CN110653444A - 高温超导体的焊接装置及系统 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种高温超导体的焊接装置及系统。上述高温超导体的焊接装置，包括密封壳体、带材夹具以及加热部件。带材夹具可移动的设置于密封壳体的内表面。加热部件固定设置于带材夹具，用于向置于带材夹具内的焊料提供合适的环境温度。密封壳体包括至少一个气孔。焊接装置在工作状态时，通过至少一个气孔向密封壳体内通入惰性气体。使得焊接装置在工作状态时，为焊料提供一个惰性环境，避免焊料被氧化，提高焊接装置的焊接质量。

Description

高温超导体的焊接装置及系统
技术领域
本申请涉及超导电缆技术领域，特别是涉及一种高温超导体的焊接装置及系统。
背景技术
高温超导电缆具有线损低、传输容量大、走廊占地小、环境友好等诸多优点，为电网提供了一种高效、紧凑、可靠、绿色的电能传输方式。由于超导电缆的低压大电流特性，它具备减少电网电压等级，简化电网架构的潜质，对电网的长期发展规划具有重要意义。
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)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。由于超导带的单带长度有限，需要由多根超导带焊接形成电缆长度的带状高温超导体。目前在将多根超导带焊接形成电缆长度的超导带材过程中，需要用到锡焊接材料，但是在焊接过程中，锡焊料容易被氧化，影响焊接质量。
发明内容
基于此，有必要针对将多根超导带在焊接过程中，锡焊料容易被氧化，影响焊接质量的问题，提供一种高温超导体的焊接装置及系统。
一种高温超导体的焊接装置，包括：
密封壳体，包括至少一个气孔；
带材夹具，可移动的设置于所述密封壳体；以及
加热部件，固定设置于所述带材夹具。
在其中一个实施例中，还包括：
入口，设置于所述密封壳体；以及
可移动组件，与所述密封壳体可滑动连接，所述可移动组件通过所述入口进出所述密封壳体。
在其中一个实施例中，所述带材夹具可拆卸的设置于所述可移动组件。
在其中一个实施例中，所述加热部件为感应加热部件。
在其中一个实施例中，所述加热部件包括：
加热线圈，固定设置于所述带材夹具；以及
隔热层，套设于所述加热线圈。
在其中一个实施例中，还包括：
感应加热控制器，与所述加热部件电连接。
在其中一个实施例中，所述带材夹具包括：
两个夹块，每个所述夹块包括容纳槽，两个所述夹块将待焊接超导带材卡紧。
在其中一个实施例中，所述容纳槽的宽度略大于所述待焊接超导带材的宽度，所述容纳槽的深度等于焊接层厚度的一半与所述待焊接超导带材的厚度的和。
在其中一个实施例中，所述加热线圈为铜线圈，所述隔热层的材料为隔热材料，所述感应加热控制器为电力电子器件开关电源。
一种高温超导体的焊接系统，包括：
上述实施例中任一项所述高温超导体的焊接装置；
惰性气体源，通过所述至少一个气孔向所述密封壳体内提供惰性气体。
在其中一个实施例中，还包括：
流量检测器，设置于所述密封壳体，用于检测所述密封壳体内的惰性气体含量。
上述高温超导体的焊接装置，包括密封壳体、带材夹具以及加热部件。带材夹具可移动的设置于密封壳体的内表面。加热部件固定设置于带材夹具，用于向置于带材夹具内的焊料提供合适的环境温度。密封壳体包括至少一个气孔。焊接装置在工作状态时，通过至少一个气孔向密封壳体内通入惰性气体。使得焊接装置在工作状态时，为焊料提供一个惰性环境，避免焊料被氧化，提高焊接装置的焊接质量。
附图说明
图1为本申请一个实施例提供的一种高温超导体的焊接装置结构图；
图2为本申请一个实施例提供的一种高温超导体的焊接装置结构图；
图3为本申请一个实施例提供的一种高温超导体的焊接系统结构图。
主要元件附图标号说明
高温超导体的焊接装置10
密封壳体100
气孔101
入口102
可移动组件103
带材夹具200
夹块210
容纳槽201
加热部件300
加热线圈301
隔热层302
感应加热控制器310
高温超导体的焊接系统20
惰性气体源400
流量检测器500
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参见图1，本申请一个实施例中提供一种高温超导体的焊接装置10。所述高温超导体的焊接装置10包括密封壳体100、带材夹具200以及加热部件300。
所述密封壳体100包括至少一个气孔101。所述带材夹具200可移动的设置于所述密封壳体100。所述加热部件300固定设置于所述带材夹具200。所述密封壳体100的形状和材质不做具体限定，只要能为高温超导带材的焊接提供惰性环境即可。所述气孔101内可以设置流动障碍物，当所述高温超导体的焊接装置10工作时，通过所述气孔101向所述密封壳体100内通入惰性气体。并通过所述流动障碍物阻止惰性气体溢出。所述流动障碍物可以是活塞。
