CN110517885B - 一种大型超导磁体vpi模具接头密封绝缘装置及其工艺 - Google Patents

一种大型超导磁体vpi模具接头密封绝缘装置及其工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大型超导磁体VPI模具接头密封绝缘装置及其工艺，包括有真空模具，真空模具的安装口套筒套装有超导体，超导体上位于安装口套筒端部外侧的部位自内而外依次套装有焊接法兰、绝缘法兰和压紧法兰。本发明最大特点是密封圈既实现了超导体与真空模具的整体密封，又实现了真空模具与超导体之间的电绝缘需求。绝缘法兰作为压紧密封圈和支撑压紧法兰的装置，既满足了超导接头内部加热过程中电绝缘需求，又满足了超导线圈VPI过程真空和压力需求，具有结构简单、安装方便、使用可靠等优点。

Description

一种大型超导磁体VPI模具接头密封绝缘装置及其工艺
技术领域
本发明涉及超导磁体制造领域，具体涉及一种大型超导磁体VPI模具接头密封绝缘装置及其工艺。
背景技术
随着超导材料的广泛应用，特别是超导材料在超导磁体领域的应用越来越多，大型超导磁体制造无法使用热压罐进行真空压力浸渍（VPI）制造工艺的背景下，采用不锈钢模具焊接内模提供真空及压力环境、碳钢硬模为真空压力浸渍提供稳定的外形、通过超导接头位置对超导线圈馈电，实现线圈内部加热完成树脂的真空压力浸渍和绝缘固化。超导体通电而外部接头不漏电，模具与超导体之间的负压、正压密封稳定可靠，并且这种密封圈在加热过程中性能稳定，将对超导磁体真空压力浸渍过程产生重要影响，甚至导致线圈报废。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种大型超导磁体VPI模具密封绝缘装置及密封工艺。
一种大型超导磁体VPI模具接头密封绝缘装置，其特征在于：包括有真空模具，真空模具的安装口套筒套装有超导体，超导体上位于安装口套筒端部外侧的部位自内而外依次套装有焊接法兰、绝缘法兰和压紧法兰；所述焊接法兰与安装口套筒焊接为一体，所述超导体与安装口套筒之间以及超导体与焊接法兰之间均形成有环形间隙，所述环形间隙内均填充有绝缘填充材料；所述超导体与焊接法兰外端部之间设有密封圈；所述绝缘法兰与超导体之间为过盈配合；包括有螺栓，螺栓依次贯穿压紧法兰、绝缘法兰和焊接法兰并将三者均匀紧固为一体且所述绝缘法兰紧压在密封圈的外侧，所述压紧法兰与超导体之间设有2-4mm的环形间隙。
所述的一种大型超导磁体VPI模具接头密封绝缘装置，其特征在于：所述密封圈为真空耐高温密封圈。
所述一种大型超导磁体VPI模具接头密封绝缘装置，其特征在于：所述绝缘填充材料包括有玻璃纤维绝缘板和电绝缘材料。
所述的一种大型超导磁体VPI模具接头密封绝缘装置，其特征在于：所述焊接法兰的外侧口部设有与密封圈对应的环形凹槽。
一种大型超导磁体VPI模具接头密封绝缘工艺，其特征在于：依次按照以下步骤进行：
1)取超导体，将焊接法兰、密封圈、绝缘法兰和压紧法兰依次预先套装在超导体上。
2)研磨：对超导体密封面和焊接法兰密封面进行研磨处理，使粗糙度不大于0.8μm，研磨后采用酒精清洗3-5遍。
3)真空模具及焊接法兰焊接：在超导体表面垫上1mm的铜皮，将焊接法兰焊接到真空模具的安装口套筒上，并进行真空检漏，所述超导体与安装口套筒之间以及超导体与焊接法兰之间形成一体的环形空隙。
4)填充绝缘材料：抽出铜皮，并将绝缘填充材料填充入步骤3）所述的环形空隙中。
5)修配绝缘法兰，确保绝缘法兰和超导体之间为过盈配合。
6)在压紧密封圈前1小时内，对焊接法兰外端部的密封面以及绝缘填充材料的外端面均涂抹一层硅胶。
7)利用螺栓依次贯穿压紧法兰、绝缘法兰、焊接法兰并将三者均匀紧固为一体，边密封边检查，直至将密封圈压紧至焊接法兰和超导体密封面上实现密封。
8)测量：用万用表测量超导体和焊接法兰之间的电阻不小于10兆欧，且测试该处可耐300V交流电压。
9)检漏：采用氦质谱检漏仪进行检漏；
所述螺栓拧紧均采用扭矩扳手操作且目视检测密封前是否存在卡死或偏斜情况。
