一种用于NbTi/Cu超导线圈内部超导接头的焊接装置及其方法

摘要

本发明公开了一种用于NbTi/Cu超导线圈内部超导接头的焊接装置及其方法，该装置包括温度控制单元、焊接主台板、焊接尺寸压紧单元和隔热单元；所述温度控制单元包括加热棒、温度传感器与温度控制仪，电源通过温度控制仪与加热棒、温度传感器连接；所述加热棒布置在焊接主台板上；所述温度传感器布设于焊接主台板的焊接面相邻处；所述焊接主台板呈“凸”字型形状，超导线接头通过焊接尺寸压紧单元压紧在焊接主台板上；所述焊接尺寸压紧单元是由两套压紧条组成；两套所述压紧条均通过螺丝与焊接主台板的上端部和侧部固定；超导线接头放在压紧条和焊接主台板角处。本发明通过可调节的焊接装置对线圈内部接头进行焊接，可确保接头尺寸符合要求。

说明书

技术领域

本发明属于超导应用技术领域，涉及一种可供NbTi/Cu超导磁体线圈绕制过程中超导接头的焊接装置及其方法，特别适用焊接空间有局限、超导线之间或是超导线与常规导体之间对尺寸有严格要求的焊接。

背景技术

在超导磁体线圈绕制过程中，由于超导线长度不可能无限长，或因实际工程需求进行逐段定做，这些都要求通过连接的方式解决长度问题，因此，超导线材的连接技术已成为实际应用中的一项关键技术。目前，超导接头的焊接普遍采用锡焊进行焊接，但普通商用电烙铁加热温度不均且难以控制，接头尺寸也难以把握，焊接后的接头降温也只能采用自然冷却，此类接头焊接质量取决于操作者的熟练程度，接头的尺寸和电阻无法得到很好的保证，对超导线圈绕制以及线圈最终的运行安全带来了严重的挑战。因此，在焊接过程中控制温度均匀性，确保接头尺寸和接头电阻满足要求，是超导应用结束急需解决的关键技术。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种可供NbTi/Cu超导磁体线圈绕制过程中超导接头的焊接装置及其方法，通过焊接装置的控制，可确保焊接接头尺寸精确、接头电阻低、便于现场操作，有效降低人为操作因素，提高超导接头质量。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种用于NbTi/Cu超导线圈内部超导接头的焊接装置，包括温度控制单元、焊接主台板、焊接尺寸压紧单元和隔热单元；

所述温度控制单元包括加热棒、温度传感器与温度控制仪，电源通过温度控制仪与加热棒、温度传感器连接；所述加热棒布置在焊接主台板上；所述温度传感器布设于焊接主台板的焊接面相邻处；

所述焊接主台板呈“凸”字型形状，超导线接头通过焊接尺寸压紧单元压紧在焊接主台板上；

所述焊接尺寸压紧单元是由两套压紧条组成；两套所述压紧条均通过螺丝与焊接主台板的上端部和侧部固定；超导线接头放在压紧条和焊接主台板角处。

所述加热棒用以给焊接主台板进行加热；所述温度传感器采集温度反馈到温度控制仪中。

两套所述压紧条分别为上压紧条和侧压紧条，上述压紧条均呈L型形状。

所述焊接主台板和压紧条所用材料为6061铝。

所述焊接主台板的上端部和侧部上与压紧条平行的面留有凹形槽。

所述焊接主台板下板面与隔热单元连接，该隔热单元材料为G10，其通过环氧胶与焊接主台板进行粘贴固定；所述焊接主台板内部布置有水循环单元，该水循环单元由两根进、出水管路组成。

一种用于NbTi/Cu超导线圈内部超导接头的焊接方法，该方法焊接顺序如下：

1)导线表面清洁处理：使用砂纸将导线需要焊接面绝缘漆和粗铜层打磨掉，再使用纱布、酒精擦拭干净；

2)焊料处理：将Sn63-Pb37条状焊料进行裁剪；

3)定位与固定：将需焊接的超导线、裁剪好的焊料按照超导线—焊料—超导线放在主焊接台面的边角处，保证主焊接台板角处超导线和焊料表面在同一面上，再使用上压紧条压紧，用压紧条将边缘挤紧；

4)控温加热：使用温度控制单元控制加热棒，缓慢升温并将温度控制在高于焊料20℃的温度；

5)挤压：紧固螺丝，压紧两个压紧条，将多余焊料从缝隙处压出后，停止加热；

6)冷却：等待温度停止上升后，打开水循环单元，开始降温，等待温度降低到常温；

7)修剪与清洗：将焊接好的超导接头取出，对边缘处进行处理，剪掉多余部分，用酒精擦掉表明污物。

本发明的有益效果：本发明通过可调节的焊接装置对线圈内部接头进行焊接，可确保接头尺寸符合要求，将接头电阻值降到液氦温区所允许的范围内，焊接装置中有水循环单元，便于线圈内部空间局限带来的焊接接头的降温难题，可以提高了磁体线圈的稳定性与安全性。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明超导接头的焊接装置结构示意图；

