CN110060817A - 高温超导堆叠窄带长线化制备装置及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明高温超导堆叠窄带长线化制备装置及其工作方法，包括依次布置的输送机构、助焊槽、镀锡机构及收纳卷盘；其中所述镀锡机构包括：锡炉；固定机构，所述固定机构的位置与所述锡炉对应；传动组件，所述传动组件设置在所述固定机构上。与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：可以自动化地实现超导堆叠窄带的长线化封装。

Description

高温超导堆叠窄带长线化制备装置及其工作方法
技术领域
本发明涉及通信设备领域，特别涉及一种高温超导堆叠窄带长线化制备装置及其工作方法。
背景技术
由于超导材料独有的物理特性，过去的十几年里高温超导为主的电力设备在电力系统领域里应用发展迅速，具体地，如超导电缆、超导储能、超导变压器、超导限流器、超导电机。但是超导电力设备在应用过程中，不可避免会受到不同程度外界磁场的干扰而产生交流损耗。而交流损耗的存在不但会导致设备发热加重系统制冷负担，甚至可能影响电力设备的稳定性。因此减小交流损耗是超导应用研究最重要的内容之一，针对此问题业界常用的方法包括窄丝化和扭绞。此外，堆叠超导带材一方面可以提高线材的载流能力，另一方面也可以提升物理强度。综上通过窄丝化和堆叠封装制得的超导堆叠窄线能够同时提高线材的电磁特性和机械特性，该结构能较好地适用于实际的电力设备。
现有技术1，中国发明专利《混合堆叠制备高温超导线的方法》(申请号：201610727012.3)公开了一种混合堆叠制备高温超导线的方法，包括以下步骤：S1、将高温超导带材进行切割；S2、将切割后的高温超导带材与其它金属带材进行面对面的堆叠；S3、将堆叠好的带材进行封装，即得高温超导线。本发明基于现有的超导带材生产工艺，在基本不改变带材生产成本和研发费用的情况下，通过对超导线材宏观结构的改变，改变其堆叠的成分，实现线材的自我保护能力，同时增强其物理特性。
现有技术1提出了一种混合堆叠制备的高温超导线，但是没有该工艺具体的制备设备，也没有给出长线化的制备方法。
现有技术2，中国发明专利《铁/铜复合包套二硼化镁超导长线的制备方法》(申请号：201610114264.5)公开了一种铁/铜复合包套二硼化镁超导长线的制备方法。具体步骤如下：首先加工一定规格的铁管和铜管，清洗干净后，将铁管套入铜管内，将Mg粉、B粉和掺杂材料加入球磨罐，然后加丙酮试剂浸没物料和磨球后进行球磨，球磨后样品采用常温真空干燥方法得到原料粉末，将粉末以10～600MPa压强压制成圆柱体后装入铁管内，然后压紧，密封端口。经过旋锻、孔型轧制和拉拔后得到一定线径和长度的铁/铜复合包套线，最后在650～950℃热处理0.5～5h，得到铁/铜复合的二硼化镁超导线材。本发明制备的二硼化镁超导长线具有热稳定性好，超导线均匀性好，各段临界电流密度值偏差小，工艺重复性好的优点。
现有技术2提出了一种改善MgB2超导带材的制备过程以提高超导线均匀性的方法，但是没有该工艺具体的制备设备。
现有技术3，中国发明专利《基于逐层堆叠的NbAl超导前驱体线材的制备方法》(申请号：201810641483.1)公开了一种基于逐层堆叠的Nb3Al超导前驱体线材的制备方法，其步骤主要是：A、Nb-Al复合包套的制备：从下至上将Nb箔和Al箔交替堆叠于管状Nb盒的矩形槽中，盖上上盖，内套于Cu管，焊接密封；B、Nb-Al单芯棒的制备：将Nb-Al复合包套经静液挤压、多次反复拉拔，再腐蚀去铜后获得Nb-Al单芯棒；C、Nb3Al超导前驱体线材的制备：将多个Nb-Al单芯棒密排组装至Cu或Cu合金包套中，经电子束封焊、静液挤压、多次反复拉拔加工获得多芯线材；再腐蚀去铜即得。该方法操作简单，箔材的组装填充率高，各层箔材的紧密度均匀一致。以其制备的最终超导线材的性能好、一致性强，合格率高。尤其适用于超导长线材的制备。
现有技术3提出的是低温超导材料堆叠，制备多芯超导线材的一种方法，但是没有该工艺具体的制备设备。
现有技术4，中国发明专利《ReBCO高温超导线材接合装置及利用其的接合方法》(申请号：201480056701.5)公开了第二代ReBCO高温超导线材接合装置及利用其的接合方法，可在无焊料(solder)或填充剂(filler)等的介质的情况下，直接接触ReBCO高温超导体层的表面和表面的状态下，只针对微细部分熔融扩散或固相扩散压接超导体层物质，从而与以往的常导接合相比，使接合部电阻几乎为“0”，从而可制作持续电流模式及充分长的超导长线材。
现有技术4利用化学方法直接将单根高温超导带材对接以实现长线化；而本发明制备的是一种实际应用型更强的超导堆叠窄带，且提出了这种堆叠线的长线化制备方法，但是没有该工艺具体的制备设备。
相关科技论文主要有：
文章
1.“Magnetization Loss and Shield Effect in Multi-Stacked Tapes WithVarious Stacking Configurations”主要内容：研究了超导带材的堆叠方式对磁化损耗的影响，对比面对面堆叠、常规和非常规的矩形堆叠等几种堆叠方式，分析不同的磁屏蔽效应。
此文重点分析了不同堆叠方式对磁化损耗的影响，并没有明确提出堆叠线10材长线化的制备方法，且使用的是一代高温超导带材。
Lee J,Park M,Lim H,et al.Magnetization Loss and Shield Effect inMulti-Stacked Tapes With Various Stacking Configurations[J].IEEE Transactionson Applied Superconductivity,2006,16(2):131-134.