所述密封壳体100通往外部的位置可以设置一个轨道。所述轨道用于将所述带材夹具200以手动或自动的方式通过适当的装置运送至所述密封壳体100 内部，或从所述密封壳体100内部运送至所述密封壳体100的外部。
所述密封壳体100还可以包括一个控制面板。所述控制面板使用户能够控制和监测所述密封壳体100的各种功能和操作状态。所述高温超导体的焊接装置10在工作时，使用的惰性气体能够通过任何合适的源来供给。所述源比如可以是可再填充/可移动的载氮箱、与远处的氮气源连接的氮软管等。
本实施例中，上述高温超导体的焊接装置10包括密封壳体100、带材夹具 200以及加热部件300。带材夹具200可移动的设置于所述密封壳体100的内表面。所述加热部件300固定设置于所述带材夹具200，用于向置于所述带材夹具 200内的焊料提供合适的环境温度。所述密封壳体100包括至少一个气孔101。所述高温超导体的焊接装置10在工作状态时，通过至少一个气孔101向所述密封壳体100内通入惰性气体。使得所述高温超导体的焊接装置10在工作状态时，为焊料提供一个惰性环境，避免焊料被氧化，提高所述高温超导体的焊接装置 10的焊接质量。
请参见图2，在其中一个实施例中，所述高温超导体的焊接装置10还包括入口102和可移动组件103。所述入口102设置于所述密封壳体100。所述可移动组件103与所述密封壳体100可滑动连接。所述可移动组件103通过所述入口102进出所述密封壳体100。所述带材夹具200可拆卸的设置于所述可移动组件103。
所述入口102提供了通道。所述带材夹具200通过该通道进入和退出所述密封箱体100。所述密封壳体100还包括挡板。当所述带材夹具200完全进入或退出所述密封壳体100后，所述挡板将所述入口102盖合，使所述密封壳体100 被密封。所述可移动组件103包括轨道和设置于所述轨道上的机动链、带、辊或齿轮等。所述带材夹具200可以通过所述可移动组件103以手动或自动的方式进入或退出所述密封壳体100。
在其中一个实施例中，所述加热部件300为感应加热部件。所述加热部件 300包括加热线圈301、隔热层302和感应加热控制器310。所述加热线圈301 固定设置于所述带材夹具200。所述隔热层302套设于所述加热线圈301。所述感应加热控制器310与所述加热部件300电连接。在一个可选的实施例中，所述加热线圈301为铜线圈，所述隔热层302的材料为隔热材料，所述感应加热控制器310为电力电子器件开关电源。
在对高温超导体进行焊接时，将待焊接超导带材置于所述带材夹具200的容纳槽内，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300内部。所述带材夹具200的外径与感应加热单元300的内径相互配合，外径与内径之差为3mm-4mm。在一个实施例中，所述加热线圈301内部可以设置所述隔热层302，也可以不设置所述隔热层302。
所述加热线圈301可由铜线绕制而成。在实际应用中，所述加热线圈301 的制作材料并不受上述铜线的限制。所述加热线圈301也可以由其他导电材料制成。所述隔热层302由隔热材料制成。所述隔热层302可防止所述加热线圈 301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，其次还可防止所述加热线圈301接触操作人员皮肤或其他物品，避免烫伤。
通过感应加热控制器310控制所述感应加热部件300为所述带材夹具200 加热，从而使所述焊料熔化，在所述带材夹具200的应力下，熔化的焊料均匀分布与待焊接的超导带材之间。所述感应加热控制器310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，从而为所述加热线圈301提供给定的电流电压，以提供稳定的加热温度。
在其中一个实施例中，所述带材夹具200包括两个夹块210。每个所述夹块 210包括容纳槽201。两个所述夹块210将待焊接超导带材卡紧。在一个可选的实施例中，所述容纳槽201的宽度略大于所述待焊接超导带材的宽度，所述容纳槽201的深度等于焊接层厚度的一半与所述待焊接超导带材的厚度的和。
具体的，所述带材夹具200包括两个中间设有容纳槽201的半圆柱型夹块 210。所述每个半圆柱型夹块210上的所述容纳槽201的宽度方向与所述半圆柱型夹块210的矩形端面平行。两个所述半圆柱型夹块通过卡紧装置卡紧。所述卡紧装置可以为开放式捆扎箍。所述加热线圈301套设于两个所述半圆柱型夹块组成的圆柱型带材夹具200的外部。
待焊接超导带材置于带材夹具200的容纳槽内，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300内部。夹具的外径与感应加热单元300的内径相互配合，外径与内径之差为3mm-4mm，加热线圈内部可以设置隔热层，也可以不设置隔热层。
两个半圆柱型夹块对齐后，经开放式捆扎箍及其配套的紧固螺栓固定。超导带材一和超导带材二按照确定的搭接长度在夹具内形成搭接段。搭接段的长度比感应加热单元300的长度短5cm-10cm，并且搭接段与感应加热单元300在长度方向上中心对齐。
