一种NbTi超导卢瑟福缆的制备方法与流程

本发明属于超导材料加工技术领域，具体涉及一种NbTi超导卢瑟福缆的制备方法。

背景技术：

卢瑟福缆是截面被展平成矩形的电缆，采用一种非常规的变形法绞缆工艺将多股线材绞制而成。高能超导磁体因储存着较高的能量，因运行的需要其承载的电流也较高，达数千安级。而单根超导股线承载的电流较低，不足以满足高能超导磁体的需求，由多股超导线材绞制成超导卢瑟福缆能够满足高能超导磁体的需求。

超导卢瑟福缆适用于高能超导磁体，具有高工作电流、低交流损耗、高尺寸精度等特点。目前中国独立提出、设计、创建的新一代加速器CEPC-SPPC项目(50TeV超级质子环形对撞机，长达50-100公里的环形加速器)计划采用超导卢瑟福缆。而目前国内没有任何制备超导卢瑟福缆的经验。因此开发超导卢瑟福缆的制备方法非常有必要和有意义。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种NbTi超导卢瑟福缆的制备方法，为NbTi超导卢瑟福缆的制备提供了一种新的方法。

本发明所采用的技术方案是：一种NbTi超导卢瑟福缆的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1，放线：

将预定股数的NbTi超导线材均匀分布于放线盘上进行穿线、放线，每根线的张力要均匀、大小一致；

步骤2，绞缆成型：

步骤1放出的股线经成型模具对线材进行导向成型，然后进入成缆设备完成卢瑟福缆的绞缆成型；

步骤3，牵引、收缆：

对成型的NbTi超导卢瑟福缆进行牵引、收缆，即完成NbTi超导卢瑟福缆的制备。

本发明的特点还在于，

成型模具包括圆柱的初始区，近似椭圆的过渡区和扁平的成型区。

步骤2中导向成型具体为：各股线线聚拢在在成型模具的初始区，平贴于初始区的表面，然后经过过渡区过渡成椭圆形，最后在扁平的成型区成型为卢瑟福缆。

圆柱的初始区直径为其中，n为卢瑟福缆的股数，d为股线的直径，初始区长度大于0.1mm。

步骤1的放线速度、步骤2的成型速度和步骤3的牵引速度三者相互匹配。

本发明的有益效果是，提供了一种新的制备NbTi超导卢瑟福缆的方法，解决了单根NbTi超导股线的电流较低的限制，满足了高能磁体对高工作电流、低交流损耗、高尺寸精度的要求。

附图说明

图1是本发明NbTi超导卢瑟福缆的制备装置结构示意图；

图2是本发明NbTi超导卢瑟福缆的成型模具示意图。

图中，1.放线盘，2.成型装置，3.牵引设备，4.收缆装置，5.初始区，6.过渡区，7.成型区。

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NbTi超导卢瑟福缆的制备方法，所采用的装置系统如图1所示，包括依次放置的放线盘1，成型装置2，牵引设备3和收缆装置4。

成型装置包括成型设备和成型模具，成型模具位于放线盘与成型设备之间，成型模具安装在成型模具支架上。成型模具的结构如图2所示，成型模具包括初始区5，过渡区6和成型区7。

牵引设备2包括皮带轮和与之配套的牵引带，两组皮带轮和牵引带被电机驱动，卢瑟福缆位于两组牵引带之间，通过两组皮带轮和牵引带配合转动实现卢瑟福缆的牵引。收缆设备包括收缆盘，通过电机驱动主动收缆，收缆速度与成型速度要一致。

放线盘中心，成型模具，牵引带中心及收缆盘中心均在一条直线上。放线盘的股数大于要制备的卢瑟福缆的股数。

本发明一种NbTi超导卢瑟福缆的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1，放线：

将预定股数的NbTi超导线材均匀分布于放线盘上进行穿线，并放线，每根线的张力要均匀、大小一致。放线速度与成型速度相匹配。

步骤2，绞缆成型：

放线盘放出的股线首先经过成型模具，成型模具对线材进行导向成型，使线材初步形成卢瑟福缆，然后进入成型设备进行完全成型。

成型模具包括3个部分，圆柱的初始区5，近似椭圆的过渡区6及扁平的成型区7。

导向成型过程中，各股线先聚拢在成型模具的初始区，平贴于成型模具初始区的表面，然后各股线经过过渡区过渡成椭圆形，最后在扁平的成型区成型为卢瑟福缆。

成型模具初始区为圆柱形状，直径为(其中，n为卢瑟福缆的股数，d为股线的直径)，初始区圆柱长度大于0.1mm。成型区长度、过渡区长度以及每个部分的具体尺寸是根据实际绞缆情况进行调整，以制备卢瑟福缆过程中不跳线、不压线为准。

步骤3，牵引：

将成型的卢瑟福缆通过牵引设备，进行牵引，并收缆。牵引速度与放线速度要匹配，否则绞不成缆。收缆速度小于200m/min。

NbTi超导卢瑟福缆的成型要点是：放线张力要全部均匀一致，成型模具与线材完全贴合，成型压力既能使线材成型，但又不能损伤线材，牵引力与放线速度完全匹配。

实施例1

用24股Φ0.727mm的NbTi/Cu超导线材加工NbTi超导卢瑟福缆，在放线盘上对24卷线分别放线，将线头在成型设备处集中成一束，24股线的每一根线的张力均一致，放线盘中心，成型模具，牵引带中心及收缆盘中心均在一条直线上。股线经成型模具、成型设备绞缆成为卢瑟福缆，并通过牵引设备牵引，收缆盘收缆。成型模具的初始区的直径是Φ12.0mm，成型区的尺寸为12mm×8.2mm×1mm，过渡区从初始区到成型区圆滑过渡，过渡区长40mm。放线速度为20r/min，收缆速度为2m/min。绞缆节距为49mm时，卢瑟福缆的尺寸为10mm×1.42mm。单根股线的Ic损降≤7％。

实施例2

用30股Φ0.85mm的NbTi/Cu超导线材加工NbTi超导卢瑟福缆，在放线盘上对30卷线分别放线，将线头在成型设备处集中成一束，30股线的每一根线的张力均一致，放线盘中心，成型模具，牵引带中心及收缆盘中心均在一条直线上。股线经成型模具、成型设备绞缆成为卢瑟福缆，并通过牵引设备牵引，收缆盘收缆。成型模具的初始区的直径是Φ16.0mm，成型区的尺寸为15mm×13mm×1mm，过渡区从初始区到成型区圆滑过渡，过渡区长75mm。放线速度为18r/min，收缆速度为1.5m/min。绞缆节距为69mm时，卢瑟福缆的尺寸为13.96mm×1.58mm。单根股线的Ic损降≤7％。

实施例3

用36股Φ0.83mm的NbTi/Cu超导线材加工NbTi超导卢瑟福缆，在放线盘上对36卷线分别放线，将线头在成型设备处集中成一束，36股线的每一根线的张力均一致，放线盘中心，成型模具，牵引带中心及收缆盘中心均在一条直线上。股线经成型模具、成型设备绞缆成为卢瑟福缆，并通过牵引设备牵引，收缆盘收缆。成型模具的初始区的直径是Φ18.0mm，成型区的尺寸为14mm×15mm×1mm，过渡区从初始区到成型区圆滑过渡，过渡区长69mm。放线速度为15r/min，收缆速度为1.2m/min。绞缆节距为99mm时，卢瑟福缆的尺寸为16.30mm×1.48mm。单根股线的Ic损降≤7％。