高温超导带材最优焊接长度设计

高温超导体在需要高磁场的环境中变得越来越有吸引力,其相较于低温超导体有更高的临界磁场上限.在现今高温超导研究领域,高温超导带材以及线圈之间大多都需要焊接,而焊接电阻的存在严重影响了高温超导体工作时的稳定性与持续性.本文针对两种不同规格的第二代高温超导带材YBCO,在同种焊锡下设计不同的焊接长度进行实验,对实验的结果进行分段分析,根据实验结果,得到不同焊接长度下第二代高温超导带材YBCO的焊接电阻分布,利用最小二乘法拟合出焊接电阻-焊接长度的分布函数.提出了一个新的指标Rd用以表征焊接电阻随焊接长度的变化趋势,并且用黄金分割法求出随着焊接长度的增加,焊接电阻变化率的分布情况.进一步得出了各种焊接电阻变化率条件下的最优焊接长度.着重分析了两种规格的高温超导带材YBCO分别在不同的焊接长度条件下的焊接电阻变化情况,最终得到不同规格高温超导带材YBCO分别的最优焊接长度选择方案.     

二代YBCO带材接头电学性能低温实验研究

针对第二代YBCO高温超导带材接头进行相关电学性能测试,根据对YBCO带材与其他材料焊接接头模型进行电流转移分析,得出接头电阻与YBCO焊接面的电阻率、焊料种类有关。再进行YBCO带材临界电流测试,YBCO二层叠临界电流测试,YBCO带材不同搭接方式的临界电流以及接触电阻测试和不同焊料对YBCO带材接触电阻影响的实验,实验得出YBCO带材的接触电阻与焊料的选择无关,与焊接面有关。     

高温超导带材接头焊接技术研究

焊接技术是高温超导带材实际应用中的关键技术,焊接温度、焊料、搭接长度等工艺环节对带材接头性能都有一定的影响.本文针对高温超导一代Bi2223/Ag带材和二代YBCO带材的接头焊接工艺进行了系统的实验研究,包括焊接温度对带材性能的影响、不同焊料及搭接长度对接头性能的影响等.实验结果表明:一代Bi2223/Ag高温超导带材在400℃焊接温度以内载流能力不会发生明显退化,而二代YBCO带材对温度较敏感,在200℃以上带材性能会出现明显退化;在Bi2223/Ag及YBCO带材各自的焊接温区内,不同焊料对带材接头性能有一定的影响,但液氮温度下接头电阻均能达到10-8Ω量级,其临界电流与带材短样相比无太大变化;两种超导带材的接头电阻均与焊接搭接长度成反比,适当增加焊接搭接长度可以减小接头电阻,提高带材接头性能.     

高温超导带材焊接接头电阻研究

针对高温超导一代Bi2223/Ag带材、二代YBCO带材的焊接问题,理论计算分析了搭接长度、焊锡层厚度对带材接头电阻的影响,并对焊接长度对接头电阻的影响进行了实验验证。实验结果表明:增加焊接搭接长度可以减小接头电阻,两种超导带材的接头电阻皆同焊接搭接长度成反比。当焊接长度在3—5cm,焊料厚度在微米量级时,Bi2223/Ag带材、YBCO带材各自之间的接头电阻在液氮温度下均可控制在10-8Ω左右,能够满足超导装置稳定运行的要求。     

YBCO带材低熔点焊接接头研究进展

以YBa_(2)Cu_(3)O_(7)(YBCO)带材为代表的二代高温超导带材被广泛应用于各类超导装备中,由于YBCO超导带材生产长度的限制,其接头技术将在带材的实用化发展中起到至关重要的作用,其中低熔点焊料焊接接头技术由于其工艺简单且能够满足目前二代高温超导材料的应用需求,成为现阶段接头制备的主流技术.本文基于YBCO基本属性,结合目前国内外的YBCO带材生产现状,系统全面地调研了低熔点焊料焊接接头技术的制作工艺及其性能的影响因素,明确了低熔点焊料焊接接头的关键影响因素,梳理了二代高温超导带材接头的焊接工艺流程,为二代高温超导带材接头的制备提供参考。     

高温超导带材的焊接直角接头电阻研究

为了研究高温超导材料在储能装置中的应用,开展了高温超导D型磁铁的研究。针对高温超导一代Bi2223/Ag带材和二代YBCO带材的直角接头焊接问题,理论分析焊锡层厚度和带材焊接根数对直角接头电阻值的影响。当焊接参数保持稳定时,直角接头的电阻值和焊接根数大致成反比,对带材焊接根数对直角接头电阻的影响进行了实验验证。实验结果表明,可以通过增加带材的焊接根数来有效减小接头电阻,当焊接根数为5,且焊料厚度在微米量级时,两种带材各自之间的直角接头电阻值在液氮温度下均可控制在10-8Ω左右,能够满足装置稳定运行的要求。     