可耐300V交流电压采用摇表进行操作。
将氦质谱检漏仪连接至真空模具抽口，对真空模具进行抽真空操作，且真空度达到300Pa时，采用高纯氦气对接头进行喷检，检漏仪显示无明显变化。
所述绝缘填充材料包括有玻璃纤维绝缘板（如G10、FR4等）、可加工陶瓷等电绝缘材料制造。
对焊接法兰的环形凹槽部位以及绝缘填充材料的外端面均涂抹一层硅胶，用于填补密封面表面粗糙度导致的细微空隙。
所述密封圈介于绝缘法兰、焊接法兰和超导体之间的密封区域，绝缘法兰为Half结构夹紧超导体。压紧法兰安装在绝缘法兰外侧，与超导体间预留3mm间隙，通过压紧绝缘法兰实现对密封圈的压紧，实现密封圈与焊接法兰密封面、密封圈与超导体密封面的密封。
所述真空模具为不锈钢薄板焊接模具。
所述焊接法兰与超导体外形一致并提前套穿于导体上，并且与超导体间预留足够间隙。
所述绝缘法兰采用环氧、G10等电绝缘材料制造成2个Half结构，且中孔与导体截面一致。
所述压紧装置由压紧法兰及连接螺栓构成，法兰通孔大于超导体并且差额尺寸不小于3mm，连接螺栓采用PEEK绝缘材质制造。
本发明中焊接法兰与真空模具连接、绝缘填充材料塞入焊接法兰与超导体之间，并且贯穿于真空模具，密封圈介于绝缘法兰、焊接法兰和超导体之间，绝缘法兰与导体接触、压紧法兰安装在绝缘法兰外侧，与超导体不接触，用于通过压紧绝缘法兰实现对密封圈的压紧，实现密封圈与焊接法兰密封面、密封圈与超导体密封面的密封。
作为对上述技术方案的进一步描述：所述真空模具为不锈钢薄板焊接模具。作为对上述技术方案的进一步描述：所述焊接法兰与超导体外形一致并贯穿于导体上，并且与超导体间预留1.5mm间隙。
作为对上述技术方案的进一步描述：所述压紧装置由压紧法兰及连接螺栓构成，法兰通孔大于超导体不小于3mm；
一种超导接头绝缘密封工艺，首先将焊接法兰、密封圈、压紧法兰等在接头制造前预先套装在超导体上，装配VPI模具前，对超导体密封面、法兰密封面进行研磨处理，确保粗糙度不大于0.8μm，研磨有采用酒精清洗3-5遍。将焊接法兰焊接到真空模具上，并进行真空检漏。检漏完毕将绝缘填充材料由焊接法兰塞入超导体和真空模具之间，修配绝缘法兰，确保绝缘法兰和超导体之间为紧配合，密封操作前1小时内，对密封面及绝缘填充材料端头均匀涂703硅胶，利用螺栓依次贯穿压紧法兰、绝缘法兰、焊接法兰并均匀紧固，边密封边检查，直至将密封圈压紧至焊接法兰和超导体密封面上实现密封。用万用表测量超导体盒焊接法兰之间的电阻不小于10兆欧，采用摇表进行耐300V交流电压测试完毕后，采用氦质谱检漏仪对密封面进行检漏。
本发明最大特点是密封圈既实现了超导体与真空模具的整体密封，又实现了真空模具与超导体之间的电绝缘需求。绝缘法兰作为压紧密封圈和支撑压紧法兰的装置，既满足了超导接头内部加热过程中电绝缘需求，又满足了超导线圈VPI过程真空和压力需求，具有结构简单、安装方便、使用可靠等优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明在超导磁体中的位置示意图
参照附图，图中标号：1-真空模具；2-绝缘填充材料；3-焊接法兰；4-密封圈；5-绝缘法兰；6-压紧结构；7-平垫片；8-弹簧垫片；9-螺栓；10-超导体；11-超导接头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
一种大型超导磁体VPI模具接头密封绝缘装置，包括有真空模具，真空模具的安装口套筒套装有超导体，超导体上位于安装口套筒端部外侧的部位自内而外依次套装有焊接法兰、绝缘法兰和压紧法兰；所述焊接法兰与安装口套筒焊接为一体，所述超导体与安装口套筒之间以及超导体与焊接法兰之间均形成有环形间隙，所述环形间隙内均填充有绝缘填充材料；所述超导体与焊接法兰外端部之间设有密封圈；所述绝缘法兰与超导体之间为过盈配合；包括有螺栓，螺栓依次贯穿压紧法兰、绝缘法兰和焊接法兰并将三者均匀紧固为一体，所述压紧法兰与超导体之间设有2-4mm的环形间隙。
一种大型超导磁体VPI模具接头密封绝缘工艺，依次包括以下步骤：
