CN116338539A - 超导线临界电流测试骨架、制备方法及临界电流测试方法 - Google Patents
超导线临界电流测试骨架、制备方法及临界电流测试方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116338539A CN116338539A CN202310533728.XA CN202310533728A CN116338539A CN 116338539 A CN116338539 A CN 116338539A CN 202310533728 A CN202310533728 A CN 202310533728A CN 116338539 A CN116338539 A CN 116338539A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- titanium alloy
- superconducting wire
- ring
- copper
- critical current
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 111
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 9
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical group [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 55
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 49
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 7
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 9
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 9
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 6
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 4
- 229910000883 Ti6Al4V Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 2
- 238000004080 punching Methods 0.000 claims 1
- 238000010079 rubber tapping Methods 0.000 claims 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 11
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 abstract description 10
- 239000010955 niobium Substances 0.000 abstract description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 3
- 238000013102 re-test Methods 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 5
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 5
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 3
- 238000005481 NMR spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- HFYPIIWISGZGRF-UHFFFAOYSA-N [Nb].[Sn].[Sn].[Sn] Chemical compound [Nb].[Sn].[Sn].[Sn] HFYPIIWISGZGRF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- YCKOAAUKSGOOJH-UHFFFAOYSA-N copper silver Chemical compound [Cu].[Ag].[Ag] YCKOAAUKSGOOJH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000002595 magnetic resonance imaging Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/12—Measuring magnetic properties of articles or specimens of solids or fluids
- G01R33/1238—Measuring superconductive properties
- G01R33/1246—Measuring critical current
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/0052—Manufacturing aspects; Manufacturing of single devices, i.e. of semiconductor magnetic sensor chips
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