第二代高温超导带材焊接及力学性能研究

第二代高温超导已进入产业化初期, 尽管单根带材长度已达千米量级, 但由于千米级单根带材生产成品率偏低以及大型超导装置对带材长度实际需求远超出单根长度制备能力, 因此, 焊接技术成为高温超导大规模应用的关键技术之一. 接头电阻及其力学性能是评估焊接接头的重要技术指标. 本文提出了改进型接头和“隐形”接头两种制作方法, 并对其接头电阻以及力学性能进行了表征, 同时与常规搭接接头进行了对比分析. 结果发现,(1) 与常规搭接头相比, 改进型和“隐形”接头的厚度分别降低了15 % 和36 % , 有效减小了焊接头处和原带材厚度差异. (2) 超导面-超导面焊接, 获得接头电阻最小; 接头电阻随接头长度的增加而减小, 但幅度降低. (3) 常规搭接头、 改进型和“隐形”焊接头均具有良好的轴向抗拉性能, 通过扭转和8 天液氮浸泡后, 临界电流无衰退, 电阻保持一致. (4) 改进型和“隐形”接头的临界弯曲直径(20 mm) 与原带材(非接头处) 相当, 通过卷对卷传输法测试时接头无损伤, 而常规搭接头的临界弯曲直径(40 mm) 大于原带材, 在通过卷对卷测试时, 接头出现开裂甚至断开现象.根据具体应用场景, 选择合适接头制作方式, 对推动第二代高温超导产业化具有重要意义.     

第二代高温超导带材在不同搭接方式下的电流转移长度

第二代高温超导带材YBCO由多层材料构成,超导层在基带上制备,带材的横截面结构是不对称的。高温超导带材的不对称结构使带材接头有不同的搭接方式,电流转移至超导层有不同的路径,导致接头处的电流转移长度不同。由此,选取了YBCO超导带材之间搭接和YBCO超导带材与铜带间搭接两种接头,分析了超导带材在不同搭接方式下的电流转移长度,并进行了实验测量。结果显示,铜带与超导带搭接时,分铜-正、铜-反两种搭接方式,两种方式下的电流转移长度分别是15和25mm;超导带与超导带搭接时,分正-正、正-反、反-反三种方式,三种方式下的电流转移长度分别是5、10和15mm。     

高温超导带材不同焊接接头长度对失超传播特性影响实验研究北大核心CSCD

本文针对目前典型的Bi2223和YBCO高温超导带材,在液氮温区下,测量了不同焊接接头长度对接头处的最小失超能(MQE)和失超传播速度(NZPV);分析了同种带材不同接头长度失超传播速度和最小失超能随归一化传输电流的变化关系以及不同带材相同接头下的变化关系.结果表明,不同接头长度对最小失超能的影响并不大,而随着焊接接头长度的增加,失超传播速度会逐渐减小.     

Bi-2223高温超导带材焊接接头电阻和过电流冲击性能实验研究

特变电工股份有限公司,昌吉831100采用自行研制的装置,对不锈钢加强Bi2223/Ag高温超导带材的焊接工艺进行了系统研究,得出最佳的焊接方案.实验测量高温超导带材焊接头的直流电阻,并对带材进行了交流过电流冲击实验,冲击时间为0.5秒,每次冲击的电流依次递增,并在每次冲击后测量焊接头的电阻,直到被测带材烧毁.根据实验数据对样品在过流冲击下的动态电阻进行实验研究,得到了具有实际意义的结果.     

局部磁场对高温超导带材失超传播特性的影响北大核心CSCD

本文主要针对YBCO和Bi2223两种高温超导带材,在液氮温区下,测量了局部磁场影响下YBCO和Bi2223的最小失超能(MQE)和失超传播速度(NZPV).根据测量结果,分析了不同强度磁场对两种高温超导带材的最小失超能和失超传播速度随归一化传输电流的变化关系.结果表明,两种高温超导带材的最小失超能都会随着局部磁场的增加而减小;两种高温超导带材的失超传播速度都会随着局部磁场的增加而增加.     

局部磁场对高温超导带材失超传播特性的影响

本文主要针对YBCO和Bi2223两种高温超导带材,在液氮温区下,测量了局部磁场影响下YBCO和Bi2223的最小失超能(MQE)和失超传播速度(NZPV).根据测量结果,分析了不同强度磁场对两种高温超导带材的最小失超能和失超传播速度随归一化传输电流的变化关系.结果表明,两种高温超导带材的最小失超能都会随着局部磁场的增加而减小;两种高温超导带材的失超传播速度都会随着局部磁场的增加而增加.     

