CN109352110A - 超导带材带间接头焊接装置 - Google Patents

超导带材带间接头焊接装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超导带材接头焊接连接装置，属于超导带材焊接技术领域，包括感应加热部件、带材夹具及感应加热控制器；感应加热部件包括加热线圈及套设在加热线圈上的隔热层，加热线圈连接感应加热控制器；所述加热线圈套设于所述两个半圆柱型夹块组成的圆柱型带材夹具的外部；带材夹具包括两个中间设有带材容纳槽的半圆柱型夹块，两个半圆柱型夹块通过卡紧装置卡紧，待焊接的两条超导带材通过容纳槽夹紧在一起，之间夹有焊接材料，通过加热线圈的加热，使焊锡材料熔化，通过夹具的应力使焊接材料均匀分布于两条超导带材之间。本发明结构简单、操作方便，使用本装置焊接的超导带材连接头焊接均匀，机械性能好、接头电阻小且偏差小。

Description

超导带材带间接头焊接装置
技术领域
本发明涉及超导带材焊接连接技术领域，具体涉及一种可控高均匀度感应式加热超导带材带间间接头连接装置。
背景技术
超导材料具有零电阻特性、完全抗磁性、量子隧穿效应等独特性质，在医疗、电力、大科学装置等领域具有广阔的应用价值。特别是高温超导体的临界温度已经突破液氮温区，以高温超导体为基础的相关超导设备研制和运行成本大幅降低。研究开发所涉及的领域包括高温超导磁体、高温超导限流器、高温超导变压器、高温超导电缆、超导储能系统等。
实用化高温超导体主要为第一代高温超导体和第二代高温超导体。第一代高温超导体以铋锶钙铜氧(Bi-Sr-Ca-Cu-O)超导带为代表；第二代高温超导体以钇钡铜氧(Y-Ba-Cu-O)超导带为代表。
不论是一代带材还是二代带材，由于现在工艺技术等的局限性，单根无接头带材的长度一般在百米级别，目前尚无千米级可批量生产的带材。而在高温超导体的一些应用中，比如超导电缆应用，需要的长距离带材只能通过连接多根超导带而构成。对于超导带连接的基本要求是接头电阻小、不同接头的一致性高、接头处机械性能好。
超导带科学实验研究以及示范工程应用中，超导带的连接一般采用接头搭接后钎焊的技术方案。钎焊技术能够实现很好的机械连接且能做到较小的接头电阻，但由于搭接部分的焊接并非同时完成，在搭接段的焊接均匀度难以保证。同时，钎焊技术对焊接人员的操作要求和焊接经验较高，不同接头的焊接效果重复度较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单，操作方便，焊接均匀、质量高的超导带材带间接头焊接连接装置，以解决上述背景技术中存在的超导带材搭接段焊接均匀度难以保证造成接头电阻大、机械性能差的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
本发明提供的一种超导带材带间接头焊接连接装置，包括感应加热部件、带材夹具及感应加热控制器；所述感应加热部件包括加热线圈及套设在所述加热线圈上的隔热层，所述加热线圈连接所述感应加热控制器；所述带材夹具包括两个中间设有带材容纳槽的半圆柱型夹块，所述两个半圆柱型夹块通过卡紧装置卡紧；所述加热线圈套设于所述两个半圆柱型夹块组成的圆柱型带材夹具的外部。将两条待焊接的超导带材通过夹具夹紧，两条带材的搭接段间设焊接材料，通过加热线圈加热使焊接材料熔化，在夹具的夹紧应力作用下，两个半圆柱型夹块对带材产生压力，使熔化的焊接材料均匀分布于搭接段，保证了焊接接头的尺寸一致性要求。
优选的，所述加热线圈由铜制成。
优选的，所述隔热层由隔热材料制成。
优选的，所述感应加热控制器为电力电子器件开关电源。
优选的，所述加热线圈的内径与所述带材夹具的外径之差为3-4mm。
优选的，所述每个半圆柱型夹块上的所述容纳槽的宽度方向与所述半圆柱型夹块的矩形端面平行。以保证夹具的应力方向与带材的宽度面垂直。
优选的，所述容纳槽的宽度略大于待焊接超导带材的宽度，使带材可以稳定的嵌入容纳槽内，保证加热线圈加热的均匀性和可靠性。所述容纳槽的深度等于带材的厚度与焊接层厚度的一半的和。当两个半圆柱型夹块在夹紧装置作用下合在一起后，两个容纳槽的深度和刚好为两个超导带材的厚度再加焊接材料的厚度之和。
