CN109883622A - 一种多层复合结构导体制成的线圈气密性检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多层复合结构导体制成的线圈气密性检测方法，采用封头将线圈的轴向两端密封后放入真空室，在真空室真空条件下由外部氦气源向线圈的内部通入氦气，通过氦质谱检漏仪检测线圈的漏率。本发明针对多层复合结构材料的气密性检测需求，设计了新的气密性检测方法，既隔离了空气与氧化镁的直接接触，又起到了保护氧化镁的作用，能够满足多层复合结构导体氦气密性检测的真空要求，实现了整体测试。
Description
技术领域
本发明涉及核聚变装置线圈检测方法领域，具体是一种多层复合结构导体制成的线圈气密性检测方法。
背景技术
ITER是一个能够产生大规模可控核聚变反应的超导托卡马克装置，其采用磁约束来限制、调节并控制位于真空室内的等离子体。ITER早期的设计只有TF、PF、CS等位于内真空室外部的超导磁体系统，但2008年一些物理学家分析指出这些超导磁体对等离子体位形的控制还存在不足之处，并提出采用真空室内部线圈的方法以追求更好的控制等离子体，以提高ITER装置运行的安全性及稳定性。
ITER内部线圈运行环境极其恶劣，其需要经受高温、高辐照及高周次的循环加载，传统聚变装置的内部线圈导体的制备工艺不能被ITER所采用。为了承受这种恶劣环境并提供所需的功能，内部线圈导体选用“矿物绝缘导体”(MIC)，如图1所示，矿物绝缘导体为内部铜导体层1，中间绝缘层2及外部铠甲层3构成的多层复合结构，由多层复合结构的导体绕制为线圈，绕制后的线圈其内圈壁为铜导体层1，外圈壁为铠甲层3，其中中间绝缘层2选择已压紧的氧化镁粉为绝缘材料。
为了确保线圈导体的性能，在导体制备完成后需要对盘绕态的导体进行气密性检测，以确保各组成部件无泄漏现象。由于内部线圈是多层复合结构，中间绝缘层的氧化镁粉末对空气中的水分非常敏感，因此在整体气密性检测时，一方面要隔离氧化镁与空气直接接触，另一方面还要保护氧化镁在抽真空时不被吸出。如果按照常规的检测工装设计，很可靠造成氧化镁粉受潮和吸出，进而影响导体的性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种多层复合结构导体制成的线圈气密性检测方法，以解决现有技术对矿物绝缘导体绕制的线圈检漏时存在中间绝缘层受潮和吸出的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种多层复合结构导体制成的线圈气密性检测方法，其特征在于：在线圈的轴向两端分别密封加装带有打气管的封头，以对线圈的内部进行气密封，将线圈、封头整体放入真空室，并使打气管与外部氦气源连接构成气压回路，在真空室真空条件下外部氦气源向线圈的内部通入氦气，通过氦质谱检漏仪检测多层复合结构导体绕制成的线圈的漏率Q，漏率的计算公式如下：
公式(1)中，I为泄露漏率对应的检漏仪的输出信号值，I1为标准漏孔漏率对应检漏仪的输出信号值，I0为系统氦本底对应检漏仪的输出信号值，C为线圈内部的氦气浓度C，Q0为系统的标定漏率。
所述的一种多层复合结构导体制成的线圈气密性检测方法，其特征在于：采用一个氦质谱检漏仪，首先使用标准漏孔与氦质谱检漏仪连接，对氦质谱检漏仪进行标定操作之后，标准漏孔在氦质谱检漏仪上的输出信号值为系统的标定漏率Q0；然后取下标准漏孔，将氦质谱检漏仪与装有多层复合结构导体绕制成的线圈的容器连接，同时，待检线圈的容器与标准漏孔连接，并可以通过真空阀门使连接开启或关闭；在检漏过程中，关闭真空阀门使漏孔与容器不连接时，检漏仪检测到的稳定的信号为系统氦本底I0，打开真空阀门使漏孔与容器相连接时，检漏仪检测到的输出的信号为标准漏孔漏率对应的输出信号值I1，然后关闭真空阀门使漏孔与容器不连接，在线圈内部施加3MPa氦气后，检漏仪检测到的稳定的信号为泄露漏率对应的氦质谱检漏仪的输出信号值I。
所述的一种多层复合结构导体制成的线圈气密性检测方法，其特征在于：线圈放入真空室前，对线圈整体进行清洁脱脂。
