[其他]超导带(线)材的扩散焊接方法及其装置

说明书

本发明属于超导材料焊接技术领域

由于超导磁体具有高临界磁场、高临界电流密度、直流电阻等于零等物理特性，人们已制出体积小、场强高、不消耗电能的各种实验室用超导磁体。而现代技术对超导磁体提出了更高的要求。如核磁共振波谱仪磁体，不但要求高场强和高均匀度，更提出了高稳定度的要求。例如：一个场强7T的Nb-Ti核磁共振磁体，为达到高稳定度要求磁体电阻应小于10^-12Ω。磁体需用数万米线材制成，一般超导带（线）材长1千米左右，这就需要一种焊接方法把许多根带（线）材连接起来。目前在磁体技术中，单芯和多芯Nb-Ti线的超导焊接已有几种方法。如文献（1）所述。但Nb_３Sn带（线）材的超导焊接技术尚未解决。目前在低温领域中采用铟作焊料的普通钎焊方法，其焊接接头的电阻为10^－７-10^－８Ω远远不能满足要求。而Nb_３Sn磁体可以产生更高的场强，可达12T，因而大大提高核磁共振谱仪的水平。因而Nb_３Sn带（线）材的超导焊接方法的解决是个重要的技术问题。这是本发明的主要原因。

本发明第二个原因是实验室用的超导磁体在液氦中工作，需从磁体上引出至室温供电电源的电流引线，因而引线上的正常导体部份的电阻产生的焦耳热成为消耗液氦的主要来源。采用超导技术可形成磁体本身全超导闭合迴路方式工作。当逐渐撤掉外电源电流时，电流逐渐进入全超导闭合迴路，形成稳定的闭路电流循环，由于接头电阻几乎为零，所以可以长时间维持高稳定度的磁场，对于长期运转的磁体这点尤为重要。由于消除了焦耳热带来的液氦损耗，从而大大提高了液氦的利用率，降低磁体运转费用。

反映该技术的文献：

（1）Cryogenics1974，Vol.14，NO.9.518-519

（2）昭58-74291

（3）昭58-128281

文献（1）介绍了多于50股的Nb-Ti超导线的焊接方法。采用一台I、P、G、J制造的脉冲焊机，改装了焊头和增加了一个惰性气体装置，用腐蚀法除掉铜基、洗净细丝、放在Nb-Ti箔法上点焊。

文献（2）、（3）介绍的是用真空扩散焊接方法制造某种特种钢接头。

本发明的目的是提出一种真空扩散焊接方法焊接任意长度的Nb_２Sn超导带（线）材，它与已有技术相比，使Nb_２Sn超导带（线）材的焊接接头电阻由有阻成为无阻，因而可以长时间维持高稳定度的磁场，建立长期运转的磁体，同时还消除了焦耳热带来的液氦损耗。如Nb_３Sn超导带（线）材的超导焊接，根据实用要求焊接的接头电阻小于1×10^－１２Ω，零磁场下全临界电流密度大于2×10^４A/cm^２，适于绕制磁体。

附图是焊接夹具结构示意图，结合附图，说明本发明的焊接方法及其焊接夹具。焊接夹具由氧化铝管〔1〕、槽形氧化铝片〔2〕和蝶形加热片〔3〕组成，它是一种能加压加热的焊接夹具。焊接部位〔4〕由垂直图面的方向引出。蝶形加热片是用耐高温金属制成，可以是钨、钼、钽等，加热片沿着槽形氧化铝片接触，使焊接平面部位产生较均匀的温度，并且升、降温迅速，其特殊的弹性结构形式，特别利于焊接材料的装、卸。槽形氧化铝片〔2〕，将加热片〔3〕与焊接材料分开，形成间接加热，这样可避免焊接过程中焊接部位与金属加热片造成粘连，否则损害焊点，加热片〔3〕也将不能重复使用。氧化铝管〔1〕起绝缘和承受压力的作用。附图所示的能加压加热的焊接夹具保证了焊接工艺条件的重复、稳定、可靠。

本发明的焊接方法是这样实现的。将被焊接的超导带（线）材端部表面铜层用化学方法腐蚀（化学腐蚀可以是FeCl_３或HNO_３）露出约1厘米的原带，然后将两带头互相搭接在一起，置于一对槽形氧化铝片〔2〕中间位置，即焊接材料垂直于图面，通过氧化铝管〔1〕加压到焊接部位〔4〕上，压力为5-10Kg/cm^２。当真空度达到10^－４乇以上时，电流经加热片〔3〕生热，热量经氧化铝片〔2〕使被焊接部位间接受热，加温到950℃左右。间接加热的目的是避免焊接材料与加热片接触造成不必要的粘连。完成一个无电阻焊点的焊接一般为5-10分钟。随后将焊接好的材料取出真空室，进行镀铜处理，以利焊点的超导特性稳定。