一种内锡法Nb3Sn复合超导线材最终坯料的组装方法与流程

本发明属于超导材料加工技术领域，具体涉及一种内锡法Nb₃Sn复合超导线材最终坯料的组装方法。

背景技术：

Nb₃Sn超导材料具备较好的高场特性，其在高能物理HEP和热核聚变ITER等多个领域得到了广泛应用，从而推动了Nb₃Sn超导材料的发展。因此，近些年，Nb₃Sn超导材料的研发进展迅速，制备工艺不断优化，超导综合性能得到了进一步提高。

内锡法是制备Nb₃Sn多芯复合超导线的主要方法。内锡法Nb₃Sn复合超导线设计采用将由纯铌、锡合金和无氧铜构成的亚组元细丝化并穿入导电和导热良好的无氧铜基体材料与阻隔层材料(如Ta，Nb等)中的思路。针对不同用途，内锡法Nb₃Sn复合超导线采用三至四次组装，超导芯数从几千芯到上万芯不等。在内锡法Nb₃Sn复合超导线的生产工序中，最终坯料的组装是其中尤为关键的环节。内锡法Nb₃Sn复合超导线最终坯料组装虽然只有十几至五十几个亚组元，但亚组元长度达2～4米，且穿管法工艺要求公差尽可能小，因此选择合适的组装方法和组装工装尤为关键。组装效果应要达到使芯棒按设计要求排列整齐，确保在后续加工过程中芯丝不会因为排列不齐、扭转而变形不均，从而导致断芯；另一方面还须兼顾生产效率，选取有效，简便最有利于工程化生产的组装方法。

国内Nb₃Sn复合超导线工程化生产处于起步阶段，无现有范例可依，寻求适宜的、具有自主知识产权的组装方法成了Nb₃Sn复合超导线生产中急需解决的技术瓶颈。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种内锡法Nb₃Sn复合超导线材最终坯料的组装方法，解决了现有内锡法Nb₃Sn复合超导线最终坯料组装过程中因芯丝排列不齐、扭转而变形不均，易产生断芯，进而导致超导线性能优化、稳定性受到影响的问题。

本发明所采用的技术方案是：一种内锡法Nb₃Sn复合超导线材最终坯料的组装方法，具体包括以下步骤：

步骤1，最终坯料组元和组装工装清洁：

将矫直好的亚组元、组装用工装先用超声波清洗机去除表面油污，然后用HNO₃溶液进行清洗，清洗后用大量水充分漂洗至中性，并在洁净间烘箱内烘干；

步骤2，亚组元组装：

按照组装图纸排布方式，将洁净的亚组元在第一工装上依次进行排列，最终排列成图纸所示形状；

步骤3，Ta管组装：

将洁净的Ta管保持平直，缓慢推进到第一工装上排列好的亚组元中；推进到每一个第一工装处，将第一工装移动至已完成组装部分，并继续推进，推进多少长度，工装向后移动多长，直到组装完成；

步骤4，无氧铜管组装：

将无氧铜管放置于第二工装上，将步骤3组装好的亚组元和Ta管从第一工装上取下来，保持有铜箔部分向上且整体平直，集束插入到无氧铜管中即完成。

本发明的特点还在于，

步骤2中第一工装等距放置。

第一工装上部开有半圆形通槽，半圆形通槽尺寸与组装所用Ta管尺寸相适应。

第一工装为长60-80mm，宽40-50mm，高80-100mm的块体，上部半圆形通槽直径为40-50mm。

步骤3中组装时Ta管搭接并且有铜箔部分向上。

步骤4中第二工装等距放置。

第二工装上部开有半圆形通槽，半圆形通槽尺寸与组装所用无氧铜管尺寸相适应。

第二工装为长80-100mm，宽40-50mm，高80-100mm的块体，上部半圆形通槽直径为50-70mm。

本发明的有益效果是，一种内锡法Nb₃Sn复合超导线材最终坯料的组装方法，通过采用特定工装进行超导线材最终坯料的组装，使劳动强度大幅度降低，劳动效率得到有效提高，且完全满足内锡法Nb₃Sn复合超导线材的使用要求，有利于股线的加工及性能的稳定，组装的成品率可达到97％以上，有效控制了产品成本，适合于大批量稳定化生产。

附图说明

图1是本发明组装过程中第一工装的结构示意图；

图2是本发明组装过程中第二工装的结构示意图；

图3是本发明组装完成后的超导线材的的截面示意图；

图4是本发明实施例中得到的成品超导线材横截面的SEM照片。

图中，1.第一工装，2.第二工装，3.无氧铜管基体，4.Ta管，5.亚组元。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

