[发明专利]连接制冷机一级冷头的柔性导冷装置及其焊接工装

说明书

技术领域

本发明涉及一种传导冷却超导磁体系统中制冷机的一级冷头与冷屏之间的导冷装置及其制作时所需的辅助工装。

背景技术

20世纪90年代后期，传导冷却超导磁体技术发展迅速，逐渐有取代液氦浸泡超导磁体之势。与传统的液氦浸泡超导磁体系统比较，传导冷却超导磁体不使用液氦来冷却，而是使用二级G-M制冷机作为冷源对超导磁体进行冷却。制冷机的二级冷头与超导磁体连接，将超导磁体冷却到4.2K左右；制冷机的一级冷头与冷屏连接，将冷屏冷却到50-70K之间。超导磁体处于冷屏的包裹之中，以减小外界向超导磁体的辐射传热。在传导冷却超导磁体系统中，冷屏至关重要，它为超导磁体提供一个低温的外围环境。冷屏温度越低，外界向超导磁体的传热就越小。因此，冷屏与制冷机的一级冷头之间必须有良好的热连接。

通常做法是将制冷机的一级冷头直接固定在冷屏上或通过一个刚性的铜板连接到冷屏上。传导冷却超导磁体系统中，制冷机的上端刚性固定在真空杜瓦上，而冷屏通过拉杆悬吊在真空杜瓦上。在冷却的过程中，冷屏会发生冷缩变形，其相对于一级冷头的位置将要发生变化，而制冷机是刚性固定在真空杜瓦上，位置固定不变，这样冷缩变形的冷屏可能会与一级冷头之间产生很大的作用力。在运输过程中产生的震动也会使冷屏与一级冷头之间产生作用力。冷屏与一级冷头之间的作用力会拽开冷屏与一级冷头的连接从而降低一级冷头向冷屏的导冷效率，作用力大时会拽坏一级冷头。

发明内容

本发明的目的是克服现有连接方法的缺陷，提出一种连接一级冷头与冷屏的柔性导冷装置以及制作这种柔性导冷装置需要的焊接工装。

本发明的柔性导冷装置由两个端部法兰和多根铜绞线组成。所述的端部法兰为一环形结构，采用热导率大于或等于铝的金属材料制作。端部法兰的一面加工有一个环形焊接槽，所述焊接槽的宽度略大于铜绞线的直径。多根铜绞线的长度相同且略大于制冷机一级冷头与冷屏的距离。多根铜绞线的上端均匀排列并插入到其中一个端部法兰上的焊接槽内，多根铜绞线的下端同样均匀排列并插入到另外一个端部法兰上的焊接槽内。最后向两个端部法兰的焊接槽内填入焊锡，将多根铜绞线的上端和下端分别与两个端部法兰焊接固定成一个整体。两个端部法兰上加工有多个固定孔，其中一个端部法兰通过所述的固定孔与制冷机的一级冷头固定在一起，另外一个端部法兰通过所述的固定孔与冷屏固定在一起。由于铜绞线是柔软可弯曲的，当冷屏与一级冷头的位置发生相对变化时，铜绞线会随之发生相应伸缩变化。

本发明提出了一套焊接工装，将多根铜绞线按圆周方向均匀整齐地固定在一起，使多根铜绞线的两端与上下两个端部法兰之间的焊接变得简单。本发明的焊接工装包括左右两个完全相同的半工装。半工装由上下平行放置的两个结构完全相同的固定半环组成，两个固定半环的间距小于铜绞线的长度，两个固定半环之间通过两根支撑杆固定在一起；固定半环的内径与端部法兰上的焊接槽的外径相同，固定半环上等间距地加工有多个圆弧槽和圆孔，圆弧槽的直径与铜绞线的直径一样，用来安放铜绞线。

半工装内的两个固定半环分别用来固定铜绞线的上部分和下部分。铜绞线的圆弧面贴在固定半环上的圆弧槽的弧面上，采用金属丝通过固定半环上的圆孔将铜绞线勒紧固定在固定半环上。将固定好铜绞线的两个半工装拼接在一起组成一个圆形焊接工装。这样多根铜绞线就被按圆周方向固定，多根铜绞线的上下两个端面自然按圆周方向整齐排列。如此多根铜绞线的上端和下端就很容易同时插入到两个端部法兰上的焊接槽内。等焊接完成后，撤去焊接工装，柔性导冷装置制作完成。

附图说明

图1是根据本发明实施例的柔性导冷装置结构示意图，图中：3、3’端部法兰、4铜绞线；

图2是端部法兰结构示意图，图中：1、1’焊接槽、2、2’固定孔；

图3是根据本发明实施例的半工装结构示意图，图中：6、6’固定半环、7、7’支撑杆、8、8’圆弧槽；

图4是根据本发明实施例的焊接工装固定好铜绞线后的示意图，5、5’半工装；

图5是根据本发明实施例的采用焊接工装进行固定的柔性导冷装置示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。