CN114937539A - Rebco高温超导线圈内接头、焊接装置及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种REBCO高温超导线圈内接头、焊接装置及制备方法,涉及接头结构技术领域,其中内接头包括:下饼REBCO带材、上饼REBCO带材和桥路带材;所述上饼REBCO带材、所述下饼REBCO带材平行交错排布,且所述上饼REBCO带材的一端通过所述桥路带材与所述下饼REBCO连接;本发明公开的此内接头具有低电阻、机械强度高且表面光滑等特点,解决了传统的双饼绕制方法所存在的面内弯曲应变过大的问题。

Description

REBCO高温超导线圈内接头、焊接装置及制备方法
技术领域
本发明涉及接头结构技术领域,更具体的说是涉及一种REBCO高温超导线圈内接头、焊接装置及制备方法。
背景技术
目前,未来的核聚变装置、高能粒子加速器、强磁场等大科学装置以及MRI/NMR等领域需要磁场强度愈来愈高。与水冷磁体相比,超导磁体的结构更加紧凑,耗电量更低,易于实现更高的磁场。低温超导材料(NbTi,Nb3Sn)在高场下的临界电流很低,其在24T以上的磁场下已几乎无载流能力。相比较于其它高温超导材料,REBCO高温超导带材具有高载流能力、高不可逆场和高机械强度等优点,并且REBCO材料目前已经实现了商业化,制备技术成熟,无需高温热处理,成本较低,在未来的高场磁体领域具有极大应用优势。
但是,为了获得强磁场环境,目前国内外各研究机构通常采用混合磁体方案,即将REBCO高温超导线圈内插于背场磁体中。受限于背场磁体的孔径,同时为了实现更高磁场,REBCO高温超导线圈的绕制半径较小。此时若采用传统的双饼绕制方法,其最内层带材会存在一个带宽的过渡,导致这层带材同时存在很大的面外弯曲应变和面内弯曲应变,这足以造成REBCO带材的临界性能出现很大的衰退。因此只能采用单饼绕制方法,用内接头代替最内层的过渡,相邻的单饼通过内接头实现“电连接”而组成双饼,然后若干个双饼堆叠,通过外接头组成REBCO高温超导线圈。
因此,有必要发展适用于REBCO高温超导线圈中的内接头结构、制备方法及焊接装置。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种REBCO高温超导线圈内接头、焊接装置及制备方法,此内接头具有低电阻、机械强度高且表面光滑等特点,解决了传统的双饼绕制方法所存在的面内弯曲应变过大的问题。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种REBCO高温超导线圈内接头,包括:下饼REBCO带材、上饼REBCO带材和桥路带材;
所述上饼REBCO带材、所述下饼REBCO带材平行交错排布,且所述上饼REBCO带材的一端通过所述桥路带材与所述下饼REBCO连接。
优选的,所述桥路带材的宽度为所述上饼REBCO带材、所述下饼REBCO带材的两倍。
进一步,本发明还提供一种适用于上述任一项所述的一种REBCO高温超导线圈内接头的焊接装置,包括:包括弧形压块、螺杆施压结构、中心支撑柱及支撑件;
所述弧形压块位于所述中心支撑柱及所述支撑件之间,且所述中心支撑柱与所述支撑件一体化设置;
所述支撑件设置有螺纹孔,所述螺杆施压结构通过所述螺纹孔依次穿过所述弧形压块及所述支撑件。
优选的,所述弧形压块的直径与所述REBCO高温超导线圈的绕制内径相同。
优选的,所述螺杆施压结构为施压螺杆,所述施压螺杆与所述螺纹孔相对应。
进一步,本发明还提供一种利用上述任一项所述的REBCO高温超导线圈内接头的焊接装置的制备方法,包括:
S1:对上饼REBCO带材、下饼REBCO带材和桥路带材进行表面预处理,露出待连接表面后并挂上一层薄锡;