本申请公开了超导线临界电流测试骨架、制备方法及临界电流测试方法，其中测试骨架包括：钛合金环；铜环，焊接在钛合金环的两端，钛合金环和铜环的连接处平滑过渡；螺纹，设置在钛合金环和铜环的外侧面上，且钛合金环和铜环上的螺纹连接在一起，螺纹用于绕制超导线。本申请中铜环两端为螺纹状，绕制时线材可以从铜环平滑过渡，因此绕制后的线材无弯折，测试过程中高脆性的铌三锡超导线不会因受洛仑兹力影响而导致超导线受损，提高测试成功率，降低测试成本，提高测试效率。
Description
技术领域
本申请涉及金属加工技术领域，特别涉及超导线临界电流测试骨架及制备方法。
背景技术
目前应用最广泛的超导材料为低温超导线材，每年有大量的低温超导线材被应用于核磁共振成像仪（MRI）、核磁共振谱仪（NMR）、大型粒子加速器及超导储能系统（SMES），磁约束核聚变装置（Tokamak）等多个领域。
对于企业而言，提升超导线材临界电流测量效率至关重要，然而，目前在临界电流测试中使用的测试骨架存在测试成功率低下，导致测试成本高，测试效率低下的问题。
发明内容
本申请实施例提供了超导线临界电流测试骨架、制备方法及临界电流测试方法，用以解决现有技术中的测试骨架存在测试成功率低下，导致测试成本高，测试效率低下的问题。
一方面，本申请实施例提供了超导线临界电流测试骨架，包括：
钛合金环；
铜环，焊接在钛合金环的两端，钛合金环和铜环的连接处平滑过渡；
螺纹，设置在钛合金环和铜环的外侧面上，且钛合金环和铜环上的螺纹连接在一起，螺纹用于绕制超导线。
另一方面，本申请实施例还提供了超导线临界电流测试骨架的制备方法，包括：
选取钛合金棒材和铜棒材；
将钛合金棒材和铜棒材分别加工为钛合金环和铜环；
将铜环焊接在钛合金环的两端，使铜环和钛合金环在连接处平滑过渡；
在铜环和钛合金环上加工形成连续的螺纹，得到测试骨架。
另一方面，本申请实施例还提供了超导线临界电流测试方法，包括：
制备超导线：将线材绕制在上述的测试骨架上，对绕制后的线材进行热处理，获得超导线；
超导线测试：将超导线和测试骨架在低温环境下进行临界电流测试；
成功率统计：统计临界电流测试的结果，确定相应的测试成功率。
本申请中的超导线临界电流测试骨架、制备方法及临界电流测试方法，具有以下优点：
铜环两端为螺纹状，绕制时线材可以从铜环平滑过渡，因此绕制后的线材无弯折，测试过程中高脆性的铌三锡超导线不会因受洛仑兹力影响而导致超导线受损，提高测试成功率，降低测试成本，提高测试效率，为铌三锡超导线的大规模生产奠定基础。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的超导线临界电流测试骨架的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的测试骨架在临界电流测试时的临界电流曲线示意图。
附图标号说明：1-铜环，2-钛合金环，3-螺纹。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
图1为本申请实施例提供的超导线临界电流测试骨架的结构示意图。本申请实施例提供了超导线临界电流测试骨架，包括：
钛合金环2；
铜环1，焊接在钛合金环2的两端，钛合金环2和铜环1的连接处平滑过渡；
螺纹3，设置在钛合金环2和铜环1的外侧面上，且钛合金环2和铜环1上的螺纹3连接在一起，螺纹3用于绕制超导线。
示例性地，本申请中需要测试的超导线为铌三锡超导线，因此在选择钛合金环2的材质时，需要选择和铌三锡超导线的热膨胀系数相同或接近的材料，本申请选择Ti6Al4V作为测试骨架的基体材料，同时铜环1选择在低温环境下电阻较低的无氧铜制备，以作为多个钛合金环2之间的导电材料。
进一步地，螺纹3在钛合金环2和铜环1上连续，且螺纹3在各个位置的宽度与间距均相当。在铜环1和钛合金环2上加工形成螺纹3后，还在铜环1上设置螺孔。
本申请实施例还提供了超导线临界电流测试骨架的制备方法，该方法包括以下步骤：
选取钛合金棒材和铜棒材；
将钛合金棒材和铜棒材分别加工为钛合金环2和铜环1；
将铜环1焊接在钛合金环2的两端，使铜环1和钛合金环2在连接处平滑过渡；
在铜环1和钛合金环2上加工形成连续的螺纹3，得到测试骨架。
示例性地，在选取钛合金棒材和铜棒材时，除了选择棒材的材质外，还需要选择棒材的规格参数。本申请中通过对现有的测试骨架的结构和规格等参数进行分析，确定本申请中测试骨架的规格参数，具体地，测试骨架的直径（外径）为30-32mm，壁厚3.5mm，铜环1的长度为10mm，钛合金环2的长度为34mm。
进一步地，在焊接前，对铜环1和钛合金环2进行清洁和烘干，以防止焊接过程中因杂质导致形成气孔。焊接时采用钎焊的方式，钎料采用导电率较高且熔点较高的铜银焊剂。焊接形成圆环柱状的Cu-Ti6Al4V，并且需要对铜环1和钛合金环2之间的焊缝进行抛光打磨，以确保后续加工形成的螺纹3能够平滑连续。
在加工螺纹3时，需要确保各个位置的间距和宽度均相等，且测试骨架上加工的螺纹凹槽在两个铜环1末端的夹角为90度，螺纹3的螺距为3.16mm，测试骨架的总长度为50mm。完成对螺纹3的加工后，还需要在两个铜环1上钻孔并攻丝，形成螺孔，螺孔的规格为M2，螺孔距离铜环1的末端3mm。在上述所有的尺寸中，加工公差为±0.05mm。
进一步地，在完成对螺孔的加工后，还需要对测试骨架进行退火处理，以消除焊接以及机械加工中积累的应力。具体地，在退火处理时，可以将测试骨架放置在真空炉中以300℃退火2.5h，退火完成后即可得到测试骨架。
本申请实施例还提供了超导线临界电流测试方法，该方法包括：
制备超导线：将线材绕制在上述的测试骨架上，对绕制后的线材进行热处理，获得超导线；
超导线测试：将超导线和测试骨架在低温环境下进行临界电流测试；
成功率统计：统计临界电流测试的结果，确定相应的测试成功率。
示例性地，在制备超导线时，选取适合铌三锡线材的配重，保证样品线圈在不被损坏的前提下沿螺纹3紧固在测试骨架上，完成线材的绕制后需检验线材是否松动，若松动则线材需重新绕制。绕制完成后对线材进行热处理，使线材中铌元素反应生成铌三锡相。
在超导线测试中，可以将热处理完成的超导线以及测试骨架采用串联的方式在液氦环境下进行测试。结果表明，利用本申请中的测试骨架得到的测试曲线良好，且全部可测出完整的测试曲线，得到的测试曲线如图2所示。