(1)制造超导接头11前，将焊接法兰3、密封圈4、压紧法兰6预先套装在超导体10上。
(2)在VPI焊接真空模具前，对超导体10密封面、焊接法兰3密封面进行研磨处理，确保粗糙度不大于0.8μm，研磨有采用酒精清洗3-5遍。
(3)在绝缘填充材料2位置垫上1mm铜皮，将焊接法兰3焊接到真空模具1上。
(4)抽出铜皮并将绝缘填充材料2塞入超导体10和真空模具1之间间隙中。
(5)修配绝缘法兰，确保绝缘法兰中间孔5和超导体10之间为紧配合。
(6)在压紧密封圈前1小时内，对焊接法兰3密封面及绝缘填充材料2端头均匀涂703硅胶。
(7)利用螺栓9依次贯穿压紧法兰6、绝缘法兰5、焊接法兰3并均匀紧固，边密封边检查，直至将密封圈压紧至焊接法兰和超导体密封面上实现密封。
(8)用万用表测量超导体10和焊接法兰3之间的电阻不小于10兆欧，且用摇表测试该处可耐300V交流电压。
(9)将氦质谱检漏仪连接至真空模具1抽口，通过对该密封绝缘结构进行高纯氦气喷检，检漏仪显示无明显变化。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种大型超导磁体VPI模具接头密封绝缘装置，其特征在于：包括有真空模具，真空模具的安装口套筒套装有超导体，超导体上位于安装口套筒端部外侧的部位自内而外依次套装有焊接法兰、绝缘法兰和压紧法兰；所述焊接法兰与安装口套筒焊接为一体，所述超导体与安装口套筒之间以及超导体与焊接法兰之间均形成有第一环形间隙，所述第一环形间隙内均填充有绝缘填充材料；所述超导体与焊接法兰外端部之间设有密封圈；所述绝缘法兰与超导体之间为过盈配合；包括有螺栓，螺栓依次贯穿压紧法兰、绝缘法兰和焊接法兰并将三者均匀紧固为一体且所述绝缘法兰紧压在密封圈的外侧，所述绝缘法兰作为支撑压紧法兰的装置，所述压紧法兰与超导体之间设有2- 4mm的第二环形间隙；
所述绝缘填充材料包括有玻璃纤维绝缘板和电绝缘材料；
所述焊接法兰的外侧口部设有与密封圈对应的环形凹槽。
2.根据权利要求1所述的一种大型超导磁体VPI模具接头密封绝缘装置，其特征在于：所述密封圈为真空耐高温密封圈。
3.一种如权利要求1所述的大型超导磁体VPI模具接头密封绝缘装置的密封绝缘方法，其特征在于：依次按照以下步骤进 行：1）取超导体，将焊接法兰、密封圈、绝缘法兰和压紧法兰依次预先套装在超导体上；2）研磨：对超导体密封面和焊接法兰密封面进行研磨处理，使粗糙度不大于0.8μm，研 磨后采用酒精清洗3-5遍；3）真空模具及焊接法兰焊接：在超导体表面垫上1mm的铜皮，将焊接法兰焊接到真空模 具的安装口套筒上，并进行真空检漏，所述超导体与安装口套筒之间以及超导体与焊接法兰之间形成一体的第一环形空隙；4）填充绝缘材料：抽出铜皮，并将绝缘填充材料填充入步骤3）所述的第一环形空隙中；5）修配绝缘法兰，确保绝缘法兰和超导体之间为过盈配合；6）在压紧密封圈前1小时内，对焊接法兰外端部的密封面以及绝缘填充材料的外端面均涂抹一层硅胶；7）利用螺栓依次贯穿压紧法兰、绝缘法兰、焊接法兰并将三者均匀紧固为一体，边密封边检查，直至将密封圈压紧至焊接法兰和超导体密封面上实现密封;8）测量：用万用表测量超导体和焊接法兰之间的电阻不小于10兆欧，且测试该处可耐 300V交流电压；9）检漏：采用氦质谱检漏仪进行检漏。
4.根据权利要求3所述的大型超导磁体VPI模具接头密封绝缘装置的密封绝缘方法，其特征在于：所述螺栓拧紧均采用扭 矩扳手操作且目视检测密封前是否存在卡死或偏斜情况。
5.根据权利要求3所述的大型超导磁体VPI模具接头密封绝缘装置的密封绝缘方法，其特征在于：步骤8）中，可耐300V交 流电压采用摇表进行操作。
6.根据权利要求3所述的大型超导磁体VPI模具接头密封绝缘装置的密封绝缘方法，其特征在于：步骤9）中，将氦质谱检 漏仪连接至真空模具抽口，对真空模具进行抽真空操作，且真空度达到300Pa时，采用高纯 氦气对接头进行喷检，检漏仪显示无明显变化。
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