一种传导冷却型NbTi超导线接头装置及其接头制作方法与流程

一种传导冷却型nbti超导线接头装置及其接头制作方法
技术领域
1.本发明属于超导领域，主要涉及一种传导冷却型nbti超导线接头装置及其接头制作方法。


背景技术：

2.随着超导磁体技术的发展，越来越多的科研装置和设施中的磁场由超导磁体产生，目前高场磁场装置中的低温超导磁体主要是由nbti和nb3sn超导线圈组成，相比于nbti材料，nb3sn虽然转变温度高，但是nb3sn超导线圈制造工艺复杂，需要进行热处理，且热处理后生成的陶瓷相硬度大脆性高，极易在nb3sn超导体中造成不可恢复的损伤。虽然nbti在4.2k下的上临界磁场只有11t，但是由于nbti材料远低于nb3sn的制造成本，其屈服强度与钢材相近，并且在进行绞缆绕制以及组装后不需要进行热负荷工序，因此在中低磁场的超导磁体中nbti超导线被大量使用。
3.对于传导冷却型密绕低温超导线圈所使用的nbti超导线的长度需要几十甚至几百千米。由于超导线生产工艺和设备的限制，单根超导线的长度通常为几百米到几千米，而且nbti超导磁体通常包含多个nbti线圈，因此这就需要设计nbti超导线接头将若干根超导线连接起来。传导冷却型超导磁体系统获取的冷量来自于制冷机冷头，目前，商用的制冷机制冷功率较小，因此在制造超导磁体过程中，需要一种特殊的超导接头，既能够保证足够小的电阻，又能够在运行过程中通过传导冷却把接头微小的焦耳热及时带走，保证超导磁体系统能够安全稳定运行。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于公开一种传导冷却型nbti超导线接头装置及接头制作方法，是一种工艺简单，性能可靠的低电阻nbti超导线接头装置。
5.本发明是通过以下技术方案实现的：一种传导冷却型nbti超导线接头装置，包括上压板、下压板、上盖板，下盖板，导冷板，绝缘板，预紧螺栓，绝缘螺栓；还包括待连接的第一根nbti超导线、第二根nbti超导线；
6.所述的上盖板为长方体结构，下表面中心线位置设置有凸台；
7.所述下盖板沿着中心线设置有凹槽，与所述凸台相匹配；所述上盖板、下盖板均为无氧铜材质；
8.所述的下盖板的凹槽沿着中心线贯通，从而便于第一根nbti超导线、第二根nbti超导线在不同的两侧搭接对接；
9.所述导冷板为长方体结构，无氧铜材质；
10.所述上压板、下压板、预紧螺栓均为不锈钢材质的长方体块，对应于上盖板、下盖板的尺寸。
11.进一步的，制作握手式接头时，下盖板的凹槽为左右通槽；
12.制作拱手式接头时，下盖板的凹槽为一端封闭的半通槽；
13.上盖板上凸台的长度始终与下盖板中凹槽的长度一致。
14.进一步的，所述的凸台高度为下盖板凹槽深度-0.9*超导线的直径；所述的凹槽的宽度为超导线根数与截面直径乘积的1.5～2倍，深度为2-4mm。
15.进一步的，上压板、下压板、预紧螺栓均为不锈钢材质，通过预紧螺栓压紧上下盖板，保护接头并且使接头内部电学接触更紧密，降低接头电阻；
16.所述绝缘板为aln材质；所述绝缘螺栓为g10材质。
17.进一步的，上下压板上开有2排通孔，孔与孔之间的横向间距为1～2cm，纵向间距比盖板的宽度宽，预紧时螺栓穿过通孔用螺母连接，加力时依次拧紧，保证上下盖板之间的预紧力均匀。
18.进一步的，导冷板，上盖板与绝缘板均有两个通孔，孔与孔之间的距离为1～2cm，预紧时螺栓穿过孔用螺母连接，加力依次拧紧，保证导冷板，绝缘板及上盖板之间预紧力均匀且充分接触，增加彼此间的接触面积，提供充分的导冷面积。
19.进一步的，所述的超导线连接部分为两根互相连接的超导线中的nbti超导细丝相互编织，互相绞接而成，为多束丝缕状连接。
20.进一步的，所述导冷板包括第一导冷板、第二导冷板，第一绝缘板、第二绝缘板；
21.第一导冷板通过第一绝缘板连接到上盖板的一侧上表面；第二导冷板通过第二绝缘板连接到上盖板的另一侧上表面。
22.根据本发明的另一方面，提出一种nbti超导线接头装置制作接头的方法，步骤如下：
23.步骤1、制作接头的超导线两端用fecl3溶液对铜基体进行腐蚀，露出约5～10cm长的nbti细丝，然后用去离子水清洗nbti细丝，最后再用酒精对nbti细丝进行清洗，放置晾干；
24.步骤2、将需要连接的两端超导线的nbti细丝每2～4根编织成一束；
25.步骤3、将编织好的超导线连接部分放置到下压板的凹槽中，并加入熔化温度在120℃～150℃的低温钎料；
26.步骤4、将上压板、下压板、包含超导细丝连接部分放置到加热台上加热至125～160℃，待低温钎料彻底融化，轻微震荡排出气泡，使钎焊料充分填充超导细丝连接部分中的空隙；
27.步骤5、把预热后的上压板盖到下压板上，并用预紧螺丝进行预紧；
28.步骤6、将制作好的接头装置放置自然冷却至室温；
