一种适用于制作高温超导接头的焊接装置

摘要

本发明公开了一种适用于制作高温超导接头的焊接装置，包括有内部提供加热环境的加热平台，加热平台下方安装有隔热底座，隔热底座的下方安装有加热平台支撑结构，加热平台的上端面设有用于卡装YBCO高温超导带材的夹具，且夹具一侧的加热平台上安装有用于YBCO高温超导带材检测温度的热电偶，夹具一侧设置有压力施加装置，压力施加装置上安装有控制所施压力的控制反馈系统，夹具的另一侧设有带材传送轮作为带材连接装置的辅助送带装置。本发明可以实现YBCO高温超导带材的低阻值连接，同时保证连接后的接头足够的机械强度，并且该装置的自动化程度比较高，降低了带材连接的劳动强度，提高了效率；从而为绕制大型磁体提供了技术支持。

权利要求

1.一种适用于制作高温超导接头的焊接装置，其特征在于：包括有内部提供加热环境的加热平台，所述加热平台下方安装有隔热底座，所述隔热底座的下方安装有加热平台支撑结构，所述加热平台的上端面设有用于卡装YBCO高温超导带材的夹具，且夹具一侧的加热平台上安装有用于YBCO高温超导带材检测温度的热电偶和压力施加装置，所述压力施加装置上安装有控制所施压力的控制反馈系统，所述夹具的另一侧设有带材传送轮作为带材连接装置的辅助送带装置；

所述的加热平台为T字形紫铜板，其水平部分为热源，其内插加热铜棒；其竖直部分为带材夹具，其上设有一个用于固定带材的凹槽；

所述的压力施加装置包括有与加热平台连接的施力推板以及将压力传递施加给带材的涡轮丝杆施力机构，所述涡轮丝杆施力机构包括有与施 力推板连接的丝杠，所述丝杠通过推力器支撑板支撑，所述丝杠上安装有压力反馈引线，所述丝杠由其端部的涡轮驱动；

所述的施力推板与超导带材之间设有聚四氟乙烯板；

所述的带材传送轮置于加热平台支撑结构上，用螺栓与平台连接起来，构成了带材传输系统；

所述的隔热底座为隔热性能很好的隔热板，其置于加热平台与加热平台支撑结构之间；

所述的加热平台支撑结构包括有支撑板，所述支撑板置于隔热板与整个装置的箱体外壳之间，支撑板采用不锈钢材质，其底端用4个支角与箱体外壳连接在一起；

所述的箱体外壳朝上的面为玻璃板，在带材连接的时候提供可视化窗口；

所述箱体外壳的两侧对称的位置分别安装有电风扇以及与气源连接的通气阀门。

说明书

一种适用于制作高温超导接头的焊接装置

[0001] 技术领域：

[0002] 本发明涉及高温超导材料连接与超导电工技术领域，主要涉及一种适用于制作高温超导接头的焊接装置。

[0003] 背景技术：

[0004] 由于超导在电流传输的无损耗和完全抗磁性使得其在实际运用中具有非常诱人的应用前景；随着超导理论和超导技术也不断取得突破性进展，越来越多的超导材料被人们发现，其中，实用化超导材料更是得到了长足发展。以NbTi和Nb3Sn为代表的低温超导材料已实现了商品化，其制备工艺和材料性能已完全成熟，并得到了广泛的应用。第一代Bi系高温超导带材已经进入产业化阶段，极大的促进了超导应用技术的发展，人们正在努力推动YBCO带材向低成本、稳定和和规模化的方向发展。

[0005] 二代YBCO高温超导带材的应用有着更大的市场前景和社会经济效益。然而，由于生产技术的限制，现有加工工艺能制备几百米到千米量级的YBCO超导带材。故此，由于现有制备工艺对于带材长度的限制，在绕制大型磁体工程实践中，所用的YBCO超导带材都不是整根带材，必然需要通过某种合理的工艺技术连接在一起。目前，国内外尚无YBCO超导带材连接的成熟的商业化装置，因此，都需要根据各自课题组的实际需要自行设计。本发明正是基于绕制大型超导磁体的需要，本着操作方便、灵活高效、性能可靠的原则设计出来的集钎焊工艺与扩散焊工艺于一体的高温超导带材连接装置；利用该装置，既可以制作一代的Bi系高温超导接头，同时也可以实现二代YBCO高温超导带材的低阻值连接。在下文的阐述中，主要针对该装置如何实现对二代YBCO高温超导带材的低阻值连接进行叙述。

