9接触面保留很薄的厚度，融化的多余焊料被挤压排出。铜端子9表面镀银以防止氧化，并增强锡焊焊接性，同时可以减小高温超导电流引线连接面的接触电阻。铜端子9的非焊接表面预先涂覆有防焊胶，防止焊料融化挤出后附着在铜端子9表面。
本实施例中，所使用的高温超导带材7的表面应无明显的氧化及损伤，高温超导带材7使用前使用无水乙醇及丙酮沿高温超导带材7长度方向进行擦拭，清洗剂贴装高温超导带材7时应防止高温超导带材7发生弯折，贴装高温超导带材7时应避免用手直接接触带材及焊料。铜端子9及焊料的焊接面均使用无水乙醇及丙酮进行擦拭清洗。
本发明的自压紧锡焊装置的安装过程为：首先将限位块用螺钉固定到导热板3上，将导热板3放置在加热板4上，清洗后的高温超导带材7和铜端子9的焊接面涂抹CW8100助焊剂，再将贴装好高温超导带材7和锡铅焊片8的高温超导电流引线铜端子9放置在导热板3的中心位置，依次将右压块2和左压块6放置在铜端子9的两侧，再将上压块1放置在铜端子9的上方，上压块1的右内侧与右压块2的右外侧贴合，上压块1的45°斜面与左压块6的45°斜面贴合，上压块1的上方放置不锈钢隔热块10以减小对配重块11的传热，配重块11放置在不锈钢隔热块10上方。
铜端子9与高温超导带材7锡焊焊接过程为：将安装好的自压紧锡焊装置、铜端子9及高温超导带材7、锡铅焊片8等组件放置在加热板4上，设定加热平台温控仪加热温度为170℃，启动加热板4电源，测量铜端子9的表面温度加热到170℃后保温3-5分钟；然后设定温控仪加热温度为190℃，继续输出加热板4电源加热铜端子9至190℃，待焊锡融化后保温3-5分钟，观察配重块11向下移动挤压上压块1和左压块6，排出焊接面融化后的焊锡；关闭加热板4电源，移除配重块11，用风扇冷却焊接装置；待铜端子9温度冷却至接近室温后，拆除锡焊装置，取出焊接完成的铜端子9；用无水乙醇及丙酮清洗焊接面附近，去除助焊剂等污染物。
本发明的锡焊装置预装配就位后，在后续的加热焊接过程中不需要人为操作干预，减少手工焊接操作导致的焊接接头的个体差异，可以保证每个高温超导电流引线焊接接头质量的一致性，使得所有焊接完成的高温超导电流引线具有一致的性能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种高温超导带材与铜端子配重自压紧锡焊装置，用于将高温超导带材与铜端子的四个侧面锡焊连接，其特征在于，包括上压块、右压块、导热板、加热板、限位板、左压块和配重块，贴装好所述高温超导带材和锡铅焊片的所述铜端子放置在所述导热板的中心位置，所述左压块和所述右压块分别放置在所述铜端子的两侧，所述上压块放置在所述铜端子的上方，所述上压块的右内侧与所述右压块的右外侧贴合，所述上压块的45°斜面与所述左压块的45°斜面贴合，所述配重块的重量通过所述左压块和所述右压块将压力均匀地传递到所述铜端子四个侧面的所述高温超导带材上，对应四个侧面的所述高温超导带材被同时焊接到铜端子表面，两块所述限位板分别设置在所述导热板的左右两侧，用于限制所述上压块的左右移动，所述导热板放置在所述加热板上，所述上压块的上方放置所述配重块。
2.根据权利要求1所述的高温超导带材与铜端子配重自压紧锡焊装置，其特征在于，所述导热板、左压块、右压块和上压块均采用无氧铜材料。
3.根据权利要求2所述的高温超导带材与铜端子配重自压紧锡焊装置，其特征在于，所述上压块的上方放置不锈钢隔热块，所述配重块放置在所述不锈钢隔热块的上方。
4.根据权利要求1所述的高温超导带材与铜端子配重自压紧锡焊装置，其特征在于，所述铜端子的表面镀银，并且在所述铜端子的非焊接表面涂覆有防焊胶。
5.一种高温超导带材与铜端子配重自压紧焊接方法，采用如权利要求1至4任意之一所述的高温超导带材与铜端子配重自压紧锡焊装置，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A，安装自压紧锡焊装置；
步骤B，启动加热板电源，对自压紧锡焊装置进行加热；
步骤C，关闭加热板电源，移除配重块，冷却自压紧锡焊装置；
步骤D，待冷却后，拆除自压紧锡焊装置，取出焊接完成的铜端子；
步骤E，用无水乙醇及丙酮清洗铜端子的焊接面附近，去除污染物。
6.根据权利要求5所述的一种高温超导带材与铜端子配重自压紧焊接方法，其特征在于，步骤A包括：
步骤A1，用螺钉将限位块固定在导热板上，将导热板放置在加热板上；
步骤A2，清洗高温超导带材和铜端子的焊接面；
步骤A3，在高温超导带材和铜端子的焊接面涂抹助焊剂，再将贴装好高温超导带材和锡铅焊片的铜端子放置在导热板的中心位置；
步骤A4，将右压块和左压块放置在铜端子的两侧，再将上压块放置在铜端子的上方，上压块的右内侧与右压块的右外侧贴合，上压块的45°斜面与左压块的45°斜面贴合；
步骤A5，将不锈钢隔热块放置在上压块的上方，配重块放置在不锈钢隔热块的上方。
7.根据权利要求6所述的一种高温超导带材与铜端子配重自压紧焊接方法，其特征在于，步骤A2中，使用无水乙醇及丙酮沿高温超导带材长度方向单方向进行擦拭。
8.根据权利要求5所述的一种高温超导带材与铜端子配重自压紧焊接方法，其特征在于，步骤B包括：
步骤B1，设定温控仪加热温度170℃，启动加热板电源，测量铜端子的表面温度加热到170℃后保温3-5分钟；
步骤B2，设定温控仪加热温度为190℃，继续输出加热板电源加热铜端子至190℃，待焊锡熔化后保温3-5分钟。
9.根据权利要求5所述的一种高温超导带材与铜端子配重自压紧焊接方法，其特征在于，步骤C包括：
步骤C1，观察配重块向下移动挤压上压块和左压块，当融化后的焊锡排出铜端子的焊接面后，关闭加热板电源；
步骤C2，移除配重块，用风扇冷却自压紧锡焊装置。
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