一种用于大电流高温超导电流引线的低温超导缆处理工艺的制作方法

1.本发明涉及大型热核聚变装置或其它大型电磁装置的超导磁体的供电馈线领域，主要涉及一种用于大电流高温超导电流引线的低温超导缆处理工艺，


背景技术：

2.高温超导电流引线是用于连接室温电源和低温超导磁体，从室温过渡到液氦温区的电连接装置。对于超导磁体，常规的电流引线是向低温系统漏热的主要热源；由于高温超导材料在液氮温区具有零电阻率和低热导率特点，其应用在高温超导电流引线能够减少低温系统约一半的冷量消耗，进而有效减少低温系统的建设投资和运行费用。
3.大电流高温超导电流引线是超导装置中的关键部件之一，它对于超导磁体的稳定工作以及低温系统的成本，具有重要意义。追求稳定性和最小漏热一直是电流引线设计的首要目标。大电流高温超导电流引线中的低温超导缆通常选用nbti材料的超导缆，本发明中所述低温超导缆是nbti超导线与铜线复合经过多级绞缆成型的cicc型nbti导体，是对这个导体进行一系列的处理工艺的方法，低温超导缆具有零电阻和低热导特性，工作于液氦温区。低温超导缆需要经过一些列复杂的工艺处理才可用于电流引线上，来保证低的接头电阻。


技术实现要素：

4.本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种用于大电流高温超导电流引线的低温超导缆处理工艺，具有接头电阻低、载流能力强、安全性高等特点
5.本发明是通过以下技术方案实现的：
6.一种用于大电流高温超导电流引线的低温超导缆处理工艺，将待处理的低温超导缆两端分为接头盒端和超导子缆端，并分别进行处理；对接头盒端，先进行去铠甲处理，再进行反电镀法去镍处理和镀银处理；对超导子缆端先进行去铠甲处理，再分别依次进行分缆处理，得到低温超导单丝，再对低温超导单丝进行化学方法去镍处理、镀锡处理和绕缆处理，得到三级子缆,最后对三级子缆进行塑形处理和校形处理，得到处理后的低温超导缆最终形态，低温超导缆经过上述工艺处理，低温超导体暴露出来，且改变了节距，增大了与电流引线中铜的接触面积，保障了低的接头电阻。
7.本发明所述的系列处理工艺方法合理，各道工艺衔接连贯，操作便捷，有效保证了低温超导缆的性能和高温超导电流引线的运行安全。
8.对接头盒端进行去铠甲处理为：在接头盒端的铠甲上车出宽3mm-5mm的环向槽，保留0.2mm-0.4mm的铠甲不车穿，再在铣床台面上固定低温超导缆，使用百分表和千分尺测量工具，校正低温超导缆水平度，分多次进刀在接头盒端的铠甲上铣出宽6mm-6.4mm的径向槽，保留0.2mm-0.4mm的铠甲不铣穿；然后将去铠甲工装装在低温超导缆末端的径向槽内，拧紧螺栓，使铠甲裂开，随后松开去铠甲工装，将去铠甲工装往后移动，再拧紧螺栓，依次重复上面的操作，直至铠甲完全裂开。
9.对接头盒端的反电镀法去镍处理过程如下：将铜丝均匀绕在接头盒端的去镍区域，相邻铜丝间保持10mm-12mm的螺距，并连接低温超导缆至电源正极，再将接头盒端的待去镍区域连同铜丝一同浸泡在反电镀溶液中，并连接反电镀溶液到电源负极；然后打开电源设置电流为40a-180a开始反电镀处理；最后对接头盒端的反电镀去镍区域进行水洗，中和处理，ph检测，去离子水冲洗，超声波清洗，电导率检测处理。