[0006] 发明内容：

[0007] 本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种适用于制作高温超导接头的焊接装置，实现在保证YBCO超导接头足够的机械强度的结构条件下，优化YBCO超导接头的超导电性；同时达到操作方便、自动化程度高、接头性能稳定可靠的目标。

[0008] 本发明是通过以下技术方案实现的：

[0009] 一种适用于制作高温超导接头的焊接装置，其特征在于：包括有内部提供加热环境的加热平台，所述加热平台下方安装有隔热底座，所述隔热底座的下方安装有加热平台支撑结构，所述加热平台的上端面设有用于卡装YBCO高温超导带材的夹具，且夹具一侧的加热平台上安装有用于YBCO高温超导带材检测温度的热电偶和压力施加装置，所述压力施加装置上安装有控制所施压力的控制反馈系统，所述夹具的另一侧设有带材传送轮作为带材连接装置的辅助送带装置。

[0010] 所述的加热平台为T字形紫铜板，其水平部分为热源，其内插加热铜棒；其竖直部分为带材夹具，其用于固定带材，其上设有一个用于固定带材的凹槽。

[0011] 所述的隔热底座为隔热性能很好的隔热板，其置于加热平台与加热平台支撑结构之间。

[0012] 所述的加热平台支撑结构包括有支撑板，所述支撑板置于隔热板与整个装置的箱体外壳之间，的支撑板采用不锈钢材质，其底端用4个支角与箱体外壳连接在一起。

[0013] 所述的箱体外壳朝上的面为玻璃板，在带材连接的时候提供可视化窗口。

[0014] 所述箱体外壳的两侧对称的位置分别安装有电风扇以及与气源连接的通气阀门。

[0015] 所述的压力施加装置包括有与加热平台连接的施力推板以及将压力传递施加给带材的涡轮丝杆施力机构，所述涡轮丝杆施力机构包括有与实力推板连接的丝杠，所述丝杠通过推力器支撑板支撑，所述丝杠上安装有压力反馈引线，所述丝杠由其端部的涡轮驱动。

[0016] 所述的施力推板与超导带材之间设有聚四氟乙烯板。

[0017] 所述的带材传送轮置于加热平台支撑结构上，用螺栓与平台连接起来，构成了带材传输系统。

[0018] 本发明通过控制所施压力的控制反馈系统、调节温度的温度控制反馈系统、从而获得带材连接过程中的具体工艺参数并及时调节温度参数和压力参数，还包括有传送轮作为带材连接装置的辅助送带装置。在所述的压力控制反馈系统，是指安装在金属压板附近的压力传感器，其将信号传输给显示面板，这样便于操作人员实时监测并控制施加给带材表面的压力。所述的温度反馈系统，是指与热电偶、传输线一起组成的温度调节系统，热电偶将温度信号传输给显示面板，并且操作员可以通过预设温度来控制加热平台的工作状态。

[0019] 所述的箱体外壳为可拆卸箱体结构，其是指包饶加热平台以及支撑结构包括一些传感器件的箱体，其作用是根据工艺需要给所要连接的带材提供一个真空环境或者暴露在空气当中。

[0020] 所述压力施加装置，其是指涡轮丝杆加加装一个开有12mm槽宽的金属压板。其作用是给所需要连接的带材施加一个表面压力，从而使得带材的连接更加紧密，尽量减少虚焊的部分。所述的聚四氟乙烯板避免金属压板直接与超导带材接触，起着传递压力、保护超导带材的作用。

