CN115249936A - 同轴型跨接式超导电缆接头结构及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及大型超导磁体制造技术领域，公开了一种同轴型跨接式超导电缆接头结构及其制造方法，包括如下步骤：S1将需要对接的两段超导电缆的端头处的原铠甲均去除，分别露出两端线芯；S2除去线芯表面镀层，将两内套管分别套设在两线芯上，对两内套管进行缩径将线芯箍紧；S3然后将两线芯的端头相互对接；S4通过钎焊或铟压接将轴向分成多瓣的卢瑟福电缆安装于两内套管的外周壁，使其形成完整的管状以连接两内套管；S5在卢瑟福电缆外拼装半壳铠甲，并对其进行封焊。本发明简便了超导接头的安装与拆卸，且具有可重复的较低接头电阻特性，其操作方便，结构牢固，适合各类型大型超导磁体使用。

Description

同轴型跨接式超导电缆接头结构及其制造方法
技术领域
本发明涉及大型超导磁体制造技术领域，特别是涉及一种同轴型跨接式超导电缆接头结构及其制造方法。
背景技术
托卡马克是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环形容器。在通电的时候，托卡马克的内部会产生巨大的螺旋型磁场，将其中的等离子体加热到极高的温度，以达到核聚变的目的,其核心部件就是用于产生高强度磁场的超导磁体。超导磁体单个绕组线圈导体往往长达数千米，且超导磁体系统往往由数十个子部件组成，受穿缆拉力、导体制造生产线长度等影响，单根超导电缆导体的制造长度往往不超过1000m，因此需要通过超导电缆接头实现超导磁体子绕组之间以及各部件之间的连接。
发明内容
本发明的目的是：设计一种同轴型跨接式超导接头结构及其制造方法。
为了实现上述目的，本发明提供了一种同轴型跨接式超导电缆接头结构制造方法，包括如下步骤：
S1将需要对接的两段超导电缆的端头处的原铠甲均去除，分别露出两端线芯；
S2除去线芯表面镀层，将两内套管分别套设在两线芯上，使用缩径设备分别对两内套管进行缩径，将线芯箍紧；
S3然后将两线芯的端头相互对接，使其轴心保持同轴；
S4通过焊接将轴向分成多瓣的卢瑟福电缆安装于两内套管的外周壁，使其形成完整的管状以连接两内套管；
S5在卢瑟福电缆外拼装半壳铠甲，并对其进行封焊。
优选的，在所述步骤S5之前将轴向分成多段的外套管安装于卢瑟福电缆的外周壁上，使其拼接成完整的外套管。
优选的，所述内套管和/或所述外套管为无氧铜材料制成，且经过退火处理。
优选的，未拼接的分成多段的外套管沿轴向均匀分成4段，每段均呈1/4圆管状。
优选的，未拼接的分成多段的外套管沿轴向分成对称的2段，拼接成的外套管具有呈螺旋状的连接线。
优选的，所述线芯的材质为Nb3Sn或NbTi。
优选的，S5的具体操作步骤为：将两个半壳铠甲拼合安装在外套管的外周壁上，并进行封焊，封焊后对焊缝进行打磨抛光处理。
优选的，S5中两个半壳铠甲在外套管的外周壁上拼合后其整体外周壁截面形状与超导电缆原铠甲截面形状相同。
本发明还提供了一种同轴型跨接式超导电缆接头结构，包括第一线芯、第二线芯、第一内套管、第二内套管、卢瑟福电缆、外套管、第一铠甲、第二铠甲及第三铠甲；
所述第一线芯的第一端与所述第二线芯的第一端同轴抵接，所述第一铠甲套设于所述第一线芯的第二端，所述第一内套管紧密套设于所述第一线芯的第一端，所述第二铠甲套设于所述第二线芯的第二端，所述第二内套管紧密套设于所述第二线芯的第一端，所述第一内套管与所述第二内套管同轴抵接，所述第一内套管及所述第二内套管的抵接处由内向外依次套设有所述卢瑟福电缆、所述外套管及所述第三铠甲，所述第一铠甲、所述第二铠甲及所述第三铠甲依次连接，且所述第一铠甲、所述第二铠甲及所述第三铠甲的外周壁的截面形状相同。