图2为本发明温度控制单元连接示意图；

图3为本发明水循环单元结构示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

一种用于NbTi/Cu超导线圈内部超导接头的焊接装置，如图1所示，包括温度控制单元、焊接主台板2、焊接尺寸压紧单元和隔热单元1；

如图2所示，温度控制单元包括加热棒3、温度传感器6与温度控制仪，电源通过温度控制仪与加热棒3、温度传感器6连接；加热棒3用以给焊接主台板2进行加热，温度传感器6采集温度反馈到温度控制仪中，温度传感器6采集的温度与设置的温度进行对比，决定加热棒3加热情况；上述设定温度为焊料的熔点温度；

参见图1，加热棒3布置在焊接主台板2上，焊接主台板2中心处设有安装加热棒3的加热棒安装孔，可确保加热过程中温度均匀；温度传感器孔布设于焊接面相邻处，用以安装温度传感器6，确保温度的精确；加热棒3、温度传感器6和温度控制仪共同组成温度控制单元，用于整个焊接加热过程的温度控制；

焊接主台板2呈“凸”字型形状，超导线接头放置在焊接主台板2上部一边角处，并通过焊接尺寸压紧单元压紧需焊接的超导线接头，并对焊接尺寸进行控制调节；

焊接尺寸压紧单元是由两套压紧条4组成，分别为上压紧条和侧压紧条，上述压紧条均呈L型形状，其尺寸根据超导线尺寸和焊接尺寸确定；两套压紧条4均通过螺丝7与焊接主台板2的上端部和侧部固定；超导线接头放在压紧条4和焊接主台板2角处，为了保证压紧的效果，其中一压紧条的压紧端开设有配合切口；焊接主台板2和压紧条4所用材料为6061铝，此材料与锡焊焊料不沾，可便于超导接头从工装中取出；

焊接主台板2侧面上与压紧条4平行的面留有凹形槽5，便于压紧条4与焊接主台板2侧面的平行度控制；

焊接主台板2下板面与隔热单元1连接，防止加热过程中底面温度过高，对操作人员造成伤害，该隔热单元材料为G10，其通过环氧胶与焊接主台板进行粘贴固定；焊接主台板2内部布置有水循环单元8，用于焊接完成后接头的降温；该水循环单元由两根进、出水管路组成，如图3所示，通过水的流动将焊接主台板温度降低，水循环系统即解决了自然降温过慢的不利因素，也适合线圈绕制现场的空间局限性需求。

上述整体设计可避免焊接过程中因人为原因而造成接头焊接质量参差不齐。

在磁体绕制过程中，线圈内部需要使用超导接头进行连接，延长磁体线圈长度；本发明提供一种NbTi/Cu超导磁体线圈绕制过程中超导接头的焊接方法，该方法焊接顺序如下：

1)导线表面清洁处理：使用砂纸将导线需要焊接面绝缘漆和粗铜层打磨掉，再使用纱布、酒精擦拭干净；

2)焊料处理：将Sn63-Pb37条状焊料进行裁剪(尺寸略小于超导线焊接)；

3)定位与固定：将需焊接的超导线、裁剪好的焊料按照三明治形式(超导线—焊料—超导线)放在主焊接台面的边角处，保证主焊接台板角处，超导线和焊料表面在同一面上，再使用上压紧条压紧，测压紧条将边缘挤紧；

4)控温加热：使用温度控制单元控制加热棒，缓慢升温并将温度控制在高于焊料20℃的温度；

5)挤压：紧固螺丝，压紧两个压紧条，将多余焊料从缝隙处压出后，停止加热；

6)冷却：等待温度停止上升后，打开水循环单元，开始降温，等待温度降低到常温；

7)修剪与清洗：将焊接好的超导接头取出，对边缘处进行处理，剪掉多余部分，用酒精擦掉表明污物；至此，完成超导磁体线圈内部接头的焊接，采用上述步骤完成其他接头焊接。

本发明把NbTi/Cu超导线放置在专门设计的装置中进行焊接，装置易于操作，解决了绕制现场空间局限性对普通接头焊接方法的限制。装置中含有水循环单元，解决了自然降温缓慢对接头电阻的影响问题。压紧条可以控制超导接头尺寸，确保绕制线圈尺寸符合要求。本焊接装置及方法已经在NbTi/Cu超导线绕制过程中对超导接头的焊接进行了使用，结果表明接头机械强度、接头尺寸和低温下电阻均满足要求。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。