S2:对上饼REBCO带材、下饼REBCO带材的待连接表面挂锡;
S3:将上饼REBCO带材、下饼REBCO带材在桥路带材上平行排列,且上饼REBCO带材、下饼REBCO带材的两端分别与桥路带材的两端平行;
S4:将内接头放入所述弧形压块及所述中心支撑柱之间的间隙中,之后控制所述螺杆施压结构,向内接头施加预压力;
S5:将上饼REBCO带材、下饼REBCO带材和桥路带材待连接表面的焊锡融化后通过所述螺杆施压结构将内接头压紧,并去除溢出的焊锡;
S6:将所述焊接装置和内接头取下后快速降温,去除所述螺杆施压结构的压力,将内接头从所述焊接装置中取出,完成制备。
优选的,所述下饼REBCO带材、所述上饼REBCO带材待连接表面的挂锡区域的长度比所述桥路带材待连接表面的挂锡区域的长度长3-6mm。
经由上述的技术方案可知,与现有技术相比,本发明公开提供了一种REBCO高温超导线圈内接头、焊接装置及制备方法,解决了传统的双饼绕制方法所存在的面内弯曲应变过大的问题。用此方法和焊接装置制备的内接头具有低电阻、机械强度高、性能稳定且表面光滑等特点。本发明对REBCO超导线圈的研究意义重大,为REBCO超导线圈应用于NMR、核聚变装置和加速器等高场领域奠定了重要基础。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种REBCO高温超导线圈内接头的结构示意图;
图2为本发明提供的一种REBCO高温超导线圈内接头的焊接装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
参见附图1所示,本发明实施例公开了一种REBCO高温超导线圈内接头,包括:下饼REBCO带材1、上饼REBCO带材2和桥路带材3;
上饼REBCO带材2、下饼REBCO带材1平行交错排布,且上饼REBCO带材2的一端通过桥路带材3与下饼REBCO连接。
在一个具体的实施例中,桥路带材3的宽度为上饼REBCO带材2、下饼REBCO带材1的两倍。
参见附图2所示,本发明实施例还提供一种适用于上述任一项的一种REBCO高温超导线圈内接头的焊接装置,包括:包括弧形压块4、螺杆施压结构5、中心支撑柱7及支撑件8;
弧形压块4位于中心支撑柱7及支撑件8之间,且中心支撑柱7与支撑件8一体化设置;
支撑件8设置有螺纹孔6,螺杆施压结构5通过螺纹孔6依次穿过弧形压块4及支撑件8。
在一个具体的实施例中,弧形压块4的直径与REBCO高温超导线圈的绕制内径相同。
在一个具体的实施例中,螺杆施压结构5为施压螺杆,施压螺杆与螺纹孔6相对应。
具体的,弧形压块4的材质为铝合金,共有三个,之间是相互分离的,表面光滑,每个弧形面的角度是90°,其直径与线圈的绕制内径相同。
中心支撑柱7与支撑件8是一体的,材质为铝合金,表面光滑,其直径与线圈的绕制内径相同,且支撑件8的材质为铝合金,其作为内接头和其它功能结构的支撑,并将加热台的热量传导至内接头带材。
本发明实施例还提供一种利用上述实施例任一项的REBCO高温超导线圈内接头的焊接装置的制备方法,包括:
S1:对上饼REBCO带材2、下饼REBCO带材1和桥路带材3进行表面预处理,露出待连接表面后并挂上一层薄锡,保持端部齐整,其中桥路带材3的长度应为线圈绕制周长的四分之三;
S2:对上饼REBCO带材2、下饼REBCO带材1的待连接表面挂锡;
S3:将上饼REBCO带材2、下饼REBCO带材1在桥路带材3上平行排列,且上饼REBCO带材2、下饼REBCO带材1的两端分别与桥路带材3的两端平行;同时为了减少接头电阻,超导层所在的带材表面应相互接触,然后使用电络铁分别在上饼REBCO带材2、下饼REBCO带材1的末端点焊,固定它们之间的相对位置;