10.采用镀银电刷刷过接头盒端的镀银区域进行镀银，最后对接头盒端的镀银区域进行去离子水冲洗，超声波清洗，电导率检测以及氮气烘干处理。
11.对超导子缆端进行去铠甲处理如下：在超导子缆端的铠甲上车出宽3mm-5mm的环向槽，保留0.2mm-0.4mm的铠甲不车穿，再在铣床台面上固定低温超导缆，使用百分表和千分尺测量工具，校正低温超导缆水平度，分多次进刀在超导子缆端的铠甲上铣出宽6mm-6.4mm的径向槽，保留0.2mm-0.4mm的铠甲不铣穿；然后将去铠甲工装装在端部槽内装在超导子缆端末端的径向槽内，拧紧螺栓，使铠甲裂开，随后松开去铠甲工装，将去铠甲工装往后移动，再拧紧螺栓，依次重复上面的操作，直至铠甲完全裂开。
12.对接头盒端进行去铠甲处理和对超导子缆端进行去铠甲处理均采用去铠甲工装，所述去铠甲工装包括两块不锈钢块和两根螺杆；不锈钢块中间带有凸槽，卡在低温超导缆铠甲上铣出的径向槽中，然后通过两根螺杆的拧动，使两块不锈钢块中间的凸槽卡着低温超导缆铠甲上铣出的径向槽往两侧拉，胀开铠甲上保留的未铣穿厚度；然后松开螺杆把去铠甲工装往下放，再次重复操作，直至不锈钢铠甲去除。
13.对超导子缆端进行分缆处理的过程如下：先按照超导子缆端的绕缆规则将超导子缆端均匀的分成若干个四级子缆；然后将每根四级子缆保持节距分成若干个三级子缆；再将每根三级子缆保持节距分成若干个二级子缆；最后将二级子缆分开成若干个低温超导单丝，完成超导缆子端的分缆处理。
14.对超导子缆端进行化学方法去镍处理的工艺过程如下：先将超导子缆单丝在氮气保护下，浸入处于电源加热状态下的酸溶液中进行去镍处理；然后用去离子水冲洗低温超导单丝；再将低温超导单丝浸入钝化溶液进行钝化处理；最后对低温超导单丝进行超声波清洗和烘干处理；所述酸溶液成分：硫酸100g/l-120g/l,硝基苯磺酸钠60g/l-70g/l，硫氰化钾0.5g/l-1g/l。
15.对超导子缆端进行镀锡处理工艺过程如下：先将去镍后的低温超导单丝浸入助焊剂；然后插入被电源加热处于熔化状态的锡料中镀锡；最后用酒精擦拭每根镀锡完成后的低温超导单丝。
16.对超导子缆端的绕缆处理工艺过程如下：先将镀锡后的低温超导单丝使用二级子缆绕缆工装绕缆，保持节距绕制成若干个二级子缆；再将若干个二级子缆使用三级子缆绕缆工装绕缆，保持节距绕制成若干个三级子缆；所述绕缆工装由尼龙等非金属材料制成，主体为圆盘状，根据低温超导单丝及二级子缆的直径和数量在圆盘上相应的加工通孔，使用时将低温超导单丝或二级子缆相应的穿过圆盘孔中，用手捏紧圆盘逆时针匀速转动并向后移动，使低温超导单丝或二级子缆均匀的保持节距的绕在一起。
17.对超导子缆端的塑形处理工艺过程如下：先将三级子缆的单丝浸入助焊剂；然后插入被电源加热处于熔化状态的锡料中，使三级子缆的单丝之间的间隙填充锡料；使用处于被电源加热状态中的三级子缆塑形工装压扁端把每个三级子缆压扁压紧实；再使用处于
被电源加热状态中的三级子缆塑形工装压圆端把压扁后的三级子缆压制成棒状；所述三级子缆塑形工装，主要由上下两块模具组成，模具中央的螺杆可以拧动使上下模具压紧三级子缆，下模具开有放置加热棒的孔，插入加热棒对模具加热，上下摸具的接触面有2处，一处是两个平面，称为三级子缆塑形工装压扁端，用于将三级子缆压扁；另一处是两个半圆面，称为三级子缆塑形工装压圆端，用于将三级子缆压圆；