成功率统计时，将已经完成热处理的多个铌三锡超导线按照超导线材临界电流测试标准测试其临界电流值，并统计其测试成功率，确定运用本申请的测试骨架测试铌三锡超导线临界电流性能时能够有效避免因受洛伦磁力而导致超导线脆断，最终导致其临界电流值测试成功率低下的问题。
按照以上测试方法，本申请进行了两次测试实验，每次均对20个铌三锡超导线进行了临界电流测试。第一次实验的统计结果如下：
| 样品骨架类型 | 样品数量 | 测试成功率/% | 复测率/% |
| 新型骨架 | 20 | 100 | 0 |
| 旧骨架 | 20 | 40 | 60 |
本次实验通过运用本申请的测试骨架测试20个铌三锡超导线，测试成功率100%，复测率0，较旧骨架复测率显著下降，测试效率大幅提升，测试成本大幅下降。
第二次实验的统计结果如下：
| 样品骨架类型 | 样品数量 | 测试成功率/% | 复测率/% |
| 新型骨架 | 20 | 95 | 5 |
| 旧骨架 | 20 | 30 | 70 |
本实验液通过运用本申请的测试骨架测试20个铌三锡超导线，测试成功率95%，复测率5%，较旧骨架复测率显著下降，测试效率大幅提升，测试成本大幅下降。
综上，本申请提供的测试骨架可克服铌三锡因高脆性，测试过程中强受洛仑兹力而导致样品受损，最终导致样品临界电流性能测试成功率低下的问题，显著提高测试成功率，测试效率，降低测试成本。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种超导线临界电流测试骨架，其特征在于，包括：
钛合金环（2）；
铜环（1），焊接在所述钛合金环（2）的两端，所述钛合金环（2）和铜环（1）的连接处平滑过渡；
螺纹（3），设置在所述钛合金环（2）和铜环（1）的外侧面上，且所述钛合金环（2）和铜环（1）上的所述螺纹（3）连接在一起，所述螺纹（3）用于绕制超导线。
2.根据权利要求1所述的一种超导线临界电流测试骨架，其特征在于，所述钛合金环（2）使用Ti6Al4V制成，所述铜环（1）使用无氧铜制成。
3.根据权利要求1所述的一种超导线临界电流测试骨架，其特征在于，所述螺纹（3）中各个位置的宽度和间距均相同。
4.根据权利要求1所述的一种超导线临界电流测试骨架，其特征在于，所述铜环（1）上还设置有螺孔。
5.一种超导线临界电流测试骨架的制备方法，其特征在于，包括：
选取钛合金棒材和铜棒材；
将所述钛合金棒材和铜棒材分别加工为钛合金环（2）和铜环（1）；
将所述铜环（1）焊接在所述钛合金环（2）的两端，使所述铜环（1）和钛合金环（2）在连接处平滑过渡；
在所述铜环（1）和钛合金环（2）上加工形成连续的螺纹（3），得到测试骨架。
6.根据权利要求5所述的一种超导线临界电流测试骨架的制备方法，其特征在于，在焊接前，对所述铜环（1）和钛合金环（2）进行清洁和烘干。
7.根据权利要求5所述的一种超导线临界电流测试骨架的制备方法，其特征在于，在焊接后，还对焊缝进行抛光打磨。
8.根据权利要求5所述的一种超导线临界电流测试骨架的制备方法，其特征在于，还包括：
在所述铜环（1）上打孔和攻丝，形成螺孔。
9.根据权利要求5所述的一种超导线临界电流测试骨架的制备方法，其特征在于，还对所述测试骨架进行退火处理。
10.超导线临界电流测试方法，其特征在于，包括：
制备超导线：将线材绕制在权利要求1-4任一项所述的测试骨架上，对绕制后的线材进行热处理，获得超导线；
超导线测试：将超导线和测试骨架在低温环境下进行临界电流测试；
成功率统计：统计临界电流测试的结果，确定相应的测试成功率。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310533728.XA CN116338539A (zh) | 2023-05-12 | 2023-05-12 | 超导线临界电流测试骨架、制备方法及临界电流测试方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310533728.XA CN116338539A (zh) | 2023-05-12 | 2023-05-12 | 超导线临界电流测试骨架、制备方法及临界电流测试方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116338539A true CN116338539A (zh) | 2023-06-27 |
Family
ID=86882597
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310533728.XA Pending CN116338539A (zh) | 2023-05-12 | 2023-05-12 | 超导线临界电流测试骨架、制备方法及临界电流测试方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116338539A (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103238996A (zh) * | 2013-04-24 | 2013-08-14 | 晏永祥 | 一种环保金属饰品链条及其加工方法 |
| CN203587115U (zh) * | 2013-11-08 | 2014-05-07 | 深圳市太阳讯传感科技有限公司 | 用于自动光纤绕环机的光纤绕制辅助夹具机构 |
| CN110873852A (zh) * | 2018-08-30 | 2020-03-10 | 西部超导材料科技股份有限公司 | 一种wic镶嵌线临界电流测量用样品的制备方法 |
| CN111896075A (zh) * | 2020-08-15 | 2020-11-06 | 山东仁科测控技术有限公司 | 一种基于频域反射法的水位报警器 |
-
2023
- 2023-05-12 CN CN202310533728.XA patent/CN116338539A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103238996A (zh) * | 2013-04-24 | 2013-08-14 | 晏永祥 | 一种环保金属饰品链条及其加工方法 |
