[发明专利]一种用于高温超导带材的焊接装置及方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一代Bi-2223和二代YBCO高温超导（HTS）带材的焊接方法，并设计了一套简单有效的超导带材接头焊接装置，属于超导电工技术领域。

背景技术

随着超导技术的发展，尤其是Bi-2223以及YBCO 高温超导带材的发展，超导材料在诸如重大科学工程（国际热核聚变实验堆），医疗（核磁共振仪），交通（磁悬浮列车）以及军事等众多领域都得到广泛的实际应用，但作为材料的应用，对高温超导带材进行截断或者加长是必不可少的，因此焊接对于高温超导材料的广泛应用是至关重要的。对于高温超导带材，由于其工作环境通常为4.2K_~77K低温下，因此提高焊接接头的安全性能和减小接头在低温下的热负荷是高温超导焊接中最为重要的部分，按照标准，一般要求其接头电阻小于10^-6Ω，甚至小于10^-8Ω。

超导连接目前主要通过三种方式实现：微波焊接，直接扩散法以及软钎焊。前两种方法能够实现接头处的连接，且接头本身的焦耳热较低，但是对人员以及设备要求较高，同时由于焊接时需要高温容易导致高温超导带材的自身性能的退化，从技术上看也并不成熟，而且不适合在实际工程中大量使用；软钎焊中的锡焊是一种适合于超导焊接方式，焊接温度较低且接头电阻也较小，方便实用，为实际工程中常采用的一种焊接方式。

软钎焊常用的材料为焊料和助焊剂，采用外部加热方式。为了方便实际的焊接，焊料通常被压成带状或丝状，为了提高焊接质量，在焊接前常在带材焊接处涂上一层助焊剂，一般助焊剂为膏状或液态。外部加热主要采用电烙铁或加热板加热。

由电阻计算公式                                               （其中为焊料电阻率，为焊料层厚度，为搭接的有效长度，为超导带材的宽度）可知，接头电阻与搭接长度成反比，与焊料层厚度成正比，因此根据实际情况，在焊接时我们取焊接长度为10—12mm， 并尽可能的减小焊料层厚度。

常规的高温超导带材焊接方法的一般步骤为：

（1）    打磨带材表面氧化层，并使用酒精或丙酮清洗；

（2）    在打磨的带材表面涂上适当的助焊剂，使用电烙铁将焊料均匀涂在带材表面；

（3）    将涂有焊料的带材面搭接在一起，使用电烙铁加热超导带被焊接处，使焊锡熔化，移走电烙铁，焊接完成。

这种常规方法存有以下弊端，容易导致虚焊或其它焊接问题,主要表现为：

（1）        在实际焊接中为了保证焊接处具有一定的强度以及尽可能的减小接头电阻，通常将采取加大焊接面的方法实现。但由于电烙铁是点或线接触式加热，所提供加热区域的面较小，这对于较大的焊接面来说，容易导致局部区域温度过高，焊料不能均匀受热熔化，将直接影响焊接质量；

（2）        普通的焊接方式采用先挂锡后焊接的方式，使超导带材至少需2次承受焊接高温，增加了因焊接不当温升过高而影响焊接质量的可能性；

（3）        普通的电烙铁是接触式加热，加热过程中电烙铁与带材间的压力无法控制，这将容易导致在焊接过程中压力过大使带材被压伤而局部损坏，压力过小而使受热缓慢，从而影响焊接速度；

（4）        普通的焊接是将带材搭接在一起后直接进行焊接，这将有可能导致在焊接中搭接处发生偏移，而使带材的搭接面不完全重合，而直接影响焊接质量。

发明内容

为了解决高温超导带材焊接的上述难题，本发明提供了一种用于高温超导带材的焊接装置及方法，可以实现超导带材的简单有效焊接，同时保证接头处的低电阻。

本发明采用的技术方案是：用于高温超导带材焊接的装置包括加热板、导热均温焊接基座等，所述的导热均温焊接基座固定在加热板上，加热板外接有功率调节器，导热均温焊接基座的侧面有一个温度计安装孔，导热均温焊接基座上平面的中间区域有用来安放高温超导带材的焊接区，焊接区的两侧各有一个矫正夹板，均温焊接基座的正上方有硅橡胶压片和焊接压紧板，焊接压紧板通过四个内六角螺栓与导热均温焊接基座相连，硅橡胶压片放置在焊接压紧板与导热均温焊接基座的中间。基于该装置的焊接方法具体步骤如下：

1）选择合适的焊料，将焊料加工成带状，厚度大约可为0.06mm_~0.20mm，并剪成与焊接面积相符的大小；

2）清洗高温超导带材；

3）取适量的无腐蚀性膏状或液态的助焊剂，将其均匀涂抹在高温超导带材的焊接面；