高温超导体的焊接方法、焊接装置及焊接接头与流程

本申请涉及超导电缆技术领域，特别是涉及一种高温超导体的焊接方法、焊接装置及焊接接头。

背景技术：

高温超导电缆具有线损低、传输容量大、走廊占地小、环境友好等诸多优点，为电网提供了一种高效、紧凑、可靠、绿色的电能传输方式。由于超导电缆的低压大电流特性，它具备减少电网电压等级，简化电网架构的潜质，对电网的长期发展规划具有重要意义。

实用化高温超导体主要为第一代高温超导体和第二代高温超导体。第一代高温超导体以铋锶钙铜氧(bi-sr-ca-cu-o)超导带为代表。第二代高温超导体以钇钡铜氧(y-ba-cu-o)导带为代表。不论是一代带材还是二代带材，由于现在工艺技术等的局限性，单根无接头带材的长度一般在百米级别。由于超导带的单带长度有限，需要由多根超导带焊接形成电缆长度的带状高温超导体。超导带之间的非超导焊接，引入了所谓的接头电阻，影响了高温超导体的传导性能。

技术实现要素：

基于此，有必要针对如何减小接头电阻的问题，提供一种高温超导体的焊接方法、焊接装置及焊接接头。

一种高温超导体的焊接方法，包括：

s10，提供两个带状高温超导体，分别对两个所述带状高温超导体进行打磨，以去除每一个所述带状高温超导体表面的金属氧化层，形成搭接区；

s20，对两个所述带状高温超导体的所述搭接区分别进行清洗，并对清洗后的所述搭接区进行干燥；

s30，利用焊料，将两个所述带状高温超导体的所述搭接区焊接在一起，形成焊接接头；

其中，两个所述搭接区直接正对设置，所述焊接接头的搭接长度为60mm至80mm。

在其中一个实施例中，所述焊料的厚度为0.01mm至0.1mm。

在其中一个实施例中，所述焊料为锡焊料或纳米银焊料中的一种。

在其中一个实施例中，所述s30，利用焊料，将两个所述带状高温超导体的所述搭接区焊接在一起，形成焊接接头的步骤包括：

利用纳米银焊料，对一个所述带状高温超导体的所述搭接区进行涂覆，并静置预设时间；

对两个所述带状高温超导体的所述搭接区进行搭接，并控制所述搭接长度为60mm至80mm；

将搭接在一起的两个所述带状高温超导体置于具有预设温度、预设正向压力的焊接夹具定位槽内，进行预设时间的施压焊接，形成所述焊接接头。

在其中一个实施例中，所述预设温度为100℃至200℃，所述预设正向压力为0.3mpa至1mpa，所述预设时间为1min至5min。

在其中一个实施例中，所述s30，利用焊料，将两个所述带状高温超导体的所述搭接区焊接在一起，形成焊接接头的步骤包括：

对两个所述带状高温超导体的所述搭接区进行搭接，并控制所述搭接长度为60mm至80mm；

提供锡焊料，将所述锡焊料置于两个所述带状高温超导体(100)的所述搭接区之间；

对所述锡焊料进行加热，直至所述锡焊料融化后，将所述搭接区通过焊料焊接在一起，形成所述焊接接头。

在其中一个实施例中，所述加热温度为180℃至220℃。

一种高温超导体的焊接接头，两个带状高温超导体通过上述实施例中任一项所述的焊接方法焊接为所述焊接接头，所述焊接接头的搭接长度为60mm至80mm。

在其中一个实施例中，所述焊接接头的接头电阻小于20nω。

一种高温超导体的焊接装置，包括：

带材夹具，包括搭接长度控制元件，所述搭接长度控制元件用于控制焊接接头的搭接长度为60mm-80mm；以及

感应加热部件，设置于所述带材夹具，用于向所述带材夹具提供热量。

在其中一个实施例中，所述搭接长度控制元件为带有刻度的容纳槽。

上述高温超导体的焊接方法，通过打磨需要焊接的两个带状高温超导体的搭接区，去除金属表面氧化层，并清洗打磨后的所述搭接区。将所述搭接区通过焊料焊接在一起，形成焊接接头，所述焊接接头的搭接长度为60mm至80mm。当所述焊接接头的搭接长度为60mm以上时，焊接电阻的下降开始不再明显，因此，所述焊接接头的搭接长度为60mm至80mm既可以保证较小的搭接电阻，又可以保证带材的机械性能。