| CN203587115U (zh) * | 2013-11-08 | 2014-05-07 | 深圳市太阳讯传感科技有限公司 | 用于自动光纤绕环机的光纤绕制辅助夹具机构 |
| CN110873852A (zh) * | 2018-08-30 | 2020-03-10 | 西部超导材料科技股份有限公司 | 一种wic镶嵌线临界电流测量用样品的制备方法 |
| CN111896075A (zh) * | 2020-08-15 | 2020-11-06 | 山东仁科测控技术有限公司 | 一种基于频域反射法的水位报警器 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| "GB/T21546—2008/IEC61788-1:2006铌钛复合超导体的直流临界电流测量", 中华人民共和国国家标准, pages 1 - 14 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8385994B2 (en) | Superconducting joint and method for manufacturing same | |
| CN111243818B (zh) | 一种铌三锡超导线和铌钛超导线的超导接头及其制备方法 | |
| US20100245005A1 (en) | Superconducting wire rod, persistent current switch, and superconducting magnet | |
| US8265722B2 (en) | Superconducting wire and manufacturing method thereof | |
| JP2008091136A (ja) | ＮｂＴｉ系超電導線材 | |
| JP4249770B2 (ja) | Ｎｍｒプローブ用アンテナコイル及びｎｍｒシステム | |
| US20090054242A1 (en) | Superconducting wire, method of manufacturing the same, antenna coil for nmr probe and nmr system using the same | |
| JP6247813B2 (ja) | ＮｂＴｉ系超電導線材 | |
| CN116338539A (zh) | 超导线临界电流测试骨架、制备方法及临界电流测试方法 | |
| Leroy | Review of the R&D and supply of the LHC superconducting cables | |
| JP4822781B2 (ja) | Ｎｂ３Ａｌ超伝導コイルの接続方法 | |
| CN111751579A (zh) | 一种大载流临界电流样品杆的设计方法 | |
| Bondarenko et al. | Technology and Tooling to Manufacture Low-Ohm $(< 2\\hbox {n}\Omega) $ Electrical Joints of the ITER PF1 Coil | |
| Leroy et al. | Test results on 10 T LHC superconducting one metre long dipole models | |
| CN111262051B (zh) | 一种内锡工艺的Nb3Sn超导线接头及其制备方法 | |
| CN110873852A (zh) | 一种wic镶嵌线临界电流测量用样品的制备方法 | |
| Liu et al. | Nb3Sn strand verification for ITER TF conductors of CNDA | |
| US20160157396A1 (en) | Magnetic field shielding system based on closed superconducting coil groups and magnetic field shielding device | |
| Hanawa et al. | Development of a superconducting joint technique between CIC conductors for poloidal coil of Large Helical Device (LHD) | |
| Blau et al. | Status report on the 12 T split coil test facility SULTAN (for NET magnets) | |
| Godeke et al. | Novel methods for the measurement of the critical current of superconducting wires | |
| Putselyk | Short review on cryostats with superconducting magnets | |
| Toral et al. | Fabrication and testing of a combined superconducting magnet for the TESLA test facility | |
| Bottura et al. | Strand and cable R&D for fast cycled magnets at CERN | |
| Lombardo et al. | Production of aluminum stabilized superconducting cable for the Mu2e transport solenoid |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |