RU2101792C1

RU2101792C1 - Process of manufacture of ribbon superconductive cable

Info

Publication number: RU2101792C1
Application number: SU4903817A
Authority: RU
Inventors: А.Г. Залазинский; А.Ф. Гуничев; В.Л. Колмогоров; В.Г. Широковских; В.Б. Полиновский; А.Г. Шаповалов; Ю.М. Кошелев
Original assignee: Институт машиноведения Уральского отделения РАН
Priority date: 1991-01-22
Filing date: 1991-01-22
Publication date: 1998-01-10

Abstract

FIELD: manufacture of heavy-current superconductors for large magnetic systems. SUBSTANCE: individual conductors carrying superconductive fibres are subjected to flattening, are assembled on multilayer workstock in jacket made from stabilizing material and are deformed to required size by rolling with reduction from 50 to 60%. EFFECT: increased productivity of process of manufacture of ribbon superconductive cables. 2 dwg

Description

Изобретение относится к способам изготовления сверхпроводящих проводов и кабелей и может быть использовано при получении сильноточных сверхпроводников для крупных магнитных систем. The invention relates to methods for manufacturing superconducting wires and cables and can be used to obtain high-current superconductors for large magnetic systems.

Известен способ изготовления ленточного многожильного сверхпроводящего провода методом обработки давлением составных композитных заготовок, включающий следующие технологические операции /1/: сборку биметаллической заготовки путем помещения обжатого цилиндрического слитка из сплава Nb-Ti (сплава марки НТ) в стакан из чистой меди с последующей герметизацией заготовки; экструзию нагретой заготовки для получения биметаллического прутка, который разрезают на мерные длины (отрезки); холодное волочение прутков и калибровку на шестигранник, сборку составной композитной заготовки из медных шестигранников с проволочным сверхпроводником в новом стакане из чистой меди и герметизацию заготовки, повторную экструзию нагретой составной заготовки для получения композитного прутка, разрезаемого на отрезки, многократное волочение прутков с промежуточными термообработками до получения сверхпроводящего провода требуемого диаметра, который подвергают твистированию (скручиванию), калибрование провода с приданием прямоугольного сечения прокаткой или волочением и заключительную термическую обработку. A known method of manufacturing a tape stranded superconducting wire by pressure processing of composite composite billets, the following technological operations / 1 /: assembling a bimetallic billet by placing a pressed cylindrical ingot of Nb-Ti alloy (alloy grade NT) in a glass of pure copper, followed by sealing the billet; extrusion of a heated billet to obtain a bimetallic bar, which is cut into measured lengths (segments); cold drawing of bars and calibration for a hexagon, assembling a composite composite billet from copper hexagons with a wire superconductor in a new glass of pure copper and sealing the billet, repeated extrusion of the heated composite billet to produce a composite bar cut into sections, multiple drawing of bars with intermediate heat treatments superconducting wire of the required diameter, which is subjected to twisting (twisting), calibrating the wire with giving a rectangular section by rolling or drawing and final heat treatment.

Недостатком известного способа является невозможность обеспечить строгую периодичность выделений частиц α Ti (центров пиннинга), что снижает пластичность сверхпроводящих жил провода и критическую плотность транспортного тока. Другой недостаток известного способа заключается в образовании интерметаллида Cu-Ti на границе контакта Cu-сплав Nb-Ni в процессе горячей деформации и при длительных термообработках. Твердые частицы интерметаллида с размерами, соизмеримыми с толщиной жил, могут разрывать жилы в процессе многократного волочения, что также приводит к снижению критической плотности тока. The disadvantage of this method is the inability to provide a strict periodicity of the discharge of α Ti particles (pinning centers), which reduces the ductility of the superconducting wires and the critical density of the transport current. Another disadvantage of the known method is the formation of intermetallic compound Cu-Ti at the contact boundary Cu-alloy Nb-Ni during hot deformation and during long-term heat treatments. Solid particles of intermetallic with sizes commensurate with the thickness of the cores can break the cores in the process of multiple drawing, which also leads to a decrease in the critical current density.

Известен также способ изготовления ленточного многожильного сверхпроводящего провода методом обработки давлением составных композитных заготовок, обеспечивающий получение регулярной гетерогенной структуры с заданным распределением искусственных центров пиннинга /2/. Данный способ включает те же технологические операции, что и способ /1/. Отличие заключается в том, что в качестве материала жил провода используется Nb, а оболочки - сплав Nb-Ti. Соответственно сначала осуществляется экструзия ниобиевого слитка, помешенного в стакан из сплава Nb-Ti, а повторно экструзия композитной заготовки, собранной из Nb-Ti-шестигранников с ниобиевыми сердечниками в новом стакане из сплава Nb-Ti. Недостатком известного способа является возможность изготовления проводов лишь с малыми размерами поперечных сечений и, следовательно, с ограниченной токонесущей способностью. Если исходная заготовка для экструзии имеет размеры DxL (D, L диаметр и длина заготовки), то для провода длиной l нельзя изготовить провод диаметром d, большим, чем это допускается условием постоянства объема обрабатываемого материала, т.е. There is also a known method of manufacturing a tape stranded superconducting wire by the method of processing composite composite preforms by pressure, which provides a regular heterogeneous structure with a given distribution of artificial pinning centers / 2 /. This method includes the same technological operations as the method / 1 /. The difference is that Nb is used as the core material of the wire, and the Nb-Ti alloy is the sheath. Accordingly, the extrusion of a niobium ingot placed in a glass made of Nb-Ti alloy is carried out first, and the extrusion of a composite billet assembled from Nb-Ti hexahedrons with niobium cores in a new glass made of Nb-Ti alloy is repeated. The disadvantage of this method is the ability to manufacture wires with only small cross-sectional sizes and, therefore, with limited current carrying capacity. If the initial billet for extrusion has dimensions DxL (D, L is the diameter and length of the billet), then for a wire of length l it is impossible to make a wire with a diameter of d larger than is allowed by the condition that the volume of the processed material is constant, i.e.

Например, для заготовки DxL 200х400 мм (обычно D 100-250 мм) для провода длиной l 1 км 10⁶ мм диаметр провода не может быть более 4 мм. Применение калибровки провода на прямоугольное сечение ведет к дальнейшему уменьшению сечения провода.

For example, for a workpiece DxL 200x400 mm (usually D 100-250 mm) for a wire with a length of l 1 km 10 ⁶ mm, the diameter of the wire cannot be more than 4 mm. Applying a wire gauge to a rectangular cross-section leads to a further reduction in the wire cross-section.

Целью изобретения является повышение производительности способа изготовления ленточного сверхпроводящего кабеля путем сокращения числа технологических операций. The aim of the invention is to increase the productivity of a method of manufacturing a tape superconducting cable by reducing the number of technological operations.

Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления ленточного сверхпроводящего кабеля, при котором собирают заготовку из продольно расположенных проводников, содержащих сверхпроводящие волокна, формируют оболочку из стабилизирующего материала и калибруют ленточный кабель прокаткой, согласно изобретению, проводники подвергают плющению, заготовку собирают многослойной, оболочку из стабилизирующего материала формируют в виде чехла, в котором размещают многослойную заготовку, а прокатку ведут с обжатием от 50 до 60% до получения кабеля заданного поперечного сечения. This goal is achieved by the fact that in the method of manufacturing a tape superconducting cable, in which a workpiece is assembled from longitudinally arranged conductors containing superconducting fibers, a sheath is made of stabilizing material and the tape cable is calibrated by rolling, according to the invention, the conductors are flattened, the workpiece is assembled multilayer, the sheath is made of the stabilizing material is formed in the form of a cover in which a multilayer workpiece is placed, and rolling is carried out with compression from 50 to 60% until obtained ia cable of a given cross section.