优选的，所述半圆柱型夹块由环氧圆柱制成。
优选的，所述卡紧装置6包括开放式捆扎箍8，通过紧固螺栓9卡紧所述带材夹具2。
优选的，所述卡紧装置6位于所述带材夹具的两端以待焊接带材的搭接段的中心对称布置，以保证带材夹具为搭接段提供均匀应力。
本发明有益效果：结构简单、操作方便，使用本装置焊接的超导带材连接头焊接均匀，机械性能好、接头电阻小且偏差小；对操作人员的焊接经验要求低，通过感应温度自动控制加热温度，焊接材料加热熔化均匀，保证了搭接段尺寸一致性。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所述的超导带材带间接头焊接连接装置结构图。
图2为本发明实施例所述的超导带材带间接头焊接连接装置纵向剖视结构图。
图3为本发明实施例所述的超导带材带间接头焊接连接装置的使用状态纵向剖视结构图。
图4为本发明实施例所述的超导带材带间接头焊接连接装置的加热控制原理示意图。
其中：1-感应加热部件；2-带材夹具；3-加热线圈；4-隔热层；7-容纳槽；5-半圆柱型夹块；6-卡紧装置；8-开放式捆扎箍；9-紧固螺栓；10-超导带材一；11-超导带材二；12-搭接段。
具体实施方式
下面详细叙述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件和/或它们的组。应该理解，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接，使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于理解本发明，下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步解释说明，且具体实施例并不构成对本发明实施例的限定。
本领域技术人员应该理解，附图只是实施例的示意图，附图中的部件并不一定是实施本发明所必须的。
实施例
如图1所示，本发明实施例提供一种超导带材带间接头焊接连接装置，包括感应加热部件1、带材夹具2及感应加热控制器。通过带材夹具2将两条待焊接的超导带材夹紧，两条带材的搭接段间设焊接材料，如焊锡，通过感应加热控制器控制感应加热部件1为带材夹具加热，从而使焊接材料熔化，在带材夹具2的应力下，熔化的焊接材料均匀分布于待焊接的超导带材之间。
如图2所示，所述感应加热部件1包括加热线圈3及套设在所述加热线圈上的隔热层4，所述加热线圈3连接所述感应加热控制器；所述带材夹具2包括两个中间设有带材容纳槽7的半圆柱型夹块5，所述两个半圆柱型夹块5通过卡紧装置6卡紧；所述加热线圈3套设于所述两个半圆柱型夹块5组成的圆柱型带材夹具2的外部。
所述加热线圈3由铜线绕制而成。
在实际应用中，加热线圈3的制作材料并不受上述铜线的限制，加热线圈3也可由其他导电材料制成，本领域技术人员可根据具体情况选择加热线圈3的制作材料。
所述隔热层4由隔热材料制成。隔热层4可防止加热线圈3产生的热量的散发，从而保证为焊接材料提供充足的热量使焊接材料熔化，其次还可防止加热线圈接触操作人员皮肤或其他物品，避免烫伤。
所述感应加热控制器为电力电子器件开关电源，可以提供给定占空比的电源输出，从而为加热线圈提供给定的电流电压，以提供稳定的加热温度。
待焊接超导带材置于带材夹具2的容纳槽7内，并由外部加紧装置固定夹紧。装有超导带材的夹具整体置于感应加热单元1内部。夹具的外径与感应加热单元1的内径相互配合，外径与内径之差为3-4mm，加热线圈内部可以设置隔热层，也可以不设置隔热层。
所述每个半圆柱型夹块5上的所述容纳槽7的宽度方向与所述半圆柱型夹块5的矩形端面平行。
所述容纳槽7的宽度略大于待焊接超导带材的宽度，所述容纳槽7的深度等于带材的厚度与焊接层厚度的一半的和。
所述半圆柱型夹块由环氧圆柱制成。
所述卡紧装置6包括开放式捆扎箍8，通过紧固螺栓9卡紧所述带材夹具2。