所述的一种多层复合结构导体制成的线圈气密性检测方法，其特征在于：所述封头包括内、外管体，内、外管体各自一端管口封闭，其中内管体的另一端管口焊接于线圈轴向对应端内壁，外管体的另一端管口焊接于线圈轴向对应端的外壁，且外管体套在内管体外，内、外管体的封闭端留有气孔，所述打气管同时焊接于内、外管体的气孔，打气管一端通向内管体内部，打气管另一端通向外管体外部，其中一个封头的打气管作为进气管与外部氦气源连通，另一个封头的打气管作为出气管与外部氦气源连通，由此构成气压回路。
所述的一种多层复合结构导体制成的线圈气密性检测方法，其特征在于：所述打气管与气孔焊接后，通过焊丝将气孔的缝隙填满。
所述的一种多层复合结构导体制成的线圈气密性检测方法，其特征在于：所述内、外管体与线圈对应的焊接位置采用气泡法或吸枪法检漏和排漏，打气管与气孔的焊接采用气泡法或吸枪法检漏和排漏，打气管和外部氦气源之间连接处采用气泡法或吸枪法检漏和排漏。
所述的一种多层复合结构导体制成的线圈气密性检测方法，其特征在于：真空室中首先采用粗抽泵进行粗抽，当真空室内抽至达到分子泵启动要求时，再启动分子泵对真空室内进一步抽真空，使真空室内形成真空条件。
所述的一种多层复合结构导体制成的线圈气密性检测方法，其特征在于：真空室内真空条件为真空度达到10-4mbar。
本发明中，对多层复合结构导体绕制成品的线圈进行清洁脱脂，然后放入真空室里。在真空条件下，对线圈内部打入氦压。采用氦质谱方法，进行气密性检测。同时设计了一种特制的封头，既保证了密封性，又保证了真空检漏必须的外部真空与内部充气压。
本发明方法实现了多层复合结构导体绕制的线圈的氦气密性检测检测，并对线圈的轴向端进行密封接头设计，既保证了导体内部与真空环境隔绝开，又保证了导体自身的MgO的纯度不会受污染。本发明中的线圈轴向端密封设计，具有加工简单，操作方便，易于实现的优点。
本发明针对多层复合结构材料的气密性检测需求，设计了新的气密性检测方法，并根据复合结构导体的特殊性，设计了一种封头，既隔离了空气与氧化镁的直接接触，又起到了保护氧化镁的作用。其结构简单，密封性能好，满足多层复合结构导体氦气密性检测的真空要求，实现了整体测试。
附图说明
图1是现有技术多层复合结构导体绕制的线圈结构正视图。
图2是本发明检测流出图。
图3是本发明封头与线圈连接结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，一种多层复合结构导体制成的线圈气密性检测方法，在线圈的轴向两端分别密封加装带有打气管的封头，以对线圈的内部进行气密封，将线圈、封头整体放入真空室，并使打气管与外部氦气源连接构成气压回路，在真空室真空条件下外部氦气源向线圈的内部通入氦气，通过氦质谱检漏仪检测线圈的漏率Q，漏率的计算公式如下：
公式(1)中，I为泄露漏率对应的检漏仪的输出信号值，I1为标准漏孔漏率对应检漏仪的输出信号值，I0为系统氦本底对应检漏仪的输出信号值，C为线圈内部的氦气浓度C，Q0为系统的标定漏率。
本发明中所述的检测方法是采用一个氦质谱检漏仪，首先使用标准漏孔与氦质谱检漏仪连接，对氦质谱检漏仪进行标定操作之后，标准漏孔在氦质谱检漏仪上的输出信号值为系统的标定漏率Q0。然后取下标准漏孔，将氦质谱检漏仪与装有多层复合结构导体绕制成的线圈的容器连接，同时，待检线圈的容器与标准漏孔连接，并可以通过真空阀门使连接开启或关闭。在检漏过程中，关闭真空阀门使漏孔与容器不连接时，检漏仪检测到的稳定的信号为系统氦本底I0，打开真空阀门使漏孔与容器相连接时，检漏仪检测到的输出的信号为标准漏孔漏率对应的输出信号值I1，然后关闭真空阀门使漏孔与容器不连接，在线圈内部施加3MPa氦气后，检漏仪检测到的稳定的信号为泄露漏率对应的氦质谱检漏仪的输出信号值I。
线圈放入真空室前，对线圈整体进行清洁脱脂。