优选的，所述外套管具有第一分段管及第二分段管，所述第一分段管的两边及所述第二分段管的两边均呈螺旋状，所述第一分段管的两边及所述第二分段管的两边相互连接限定形成具有螺旋连接线的所述外套管。
本发明实施例一种同轴型跨接式超导电缆接头结构及其制造方法与现有技术相比，其有益效果在于：
本发明实施例的同轴型跨接式超导电缆接头结构的制造方法简便了超导接头的安装与拆卸，且具有可重复的较低接头电阻特性，制造方法整体操作方便，接头结构牢固耐用，具有良好的实际效益，适合各类型大型超导磁体使用。
附图说明
图1是本发明实施例同轴型跨接式超导电缆接头结构的轴测图;
图2是本发明实施例同轴型跨接式超导电缆接头结构的内部剖视图;
图3是图2中A处的放大示意图；
图4是本发明实施例同轴型跨接式超导电缆接头结构的爆炸图1;
图5是本发明实施例同轴型跨接式超导电缆接头结构的爆炸图2;
图中，11、第一线芯；12、第二线芯；21、第一内套管；22、第二内套管；3、卢瑟福电缆；4、外套管；41、第一分段管；42、第二分段管；51、第一铠甲；52、第二铠甲；6、第三铠甲；61、半壳铠甲。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，应当理解的是，本发明中采用术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，应当理解的是，本发明中采用术语“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是焊接连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。
如图1和图4所示，本发明实施例优选实施例的一种同轴型跨接式超导电缆接头结构的制造方法，包括如下步骤：
S1将需要对接的两段超导电缆的端头处的原铠甲均去除，分别露出两端线芯；
S2除去线芯表面镀层，将两内套管分别套设在两线芯上，使用缩径设备分别对两内套管进行缩径，将线芯箍紧；
S3然后将两线芯的端头相互对接，使其轴心保持同轴；
S4通过钎焊或铟压接将轴向分成多瓣的卢瑟福电缆安装于两内套管的外周壁，使其形成完整的管状以连接两内套管；S5在卢瑟福电缆外拼装半壳铠甲，并对其进行封焊。
其中，在安装过程中每一步骤中新安装的部件均包裹里层的部件，且外层部件与里层部件紧密连接，以保证接头结构的稳固；卢瑟福电缆3沿轴向分成两瓣或四瓣，通过拼接在内套管上形成完整的圆管状的卢瑟福电缆3，其拼接线优选地呈螺旋状，连接后结构更为牢固，且卢瑟福电缆3也为超导材料，其材质选与超导电缆线芯相同的材质，在内外套管4中间起到桥接两段超导电缆的作用；半壳铠甲61拼接完成后与原铠甲外观形状一致，衔接自然，保证超导电缆外周壁整体的美观度。
其中，钎焊是指低于焊件熔点的钎料和焊件同时加热到钎料熔化温度后，利用液态钎料填充固态工件的缝隙使金属连接的焊接方法。在本方法中优先选用锡焊，钎焊时卢瑟福电缆不会融化，拼接时无需预留母材作为焊料，同时还能避免钎焊后其发生形变，保证接头处的拼接精度。铟压接则是利用了金属铟，其单质是一种银白色并略带淡蓝色的金属，质地非常软，可塑性强且具有延展性，能作为多瓣卢瑟福电缆的压接材料，将其紧密连接，且卢瑟福电缆不会出现变形，接缝小、拼接精度高。
