Bi-2212铠装电缆子缆对接超导接头及制造方法与流程

本发明涉及超导磁体设备技术领域，尤其涉及bi-2212铠装电缆子缆对接超导接头及制造方法。

背景技术：

cfetr（中国聚变工程试验反应堆）是一种新型超导tokamak聚变反应堆，旨在弥合聚变实验反应堆和示范反应堆（demo）之间的空白。在第二阶段，cs（中心螺线管）磁体中的最高磁场将达到17.5t，这远高于目前的聚变反应堆。

如此高场环境中nbti和nb3sn低温超导体的电流承载能力相对较差，不适用于cfetr的cs磁体设计，因此，我们设计了采用bi-2212高温超导圆线和nb3sn低温超导混合磁体方案。bi-2212超导圆线长度约200米，而cs磁体绕制需要更长的导体，所以在cs磁体绕制时，bi-2212铠装电缆需要超导接头连接。

而cs（中心螺线管）磁体由于空间的限制对接头体积大小的要求非常严格，要求高温超导对接接头的横截面不大于电缆的截面积，且冷却性能较好。

根据iter设计的cs磁体中对接接头的设计要求，cfetrcs中使用的子电缆对接接头应满足以下要求：

1）可接受的低电阻（小于5.0nω），

2）应确保没有过早淬火，

3）应紧凑，横截面不应大于cs导体，

4）应在绕组包的循环条件下工作，最高达0.1％应变，持续60,000次循环。

目前，并没有合适的接头来满足以上的条件与实验效果。

技术实现要素：

本发明目的就是为了改进已有技术，提供bi-2212铠装电缆子缆对接超导接头及制造方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

bi-2212铠装电缆子缆对接超导接头及制造方法，其特征在于，包括有两根铠装电缆，所述铠装电缆的中心处有一表面空隙为30%-35%的ni80cr20材料的中心螺旋管，所述中心螺旋管外有六根独立的子电缆围绕纽绞，所述每根子电缆外分别由ni80cr20薄膜单独包裹，且六根子电缆与中心螺旋管纽绞完成后构成的缆芯外部从内到外依次包裹有ni80cr20薄膜、不锈钢铠甲、绝缘层；所述六根子电缆的末端相互分离且被切割成递减的互补长度；所述切割后的两根铠装电缆的各子电缆末端套装有银管并压制成与原始子电缆相同的形状，两根铠装电缆的各子电缆一一互补连接并分别通过银嵌片熔接，两根铠装电缆的中心螺旋管焊接在一起，形成接头。

所述的bi-2212铠装电缆子缆对接超导接头及制造方法，其特征在于，所述子电缆的扭绞节距为90mm。

所述的bi-2212铠装电缆子缆对接超导接头及制造方法，其特征在于，所述子电缆的缆芯由wst生产的bi-2212超导圆线多级纽绞而成，所述圆线中的bi-2212超导细丝布局为37×18，浸入银基体中，细丝直径为20.0-21.0μm，所述银基体外包裹有ag-mg鞘。

bi-2212铠装电缆子缆对接超导接头及制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）两根电缆导体末端的不锈钢铠甲和绝缘层分别移除600mm，ni80cr20薄膜被切割580mm，暴露子电缆，再保留20mm作为连接包裹接头的ni80cr20薄膜；

（2）电缆的六根子电缆相互分离，被切割成不同的互补长度，子电缆的切割长度分别为90+40mm，180+40mm，270+40mm，360+40mm，450+40mm和540+40mm；

（3）各切割后的子电缆分别被压实到银管中，银管壁厚为0.5-0.6mm，将带有子电缆的银管挤压成扇形，与原始子电缆形状相同；

（4）所述子电缆的缆芯由bi-2212超导圆线制成，密封子电缆导线末端，在子电缆导线末端焊接临时护套；

（5）热处理后，取下临时护套，切割压实子电缆导线末端，抛光外部银管，所述银管的最终宽度为40-45mm，再将两电缆的不锈钢中心螺旋管焊接在一起；

（6）将两根电缆的每对互补的子电缆末端对接，所述子电缆对接处插入1mm厚的银嵌片，对接的压力为20-22mpa，真空压力约为0.5-0.6pa，使用约为880℃的温度，使银管、银基体和银嵌片部分熔化连接；