S4:将内接头放入弧形压块4及中心支撑柱7之间的间隙中,之后控制螺杆施压结构5,向内接头施加预压力;
S5:将上饼REBCO带材2、下饼REBCO带材1和桥路带材3待连接表面的焊锡融化后通过螺杆施压结构5将内接头压紧,并去除溢出的焊锡;
S6:将焊接装置和内接头取下后快速降温,去除螺杆施压结构5的压力,将内接头从焊接装置中取出,完成制备。
在一个具体的实施例中,下饼REBCO带材1、上饼REBCO带材2待连接表面的挂锡区域的长度比桥路带材3待连接表面的挂锡区域的长度长3-6mm。
在一个具体的实施例中,S5中将焊接装置底部的加热台的温度调至200℃,待焊锡弯曲融化后,再次通过螺杆施压结构将内接头压紧,并去除溢出的焊锡。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种REBCO高温超导线圈内接头,其特征在于,包括:下饼REBCO带材(1)、上饼REBCO带材(2)和桥路带材(3);
所述上饼REBCO带材(2)、所述下饼REBCO带材(1)平行交错排布,且所述上饼REBCO带材(2)的一端通过所述桥路带材(3)与所述下饼REBCO连接。
2.根据权利要求1所述的一种REBCO高温超导线圈内接头,其特征在于,所述桥路带材(3)的宽度为所述上饼REBCO带材(2)、所述下饼REBCO带材(1)的两倍。
3.一种适用于权利要求1-2任一项所述的一种REBCO高温超导线圈内接头的焊接装置,其特征在于,包括:包括弧形压块(4)、螺杆施压结构(5)、中心支撑柱(7)及支撑件(8);
所述弧形压块(4)位于所述中心支撑柱(7)及所述支撑件(8)之间,且所述中心支撑柱(7)与所述支撑件(8)一体化设置;
所述支撑件(8)设置有螺纹孔(6),所述螺杆施压结构(5)通过所述螺纹孔(6)依次穿过所述弧形压块(4)及所述支撑件(8)。
4.根据权利要求3所述的一种REBCO高温超导线圈内接头的焊接装置,其特征在于,所述弧形压块(4)的直径与所述REBCO高温超导线圈的绕制内径相同。
5.根据权利要求3所述的一种REBCO高温超导线圈内接头的焊接装置,其特征在于,所述螺杆施压结构(5)为施压螺杆,所述施压螺杆与所述螺纹孔(6)相对应。
6.一种利用权利要求3-5任一项所述的REBCO高温超导线圈内接头的焊接装置的制备方法,其特征在于,包括:
S1:对上饼REBCO带材(2)、下饼REBCO带材(1)和桥路带材(3)进行表面预处理,露出待连接表面后并挂上一层薄锡;
S2:对上饼REBCO带材(2)、下饼REBCO带材(1)的待连接表面挂锡;
S3:将上饼REBCO带材(2)、下饼REBCO带材(1)在桥路带材(3)上平行排列,且上饼REBCO带材(2)、下饼REBCO带材(1)的两端分别与桥路带材(3)的两端平行;
S4:将内接头放入所述弧形压块(4)及所述中心支撑柱(7)之间的间隙中,之后控制所述螺杆施压结构(5),向内接头施加预压力;
S5:将上饼REBCO带材(2)、下饼REBCO带材(1)和桥路带材(3)待连接表面的焊锡融化后通过所述螺杆施压结构(5)将内接头压紧,并去除溢出的焊锡;
S6:将所述焊接装置和内接头取下后快速降温,去除所述螺杆施压结构(5)的压力,将内接头从所述焊接装置中取出,完成制备。
7.根据权利要求6所述的一种REBCO高温超导线圈内接头的制备方法,其特征在于,所述下饼REBCO带材(1)、所述上饼REBCO带材(2)待连接表面的挂锡区域的长度比所述桥路带材(3)待连接表面的挂锡区域的长度长3-6mm。
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