29.步骤7、安装导冷板及绝缘板，将第一、第二导冷板置于第一、第二绝缘板之上，再置于上盖板之上，并采用绝缘螺栓进行预紧。
30.本发明的优点：
31.本发明的传导冷却型nbti超导线接头装置用于连接两根nbti超导线或者用于将多个nbti线圈之间的连接，制作过程简单，不要求有复杂的工艺和设备，结构稳定可靠，接头电阻低。上压板、下压板、预紧螺栓均为不锈钢材质，通过预紧螺栓压紧上下盖板，保护接头并且使接头内部电学接触更紧密，降低接头电阻。上压板的下表面和下压板的上表面开有1～2mm深的凹槽，凹槽尺寸和接头上下盖板的尺寸一致，其目的是在施力过程中固定上下盖板。导冷板与绝缘板及上盖板采用预紧螺栓相连，其目的是既能够提供充分的导冷面
积，又能够使导冷板与上盖板之间绝缘。
附图说明
32.图1为nbti超导细丝扭绞示意图；
33.图2为握手式nbti超导线接头示意图；
34.图3为拱手式nbti超导线接头示意图；
35.附图标记说明：1-第一nbti超导细丝，2-第二nbti超导细丝，3-上压板，4-上盖板，5-第一根nbti超导线、8-第二根nbti超导线，6-下压板，7下盖板，9-第一导冷板，10-第二导冷板，11-第一绝缘板，12-第二绝缘板。
具体实施方式
36.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
37.根据本发明的一个实施例，提出一种传导冷却型nbti超导线接头装置，如图1-3所示，包括上压板3、下压板6、上盖板4，下盖板7，第一导冷板9、第二导冷板10，第一绝缘板11、第二绝缘板12，预紧螺栓，绝缘螺栓；还包括待连接的第一根nbti超导线5、第二根nbti超导线8；
38.所述的上盖板4位长方体结构，下表面中心线位置设置有凸台；
39.所述下盖板7沿着中心线设置有凹槽，与所述凸台相匹配；所述上盖板、下盖板均为无氧铜材质。
40.所述的凸台高度为下盖板凹槽深度-0.9*超导线的直径；所述的凹槽的宽度为超导线根数与截面直径乘积的1.5～2倍，深度为2-4mm；
41.所述上压板3、下压板6、预紧螺栓均为不锈钢材质的长方体块，对应于上盖板、下盖板的尺寸；
42.根据本发明的一个实施例，所述的下盖板7的凹槽沿着中心线设置，制作握手式接头时，下盖板的凹槽为左右通槽；从而便于第一根nbti超导线5、第二根nbti超导线8在不同的两侧搭接对接(即握手式的nbti接头超导细丝相向编织)；
43.根据本发明的又一个实施例，制作拱手式接头时，下盖板的凹槽为一端封闭的半通槽；即所述的下盖板7的凹槽长度小于下盖板轴线方向的长度，从而使得凹槽一端封闭，在这种结构下，便于第一根nbti超导线5、第二根nbti超导线8在同一侧焊接(即拱手式的nbti接头同向编织)；
44.进一步的，上盖板上凸台的长度始终与下盖板中凹槽的长度一致。
45.本发明nbti超导线接头的制作方法包括如下步骤：
46.步骤1、首先将需要制作接头的nbti超导线两端用fecl3溶液对铜基体进行腐蚀，露出约2～5cm长的nbti超导细丝，然后用去离子水清洗nbti超导细丝，最后再用酒精对nbti超导细丝进行清洗，放置晾干；
47.步骤2、取每个超导线的1～2根超导细丝按照图1中的编织方式将超导细丝编织到
一起，依次编织好两个超导线的所有超导细丝，握手式的nbti接头超导细丝相向编织，拱手式的nbti接头同向编织；
48.步骤3、将编织到的超导细丝用酒精擦拭表面在编织过程中沾染的污染物，并晾干；
49.步骤4、将编织好的超导线连接部分放置到下盖板的凹槽中，凹槽的宽度为超导线根数与截面直径乘积的1.5～2倍，深度为2-4mm；
50.步骤5、上盖板的凸台部分宽度与下盖板的凹槽宽度相匹配，凸台高度为下盖板凹槽深度-0.9*超导线的直径；
51.步骤6、在凹槽内加入熔化温度在120℃—150℃的低温焊料(例如sn42bi58焊料)，并将上盖板、下盖板、上压板、下压板均放置到到钎焊加热盘上进行加热，加热温度为125～160℃，待低温焊料彻底融化，轻微震荡排出气泡，使焊料充分填充超导细丝连接部分中的空隙；
52.步骤7、盖上上盖板，并将上下盖板放置上下压板中间，上下压板与盖板接触的位置开有相同尺寸，深度为1-2mm的凹槽，防止施力时压板与盖板之间相对滑动；
53.步骤8、上下压板上开有通孔，用以安装预紧螺栓，拧紧预紧螺栓，使接头的上下盖板压紧，使超导细丝与细丝之间、钎焊料与超导细丝和上下盖板之间接触紧密；
54.步骤9、将制作好的接头装置放置自然冷却至室温；
55.步骤10、将第一、第二导冷板置于第一、第二绝缘板之上，再置于上盖板之上，并采用绝缘螺栓进行预紧。
56.尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，且应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。