在其中一个实施例中，所述带材夹具200包括搭接长度控制元件。所述搭接长度控制元件用于控制焊接接头10的搭接长度为60mm-80mm。所述搭接长度控制元件可以为带有刻度的容纳槽。所述搭接长度控制元件还可以为设置于所述带材夹具200上的位移传感器。
本实施例中，通过所述带材夹具200将两条待焊接的超导带材夹紧。两条所述待焊接的超导带材的搭接区之间涂覆有焊料，如焊锡。通过所述搭接长度控制元件可以控制两条所述待焊接的超导带材的搭接区的长度为60mm-80mm。通过感应加热控制器控制所述感应加热部件300为所述带材夹具200加热，从而使所述焊料熔化，在所述带材夹具200的应力下，熔化的焊料均匀分布与待焊接的超导带材之间。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。
请参见图3，本申请一个实施例提供一种高温超导体的焊接系统20。所述高温超导体的焊接系统20包括上述实施例中任一项所述高温超导体的焊接装置 10以及惰性气体源400。
所述惰性气体源400通过所述至少一个气孔101向所述密封壳体100内提供惰性气体。所述惰性气体源400比如可以是可再填充/可移动的载氮箱、与远处的氮气源连接的氮软管等。
本实施例中，带材夹具200可移动的设置于所述密封壳体100的内表面。所述加热部件300固定设置于所述带材夹具200，用于向置于所述带材夹具200 内的焊料提供合适的环境温度。所述密封壳体100包括至少一个气孔101。所述高温超导体的焊接系统20在工作状态时，所述惰性气体源400通过至少一个气孔101向所述密封壳体100内通入惰性气体。使得所述高温超导体的焊接系统 20在工作状态时，为焊料提供一个惰性环境，避免焊料被氧化，提高所述高温超导体的焊接系统20的焊接质量。
在其中一个实施例中，所述高温超导体的焊接系统20还包括流量检测器500。所述流量检测器500设置于所述密封壳体100，用于检测所述密封壳体100内的惰性气体含量。所述流量检测器500可以为多个。所述多个流量检测器500中的一个或多个用于控制和监测密封壳体100内的惰性气体含量。另外所述多个流量检测器500中的至少一个设置于靠近所述密封壳体100的气孔101处，便于控制和监测所述气孔101处的惰性气体含量。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种高温超导体的焊接装置，其特征在于，包括：
密封壳体(100)，包括至少一个气孔(101)；
带材夹具(200)，可移动的设置于所述密封壳体(100)；以及
加热部件(300)，固定设置于所述带材夹具(200)。
2.根据权利要求1所述的高温超导体的焊接装置，其特征在于，还包括：
入口(102)，设置于所述密封壳体(100)；以及
可移动组件(103)，与所述密封壳体(100)可滑动连接，所述可移动组件(103)通过所述入口(102)进出所述密封壳体(100)。
3.根据权利要求2所述的高温超导体的焊接装置，其特征在于，所述带材夹具(200)可拆卸的设置于所述可移动组件(103)。
4.根据权利要求1所述的高温超导体的焊接装置，其特征在于，所述加热部件(300)为感应加热部件。
5.根据权利要求4所述的高温超导体的焊接装置，其特征在于，所述加热部件(300)包括：
加热线圈(301)，固定设置于所述带材夹具(200)；以及
隔热层(302)，套设于所述加热线圈(301)。
6.根据权利要求5所述的高温超导体的焊接装置，其特征在于，还包括：
感应加热控制器(310)，与所述加热部件(300)电连接。
7.根据权利要求6所述的高温超导体的焊接装置，其特征在于，所述带材夹具(200)包括：
两个夹块(210)，每个所述夹块(210)包括容纳槽(201)，两个所述夹块(210)将待焊接超导带材卡紧。
8.根据权利要求7所述的高温超导体的焊接装置，其特征在于，所述容纳槽(201)的宽度略大于所述待焊接超导带材的宽度，所述容纳槽(201)的深度等于焊接层厚度的一半与所述待焊接超导带材的厚度的和。
9.根据权利要求8所述的高温超导体的焊接装置，其特征在于，所述加热线圈(301)为铜线圈，所述隔热层(302)的材料为隔热材料，所述感应加热控制器(310)为电力电子器件开关电源。
10.一种高温超导体的焊接系统，其特征在于，包括：
权利要求1至9中任一项所述高温超导体的焊接装置(10)；
惰性气体源(400)，通过所述至少一个气孔(101)向所述密封壳体(100)内提供惰性气体。
11.根据权利要求10所述的高温超导体的焊接系统，其特征在于，还包括：
流量检测器(500)，设置于所述密封壳体(100)，用于检测所述密封壳体(100)内的惰性气体含量。
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