[发明专利]一种钇系高温超导带材的焊接方法

说明书

技术领域

本发明属于超导电工技术领域，特别涉及一种钇系高温超导带材的焊接方法。

背景技术

超导带材具有载流能力超强、没有热损耗等诸多优点，可广泛应用于电力待业中以提高设备性能。根据材质和加工工艺的不同，目前高温超导带材主要分为钇系超导带材与铋系超导带材两种。钇系超导带材做为新一代的高温超导带材（即二代超导带材），相比于一代铋系高温超导带材有更好的电性能和机械性能。目前带材的生产已经实现产业化，并在很多实际工程项目中得到一定的应用。

钇系超导带材产品一般是100 m或200 m的单位长度，在实际应用中需要进行连接。对于钇系高温超导带材的连接，主要是采用软钎焊的方式，现有焊接方法以SuperPower公司的方法为主，其工作原理如下：

1.      将需焊接的二代高温超导带材表面擦拭干净；

2.      一般商业焊料（如40Pb-60Sn）和铟都可被采用；

3.      在二代超导带材的超导面涂上焊料；

4.      将一段二代超导带材的超导面轻压在另一段二代超导带材的超导面上，然后适度加热，使得钎料熔化；

5.      焊接温度不能高于250^oC，特别是长时间处理的情况下（几个小时），以防止对超导性能退化。

该焊接方法存在的问题是：对于钇系高温超导带材而言，一面是超导面，另一面是基带面。采用传统软钎焊方法进行焊接时，实现的是超导面与超导面的焊接，其焊接热量是通过基带面传导至超导面，进而传导至超导面夹层中的钎料上，实现钎料的熔化及润湿铺展。而钇系超导带材的基带是不锈钢材料，导热性差。传统热传导需要长时间加热才能使足够的热量传导至钎料使其熔化。而钇系高温超导带材中的超导层是一种铜氧化物的晶格结构，其化学式为YBa₂Cu₃O_{7-x}。它的超导性质与x值（氧含量）有很大关系，只有满足0≤x≤0.5的材料在临界温度下才有超导性。如果在焊接过程中热量过高，或者加热时间过长，会导致YBCO晶格结构中的氧原子计量减小，从而严重影响其超导性能。因此，目前在焊接钇系高温超导带材时，需要严格控制其加热温度（<250^oC），而且因为不锈钢材料导热性差避免不了长时间加热（几个小时）。这样一方面，过低的温度可能导致钎料不能完全熔化，产生虚焊等，影响焊接接头性能；另一方面对超导带材长时间加热很可能影响带材的超导性能。

发明内容

为了解决焊接钇系高温超导带材的上述工程技术难题，本发明提供了一种间接加热的软钎焊方法，实现短时间加热（几分钟）完成钇系高温超导带材的焊接，保证带材超导性能不受影响，同时焊接接头性能良好，焊接电阻低，成品率高。

本发明的技术方案是：

一种钇系高温超导带材的焊接方法，其特征在于步骤如下：

步骤1，用两段钇系高温超导短带固定于一段需焊接的钇系高温超导长带的两侧边，两段钇系高温超导短带和钇系高温超导长带形成铺展平面区域；

步骤2，用焊锡加热方式将钎料平整铺展到所述铺展平面区域上形成搭接区域；

步骤3，将另一段需焊接的钇系高温超导长带搭接于所述钇系高温超导长带的搭接区域上，使得所述两段钇系高温超导长带具有重叠部分；

步骤4，分别对两段钇系高温超导短带的搭接区域上的钎料加热，通过钎料自身传热使两段钇系高温超导长带重叠部分之间的钎料熔化，两段钇系高温超导长带重叠部分之间的钎料熔化后润湿铺展，使得两段钇系高温超导长带通过重叠部分之间的钎料焊接在一起；

步骤5，加热两段钇系高温超导短带与两段钇系高温超导长带之间的钎料，将两段钇系高温超导短带拨离，使两段钇系高温超导长带之间的钎料凝固，完成超导带材焊接。

通过该焊接方法焊接后得到的两段钇系高温超导长带的接头电阻低于2×10^-7 Ω。

在步骤3中，采用定型夹具把两段钇系高温超导长带固定，并保持一定的压力；这里也可以采用其他加压方式进行固定加压，不采用定型夹具进行固定加压。

所述定型夹具固定两段钇系高温超导长带的压力的大小在1 MPa — 20 MPa之间。

所述步骤4和步骤5中，使用电铬铁进行加热，或者其他加热方式（例如电吹风）。

本发明的有益效果如下：