DE2033615A1 - Process for superconducting welding of superconductors - Google Patents
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Description
Corapagnie Frangaise Thomson Houston-Hotchkiss Brandt, Paris 8, BId. Haussraann 173 (Prankreich)Corapagnie Frangaise Thomson Houston-Hotchkiss Brandt, Paris 8, Vol. Haussraann 173 (France)
"Verfahren zur supraleitenden Verschweißung von"Process for the superconducting welding of
Französische Priorität vom 18, Juli 1969 aus der französischen Patentanmeldung Nr. 69/24 591 (Seine)French priority dated July 18, 1969 from the French patent application no. 69/24 591 (Seine)
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur supraleitenden Verschweißung von Supraleitern.The invention relates to a method for the superconducting welding of superconductors.
Supraleiter aus den Legierungen NbTi, NbZr, NbTlTa oder anderen Legierungen der Familie Nb.; Ti, Zr, Hf, Ta, V werden zu einem großen Teil für die Herstellung von Spulen zur Erzeugung starker Magnetfelder verwendet. Sie werden im allgemeinen In Form von kUßferummantelten Drähten hergestellt, deren ununterbrochene Länge, d.h. deren Länge ohne Unterbrechung der supraleitenden Eigenschaften, in der Größenordnung zwischen einem und mehreren Kilometern liegen. Diese ununterbrochenen Längen sind für die Herstellung von magnetischen Wicklungen mltt leren Umfanges in der Größenordnung von Kubikdei-lmetern noqh wesentlich zu kurz und es sind folglich mehrere Schweißungen zwischen den verschiedenen verwendeten Längen notwendig.Superconductors made from the alloys NbTi, NbZr, NbTlTa or other alloys of the Nb family; Ti, Zr, Hf, Ta, V become used to a large extent for the manufacture of coils for generating strong magnetic fields. You will in general Manufactured in the form of copper-coated wires, their uninterrupted length, i.e. their length without interruption of the superconducting properties, in the order of magnitude between one and several kilometers. These uninterrupted Lengths are mltt for the manufacture of magnetic windings Larger size in the order of cubic meters noqh much too short and consequently there are several welds necessary between the different lengths used.
TH-CSF 3087TH-CSF 3087
Die bisher hergestellten Schweißverbindungen sind nicht supraleitend; sie bestehen im allgemeinen darin, die zu verbindenden Drähte durch eine Schweißung mit Zinn oder Indium über eine hinreichende Länge zu verbinden, so daß der Strom von einem Draht zum anderen über den Kupfermanteldes Drahtes und das Zinn der Schweißverbindung übergehen kann, ohne daß eine sehr hohe Erwärmung eintritt.The welded connections made up to now are not superconducting; they generally consist in welding the wires to be connected with tin or indium Connect over a sufficient length so that the current can flow from one wire to the other across the copper cladding of the wire and the tin of the welded joint can pass over without very high heating occurring.
Diese Art der Schweißverbindung läßt für in sich selbst geschlossene Wicklungen keine hohe zeitliche Stabilität erzielen. Diese Stabilität 1st jedoch notwendig, Insbesondere für bestimmte Arten von Wicklungen, wie beispielsweise jene für die magnetische Kernresonanz.This type of welded connection does not allow high temporal stability to be achieved for self-contained windings. However, this stability is necessary, especially for certain types of windings, such as those used for nuclear magnetic resonance.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verschweißung von Supraleitern zu schaffen, das es ermöglicht, supraleitende Schweißverbindungen herzustellen, die den verschweißten Supraleitern und den daraus hergestellten Vorrichtungen eine große zeitliche Stabilität zu erreichen ermöglichen.The invention is based on the object of creating a method for welding superconductors that makes it possible to to produce superconducting welded joints that enable the welded superconductors and the devices made from them to achieve great stability over time.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die supraleitenden Elemente der Supraleiter, gegebenenfalls unter Zusatz von Auftragsmetall derselben Art wie die supraleitenden Elemente, versqhweißt und die verschweißten Teile dieser supraleitenden Elemente zumindest einer thermlfichen Behandlung zur Regenerierung ihrer supraleitenden Eingenschaf ten unterzogen werden. ■ " :This object is achieved according to the invention in that the superconducting elements of the superconductor, optionally under Addition of deposit metal of the same type as the superconducting elements, welded and the welded parts of these superconducting elements are subjected to at least one thermal treatment to regenerate their superconducting properties. ■ ":
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet «ich dadurch aus, daß die Verschweißung der supraleitenden Elemente ohne Auftragsmetall durch eine Schmelzver- schwelAung vorgenommen wird, der eine mechanische Bearbeitung der verschweißten Tetfile folgt und die mit einer thermischenAn advantageous further development of the method according to the invention is characterized in that the welding of the superconducting elements without deposit metal is carried out by a fusion joint. SchwelAung is made, which requires mechanical processing the welded Tetfile follows and the one with a thermal
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ORJGfNALlNSPECTEDORJGfNALlNSPECTED
Behandlung zur Regenerierung der supraleitenden Eigenschaften dieser Teile abgeschlossen wird.Treatment to regenerate the superconducting properties of these parts is completed.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, daß die Schmelzsehweißung der supraleitenden Elemente auf elektrischem Wege, durch Laserstrahl oder Elektronenstrahl erfolgt, . woran sich ein Walz- oder Schraleäarorgang anschließt, und abschließend eine Erwärmung der verschweißten Teile auf eine Temperatur,die die supraleitenden Eigenschaften regeneriert,- vorgenommen wird.Another advantageous development is that the fusion welding of the superconducting elements takes place electrically, by laser beam or electron beam,. which is followed by a rolling or Schraleäarorgang, and finally the welded parts are heated to a temperature that regenerates the superconducting properties - is carried out.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch ausgezeichnet, daß die Verschweißung der supraleitenden Elemente durch Pressung, Zusammenpressung, Reibung oder Schlag oder Stoß durchgeführt wird, und abschließend eine Erwärmung der verschweißten Teile auf eine Temperatur, die deren supraleitenden Eigenschaf- ' ten regeneriert, vorgenommen wird.Another advantageous development is characterized in that the welding of the superconducting elements by Pressing, compression, friction or impact or impact is carried out, and finally a heating of the welded Divide to a temperature that has superconducting properties is regenerated.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich sowohl bei eindrähtigen als auch bei mehrdrähtigen Supraleitern anwenden. ; The method according to the invention can be used both with single-wire and with multi-wire superconductors. ;
In der Zeichnung sind zur Veranschaulichung des erflndungsge- j mäßen Verfahrens mehrere Ausführungsbeispiele für die Verschwel- j ßung elndrähtiger Supraleiter veranschaulicht. Es zeigen in j schematischer Vereinfachung: . jIn the drawing are to illustrate the erflndungsge j According to the method several exemplary embodiments for the blending j ßung solid-wire superconductors illustrated. They show in j a schematic simplification:. j
durch Reibungsverschweißung der supraleitenden Elemente ' zweier eindrähtiger Supraleiter,by friction welding of the superconducting elements' two single-wire superconductors,
Flg.2a die Herstellung einer supraleitenden Schweißverbindung durch Druckverschweißung der supraleitenden Elemente zweier elndrähtiger Supraleiter,Fig. 2a shows the production of a superconducting welded joint by pressure welding the superconducting elements two stranded superconductors,
Fig. 2b eine Schweißverbindung nach der im Flg. 2a dargestellten Art,FIG. 2b shows a welded connection according to the one shown in FIG. 2a type shown,
Flg. 3a die Herstellung einer supraleitenden, Schweißverbindung durch Verschweißung der supraleitenden Elemente zweier eindrähtlger Supraleiter durch: Stoß,Flg. 3a shows the production of a superconducting welded joint by welding the superconducting elements of two single-wire superconductors through: impact,
Andere, nicht dargestellte Arten der Verschweißung supraleitender Elemente, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet sind, sind die Schmelzversehwelßung ohne Auftragsmetall und die Druckverechwelßung unter Verwendung von Auftragsmetall derselben Krt, wie die supraleitenden Elemente.Other types of welding of superconducting elements, not shown, which are used to carry out the inventive Process are suitable, are the Schmelzversehwelssung without Application metal and print welding using Application metal of the same Krt as the superconducting elements.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur supraleitenden Verechweißung, d.h. also zur Herstellung einer supraleitenden Schweißverbindung,werden die Enden der zu verschweißenden Supraleiter durch Entfernen ihrer Stabilisierungsmäntel und gegebenenfalls der Isolation freigelegt und miteinander durch Schmelzschwelßung auf elektrischem Wege, durch einen Elektronenstrahl oder durch einen Laserstrahl verschweißt. Diese Verschweißung kann punktförmig sein, wenn allein die beiden Enden der supraleitenden Elemente geschmolzen werden, oder auch länglich, wenn diese beiden supraleitenden Elemente über eine.