Сущность изобретения состоит в том, что после экструзии композитных заготовок в соответствии со способами /3, 1, 2/ следуют операции волочения до тех пор, пока размер поперечного сечения провода не достигнет 0,5-0,3 мм, а в предлагаемом способе эти переходы обработки исключены. Сразу после экструзии осуществляются более производительные и менее трудоемкие операции прокатки. При этом поперечное сечение подката остается большим или равным (в последнем переходе) поперечному сечению готового кабеля. The essence of the invention lies in the fact that after the extrusion of composite billets in accordance with the methods / 3, 1, 2 /, the drawing operation is followed until the cross-sectional size of the wire reaches 0.5-0.3 mm, and in the proposed method, these processing transitions are excluded. Immediately after extrusion, more productive and less labor-intensive rolling operations are carried out. In this case, the cross-section of the rolled remains large or equal (in the last transition) to the cross-section of the finished cable.

Пусть после экструзии составной композитной заготовки получен пруток диаметром D_n 20 мм с поперечным сечением F_n 3,14•20²/4 314 мм². Требуется изготовить кабель сечением F_k 10•1 10 мм² (высотой H 1 мм и шириной В 0,10 мм). Согласно предлагаемого способа, вытяжка прутка с F_n 314 мм² вплоть до F_k 10 мм² не будет превышать M_n F_n/F_k 31,4.Suppose that after extrusion the composite preform obtained composite rod diameter D _n of 20 mm with a cross section F _n 3,14 • 20 ^2/4 314 ^mm2. It is required to make a cable with a cross section of F _k 10 • 1 10 mm ² (height H 1 mm and width B 0.10 mm). According to the proposed method, the exhaust rod with F _n 314 mm ² up to F _k 10 mm ² will not exceed M _n F _n / F _k 31,4.

По изобретению степень деформации при прокатке-ковке должна быть 50-60% с целью обеспечения холодной сварки на межслойных границах многослойного пакета. Если степень деформации составляет менее 50% то сварка не происходит. Если степень деформации превысит 60% то возникает значительная неравномерность деформации, которая приводит к нарушению однородности распределения сверхпроводящей фазы по объему композита и снижению критической плотности тока. According to the invention, the degree of deformation during rolling-forging should be 50-60% in order to ensure cold welding at the interlayer boundaries of the multilayer package. If the degree of deformation is less than 50%, then welding does not occur. If the degree of deformation exceeds 60%, a significant non-uniformity of deformation occurs, which leads to a violation of the uniformity of the distribution of the superconducting phase over the volume of the composite and a decrease in the critical current density.

Из сказанного следует, что совокупность отличительных существенных признаков изобретения устраняет недостатки прототипа. From the foregoing it follows that the combination of distinctive essential features of the invention eliminates the disadvantages of the prototype.

На фиг. 1 изображена составная композитная заготовка для экструзии; на фиг. 2 многослойный пакет для прокатки-ковки. In FIG. 1 shows a composite composite preform for extrusion; in FIG. 2 multi-layer package for rolling-forging.

Предлагаемый способ реализуют следующим образом. The proposed method is implemented as follows.