附图说明

图1为本申请一个实施例提供的一种高温超导体的焊接方法流程图；

图2为本申请一个实施例提供的一种高温超导体的焊接接头结构图；

图3为本申请一个实施例提供的一种高温超导体的焊接装置结构图。

主要元件附图标号说明

焊接接头10

带状高温超导体100

焊接装置20

带材夹具200

搭接长度控制元件210

感应加热部件300

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参见图1，本申请一个实施例中提供一种高温超导体的焊接方法。所述焊接方法包括：

s10，提供两个带状高温超导体100，分别对两个所述带状高温超导体100进行打磨，以去除每一个所述带状高温超导体100表面的金属氧化层，形成搭接区。所述带状高温超导体100可以选用不锈钢包封的，15mm-30mm宽的钇系高温超导带材(77k，自场)。可以选用砂纸打磨带材靠近超导层一层的不锈钢包覆层表面，去除金属表面氧化层。

s20，对两个所述带状高温超导体100的所述搭接区分别进行清洗，并对清洗后的所述搭接区进行干燥。可以选用酒精或清水对所述搭接区进行清洗。清洗完成后可以选用丙酮对所述搭接区分别进行干燥。

s30，利用焊料，将两个所述带状高温超导体100的所述搭接区焊接在一起，形成焊接接头10。所述焊料可以为锡焊料。所述焊料还可以为纳米银焊料。在一个可选的实施例中，所述焊料的厚度为0.01mm至0.1mm。其中，两个所述搭接区直接正对设置，所述焊接接头10的搭接长度为60mm至80mm。在一个可选的实施例中，所述焊接接头10的搭接长度为70mm。

本实施例中，通过打磨需要焊接的两个带状高温超导体的搭接区，去除金属表面氧化层，并清洗打磨后的所述搭接区。将所述搭接区通过焊料焊接在一起，形成焊接接头，所述焊接接头的搭接长度为60mm至80mm。当所述焊接接头的搭接长度为60mm以上时，焊接电阻的下降开始不再明显，因此，所述焊接接头的搭接长度为60mm至80mm既可以保证较小的搭接电阻，又可以保证带材的机械性能。

在其中一个实施例中，所述s30，利用焊料，将两个所述带状高温超导体100的所述搭接区焊接在一起，形成焊接接头10的步骤包括：

利用纳米银焊料，对一个所述带状高温超导体100的所述搭接区进行涂覆，并静置一段时间。对两个所述带状高温超导体100的所述搭接区进行搭接，并控制所述搭接长度为60mm至80mm。将搭接在一起的两个所述带状高温超导体100置于具有预设温度、预设正向压力的焊接夹具定位槽内，进行预设时间的施压焊接，形成所述焊接接头10。在一个可选的实施例中，所述预设温度为100℃至200℃，所述预设正向压力为0.3mpa至1mpa，所述预设时间为1min至5min。

本实施例中，所述纳米银的制备方法可以为：将1l浓度为10g/l的柠檬酸钠溶液和3.75l去离子水搅拌混合均匀后加热至80℃。将85ml浓度为10g/l的硝酸银水溶液加入上述混合溶液中。随后，将100ml浓度为1g/l的硼氢化钠溶液快速加入上述反应体系中，80℃剧烈搅拌1.5h后、逐渐冷却至室温，获得粒径为5nm的单分散纳米银胶体分散液。将粒径为5nm的单分散纳米银胶体分散液依次经高速离心分离、无水乙醇中超声分散，配制成浓度为0.8kg/l、粒径为5nm的单分散纳米银乙醇分散液。可以理解，制备所述纳米银焊料的各类参数可以根据所需纳米银焊料的参数而改变。

制备好的单分散纳米银乙醇分散液可以快速的涂敷于上述已经处理好的一个所述带状高温超导体100的搭接区内。经多次反复涂覆后，待乙醇挥发后，将两个所述带状高温超导体100的搭接区贴合在一起，置于温度为100℃、正向压力为0.1mpa的焊接夹具定位槽内，保持2min施压焊接，最终完成基于纳米银焊料的低电阻钇系高温超导体的焊接，形成焊接接头。

在其中一个实施例中，所述s30，利用焊料，将两个所述带状高温超导体100的所述搭接区焊接在一起，形成焊接接头10的步骤包括：

对两个所述带状高温超导体100的所述搭接区进行搭接，并控制所述搭接长度为60mm至80mm。将两个所述带状高温超导体100的所述搭接区之间加入锡焊料。对所述锡焊料进行加热，直至所述锡焊料融化后，将所述搭接区通过焊料焊接在一起，形成所述焊接接头10。在一个可选的实施例中，所述加热温度为180℃至220℃。

