CN110695487A - 超导裸带接头焊接夹具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超导裸带接头焊接夹具，包括上夹板、下夹板和施压部件，所述施压部件具有磁性相吸的两组磁吸元件，所述两组磁吸元件的其中一组设置在上夹板上，另一组设置在下夹板上；超导裸带接头位于上夹板和下夹板之间焊接，所述上压板和下压板在两组磁吸元件的磁吸力作用下吸合，并施力于所述超导裸带接头以压紧所述超导裸带接头。本发明的超导裸带接头焊接夹具，借助两组磁吸元件的磁吸力吸合上夹板和下夹板，以此施力压紧位于上夹板和下夹板之间的超导裸带接头，超导裸带接头受力和受热均匀，且施加压紧力非常方便，满足超导裸带接头的焊接要求，同时确保焊接过程中超导裸带没有任何损伤。
Description
技术领域
本发明属于超导材料焊接技术领域，涉及一种超导带材软钎焊的工装夹具，具体涉及一种超导裸带接头焊接夹具，既适用于第二代高温超导裸带焊接，也适用于第二代高温超导成品带焊接，同时适用于Bi系超导带材的焊接。
背景技术
随着超导技术在诸多领域的广泛研究和应用，在电力长距离运输、超导应用等实际使用对超导带材的长度要求较高，同时由于超导带材制备工艺等因素的限制，不可避免的需要对超导带材进行连接。国内外许多学者及公司就超导带材的连接进行了研究,尤其是第二代高温超导带材的焊接。第二代高温超导裸带为基带/隔离层/超导层/银层的层状结构，超导裸带经铜、不锈钢等材料封装包覆后成为成品带。超导裸带厚度仅为成品带的三分之一，超导裸带焊接后通过封装包覆形成超导成品带，带材外观看不出接头，从而优化了带材表面质量，用带有接头的带材绕制线圈，可减小超导带材的占空比和线圈尺寸。由于该制备工艺的优越性，迫切需要合适的焊接设备和工艺来完成超导裸带的连接。
目前，超导裸带的焊接方法主要有钎焊、扩散焊和无阻连接。由于超导裸带的银保护层厚度较薄(≤3um)同时银保护层紧临超导层，焊接时间、温度和压力三者的不匹配极易导致超导层受到不同程度的损伤。因此，超导裸带焊接的设备和参数均较超导成品带的焊接更为苛刻，焊接的工装夹具要求也迥然不同。当前超导接头多侧重于焊接装置和工艺实现方法，重点在于焊接装置的温度、压力等控制系统，夹具一般与焊接设备做成一体，结构复杂，且不易控制。而夹具的压力则由夹具自重或螺栓夹紧实现，体积重量较大，且带材固定槽在加工过程中操作不当容易造成带材变形，施加在带才上的压力不均匀且不易控制。比如，公告号为CN208099586U的专利中公开一种超导接头焊接夹具，其升温时间长，压力大，仅适用于成品带焊接，不适用于超导裸带焊接。
发明内容
本发明提供一种超导裸带接头焊接夹具，借助两组磁吸元件的磁吸力吸合上夹板和下夹板，以此施力压紧位于上夹板和下夹板之间的超导裸带，超导裸带接头受力均匀，并且施加压紧力非常方便，满足超导裸带接头的焊接要求。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种超导裸带接头焊接夹具，包括上夹板、下夹板和施压部件，所述施压部件具有磁性相吸的两组磁吸元件，所述两组磁吸元件的其中一组设置在上夹板上，另一组设置在下夹板上；超导裸带位于上夹板和下夹板之间焊接，所述上压板和下压板在两组磁吸元件的磁吸力作用下吸合，并施力于所述超导裸带以压紧所述超导裸带。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述夹具还包括限位部件，所述限位部件设置在上夹板和下夹板之间，其具有沿夹具宽度方向依次设置的两组限位销，所述超导裸带位于所述两组限位销之间、沿夹具的长度方向延伸放置。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述上夹板、下夹板和限位销均由石墨材料或者钛合金制成。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述限位销凸出上夹板的下表面设置，所述下夹板上设有与限位销配合的限位孔；或者，所述限位销凸出下夹板的上表面设置，所述上夹板上设有与限位销配合的限位孔，所述限位销和限位孔配合使得所述上夹板和下夹板吸合时接触面贴合较好。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述限位部件具有沿夹具长度延伸方向依次设置的至少三组，三组限位部件包含的限位孔中至少有一个为长条孔，所述长条孔沿夹具长度方向延伸。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述磁吸元件为磁粉。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述磁吸元件为磁铁。