-bestimmte Länge vereinigt werden. Die Schweißzone dieser supraleitenden Elemente, die in diesem Augenblick ihre supraleitenden Eigenschaften etwa um einen Faktor 100 verschlechtert hat, wird nun einer thermomechanlschen Behandlung unterzogen, um einen großen 4TeIi der verlorenen Eigenschaften wiederzugewinnen. Diese Behandlung besteht In einem Kaltwalz- oder Kaltschmledevorgang der geschmolzenen Zonev gefolgt von einer thermischen Behandlung im zweiphasigen Gebiet des Gleichgewichtediagrammes der vorhandenen Elemente, beispielsweise im Falle von NbTl eine Temperaturbehandlung vonAccording to the method according to the invention for superconducting welding, i.e. for producing a superconducting welded joint, the ends of the superconductors to be welded are exposed by removing their stabilizing jackets and, if necessary, the insulation, and welded to one another by electrical fusion, an electron beam or a laser beam. This welding can be punctiform if only the two ends of the superconducting elements are melted, or it can also be elongated if these two superconducting elements are united over a certain length. The welding zone of these superconducting elements, which at this moment has worsened its superconducting properties by a factor of about 100, is now subjected to a thermomechanical treatment in order to regain a large 4 part of the lost properties. This treatment consists in a cold rolling or cold forging process of the molten zone, followed by a thermal treatment in the two-phase area of the equilibrium diagram of the elements present, for example in the case of NbTl a temperature treatment of
400 C für eine Bauer von etwa 20 Stunden. Nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Enden der zu verschweißenden supraleitenden Elemente durch Entfernung ihrer Mäntel freigelegt und sorgfältig gebeizt. Dann werden sie parallel ins Innere eines Rohres eingeführt, das aus derselben ■supraleitenden Legierung besteht, wie die supraleitenden Elemente400 C for a farmer of about 20 hours. According to a further development of the method according to the invention, the ends of the superconducting elements to be welded by removal their coats exposed and carefully stained. Then they will inserted parallel into the interior of a tube made of the same superconducting alloy as the superconducting elements
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etwa 20 Sekunden einer Preßkraft von etwa 50 Mp je cm ausgesetztexposed to a pressing force of about 50 Mp per cm for about 20 seconds wird.will.
Zur Verbesserung der hergestellten Schweißverbindung bringt man deren Temperatur auf etwa 440° C oder verwendet auch Ultraschall.Brings to improve the welded connection produced you can set their temperature to about 440 ° C or use ultrasound.
Wenn bei den Supraleitern eine wesentliche Verformung ihrer Schweißstelle sulässig ist, kann die Verschweißung der supraleitenden Eleeente nach einer In den Fig. l bis 3 dargestellten SchwelBarttn erfolgen*If there is a significant deformation of their superconductors Welding point is sulässig, the welding of the superconducting elements can be carried out according to a method shown in FIGS. 1 to 3 SchwelBarttn take place *
Nach aBV In Flg. 1 dargestellten Art werden die Mäntel 3 und 4 der supraleitenden Elemente 1 und 2 Über eine bestimate Länge entfernt und die letBteren werden mit ihrer Stirnfläche gegen die enteprechenden Stirnflächen 5 und 6 eines Hilfselement es 7 gedrückt, dft· au» derselben! supraleitenden Legierung besteht und In ein« r**ehe Drehung in der Größenordnung 1500 Umdrei: ungen je Minute alt Hilfe einer nicht dargestellten Einrichtung veraetet i*t. Dabei wird gleichzeitig auf die supra leitenden $LeiMnt· I und 2 ein Druck in Richtung der Pfeile A und B ausgeübt. Di· Erwärmung der in Berührung befindliehen Stirnflächen genügt *ur Durchführung der yerechweißung.According to aBV In Flg. 1, the sheaths 3 and 4 of the superconducting elements 1 and 2 are removed over a certain length and the latter are pressed with their end faces against the corresponding end faces 5 and 6 of an auxiliary element 7, that is to say on the same! There is a superconducting alloy and a rotation of the order of 1500 revolutions per minute is performed with the help of a device (not shown). At the same time, pressure in the direction of arrows A and B is exerted on the superconducting lines I and 2. The heating of the front surfaces in contact is sufficient to carry out the welding.