本实施例中，可选的，可以将熔化的锡焊料涂敷于上述已经处理好的一个所述带状高温超导体100的搭接区内。经多次反复涂覆后，将两个所述带状高温超导体100的搭接区贴合在一起，置于温度为180℃、正向压力为0.1mpa的焊接夹具定位槽内，保持2min施压焊接，最终完成基于纳米银焊料的低电阻钇系高温超导体的焊接，形成焊接接头。

可选的，还可以将固体状的片状锡焊料置于两个所述带状高温超导体100的搭接区之间，并置于温度为220℃、正向压力为0.1mpa的焊接夹具定位槽内，保持2min施压焊接，最终完成基于纳米银焊料的低电阻钇系高温超导体的焊接，形成焊接接头。

请参见图2，本申请一个实施例中提供一种高温超导体的焊接接头10。两个带状高温超导体100通过上述实施例中任一项所述的焊接方法焊接为所述焊接接头10，所述焊接接头10的搭接长度为60mm至80mm。在其中一个实施例中，所述焊接接头10的接头电阻小于20nω。

本实施例中，所述焊接接头10的搭接长度为60mm至80mm。当所述焊接接头10的搭接长度为60mm以上时，焊接电阻的下降开始不再明显，因此，所述焊接接头10的搭接长度为60mm至80mm既可以保证较小的搭接电阻，又可以保证带材的机械性能。

请参见图3，本申请一个实施例中提供一种高温超导体的焊接装置20。所述焊接装置20包括带材夹具200、感应加热部件300以及感应加热控制器。

所述带材夹具200包括搭接长度控制元件210。所述搭接长度控制元件210用于控制焊接接头10的搭接长度为60mm-80mm。所述感应加热部件300设置于所述带材夹具200，用于向所述带材夹具200提供热量。

本实施例中，通过所述带材夹具200将两条待焊接的超导带材夹紧。两条所述待焊接的超导带材的搭接区之间涂覆有焊料，如焊锡。通过所述搭接长度控制元件210可以控制两条所述待焊接的超导带材的搭接区的长度为60mm-80mm。通过感应加热控制器控制所述感应加热部件300为所述带材夹具200加热，从而使所述焊料熔化，在所述带材夹具200的应力下，熔化的焊料均匀分布与待焊接的超导带材之间。所述感应加热控制器为电力电子器件开关电源，可以提供给定占空比的电源输出，从而为加热线圈提供给定的电流电压，以提供稳定的加热温度。

所述感应加热部件300包括加热线圈以及套设在所述加热线圈上的隔热层。所述加热线圈连接所述感应加热控制器。待焊接超导带材置于带材夹具200的容纳槽内，并由外部加紧装置固定夹紧。装有超导带材的夹具整体置于感应加热单元300内部。夹具的外径与感应加热单元300的内径相互配合，外径与内径之差为3mm-4mm，加热线圈内部可以设置隔热层，也可以不设置隔热层。

所述带材夹具200包括两个中间设有带材容纳槽的半圆柱型夹块。所述每个半圆柱型夹块上的所述容纳槽的宽度方向与所述半圆柱型夹块的矩形端面平行。所述容纳槽的宽度略大于待焊接超导带材的宽度，所述容纳槽的深度等于带材的厚度与焊接层厚度的一半的和。所述搭接长度控制元件210可以为带有刻度的容纳槽。所述搭接长度控制元件210还可以为设置于所述带材夹具200上的位移传感器。两个所述半圆柱型夹块通过卡紧装置卡紧。所述卡紧装置可以为开放式捆扎箍。所述加热线圈套设于两个所述半圆柱型夹块组成的圆柱型带材夹具200的外部。

所述加热线圈可由铜线绕制而成。在实际应用中，所述加热线圈的制作材料并不受上述铜线的限制。所述加热线圈也可以由其他导电材料制成。所述隔热层由隔热材料制成。所述隔热层可防止加热线圈产生的热量的散发，从而保证为焊接材料提供充足的热量使焊接材料熔化，其次还可防止加热线圈接触操作人员皮肤或其他物品，避免烫伤。

待焊接超导带材置于带材夹具200的容纳槽内，并由外部加紧装置固定夹紧。装有超导带材的夹具整体置于感应加热单元300内部。夹具的外径与感应加热单元300的内径相互配合，外径与内径之差为3mm-4mm，加热线圈内部可以设置隔热层，也可以不设置隔热层。

两个半圆柱型夹块对齐后，经开放式捆扎箍及其配套的紧固螺栓固定。超导带材一和超导带材二按照确定的搭接长度在夹具内形成搭接段。搭接段的长度比感应加热单元300的长度短5cm-10cm，并且搭接段与感应加热单元300在长度方向上中心对齐。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。