本发明一种内锡法Nb₃Sn复合超导线材最终坯料的组装方法，具体包括以下步骤：

步骤1，最终坯料组元和组装工装清洁：

将矫直好的亚组元、组装用工装先用超声波清洗机去除表面油污，然后用HNO₃和H₂O的混合溶液(HNO₃和H₂O的质量比为1:3)进行清洗，清洗后用大量水充分漂洗至中性，并在洁净间烘箱内烘干，烘干温度在60℃左右；清洗过程避免外来物镶入。

步骤2，亚组元组装：

在组装平台上等距放置好组装第一工装1，第一工装1的结构如图1所示，第一工装1的设计必须综合考虑重量，优化组装等，其长60-80mm，宽40-50mm，高80-100mm，上部为直径40-50mm的半圆；上部半圆区域用于组装亚组元和Ta管。按照组装图纸排布方式，将洁净的亚组元按照图纸在第一工装1上依次进行排列，最终排列成图纸所示形状；特殊设计的第一工装1有利于亚组元紧密接触；但排列时，仍需密切观察亚组元间的接触情况，适时进行调整；排列完成后，整体转动亚组元，检查亚组元间接触情况，保证亚组元紧密接触。

步骤3，Ta管组装：

将洁净的Ta管保持平直，Ta管搭接并有铜箔部分向上(在专利号：ZL201110257609.3，名称为《一种用于Nb₃Sn超导线材制备中Ta阻隔层管的加工方法》的专利中进行了详述，本文不在进行介绍)，缓慢推进到第一工装1上排列好的亚组元中；推进到每一个第一工装1处，将第一工装1移动至已完成组装部分，并继续推进，推进多少长度，工装向后移动多长，直到组装完成；本步骤中，第一工装1的作用是保持组装物料平直并承受一定的物料重量；组装过程中，需密切观察铜箔情况，避免外层亚组元与铜箔过度摩擦，造成铜箔撕裂现象。

步骤4，无氧铜管组装：

将无氧铜管放置于等距放置的第二工装2上，第二工装2的结构如图2所示，第二工装2的设计主要是优化最后阶段的组装，其长80-100mm，宽40-50mm，高80-100mm，上部为直径50-70mm的半圆；上部半圆区域用于无氧铜管和亚组元/Ta管组元的组装。将步骤3组装好的亚组元和Ta管从第一工装1上取下来，保持有铜箔部分向上且整体平直，集束插入到无氧铜管中即完成，组装后的超导线材截面如图3所示；本步骤中，第二工装2的作用是保持无氧铜管平直并承受一定的物料重量；组装过程中，需密切观察铜箔情况，避免铜箔与无氧铜管过度摩擦，造成铜箔撕裂现象。

实施例1

组装过程中未使用任何工装，亚组元用人工手动排列，排列过程中亚组元排列紧密情况和异常亚组元不易观察和发现；排列完成后将其插入至Ta管中；本步骤组装过程中，由于排列好的亚组元、Ta管均由人工扶持，难于保持物料平直，易于造成铜箔撕裂。将无氧铜管放置于组装用小车上，将组装好的亚组元、Ta管集束插入到无氧铜管中；该步骤组装时铜管不易固定，易于发生组装过度摩擦，导致组装失败。采用本方法的组装需求人数至少6人，组装一批14支最终坯料需要约24小时，劳动强度大，且成品率仅有70％；组装好的内锡法Nb₃Sn最终坯料后续加工性差：由于亚组元间排列不紧密、扭曲亚组元等原因断线次数为3～5次，且由成品内锡法Nb₃Sn复合超导线材横截面SEM照片观察到，部分Ta管搭接区域无铜箔，从而造成Ta阻隔层破裂，最终导致外层无氧铜稳定体受到污染，成品内锡法Nb₃Sn复合超导线材RRR值小于标准要求。

实施例2

采用本发明组装方法中的第一工装1和第二工装2，并按照本组装方法进行组装。组装过程中需要3～4人，组装一批14支最终坯料需要约6小时，劳动强度大幅度降低，劳动效率提高明显；本方法的组装过程中，未发现组装失败现象，组装成品率达到97％以上，内锡法Nb₃Sn复合超导线材的后续加工性得到明显改善，基本上不存在由于亚组元扭曲等组装原因造成断线，且如图4，由成品内锡法Nb₃Sn复合超导线材横截面SEM照片观察到，由于缓冲层无氧铜箔的有规则的存在，Ta管搭接处变形均匀，无破漏现象出现，成品线材RRR值达到或超过标准要求。

从实施例1-2可以看出，采用本发明的内锡法Nb₃Sn复合超导最终坯料组装方法，劳动强度大幅度降低，劳动效率得到有效提高，且完全满足内锡法Nb₃Sn复合超导线材的使用要求，有利于股线的加工及性能的稳定，组装的成品率可达到97％以上，有效控制了产品成本，适合于大批量稳定化生产。