[0021] 本发明的优点是：

[0022] 本发明结构简单，操作方便，成本低，避免带材的损伤，同时本装置为超导接头的制作提供了多种选择工艺即钎焊工艺和扩散焊工艺，研究人员可以根据需要任选一种连接工艺制作超导接头。此外，本发明不仅仅可以实时调节加热温度，而且可以根据需要改变冷却方式，为接头的后期处理提供了可能。

[0023] 附图说明：

[0024] 图1为本发明的俯视图。

[0025] 图2为本发明的结构示意图。

[0026] 1-丝杠；2-涡轮；3-压力反馈引线；4-推力器支撑板；5-施力推版；6-YBCO超导带材；7-带材传送轮；8-电风扇；9-箱体外壳；10-加热平台支撑结构；11-加热平台及带材夹具；12-热电偶；13-隔热底座；14-通气阀门。

[0027] 具体实施方式：

[0028] 参见附图。

[0029] 以下结合附图对本发明的优选实例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

[0030] 鉴于目前没有成熟的YBCO超导接头焊接装置，都是根据研究需要设计的专门连接装置。本发明正是基于课题研究需要设计的适用于绕制大型磁体的带材连接装置，该装置集钎焊连接与扩散焊连接两种工艺于一身，能够按照实际工程需要选用具体的连接工艺。从而，实现带材高效低阻值连接，完成大型磁体的绕制工作。

[0031] 参考附图，一种适用于制作高温超导接头的焊接装置，其能够同时满足一代Bi系高温超导带材以及二代YBCO高温超导带材的低阻值连接。该装置包括内部提供加热环境的加热平台11，所述的加热平台是一个整体的T字形的紫铜板(热传导性能好)，水平的铜板部分是热源，铜板中有一个加热的铜棒；竖直的部分是带材夹具，其作用是保证带材只受到垂直的压力作用同时让其固定。与水平的加热紫铜板相连接的热电偶12，其实时监测YBCO带材的温度，与外接的显示面板一起构成了温度检测反馈系统；安装在加热平台11下面的隔热底座13，该底座采用隔热性能很好的隔热板，既可以隔绝热量，同时也起着支撑的作用。

[0032] 参考附图，丝杠1、涡轮2、推力器支撑板4以及施力推板5共同构成了连接装置的涡轮丝杠传力机构。依靠这一机构，可以实现对需要连接的YBCO带材精确施加所需的压力。同时，压力反馈输出线3可以将动态的压力实时反馈给控制系统，进而调整施加的压力。正是依靠这一完整的施力机构与压力反馈系统，才能够实现对带材连接的压力控制，从而获得最佳的压力条件。

[0033] 参考附图，带材传送轮7安装在加热平台支撑结构10上，用螺栓与平台连接在一起，构成了带材传输系统，实现了自动送带的功能，降低了劳动强度，提高了效率，从而使得其能够运用在绕制大型磁体上。安装在箱体一侧的电风扇8可以给连接在一起的带材降温，可以根据实际需要选择性打开或者关闭。在与电风扇8对称的箱体另外一侧预留了一个通气阀门14，也可以根据实际需要选择性打开或者与气源连接(钎焊工艺可以暴露在空气中，可以打开；扩散焊工艺需要通氮气和氧气，该气口可以与气源连接)。带材传送轮7与电风扇8共同构成了连接装置的辅助系统，为带材连接提供了必要的辅助条件和冷却方案。

[0034] 参考附图，箱体外壳9与加热平台支撑结构10还有隔热底座共同构成了连接装置必要的机械支撑结构，保证了带材连接的稳定性以及可靠性。

[0035] 在工程实践中，YBCO超导带材6置于T字形的竖直铜板中，该铜板有一个凹槽，该凹槽放聚四氟乙烯片，其可以保护带材免受机械损伤。带材分别置于左右两个传送轮当中，预设好带材连接的焊接温度，调整好施加给带材的压力，即可将两根YBCO超导带材连接在一起。当顺利实现带材连接后，借助于步进电机，主动轮、从动轮的转动，即可顺利将绕制好的带材绕进盘子里。从而快速地将YBCO带材按照最优工艺参数连接在一起。

[0036] 最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而言，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。