如图3至图4所示，本发明实施例所述的装置在具体使用时，带材夹具2由环氧圆柱沿截面直径剖开的两个半圆柱型夹块构成。半圆柱夹块上分别根据拟焊接的超导带材的尺度特征铣槽。铣槽的宽度略宽于超导带材的宽度，深度d为
d＝d超导带材+1/2×d焊层
式中，d超导带材是超导带的标称厚度，d焊层是焊层的厚度，该厚度由于关涉到接头电阻的大小和接头的机械性能，对于每一种超导带材，是由实验结果确定的。
两个半圆柱型夹块对齐后，经开放式捆扎箍8及其配套的紧固螺栓9固定。超导带材一10和超导带材二11按照确定的搭接长度在夹具内形成搭接段12。搭接段12的长度比感应加热单元1的长度短5-10cm，并且搭接段12与感应加热单元1在长度方向上中心对齐。
将常温下的焊锡(焊接材料)置于两段超导带的搭接段12之间，焊锡可以是丝状或片状，用量与上述d焊层的确定方式一致。
如图4(a)所示，为本发明装置的感应加热单元1的控制逻辑原理图，如图4(b)所示，为控制目的示意图，加热温度逐渐上升至极限温度。电源为交流电源，感应加热控制器根据拟焊接带材的部分物理属性和采集自感应加热单元的温度反馈信号确定电源的开断，控制能量的输入过程，从而可以按照给定的温度上升曲线实现对加热过程的控制。
综上，本发明实施例所述的超导带材带间接头焊接连接装置，待焊接的两段超导带材按指定长度搭接在一起，搭接段中间夹入指定量的焊锡材料，将其置入夹具的开槽内。调整搭接段在夹具中的位置，使两者在长度方向中心对齐，暂用胶带或捆扎绳对夹具进行简易固定。继而，将夹具置入感应加热单元内，并使用捆扎箍以给定预紧力固定夹具两端，调整夹具与感应加热单元的相对位置，使超导带材平面与水平面平齐，并使两者在长度方向中心对齐。此后，开启加热电源以及感应加热控制器，即可按既定的加热温度上升速度实现对焊接部位的加热。搭接段的焊锡加热后，由于带材两端受到预紧力，熔化的焊锡会在两侧力的作用下自动向未填充区域扩散，最终以相同或至少近似的厚度填满搭接段之间的所有区域。由于感应加热是对整个搭接段进行同步的加热，故搭接段区域内的熔化扩散过程是一致的。加热完成后，关闭电源，待冷却一段时间后，卸开夹具，将超导带取出。
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)

1.一种超导带材带间接头焊接连接装置，其特征在于：包括感应加热部件(1)、带材夹具(2)及感应加热控制器；所述感应加热部件(1)包括加热线圈(3)及套设在所述加热线圈上的隔热层(4)，所述加热线圈(3)连接所述感应加热控制器；所述带材夹具(2)包括两个中间设有带材容纳槽(7)的半圆柱型夹块(5)，所述两个半圆柱型夹块(5)通过卡紧装置(6)卡紧；所述加热线圈(3)套设于所述两个半圆柱型夹块(5)组成的圆柱型带材夹具(2)的外部。
2.根据权利要求1所述的超导带材带间接头焊接连接装置，其特征在于：所述加热线圈(3)由铜制成。
3.根据权利要求1所述的超导带材带间接头焊接连接装置，其特征在于：所述隔热层(4)由隔热材料制成。
4.根据权利要求1所述的超导带材带间接头焊接连接装置，其特征在于：所述感应加热控制器为电力电子器件开关电源。
5.根据权利要求1所述的超导带材带间接头焊接连接装置，其特征在于：所述加热线圈(3)的内径与所述带材夹具的外径之差为3-4mm。
6.根据权利要求1所述的超导带材带间接头焊接连接装置，其特征在于：所述每个半圆柱型夹块(5)上的所述容纳槽(7)的宽度方向与所述半圆柱型夹块(5)的矩形端面平行。
7.根据权利要求6所述的超导带材带间接头焊接连接装置，其特征在于：所述容纳槽(7)的宽度略大于待焊接超导带材的宽度，所述容纳槽(7)的深度等于带材的厚度与焊接层厚度的一半的和。
8.根据权利要求7所述的超导带材带间接头焊接连接装置，其特征在于：所述半圆柱型夹块由环氧圆柱制成。
9.根据权利要求1所述的超导带材带间接头焊接连接装置，其特征在于：所述卡紧装置(6)包括开放式捆扎箍(8)，通过紧固螺栓(9)卡紧所述带材夹具(2)。
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