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述上夹板的顶面和下夹板的底面均设有盲孔，所述磁吸元件设置在盲孔内、且通过设置在所述盲孔孔口的耐高温的高分子材料胶装固定。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述上夹板或者下夹板上设有贯通的测温孔。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述夹具还包括定位部件，所述定位部件设置在上夹板和下夹板之间，其包括沿夹具厚度方向配合的定位销和定位孔，所述定位销设置在上夹板的下表面，所述定位孔设置在下夹板的上表面；或者，所述定位销设置在下夹板的上表面，所述定位孔设置在上夹板的下表面。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述夹具还包括辅助部件，所述辅助部件用于辅助夹具组装或者拆卸，其包括设置在上夹板或/和下夹板边沿的缺口部。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述限位部件沿夹具长度方向的两侧均设有施压部件。
本发明的有益效果：
本发明的超导裸带接头焊接夹具，借助两组磁吸元件的磁吸力吸合上夹板和下夹板，以此施力压紧位于上夹板和下夹板之间的超导裸带接头，超导裸带接头受力、受热均匀，并且施加压紧力非常方便，满足超导裸带接头的焊接要求，同时确保超导裸带在焊接过程中没有任何损伤。
附图说明
图1是本发明优选实施例中超导裸带接头焊接夹具的结构示意图；
图2是图1所示焊接夹具的爆炸示意图；
图3是图1所示上夹板的仰视示意图。
图中标号说明：1-超导裸带，2-上夹板，4-下夹板，6-盲孔，8-限位销，10-限位孔，12-测温孔，14-定位柱，16-定位孔，18-缺口部。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例
本实施例公开一种超导裸带接头焊接夹具，使用该夹具对超导裸带进行焊接，参照图1～3所示，该夹具包括上夹板2、下夹板4和施压部件，上述施压部件具有磁性相吸的两组磁吸元件，上述两组磁吸元件的其中一组设置在上夹板2上，另一组设置在下夹板4上；超导裸带位于上夹板2和下夹板4之间焊接，上述上压板2和下压板4在两组磁吸元件的磁吸力作用下吸合，并施力于上述超导裸带以压紧上述超导裸带。
本实施例技术方案中，磁吸元件镶嵌固定在上夹板2和下夹板4内部。作为本申请的一个优选实施例，上述磁吸元件为磁粉，上述上夹板2的顶面和下夹板4的底面均设有盲孔6，上述磁粉填充在盲孔6内，且通过设置在盲孔6孔口的耐高温高分子材料压实并胶装固定。
作为本申请的另一个优选实施例，上述磁吸元件为磁铁，上述上夹板2的顶面和下夹板4的底面均设有盲孔6，上述磁铁填充在盲孔6内，且通过设置在盲孔6孔口的耐高温高分子材料压实并胶装固定。
通过调整盲孔6内填充磁粉的量，或者调整磁铁的大小和数量，可以灵活调整磁吸元件施加在超导裸带上的压力。其中，磁粉相较于磁块能更精细的调整施加在超导裸带上的压力。
当然，考虑施压部件作用于一定长度超导裸带上的压力均匀性，施压部件可以配置依次沿夹具长度方向设置的多组，比如，至少三组。
以上结构设计的超导裸带接头焊接夹具，借助两组磁吸元件的磁吸力吸合上夹板2和下夹板4，以此施力压紧位于上夹板2和下夹板4之间厚度小于3um的超导裸带，超导裸带接头焊接时受力和受热均匀，并且施加压紧力非常方便，满足超导裸带接头的焊接要求。实际使用时，可将夹具放置在任何加热设备上(中)进行加热，确保焊接过程中超导裸带接头没有任何损伤。
由于超导裸带的厚度较薄、宽度较窄，而接头焊接又需要一定的长度，(比如，一种情况下，超导裸带的厚度65μm、宽度4mm，搭接焊接时接头厚度约为170μm；当然，在其它实际情况下，超导裸带的厚度和宽度会有所调整，比如宽度12mm)，裸带焊接接头需要经铜、不锈钢等材料包覆封装，接头对齐稍有偏差都会影响最终的封装质量，为了精准对齐超导裸带，上述夹具还包括限位部件，上述限位部件设置在上夹板2和下夹板4之间，其具有沿夹具宽度方向依次设置的两组限位销8，上述超导裸带位于上夹板2和下夹板4之间、沿夹具的长度方向延伸放置，且超导裸带的接头位于两组限位销8之间。本实施例的其中一种实施技术方案中，上述限位销8凸出上夹板2的下表面设置，上述下夹板4上设有与限位销8配合的限位孔10。本实施例的另一种实施技术方案中，上述限位销8凸出下夹板4的上表面设置，上述上夹板2上设有与限位销8配合的限位孔10。以上两种实施技术方案都能实现上述上夹板2和下夹板4吸合时两者的接触面平整，其平整度不大于1‰。两组限位销8沿夹具宽度方向间距与超导裸带的宽度相匹配，且间距公差和宽度公差的相匹配，满足正公差+0.3。