Сначала изготовляют отдельные проводники из сверхпроводящего материала. Для этого цилиндрический слиток из сверхпроводящего сплава HT размерами DxL 74 x 150 мм подвергают экструзии в биметаллической оболочке ниобий-медь на шестигранный профиль с вытяжкой M 20. Экструдированный пруток разрезают на мерные длины шестигранники, с которых электрохимическим способом удаляют наружную медную оболочку. Затем осуществляют сборку составной композитной заготовки в медном стакане (см. фиг. 1) для последующей повторной экструзии на шестигранный профиль. Цикл "экструзия резка удаление наружной оболочки - сборка" повторяют 4 раза, причем медную оболочку в последнем цикле не удаляют. Суммарная вытяжка составляет M_Σ 20⁴ 1,6•10⁵. В результате получают композитные сверхпроводники с количеством волокон, при объединении в каждой сборке по 19 шестигранников, n_B 19³ 6859.First, individual conductors are made of superconducting material. For this, a cylindrical ingot of HT superconducting alloy with dimensions DxL 74 x 150 mm is extruded in a bimetallic niobium-copper sheath into a hex profile with an M 20 hood. The extruded bar is cut into hexagons of measured length from which the outer copper sheath is removed by electrochemical method. Then assemble the composite composite preform in a copper glass (see Fig. 1) for subsequent re-extrusion onto the hexagonal profile. The cycle "extrusion sharp removal of the outer shell - assembly" is repeated 4 times, and the copper shell in the last cycle is not removed. The total hood is M _Σ 20 ⁴ 1.6 • 10 ⁵ . The result is composite superconductors with the number of fibers, when combined in each assembly of 19 hexagons, n _B 19 ³ 6859.

Полученные проводники подвергают плющению и прокатке в калибрах на размер BXH 10 x 1 мм. После этого осуществляют их сборку в многослойный пакет, который завальцовывают в медь (см. фиг.2). Размеры пакета BXH 12 x 10 мм. Далее выполняют холодную сварку слоев полученной заготовки методом прокатки-ковки с относительным обжатием 60% и продольную прокатку ленты до сечения ВХН 10 x 0,5 мм².The resulting conductors are flattened and rolled in calibers to a size BXH 10 x 1 mm. After that, they are assembled in a multilayer package, which is rolled into copper (see figure 2). BXH package dimensions 12 x 10 mm. Next, cold welding of the layers of the obtained workpiece is carried out by rolling-forging with a relative compression of 60% and longitudinal rolling of the tape to a section VHN 10 x 0.5 mm ² .

По сравнению с прототипом предлагаемый способ изготовления сверхпроводящего ленточного кабеля обеспечивает повышение производительности в 1,5-2,0 раза за счет сокращения числа переходов обработки (исключения операций многократного волочения) и применения более производительных операций обработки давлением (прокатки-ковки, продольной прокатки). Кроме того, снижаются трудо- и энергозатраты производства. Compared with the prototype, the proposed method for manufacturing a superconducting ribbon cable provides an increase in productivity by 1.5-2.0 times due to the reduction in the number of processing transitions (excluding multiple drawing operations) and the use of more productive pressure processing operations (rolling, forging, longitudinal rolling). In addition, labor and energy costs of production are reduced.

Источники информации
1. Металловедение и технология сверхпроводящих материалов. Под редакцией Фонера С. Шварца Б. США, 1981, Пep. с английского. М. Металлургия, 1987, с. 248-254.Sources of information
1. Metallurgy and technology of superconducting materials. Edited by Foner S. Schwartz B. USA, 1981, Per. from English. M. Metallurgy, 1987, p. 248-254.

2. Никулин А.Д. Филькин В.Я. Шиков А.К. Журнал всесоюзного химического общества им. Д.И. Менделеева. 1989, т.34, в.4, с. 519-527. 2. Nikulin A.D. Filkin V.Ya. Shikov A.K. Journal of the All-Union Chemical Society. DI. Mendeleev. 1989, vol. 34, c. 4, p. 519-527.

Claims

A method of manufacturing a tape superconducting cable in which a workpiece is assembled from longitudinally arranged conductors containing superconducting fibers, form a sheath of a stabilizing material and calibrate the tape cable by rolling, characterized in that, in order to increase the productivity of the method by reducing the number of technological operations, the conductors are flattened, the preform is assembled multilayer, the shell of the stabilizing material is formed in the form of a cover in which the multilayer billet is placed Patent Application, and are rolled with a rolling reduction of 50 to 60% to obtain a given cable cross section.