如图2所示，封头包括内、外管体4、5，内、外管体4、5各自一端管口封闭，其中内管体4的另一端管口焊接于线圈轴向对应端内壁，外管体5的另一端管口焊接于线圈轴向对应端的外壁，且外管体5套在内管体4外，内、外管体4、5的封闭端留有气孔，打气管6同时焊接于内、外管体4、5的气孔，打气管6一端通向内管体4内部，打气管6另一端通向外管体5外部，其中一个封头的打气管作为进气管与外部氦气源连通，另一个封头的打气管作为出气管与外部氦气源连通，由此构成气压回路。
打气管6与气孔焊接后，通过焊丝7将气孔的缝隙填满。
内、外管体4、5与线圈对应的焊接位置采用气泡法或吸枪法检漏和排漏，打气管6与气孔的焊接采用气泡法或吸枪法检漏和排漏，打气管6和外部氦气源之间连接处采用气泡法或吸枪法检漏和排漏。
真空室中首先采用粗抽泵进行粗抽，当真空室内抽至达到分子泵启动要求时，再启动分子泵对真空室内进一步抽真空，使真空室内形成真空条件。
真空室内真空条件为真空度达到10-4mbar。
Claims (8)
1.一种多层复合结构导体制成的线圈气密性检测方法，其特征在于：在线圈的轴向两端分别密封加装带有打气管的封头，以对线圈的内部进行气密封，将线圈、封头整体放入真空室，并使打气管与外部氦气源连接构成气压回路，在真空室真空条件下外部氦气源向线圈的内部通入氦气，通过氦质谱检漏仪检测多层复合结构导体绕制成的线圈的漏率Q，漏率的计算公式如下：
公式(1)中，I为泄露漏率对应的检漏仪的输出信号值，I1为标准漏孔漏率对应检漏仪的输出信号值，I0为系统氦本底对应检漏仪的输出信号值，C为线圈内部的氦气浓度C，Q0为系统的标定漏率。
2.根据权利要求1所述的一种多层复合结构导体制成的线圈气密性检测方法，其特征在于：采用一个氦质谱检漏仪，首先使用标准漏孔与氦质谱检漏仪连接，对氦质谱检漏仪进行标定操作之后，标准漏孔在氦质谱检漏仪上的输出信号值为系统的标定漏率Q0；然后取下标准漏孔，将氦质谱检漏仪与装有多层复合结构导体绕制成的线圈的容器连接，同时，待检线圈的容器与标准漏孔连接，并可以通过真空阀门使连接开启或关闭；在检漏过程中，关闭真空阀门使漏孔与容器不连接时，检漏仪检测到的稳定的信号为系统氦本底I0，打开真空阀门使漏孔与容器相连接时，检漏仪检测到的输出的信号为标准漏孔漏率对应的输出信号值I1，然后关闭真空阀门使漏孔与容器不连接，在线圈内部施加3MPa氦气后，检漏仪检测到的稳定的信号为泄露漏率对应的氦质谱检漏仪的输出信号值I。
3.根据权利要求1所述的一种多层复合结构导体制成的线圈气密性检测方法，其特征在于：线圈放入真空室前，对线圈整体进行清洁脱脂。
4.根据权利要求1所述的一种多层复合结构导体制成的线圈气密性检测方法，其特征在于：所述封头包括内、外管体，内、外管体各自一端管口封闭，其中内管体的另一端管口焊接于线圈轴向对应端内壁，外管体的另一端管口焊接于线圈轴向对应端的外壁，且外管体套在内管体外，内、外管体的封闭端留有气孔，所述打气管同时焊接于内、外管体的气孔，打气管一端通向内管体内部，打气管另一端通向外管体外部，其中一个封头的打气管作为进气管与外部氦气源连通，另一个封头的打气管作为出气管与外部氦气源连通，由此构成气压回路。
5.根据权利要求4所述的一种多层复合结构导体制成的线圈气密性检测方法，其特征在于：所述打气管与气孔焊接后，通过焊丝将气孔的缝隙填满。
6.根据权利要求4所述的一种多层复合结构导体制成的线圈气密性检测方法，其特征在于：所述内、外管体与线圈对应的焊接位置采用气泡法或吸枪法检漏和排漏，打气管与气孔的焊接采用气泡法或吸枪法检漏和排漏，打气管和外部氦气源之间连接处采用气泡法或吸枪法检漏和排漏。
7.根据权利要求1所述的一种多层复合结构导体制成的线圈气密性检测方法，其特征在于：真空室中首先采用粗抽泵进行粗抽，当真空室内抽至达到分子泵启动要求时，再启动分子泵对真空室内进一步抽真空，使真空室内形成真空条件。
8.根据权利要求1所述的一种多层复合结构导体制成的线圈气密性检测方法，其特征在于：真空室内真空条件为真空度达到10-4mbar。
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