18.再使用最终成型工装对上述棒状的三级子缆进行最终塑形，得到三级子缆得到处理后的低温超导缆最终形态；所述最终成形工装由两个成型压轮组成，压轮与三级子缆的接触端接合面为圆形，压轮的另一端是两个相互啮合的齿轮；主动齿轮上连接有手柄，摇动手柄，两个齿轮啮合相向转动，使压轮与三级子缆的接触端同样相向转动。两个成形压轮之间的距离可以由螺栓调节固定；压轮固定在工装底座上，同时底座上还固定了一个滚轮，用于支撑和放置低温超导缆主体；工装使用时，将待成型的三级子缆插入压轮之间的三级子缆的圆形接触端，压紧三级子缆后拧紧螺栓固定两个压轮间的距离，然后摇动手柄使三级子缆在压轮圆形接触端中移动，三级子缆来回移动两次后，取出三级子缆并旋转30
°
后再次插入工装，重复之前操作，直至明显感到子缆不受到压轮的挤压为止。
19.本发明与现有技术相比优点在于：
20.(1)低温超导缆两端与大电流高温超导电流引线的焊接集成采用不用的方法，因此本发明方案中对低温超导缆两端分别进行了不同的工艺处理。针对差异采用不用工艺方法，在细节上区分处理方法，提升了产品的质量性能。
21.(2)本发明在处理工艺中的去除铠甲处理使低温超导材料暴露出来，确保不会损伤到低温超导丝；分缆，绕缆，塑形，校形等处理后的低温超导缆改变了节距，增大了与电流引线中铜的接触面积，保障了低的接头电阻；去镍，挂锡，镀银处理为低温超导缆与电流引线焊接集成提供了低接头电阻条件。整套系列处理工艺方法合理可行，各道工艺衔接连贯，操作便捷，有效保证了低温超导缆的性能和高温超导电流引线的运行安全。
22.(3)本发明具有接头电阻低、载流能力强、安全性高等特点。经过本发明系列处理工艺处理后的低温超导缆成功用于iter 68ka的高温超导电流引线中，测试结果显示低温超导缆接头盒端电阻小于1nω，低温超导缆超导子缆端电阻小于5nω。
23.(4)本发明所述的系列处理工艺包含多种工艺方法，配合巧妙设计的工装，完成了低温超导缆的系列处理，使处理后的低温超导缆具备与高温超导电流引线焊接集成的条件。且本发明所述的系列处理工艺已成功用于iter高温超导电流引线的加工制造中，测试结果均满足要求。
附图说明
24.图1为本发明中低温超导缆去除铠甲示意图；
25.图2为本发明中低温超导缆去除铠甲工装示意图；
26.图3为本发明中反电镀法去镍示意图；
27.图4为本发明中镀银示意图；
28.图5为本发明中分缆示意图；
29.图6为本发明中超导丝化学方法去镍示意图；
30.图7为本发明中超导丝镀锡示意图；
31.图8为本发明中超导丝绕缆示意图；
32.图9为本发明中超导子缆塑形镀锡示意图；
33.图10为本发明中超导子缆塑形工装压扁示意图；其中a为超导子缆塑形工装压扁主视图，b为局部放大图；
34.图11为本发明中超导子缆塑形工装压圆示意图；其中a为超导子缆塑形工装压圆主视图，b为局部放大图；
35.图12为本发明中超导子缆最终塑形工装使用示意图；
36.图13为本发明中超导子缆最终塑形工装结构示意图，其中a为超导子缆最终塑形工装主视图，b为超导子缆最终塑形工装俯视图，c为超导子缆最终塑形工装左视图；
37.图14为本发明中低温超导缆最终形态示意图。
具体实施方式
38.为了使本发明的发明目的、技术方案及其有益技术更加清晰，以下结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步详细说明。
