一种低温超导磁体接头搭接锡焊技术的制作方法

本发明公开了一种新型的低温超导磁体接头的搭接锡焊技术，它用于铠装电缆导体（CICC）结构的低温超导磁体与低温传输线的连接处。

技术背景

目前，CICC结构的低温超导磁体被大量应用于强磁场和聚变实验装置中。超导接头用于超导磁体与低温馈线之间电流和液氦的传输，具有高接触强度、耐大电流、低接触电阻、高可靠性等要求。超导接头通常采用高导无氧铜-316L不锈钢复合板进行制造，其中高导无氧铜层用于电流的传输，316L不锈钢层用于增加盒体的刚性和强度。超导磁体和低温馈线的接头通常单独制造，在磁体安装现场进行搭接锡焊，传统搭接方法是在两个超导接头之间预先涂抹助焊剂并铺设锡片，采用螺栓压板结构加压后再对两个盒体的不锈钢侧进行加热焊接。这种搭接方式常会在两个接头的接触面之间残留助焊剂和锡片氧化物，从而影响接触效果，导致接头电阻增大、强度降低，因此设计一种可靠的搭接锡焊技术确保接头能满足大接触强度、低接触电阻、高可靠性的要求是目前迫切需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明基于国家大科学工程EAST全超导托卡马克装置超导传输线升级改造以及中科院强磁场中心40T混合磁体外超导磁体工程实际应用的基础上，提供了一种新型的低温超导磁体接头搭接锡焊技术，可用于超导磁体和低温馈线之间的连接。

一种低温超导磁体接头搭接锡焊技术，其特征在于，包括单接头铜面挂锡和双接头搭接锡焊两步骤，其中：

所述的单接头铜面挂锡的具体步骤如下：

（1）、单接头铜面向上水平放置，接头不锈钢侧铺设铸铝材质的加热板，接头铜面两侧布置温度监控点；

（2）、接头以5℃/min的升温速率进行加热，当接头铜面温度到达120℃后，将加热设备调至保温状态，此时，接头铜面涂抹助焊剂，将110℃条状锡料往接头铜面进行涂抹，使其浸润并完全覆盖铜面，并利用液态锡料的表面张力，使锡层厚度达到2-3mm之间，如出现不浸润现象则在该区域再次涂抹助焊剂后继续挂锡，直至接头铜面被锡层完全覆盖；

（3）、使用薄金属片小心刮除液态锡料表面的杂质及氧化物，使锡面完全呈现明亮金属银色；

（4）、关闭加热设备，自然冷却接头至室温；

所述的双接头搭接锡焊的具体步骤如下：

（1）、在超导磁体和低温馈线的连接现场，将已分别挂锡的两个接头的铜面接触，不锈钢面铺设铸铝材质加热板，每个接头铜面两侧均布置温度监控点，使用同步液压设备在不锈钢侧施加1000N压力压紧接头，确保两个接头位置的相对固定；

（2）、两个接头的不锈钢侧同时开始加热，升温速率5℃/min，当铜面温度达到110℃后，接头间的锡料开始熔化并逐渐溢出，此时按照7500N/min的速度逐渐增加接头之间的压力；

（3）、继续加热接头至铜面温度达120℃后，将加热设备调至保温状态，同步液压设备压力维持在20000N，保温1min后关闭加热设备；

（4）、液压设备压力继续维持在20000N，直至接头自然冷却至室温。

相比较传统的搭接方法，本发明的创新点主要是：

单接头铜面单独挂锡能确保锡料能够完全浸润覆盖接头铜面，便于去除锡料中的氧化物和杂质；双接头搭接锡焊时不加入新的焊料和助焊剂，确保接头接触面不存在助焊剂和氧化物残留；双接头搭接使用自动化加压、加热设备，从而实现搭接过程加热、加压速率的精确控制；现场操作性强，接头可靠性高、接触电阻低、接触强度高。

附图说明

图1是本发明的单接头挂锡前示意图；

图2是本发明的单接头挂锡后示意图；

图3是本发明的双接头搭接锡焊前示意图；

图4是本发明的双接头搭接锡焊后示意图；

其中：1、超导导体；2、接头盒体Ⅰ；3、不锈钢面；4、高导无氧铜面；5、液氦管；6、锡层；7、接头盒体Ⅱ。

具体实施方式

一种低温超导磁体接头搭接锡焊技术，其特征在于，包括超导导体1的单接头铜面挂锡和双接头搭接锡焊两步骤，超导导体1的超导接头上连接有液氦管5，其中：

所述的单接头铜面挂锡的具体步骤如下：

（1）、单接头盒体Ⅰ2、接头盒体Ⅱ7的铜面4向上水平放置，接头不锈钢面3铺设铸铝材质的加热板，接头铜面4两侧布置温度监控点；

（2）、接头以5℃/min的升温速率进行加热，当接头铜面4温度到达120℃后，将加热设备调至保温状态，此时，接头铜面4涂抹助焊剂，将110℃条状锡料往接头铜面4进行涂抹，使其浸润并完全覆盖铜面，并利用液态锡料的表面张力，使锡层6厚度达到2-3mm之间，如出现不浸润现象则在该区域再次涂抹助焊剂后继续挂锡，直至接头铜面4被锡层6完全覆盖；

（3）、使用薄金属片小心刮除液态锡料表面的杂质及氧化物，使锡层6完全呈现明亮金属银色；

（4）、关闭加热设备，自然冷却接头盒体Ⅰ2、接头盒体Ⅱ7至室温至室温；

所述的双接头搭接锡焊的具体步骤如下：

（1）、在超导磁体和低温馈线的连接现场，将已分别挂锡的接头盒体Ⅰ2、接头盒体Ⅱ7的铜面4接触，不锈钢面3铺设铸铝材质加热板，每个接头铜面4两侧均布置温度监控点。使用同步液压设备在不锈钢侧3施加1000N压力压紧接头，确保接头盒体Ⅰ2、接头盒体Ⅱ7位置的相对固定；

（2）、接头盒体Ⅰ2、接头盒体Ⅱ7的不锈钢侧3同时开始加热，升温速率5℃/min，当铜面4温度达到110℃后，接头间的锡层6的锡料开始熔化并逐渐溢出，此时按照7500N/min的速度逐渐增加接头之间的压力；

（3）、继续加热接头盒体Ⅰ2、接头盒体Ⅱ7至铜面4温度达120℃后，将加热设备调至保温状态，同步液压设备压力维持在20000N，保温1min后关闭加热设备；

（4）、液压设备压力继续维持在20000N，直至接头盒体Ⅰ2、接头盒体Ⅱ7自然冷却至室温。

（5）、移除液压设备，超导接头搭接锡焊完成。