进一步地，在所述步骤S5之前将轴向分成多段的外套管安装于卢瑟福电缆的外周壁上，使其拼接成完整的外套管。当超导电缆本身直径较大，线芯与超导电缆外周壁之间预留的空间较大时，可在卢瑟福电缆与半壳铠甲直接加装外套管，提高其接头紧密度，其中外套管安装完后可使用夹具将其夹紧，缩小其尺寸，拆除夹具之后再安装半壳铠甲。若对接头截面尺寸上限存在要求，则可将外套管取消。
进一步地，所述内套管和/或所述外套管4为无氧铜材料制成，且经过退火处理。退火处理能够释放内套管及外套管4的应力、增加其延展性和韧性。
进一步地，如图5所示，未拼接的外套管4沿轴向均匀分成4段，每段均呈1/4圆管状。外套管4由4段分段管组成，可以给卢瑟福电缆3提供更好地包裹性，且不会分段过多影响拼接。
进一步地，如图4所示，未拼接的外套管4沿轴向分成对称的2段，拼接成的外套管4具有呈螺旋状的连接线。螺旋状连接线与仅在一个平面上的直线相比，其呈三维立体形态，能使拼接结构更为牢固，且该连接线不会与内层或外层其他部件的拼接线重合。
进一步地，所述线芯的材质为Nb3Sn或NbTi。线芯作为超导电缆线芯材质可为Nb3Sn、NbTi或其他类型导体，其中材质为Nb3Sn超导电缆线芯需在热处理前就完成超导电缆接头结构的制造。
进一步地，S5的具体操作步骤为：将两个半壳铠甲61拼合安装在外套管4的外周壁上，并进行封焊，封焊后对焊缝进行打磨抛光处理，提高拼接后接头结构的美观度。
进一步地，S5中两个半壳铠甲61在外套管4的外周壁上拼合后其整体外周壁截面形状与超导电缆原铠甲截面形状相同。超导电缆原铠甲的横截面可以呈圆管状、矩形管状、外方内圆管状或其他形状，根据需要进行设置。
如图2和图3所示，本发明还提供了一种同轴型跨接式超导电缆接头结构，包括第一线芯11、第二线芯12、第一内套管21、第二内套管22、卢瑟福电缆3、外套管4、第一铠甲51、第二铠甲52及第三铠甲6；
所述第一线芯11的第一端与所述第二线芯12的第一端同轴抵接，所述第一铠甲51套设于所述第一线芯11的第二端，所述第一内套管21紧密套设于所述第一线芯11的第一端，所述第二铠甲52套设于所述第二线芯12的第二端，所述第二内套管22紧密套设于所述第二线芯12的第一端，所述第一内套管21与所述第二内套管22同轴抵接，所述第一内套管21及所述第二内套管22的抵接处由内向外依次套设有所述卢瑟福电缆3、所述外套管4及所述第三铠甲6，所述第一铠甲51、所述第二铠甲52及所述第三铠甲6依次连接，且所述第一铠甲51、所述第二铠甲52及所述第三铠甲6的外周壁的截面形状相同。
其中所述第一内套管21紧贴第一线芯11的第一端，所述第二内套管22紧贴第二线芯12的第一端，卢瑟福电缆3安装于第一内套管21及第二内套管22的外周壁且与其紧密连接，外套管4安装于卢瑟福电缆3外部，第三铠甲6由两半壳铠甲61组成，两半壳铠甲61紧紧包裹住外套管4的外周壁并通过封焊连接。
进一步地，所述外套管4具有第一分段管41及第二分段管42，所述第一分段管41的两边及所述第二分段管42的两边均呈螺旋状，所述第一分段管41的两边及所述第二分段管42的两边相互连接限定形成具有螺旋连接线的所述外套管4。
第一分段管41及第二分段管42均沿轴向呈螺旋状，能呈环绕式包裹卢瑟福电缆3，拼接更牢固且结构更为紧密。
