[发明专利]一种超导叠与分流器焊接工装及焊接工艺

说明书

技术领域

本发明涉及大型热核聚变装置领域，具体是一种超导叠与分流器焊接工装及焊接工艺。

背景技术

高温超导技术广泛应用于高能加速器、核聚变实验装置、高场磁体和贮能磁体等，高温超导（HTS）电流引线为巨型低温超导磁体供电，同时是磁体主要的热负荷来源，采用HTS电流引线可使致冷电耗节省2/3。

随着磁体的大型化，为其供电的电流引线运行电流往往高达数万安培。例如欧洲核中心（CERN）用于超级强粒子对撞机（LHC）的13kA电流引线。德国卡尔斯鲁厄技术物理所（FI-ITP）的70kA电流引线。国内在2003年以后，才开始研究HTS大电流引线，包括我国EAST托卡马克装置的16. 5kA电流引线，以及中科院等离子体物理研究所为ITER预研的68kA电流引线。这些万安级HTS电流引线需要多达几十甚至上百件高温超导叠焊接于分流器来满足需要的大载流能力。

高温超导应用于电流引线的关键技术问题之一就是高温超导叠与分流器的焊接接头质量，特别对于大电流传输将直接决定载流能力、接头电阻与4.5K低温热负荷。高温超导叠与分流器的焊接需要稳定可靠的质量，否则将会导致电流在各超导叠分布不均；另外由于焊锡的热导率略比银金合金低，而比分流器材料锡磷青铜和不锈钢大得多，因此过多的接头焊料也会导致纵向漏热的增加。

低热导率Bi-2223超导叠价格高昂，仅超导带材料就达近1000元/米，超导叠的价格基本是所使用超导带材料费用的几乎2倍；而且HTS 材料很脆弱，过度的弯曲或扭折都会导致失去超导性，而几十乃至上百根的超导叠与分流器的焊接只能一次完成，要在焊接过程中保护好每根超导叠，且保证每根超导叠与分流器焊接接头稳定一致的质量这对于焊接工艺的要求非常高，否则造成的损失也是相当巨大。

发明内容    本发明的目的是提供一种超导叠与分流器焊接工装及焊接工艺，以解决现有技术存在的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种超导叠与分流器焊接工装，包括有可移动的基座，其特征在于：基座上水平设置有筒状的屏蔽罩，屏蔽罩内壁设置多道沿环形排列且分别与屏蔽罩中心轴线平行的加热棒，屏蔽罩内共中心轴设置有管状的分流器，分流器外壁上设置有多道形状相同且分别与分流器中心轴线平行的超导叠槽，超导叠槽中布置有焊料带，每个焊料带上分别放置有超导叠，每个超导叠上分别压有硅橡胶带，每个硅橡胶带上分别压有不锈钢压板，不锈钢压板沿分流器中心轴线的两端分别超过超导叠槽两端，且不锈钢压板两端分别通过螺栓固定在分流器上，所述分流器外圈上套有多道紧固箍，多道紧固箍沿分流器中心轴线方向排列，多道紧固箍分别压在各个不锈钢压板上，每道紧固箍对应各个不锈钢压板位置分别拧入紧固螺钉，且紧固螺钉分别顶压对应的不锈钢压板施加预紧力。

所述的一种超导叠与分流器焊接工装，其特征在于：超导叠槽中的超导叠与硅橡胶带之间分别设置有三个PT100温度计，三个PT100温度计分别位于超导叠两端和中间位置，且PT100温度计的感温面与超导叠贴合。

所述的一种超导叠与分流器焊接工装，其特征在于：屏蔽罩内壁中未设置加热棒时，可将分流器接入电流利用自身电阻加热，或者利用箍状加热器传导加热。

所述的一种超导叠与分流器焊接工装，其特征在于：所述分流器材质为铜-不锈钢-铜钎焊的组件，分流器外壁采用Ag72Cu真空硬钎焊后再铣削加工用于容纳超导叠的超导叠槽，超导叠槽中采用镀银处理后利于与超导叠的焊接。

所述的一种超导叠与分流器焊接工装，其特征在于：所述焊料带材质采用183度熔点的Sn63Pb37。

所述的一种超导叠与分流器焊接工装，其特征在于：所述硅橡胶带宽度与超导叠相当，且略窄于超导叠槽宽度。

一种超导叠与分流器焊接工艺，其特征在于：包括以下步骤：

（1）、采用酒精清洗焊料带，焊料带不允许有褶皱，采用细颗粒砂纸打磨去除超导叠表面氧化层后，再采用酒精清洗超导叠，再将清洗后的焊料带、超导叠按焊接工装的结构，装配在分流器上对应位置；

（2）、将焊接工装组装好后整体送入真空焊接炉中，对焊接炉抽真空至炉内真空度稳定至10^-2Pa；

（3）、令屏蔽罩中加热棒通电，进行电加热，加热时根据各个PT100温度计温差设定保温点，当温差超过10度需要设置一次保温点，当温度达到175度后再设置一次保温点，至所有PT100温度计温度稳定在175±3度后继续加热升温至超过焊料熔点20-25°C，即加热至203-208°C，保温15-20分钟；