39.如图1所示，本发明的用于大电流高温超导电流引线的低温超导缆系列处理工艺是将低温超导缆的两端分为接头盒端1和超导子缆端2并分别进行处理，所述接头盒端1先经过去除不锈钢铠甲9处理，之后进行反电镀法去镍处理，再进行镀银处理；所述超导子缆端2先进行去除不锈钢铠甲9处理，之后进行超导缆分缆处理，再进行化学方法去镍，然后进行镀锡处理，再进行绕缆处理，最后进行塑形处理。
40.如图1、2所示，低温超导缆接头盒端1去除不锈钢铠甲9处理，先在接头盒端1不锈钢铠甲9上车出宽3mm-5mm的环向槽3，保留约0.2mm-0.4mm的不锈钢铠甲不车穿；再在铣床台面上固定低温超导缆，使用百分表和千分尺等测量工具，校正低温超导缆水平度，分多次进刀在接头盒端1不锈钢铠甲9上铣出宽6mm-6.4mm的径向槽4，保留约0.2mm-0.4mm的不锈钢铠甲不铣穿；然后将去铠甲工装装在低温超导缆末端的径向槽内，拧紧螺栓8，使不锈钢铠甲9裂开，随后松开去铠甲工装，将去铠甲工装往后移动，再拧紧螺栓8，依次重复上面的操作，直至不锈钢铠甲9完全裂开。
41.如图3所示，低温超导缆接头盒端1反电镀法去镍处理，将铜丝10均匀的绕在低温超导缆接头盒端去镍区域11，相邻铜丝10间保持10mm-12mm的螺距，并连接低温超导缆到电源12正极；再将低温超导缆接头盒端待去镍区11域连同铜丝10一同浸泡在反电镀溶液13中，并连接反电镀溶液到电源12负极；然后打开电源12设置电流为40a-180a开始反电镀处理；最后对低温超导缆接头盒端1反电镀去镍区域11进行水洗，中和处理，ph检测，去离子水冲洗，超声波清洗，电导率检测等处理。
42.如图4所示，低温超导缆接头盒端1反电镀法去镍后的镀银处理，将镀银电源14的负极连接到低温超导缆上；再将镀银电刷15浸入镀银溶液，并连接镀银电源14正极；打开镀银电源14设置合适的参数，用镀银电刷15刷过超导缆镀银区域16；最后对低温超导缆接头盒端1镀银区域16进行去离子水冲洗，超声波清洗，电导率检测以及氮气烘干等处理。
43.如图1、图2所示，低温超导缆超导子缆端2去除不锈钢铠甲处理9，先在超导子缆端2不锈钢铠甲9上车出宽3mm-5mm的环向槽5，保留约0.2mm-0.4mm的不锈钢铠甲不车穿；再在铣床台面上固定低温超导缆，使用百分表和千分尺等测量工具，校正低温超导缆水平度，分
多次进刀在超导子缆端2不锈钢铠甲9上铣出宽6mm-6.4mm的径向槽6，保留约0.2mm-0.4mm的不锈钢铠甲不铣穿；然后将去铠甲工装装在低温超导缆末端的径向槽内，拧紧螺栓8，使不锈钢铠甲9裂开，随后松开去铠甲工装，将去铠甲工装往后移动，再拧紧螺栓8，依次重复上面的操作，直至不锈钢铠甲9完全裂开。
44.如图2所示，去铠甲工装包括两块不锈钢块7和两根螺杆8；不锈钢块7中间带有凸槽，卡在低温超导缆铠甲上铣出的径向槽中，然后通过两根螺杆8的拧动，使两块不锈钢块7中间的凸槽卡着低温超导缆铠甲上铣出的径向槽往两侧拉，胀开铠甲上保留的未铣穿厚度；然后松开螺杆8把去铠甲工装往下放，再次重复操作，直至不锈钢铠甲去除。
45.如图5、图6所示，低温超导缆超导子缆端2分缆处理，先按照低温超导缆原有的绕缆规则将低温超导缆均匀的分成若干个四级子缆17；然后将每根四级子缆17保持节距分成若干个三级子缆18；再将每根三级子缆18保持节距分成若干个二级子缆19；最后将二级子缆19分开成若干个低温超导单丝20。