（7）粘接后，仅用ni80cr20薄膜包裹所有子电缆，使子电缆直接相互接触，ni80cr20薄膜与步骤（1）中保留的20mmni80cr20薄膜重叠；

（8）在整个接头周围焊接不锈钢铠甲，接头处的不锈钢铠甲通过cicc护套焊接在一起。

本发明的优点是：

1、在整个接头周围焊接不锈钢铠甲，接头处的不锈钢铠甲用cicc护套焊接，在每个子缆对接位置，没有薄膜包裹子电缆使它们直接接触，这使得液氦冷却剂可通过相邻子电缆流通，避免了银嵌片的阻塞，避免了不锈钢铠甲上液氦流通通道的使用。

2、子电缆的每一端被压实到银管中，降低了子缆接头的接触电阻并改善了子电缆接头的导电性。

3、在进行接头制造的加热处理步骤之前，在子电缆导线末端焊接临时护套，用于加热处理期间保护内部电缆导线。

4、该接头可接受低电阻（小于5.0nω），十分紧凑，横截面很小，满足不大于cs导体的需求，冷却性能较好，无需格外开设冷却通道。

附图说明

图1为本发明子缆对接部位示意图。

图2为本发明的子缆对接超导接头剖面结构示意图。

图3为本发明子缆对接接头插接结构示意图。

图4为子缆对接超导接头的截面结构示意图。

图中：1、电缆；2、子电缆；3、ni80cr20薄膜；4、不锈钢铠甲；5、中心螺旋管；6、绝缘层；7、银管；8、银嵌片；9、bi-2212超导圆线。

具体实施方式

如图1、2、3、4所示，bi-2212铠装电缆子缆对接超导接头及制造方法，包括有两根铠装电缆1，所述铠装电缆1的中心处有一表面空隙为30%-35%的ni80cr20材料的中心螺旋管5，所述中心螺旋管5外有六根独立的子电缆2围绕纽绞，所述每根子电缆2外分别由ni80cr20薄膜单独包裹，且六根子电缆2与中心螺旋管5纽绞完成后构成的缆芯外部从内到外依次包裹有ni80cr20薄膜3、不锈钢铠甲4、绝缘层6；所述六根子电缆2的末端相互分离且被切割成递减的互补长度；所述切割后的两根铠装电缆1的各子电缆6末端套装有银管7并压制成与原始子电缆相同的形状，两根铠装电缆1的各子电缆2一一互补连接并分别通过银嵌片8熔接，两根铠装电缆1的中心螺旋管5焊接在一起，形成接头。

子电缆2的扭绞节距为90mm。

子电缆2的缆芯由wst生产的bi-2212超导圆线9多级纽绞而成，所述圆线中的bi-2212超导细丝布局为37×18，浸入银基体中，细丝直径为20.0-21.0μm，所述银基体外包裹有ag-mg鞘。

bi-2212铠装电缆子缆对接超导接头及制造方法，包括如下制作步骤：

（1）两根电缆1导体末端的不锈钢铠甲4和绝缘层6分别移除600mm，ni80cr20薄膜3被切割580mm，暴露子电缆，再保留20mm作为连接包裹接头的ni80cr20薄膜；

（2）电缆的六根子电缆2相互分离，被切割成不同的互补长度，子电缆2的切割长度分别为90+40mm，180+40mm，270+40mm，360+40mm，450+40mm和540+40mm；

（3）各切割后的子电缆2分别被压实到银管7中，银管壁厚为0.5mm，将带有子电缆2的银管7挤压成扇形，与原始子电缆2形状相同；

（4）所述子电缆2的缆芯由bi-2212超导圆线10制成，密封子电缆2导线末端，在子电缆2导线末端焊接临时护套；

（5）热处理后，取下临时护套，切割压实子电缆2导线末端，抛光外部银管，所述银管7的最终宽度为40mm，再将两电缆2的不锈钢中心螺旋管5焊接在一起；

（6）将两根电缆的每对互补的子电缆末端对接，所述子电缆对接处插入1mm厚的银嵌片，对接的压力为20-22mpa，真空压力约为0.5-0.6pa，使用约为880℃的温度，使银管、银基体和银嵌片部分熔化连接；

（7）粘接后，仅用ni80cr20薄膜3包裹所有子电缆，使子电缆直接相互接触，ni80cr20薄膜3与步骤（1）中保留的20mmni80cr20薄膜重叠；

（8）在整个接头周围焊接不锈钢铠甲4，接头处的不锈钢铠甲4通过cicc护套焊接在一起。