2.“HTS CroCo:A Stacked HTS Conductor Optimized for High Currents andLong-Length Production”主要内容：文章提出并制备了一种新型的CroCo超导线，是一种由高温超导带和铜带堆叠而成的超导线，研究认为该超导线有着良好的电磁和机械特性，是一种拥有高载流能力、能够长线化生产的缆线。
文章的研究重心是该堆叠结构超导线的电磁和机械特性，且所用高温超导带材宽度为4-6mm，大于本文所提出的超导堆叠窄带宽度(约为1-2mm)，且文章并未具体描述长线化的生产制备装置。
Wolf M,Fietz W,Bayer C,et al.HTS CroCo-a Stacked HTS ConductorOptimized for High Currents and Long Length Production[J].IEEE Transactionson Applied Superconductivity,2016:1-1.
目前超导带材的最窄宽度为1mm，基于该宽度之窄和超导带材的纤细脆弱，手工堆叠封装过程中容易损坏带材发生弯折，该手工方法操作难度高，良品率低，效果不甚理想。基于此，要将该超导堆叠窄带从实验室走近工业界，需要设计一套能够长线化超导窄带的封装设备。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种解决上述技术问题的高温超导堆叠窄带长线化制备装置及其工作方法。
为了解决上述技术问题，本发明高温超导堆叠窄带长线化制备装置，包括依次布置的输送机构、助焊槽、镀锡机构及收纳卷盘；其中所述镀锡机构包括：锡炉；固定机构，所述固定机构的位置与所述锡炉对应；传动组件，所述传动组件设置在所述固定机构上。
优选地，所述传动组件包括依次布置的第二导轮组、第三导轮组及第四导轮组。
优选地，在所述固定机构上设有夹刀，所述夹刀位于所述第四导轮组的末端。
优选地，在所述固定机构上设有引出导轮。
优选地，所述输送机构包括依次布置的放卷盘及第一导轮组。
优选地，在所述输送机构内设有接线组件，所述接线组件位于所述放卷盘与所述第一导轮组之间。
优选地，所述接线机构包括：点焊机；接头，所述接头设置在所述点焊机上。
优选地，所述第一导轮组、所述第二导轮组、所述第三导轮组及所述第四导轮组的导轮上设有导轮槽。
一种高温超导堆叠窄带长线化制备装置的工作方法，包括如下步骤：
步骤1，将超导窄带从放卷盘中引出，将超导窄带依次穿过第一导轮组、助焊槽、第二导轮组、第三导轮组、第四导轮组，并将多根超导窄线堆叠卡位在导轮的导轮槽中，再通过夹刀固定好超导窄线的堆叠线头；
步骤2，打开锡炉加热，待锡炉中的锡块完全融化后，上升锡炉位置至其完全浸没第三导轮组和第四导轮组；
步骤3，超导窄线随开始传送，完成镀锡、堆叠、封装，最终经引出导轮进入收纳卷盘。
优选地，还包括步骤4，当放卷盘中的超导窄线耗尽时，通过接线机构对新超导窄带的引出部分与旧超导窄带的末端进行对接，返回步骤3。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：可以自动化地实现超导堆叠窄带的长线化封装。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
图1为本发明高温超导堆叠窄带长线化制备装置结构示意图；
图2为本发明高温超导堆叠窄带长线化制备装置高温点焊续接带材示意图。
图中：
1-放卷盘 2-超导窄带 3-第一导轮组
4-助焊槽 5-第二导轮组 6-第三导轮组
7-第四导轮组 8-夹刀 9-引出导轮
10-堆叠长线 11-收纳卷盘 12-固定机构
13-锡炉 14-点焊机 15-接头
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
高温超导堆叠窄线是一种能够提高超导电磁和机械特性的线材结构。想要实现该线材从实验室向工业界的转化，需设计一种能够使其长线化制备的装置。已知目前超导带材的最小宽度为1mm，基于该宽度特征以及带材本身的脆弱易折，使得超导带材的手工封装难度很大，良品率低，且无现成可用的窄带堆叠长线化设备，使得该线材的长线化制备成为一个难点。