综上，本发明实施例提供一种同轴型跨接式超导电缆接头结构及其制造方法，其基于CICC导体（即特殊超导电缆导体）的生产使用，在超导电缆实际生产中，单根CICC导体（即特殊超导电缆导体）的制造长度往往不超过1000m，因此在实际使用中需将多根超导电缆通过端头依次连接以满足生产应用的需要。本发明使超导电缆的接头结构可以方便的安装与拆卸，且具有可重复的较低接头电阻特性，操作方便，牢固耐用，具有良好的实际效益，适合各类型大型超导磁体使用，对于大型超导磁体设计与制造具有重要意义。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种同轴型跨接式超导电缆接头结构制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1将需要对接的两段超导电缆的端头处的原铠甲均去除，分别露出两端线芯；
S2除去线芯表面镀层，将两内套管分别套设在两线芯上，使用缩径设备分别对两内套管进行缩径，将线芯箍紧；
S3然后将两线芯的端头相互对接，使其轴心保持同轴；
S4通过钎焊或铟压接将轴向分成多瓣的卢瑟福电缆安装于两内套管的外周壁，使其形成完整的管状以连接两内套管；
S5在卢瑟福电缆外拼装半壳铠甲，并对其进行封焊。
2.根据权利要求1所述的同轴型跨接式超导电缆接头结构制造方法，其特征在于，在所述步骤S5之前将轴向分成多段的外套管安装于卢瑟福电缆的外周壁上，使其拼接成完整的外套管。
3.根据权利要求2所述的同轴型跨接式超导电缆接头结构制造方法，其特征在于，所述内套管和/或所述外套管为无氧铜材料制成，且经过退火处理。
4.根据权利要求2所述的同轴型跨接式超导电缆接头结构制造方法，其特征在于，未拼接的分成多段的外套管沿轴向均匀分成4段，每段均呈1/4圆管状。
5.根据权利要求2所述的同轴型跨接式超导电缆接头结构制造方法，其特征在于，未拼接的分成多段的外套管沿轴向分成对称的2段，拼接成的外套管具有呈螺旋状的连接线。
6.根据权利要求2所述的同轴型跨接式超导电缆接头结构制造方法，其特征在于，所述线芯的材质为Nb3Sn或NbTi。
7.根据权利要求2所述的同轴型跨接式超导电缆接头结构制造方法，其特征在于，S5的具体操作步骤为：将两个半壳铠甲拼合安装在外套管的外周壁上，并进行封焊，封焊后对焊缝进行打磨抛光处理。
8.根据权利要求7所述的同轴型跨接式超导电缆接头结构制造方法，其特征在于，S5中两个半壳铠甲在外套管的外周壁上拼合后其整体外周壁截面形状与超导电缆原铠甲截面形状相同。
9.一种同轴型跨接式超导电缆接头结构，其特征在于，包括第一线芯、第二线芯、第一内套管、第二内套管、卢瑟福电缆、外套管、第一铠甲、第二铠甲及第三铠甲；
所述第一线芯的第一端与所述第二线芯的第一端同轴抵接，所述第一铠甲套设于所述第一线芯的第二端，所述第一内套管紧密套设于所述第一线芯的第一端，所述第二铠甲套设于所述第二线芯的第二端，所述第二内套管紧密套设于所述第二线芯的第一端，所述第一内套管与所述第二内套管同轴抵接，所述第一内套管及所述第二内套管的抵接处由内向外依次套设有所述卢瑟福电缆、所述外套管及所述第三铠甲，所述第一铠甲、所述第二铠甲及所述第三铠甲依次连接，且所述第一铠甲、所述第二铠甲及所述第三铠甲的外周壁的截面形状相同。
10.根据权利要求9所述的同轴型跨接式超导电缆接头结构，其特征在于，所述外套管具有第一分段管及第二分段管，所述第一分段管的两边及所述第二分段管的两边均呈螺旋状，所述第一分段管的两边及所述第二分段管的两边相互连接限定形成具有螺旋连接线的所述外套管。
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