上述限位销8可以与下夹板4或者上夹板2做成一体或者分体设置，两组限位销8均匀布置在超导裸带接头两侧，限位销8和限位孔10的形状相匹配，可以是圆形、方形或者棱形。本实施例技术方案中，优选使用圆形，方便上夹板2和下夹板4扣合在一起。另一方面，两组限位部件包含的限位孔10中至少有一个为长条孔，上述长条孔沿夹具长度方向延伸；长条孔的设计能够避免在加热过程中因夹具变形而影响焊接精度的问题。
为了对一定长度的超导裸带进行限位，上述限位部件具有沿夹具长度延伸方向依次设置的至少三组，以及，上述限位部件沿夹具长度方向的两侧均设有施压部件，确保超导裸带接头受力均匀。
组成限位部件的限位销8一方面起到对超导裸带接头的限位作用，另一方面起到上、下压板扣合时的对齐定位作用，在该定位作用下，磁吸元件施加的磁吸力能有效作用在超导裸带上。
为了确保上、下夹头装配时精准对位，该夹具还包括定位部件，上述定位部件设置在上夹板2和下夹板4之间，其包括沿夹具厚度方向配合的定位销14和定位孔16。在本实施例的其中一种技术方案中，上述定位销14设置在上夹板2的下表面，上述定位孔16设置在下夹板4的上表面；本实施例的另一种技术方案中，上述定位销14设置在下夹板4的上表面，上述定位孔16设置在上夹板2的下表面。在定位部件的精准对位下，进一步提高磁吸元件作用在超导裸带上的有效磁吸力。
上述上夹板2或者下夹板4上设有贯通的测温孔12，通过测温孔12分别对上、下夹板进行测温，测温孔的位置可根据实际情况自行设定。
为了方便夹具的组装和拆卸，上述夹具还包括辅助部件，上述辅助部件包括设置在上夹板2或/和下夹板4边沿的缺口部18。
作为本发明的进一步改进，上述上夹板2、下夹板4、限位部件和定位部件均由石墨制成。石墨是由焦炭作为原材料，将其磨成粉末状，经过挤压或模压成型，烘培后将其石墨化，再经过加工成为各种型材的石墨。石墨的热膨胀系数比陶瓷还低，加热过程不易变形。同时，石墨具有导热性好，不沾锡的特性。
另，还可以使用其它耐高温、在高温下不会变形的材料加工上夹板2、下夹板4、限位部件和定位部件，比如钛合金。
以上结构的夹具具有以下技术优势：导热性好、不沾锡，焊接过程中夹具不易变形、施加在裸带接头上的力均性好且带材的对中性较好，满足超导裸带焊接的时间短、施加压力均匀、放样和取样便捷的要求。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种超导裸带接头焊接夹具，其特征在于：包括上夹板、下夹板和施压部件，所述施压部件具有磁性相吸的两组磁吸元件，所述两组磁吸元件的其中一组设置在上夹板上，另一组设置在下夹板上；超导裸带位于上夹板和下夹板之间焊接，所述上压板和下压板在两组磁吸元件的磁吸力作用下吸合，并施力于所述超导裸带以压紧所述超导裸带。
2.如权利要求1所述的超导裸带接头焊接夹具，其特征在于：所述夹具还包括限位部件，所述限位部件设置在上夹板和下夹板之间，其具有沿夹具宽度方向依次设置的两组限位销，所述超导裸带位于所述两组限位销之间、沿夹具的长度方向延伸放置。
3.如权利要求2所述的超导裸带接头焊接夹具，其特征在于：所述上夹板、下夹板和限位销均由石墨材料或者钛合金制成。
4.如权利要求2所述的超导裸带接头焊接夹具，其特征在于：所述限位销凸出上夹板的下表面设置，所述下夹板上设有与限位销配合的限位孔；或者，所述限位销凸出下夹板的上表面设置，所述上夹板上设有与限位销配合的限位孔，所述限位销和限位孔配合使得所述上夹板和下夹板吸合时接触面平整。
5.如权利要求4所述的超导裸带接头焊接夹具，其特征在于：所述限位部件具有沿夹具长度延伸方向依次设置的至少三组，三组限位部件包含的限位孔中至少有一个为长条孔，所述长条孔沿夹具长度方向延伸。
6.如权利要求1所述的超导裸带接头焊接夹具，其特征在于：所述磁吸元件为磁粉。
7.如权利要求1所述的超导裸带接头焊接夹具，其特征在于：所述磁吸元件为磁铁。
8.如权利要求6或7所述的超导裸带接头焊接夹具，其特征在于：所述上夹板的顶面和下夹板的底面均设有盲孔，所述磁吸元件设置在盲孔内、且通过设置在所述盲孔孔口的胶盖压实固定。
9.如权利要求1所述的超导裸带接头焊接夹具，其特征在于：所述夹具还包括定位部件，所述定位部件设置在上夹板和下夹板之间，其包括沿夹具厚度方向配合的定位销和定位孔，所述定位销设置在上夹板的下表面，所述定位孔设置在下夹板的上表面；或者，所述定位销设置在下夹板的上表面，所述定位孔设置在上夹板的下表面。
10.如权利要求1所述的超导裸带接头焊接夹具，其特征在于：所述夹具还包括辅助部件，所述辅助部件用于辅助夹具组装或者拆卸，其包括设置在上夹板或/和下夹板边沿的缺口部。
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