in yig* 2ft dargestellte« Art derVerβchweifiung wer den dl· «it Ihr·» Stftbiliiierungsmänteln 10 und 11 und ihrer«Type of fusion represented in yig * 2ft who the dl · «it you ·» stuffing jackets 10 and 11 and theirs
988988
ORiGlNAL iMSPECTEDORiGlNAL iMSPECTED
Isolierung 12 versehenen Enden der supraleitenden Elemente 8 und 9 kalt aufeinander gestaucht, was zu dem in Pig. 2b dargestellten Ergebnis fuhrt, nämlich der mit 13 bezeichneten wulstartlg aueragenden Schweißverbindung.Insulation 12 provided ends of the superconducting elements 8 and 9 coldly compressed, leading to the one in Pig. 2b shown Result leads, namely the designated 13 bulging welded joint.
Dieses Verfahren kann für ein·» oder mehrdrähtige Supraleiter beliebigen, beispielsweise kreisförmigen, quadratischen, oder rechteckigen Querschnitts verwendet werden.This method can be used for single or multi-wire superconductors any, for example circular, square, or rectangular cross-section can be used.
Nach dem In den Flg. 3a und 3b veranschaulichten Schweißverfahren wird von den Enden der supraleitenden Elemente 14 und 15 der Mantel entfernt und erstehe werden auf- eine bestimmte Länge bei 16 abgeflacht. Die so behandelten Endsticke werden übereinandergelegt und mit einer aufgelegten Explosivladung 17 versehen· After In den Flg. 3a and 3b is used to weld the ends of the superconducting elements 14 and 15 The coat is removed and rise to a certain length flattened at 16. The end stitches treated in this way are laid one on top of the other and provided with an applied explosive charge 17
- Nach Detonation In einer iiiciit äargeeisellt©» Uta?iehtting ■ erhält wem die in--FIg4, - J& dec&e-eteftlte Seliwei@w©f%inclTOg 18. Die entstandene srmbllchv FesÄÄeFWS bat i» YöAindung mit- Y - einer großen spesif Iseliöa Fliefeenpreeoiiftig eine »eialliwgisetie '. '_ Verbindung der "feeMfat- SUninit· Ιίί βκ<1 15 in des· Elite oder bei. Teeperaturen unter!»!!* - von ^O#0 6 faeAötgeÄfei?*» ölme ifefe .. :■ »upraleitenöeit.Elgtiiicliafteii mm weränümu® Die Soisweiftaune. lfr '■''■ kann gegebenenfalls toeii^ieleiielse änrefe derschlag wieder--«it'.Kupfer- After detonation in a iiiciit äargeeisellt © »Uta? Iehtting ■ who receives the in - FIg 4 , - J & dec & e-eteftlte Seliwei @ w © f% inclTOg 18. The resulting srmbllchv FesÄÄeFWS bat i» YöA connection with -Y - a large spesif Iseliöa Fliefeenpreeoiiftig an "eialliwgisetie". '_ Connecting the "feeMfat- SUninit · Ιίί βκ <1 15 in the · Elite or Teeperaturen under" !! * - of ^ O # 0 6 faeAötgeÄfei * "Ölme ifefe ...!? ■" upraleitenöeit.Elgtiiicliafteii mm weränümu® The Soisweiftaune. lfr '■''■ can if necessary toeii ^ ieleiielse änrefe derschlag again - «it'.Copper
#44# 44
OFUGfNAL JMSPECTED- ·?OFUGfNAL JMSPECTED- ·?
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approx. 50 Mp / cm is carried out on this pipe.
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Also Published As
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| FR2054506B1 (en) | 1975-08-22 |
| CH528160A (en) | 1972-09-15 |
| FR2054506A1 (en) | 1971-04-23 |
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