如图1、图2所示，本发明高温超导堆叠窄带长线化制备装置首先通过分切工艺，将常规4mm宽超导带材分切成1mm宽的超导窄带2，然后通过浸锡封装将超导窄带2制成堆叠线10。其中堆叠封装装置包括一组放卷盘1、第一导轮组3、第二导轮组5、第三导轮组6、第四导轮组7、助焊槽4、低温锡炉13、夹刀8、引出导轮9和收纳卷盘11。放卷盘1用于超导窄带2的放线，收纳卷盘11用于封装完成的堆叠线10的收纳装盘；第一导轮组3、第二导轮组5、第三导轮组6、第四导轮组7用于超导窄带2的传送、卡位，将多根超导带材合成一根堆叠线10，特别地，导轮是开槽导轮，具体地，导轮槽为宽度和深度均略大于1mm的导轮槽，配合了超导窄带2宽度；助焊槽4里面注有助焊剂，超导窄带2从中穿过可以粘附部分助焊剂，便于后续表面镀锡；低温锡炉13用于浸没超导带材镀锡；夹刀8可将封装完的堆叠线10表面多余的残锡刮除；引出导轮9用于传送封装完成的堆叠线10，并将其最终导入收纳卷盘11。在堆叠超导窄带2过程中，当任一放卷盘1中的超导窄带2余量不足时，需通过高温点焊技术(点焊机14和接头15)即时对长度不足的超导窄带2进行续接补充，由此可实现超导堆叠窄带2的长线化制备。
具体制备方法包括以下步骤：
步骤1，固定好装有超导窄带2的放卷盘1，并将超导窄带2从放卷盘1中引出；
步骤2，将超导窄带2依次穿过第一导轮组3、助焊槽4、第二导轮组5、第三导轮组6、第四导轮组7，并在第四导轮组7中利用多个导轮传动，将多根超导带材堆叠卡位在导轮的凹槽中，再通过夹刀8固定好堆叠线10头；
步骤3，调控控制面板，打开锡炉加热，待锡炉中的锡块完全融化后，上升锡炉位置至其完全浸没固定机构12上的第三导轮组6、第四导轮组7；
步骤4，开启导轮传送，四组导轮均开始动作，多根超导窄线2随导轮开始自动化传送，完成镀锡、堆叠、封装，最终经引出导轮9进入收纳卷盘11；
步骤5，在整个封装过程中，当任一超导放卷盘1即将耗尽之际，需立即接上新的卷盘，此时通过高温点焊的方式将新卷盘中引出部分超导窄带2与旧卷盘的末端窄带2对接，且该处的高温焊点不会在后续低温锡炉13中融化，可实现超导堆叠窄带2的长线化。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种高温超导堆叠窄带长线化制备装置，其特征在于，包括依次布置的输送机构、助焊槽、镀锡机构及收纳卷盘；其中
所述镀锡机构包括：
锡炉；
固定机构，所述固定机构的位置与所述锡炉对应；
传动组件，所述传动组件设置在所述固定机构上。
2.根据权利要求1所述的高温超导堆叠窄带长线化制备装置，其特征在于，所述传动组件包括依次布置的第二导轮组、第三导轮组及第四导轮组。
3.根据权利要求2所述的高温超导堆叠窄带长线化制备装置，其特征在于，在所述固定机构上设有夹刀，所述夹刀位于所述第四导轮组的末端。
4.根据权利要求1或3所述的高温超导堆叠窄带长线化制备装置，其特征在于，在所述固定机构上设有引出导轮。
5.根据权利要求2所述的高温超导堆叠窄带长线化制备装置，其特征在于，所述输送机构包括依次布置的放卷盘及第一导轮组。
6.根据权利要求5所述的高温超导堆叠窄带长线化制备装置，其特征在于，在所述输送机构内设有接线组件，所述接线组件位于所述放卷盘与所述第一导轮组之间。
7.根据权利要求6所述的高温超导堆叠窄带长线化制备装置，其特征在于，所述接线机构包括：
点焊机；
接头，所述接头设置在所述点焊机上。
8.根据权利要求5所述的高温超导堆叠窄带长线化制备装置，其特征在于，所述第一导轮组、所述第二导轮组、所述第三导轮组及所述第四导轮组的导轮上设有导轮槽。
9.一种高温超导堆叠窄带长线化制备装置的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，将超导窄带从放卷盘中引出，将超导窄带依次穿过第一导轮组、助焊槽、第二导轮组、第三导轮组、第四导轮组，并将多根超导窄线堆叠卡位在导轮的导轮槽中，再通过夹刀固定好超导窄线的堆叠线头；
步骤2，打开锡炉加热，待锡炉中的锡块完全融化后，上升锡炉位置至其完全浸没第三导轮组和第四导轮组；
步骤3，超导窄线随开始传送，完成镀锡、堆叠、封装，最终经引出导轮进入收纳卷盘。
10.根据权利要求9所述的高温超导堆叠窄带长线化制备装置的工作方法，其特征在于，还包括步骤4，当放卷盘中的超导窄线耗尽时，通过接线机构对新超导窄带的引出部分与旧超导窄带的末端进行对接，返回步骤3。
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