46.如图6所示，低温超导缆超导子缆端2化学方法去镍处理，先将低温超导单丝20在氮气21保护下，浸入按照比例配制且处于电源22加热状态的酸配方溶液23中进行去镍处理；然后用去离子水冲洗低温超导单丝；再将低温超导丝浸入钝化溶液进行钝化处理；最后对低温超导单丝进行超声波清洗，烘干等处理。
47.如图7所示，低温超导缆超导子缆端2镀锡处理，先将上述去镍后的低温超导单丝24浸入助焊剂；然后插入被电源25加热处于熔化状态的锡料26中镀锡；最后用酒精擦拭每根镀锡完成后的低温超导单丝。
48.如图8所示，低温超导缆超导子缆端2绕缆处理，先将上述镀锡后的低温超导单丝27使用二级子缆绕缆工装28绕缆，保持节距绕制成若干个二级子缆；再将若干个二级子缆使用三级子缆绕缆工装29绕缆，保持节距绕制成若干个三级子缆。
49.如图9、图10、图11、图12，图13和图14所示，低温超导缆超导子缆端2塑形处理，先将上述三级子缆30浸入助焊剂；然后插入被电源31加热处于熔化状态的锡料32中，使三级子缆30单丝之间的间隙填充锡料；使用处于被电源32加热状态中的三级子缆塑形工装压扁端34把每个三级子缆压扁压紧实；再使用处于被电源32加热状态中的三级子缆塑形工装压圆端35把压扁后的三级子缆压制成棒状；然后使用最终成型工装对上述棒状的三级子缆进行最终塑形；最后进行最终校形，得到系列处理后的低温超导缆最终形态37。
50.三级子缆塑形工装，主要由上下两块模具33，38组成，模具中央的螺杆39可以拧动使上下模具33，38压紧三级子缆，下模具38开有放置加热棒的孔，插入加热棒40对模具加热，上下摸具33，38的接触面有2处，一处是两个平面，称为三级子缆塑形工装压扁端34，用于将三级子缆压扁；另一处是两个半圆面，称为三级子缆塑形工装压圆端35，用于将三级子缆压圆；
51.最终成形工装由两个成型压轮35，41组成，压轮与三级子缆的接触端42接合面为圆形，压轮的另一端是两个相互啮合的齿轮43，44；主动齿轮44上连接有手柄45，摇动手柄45，两个齿轮43，44啮合相向转动，使压轮35，41与三级子缆的接触端42同样相向转动。两个成形压轮35，41之间的距离可以由螺栓46调节固定；压轮固定在工装底座47上，同时底座47上还固定了一个滚轮48，用于支撑和放置低温超导缆主体；工装使用时，将待成型的三级子缆插入压轮35，41之间的三级子缆的圆形接触端42，压紧三级子缆后拧紧螺栓46固定两个
压轮间的距离，然后摇动手柄45使三级子缆在压轮圆形接触端42中移动，三级子缆来回移动两次后，取出三级子缆并旋转30
°
后再次插入工装，重复之前操作，直至明显感到子缆不受到压轮的挤压为止。
52.总之，低温超导缆经过本发明的工艺处理，低温超导体暴露出来，且改变了节距，增大了与电流引线中铜的接触面积，同时保障了低的接头电阻条件。本发明所述的系列处理工艺方法合理，各道工艺衔接连贯，操作便捷，有效保证了低温超导缆的性能和高温超导电流引线的运行安全。
53.以上所述仅为本发明设计的较佳实施例而已，并不用以限制本发明设计，凡在本发明设计的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明设计的保护范围之内。