高温超导带材临界电流角度依赖性测量分析

第二代高温超导带材与第一代相比,有着载流能力强、交流损耗低、无需贵金属等优点,在超导电力应用中有广阔前景。高温超导带材临界电流在外磁场的影响下会发生衰减,超导带材临界电流的角度依赖性是超导电力装备设计必不可少的参数。实验选取温度50～77 K、磁场0～3.5 T、磁场角度0～360°区间,分别测量了上海超导、苏州新材料等厂家生产的市面主流第二代高温超导带材的临界电流,分析了不同背景磁场大小及角度下超导带材的各向异性。结果表明,各厂家生产的超导带材具有明显的各向异性。     

YBCO线圈在液氮中的失超特性研究

由于高温超导材料的临界温度较高,可以运行在一个较宽的温度范围内,因此高温超导磁体被看作是稳定性较好的磁体,它在超导电力、超导磁体方面的应用占着日益重要的地位.YBCO带材作为第二代高温超导体的代表,近年来其生产工艺水平也得到了迅速发展和提高.磁体失超是影响超导磁体运行稳定性的重要问题之一.本文研究了YBCO单饼线圈在液氮环境中因由热扰动诱发的失超特性,设计了一套高温超导线圈在液氮浸泡下的失超测量系统,通过软件LABVIEW和数据采集卡对线圈的温度和电压进行采集和记录,测量YBCO单饼线圈在不同运行条件下的失超特性.     

第二代高温超导带材焊接技术研究

第二代高温超导带材(REBCO)接头技术对拓展带材应用,推进市场化进程有着重要意义。本文阐述了非超导焊接技术和超导焊接技术的焊接原理。总结了焊料焊接法制备的接头电阻受到焊接压力、焊接长度和焊接方式等因素的影响。全面梳理了熔融扩散焊接法制备超导接头所用的吸氧方式和超导层生长焊接法制备超导接头所受到的影响因素。     

弯曲应变方式对高温超导带材通流特性的影响

本文针对目前典型的Bi系和YBCO高温超导带材,在液氮温区下,测量了其在侧向弯曲、径向弯曲及扭曲方式下的临界电流,得到了两种高温超导带材在不同弯曲应变方式下的通流特性曲线,并对实验结果进行了对比分析.结果表明,侧向弯曲应变对两种带材通流特性的影响具有局部性,Bi系带材承受侧向弯曲的能力小于YBCO带材,但其抗扭曲能力要大于YBCO带材.实验结果为高温超导带材在工程上的应用提供参考.     

0.5MJ高温超导储能磁体设计分析与研究

高温超导储能磁体(HTS-SMES)是电力系统中的重要应用.文中设计了一种0.5MJ级SMES装置,采用YBCO高温超导带材绕制为14组线圈饼,每组线圈饼由四个单饼线圈组成,设计工作温度为20K,工作电流100A.SMES装置在运行时,中心磁场接近3T,保证高磁场下YBCO带材的临界电流是SMES装置正常运行的必要条件.文中通过有限元的方法分析了运行工况下SMES装置的漏磁场,线圈内磁感应强度的分布,在该磁场条件下带材性能满足运行条件.通过电磁,结构耦合计算与冷却过程的应力分析,得到了线圈上的米塞斯应力与形变,满足储能磁体运行的条件,可以为SMES装置的设计和运行提供参考.     

磁场下高温超导带材临界电流试验研究

高温超导带材在受到外界磁场的影响时,临界电流会发生衰减,衰减程度由外界磁场的方向和强度决定.本文研究了第一代和第二代高温超导带材在不同方向、不同大小的磁场下,临界电流的变化情况.在温度77K、0~0.4T垂直磁场和平行磁场下,分别对比测量了北京英纳超导技术有限公司、日本住友公司、American Superconductor、Superpower、日本藤仓和韩国苏南生产的第一、第二代高温超导带材样品的临界电流.文中详细介绍了试验情况,包括电路搭建、线材固定方法和测量标准.通过比较这些样品的测试结果,为高温超导带材的应用提供有价值的参考.     

高温超导带材不同焊接接头长度对失超传播特性影响实验研究

本文针对目前典型的Bi2223和YBCO高温超导带材,在液氮温区下,测量了不同焊接接头长度对接头处的最小失超能(MQE)和失超传播速度(NZPV);分析了同种带材不同接头长度失超传播速度和最小失超能随归一化传输电流的变化关系以及不同带材相同接头下的变化关系.结果表明,不同接头长度对最小失超能的影响并不大,而随着焊接接头长度的增加,失超传播速度会逐渐减小.     

高温超导带材Bi-2223/Ag的焊接接头电阻研究

针对高温超导带材Bi-2223/Ag的焊接问题进行了研究.利用ANSYS建立焊接接头电阻特性的有限元计算模型,仿真和计算分析了焊料材料、搭接长度和焊锡层厚度对接头电阻值的影响,并进行了实验验证.实验表明:可通过减少焊料厚度,增加焊接搭接长度来减少接头电阻,当焊接长度在2～5cm,焊料厚度为0.5mm时,Bi-2223/...