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。     

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.     

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。     

Bi-2223带材有阻焊接接头电阻特性的研究

本文针对Bi-2223/Ag带材接头有阻焊接展开研究,考虑大电流时超导I~V特性非线性影响,建立焊接接头电阻特性的有限元计算模型,总结出不同搭接距离和焊锡层厚度对接头电阻的影响规律,并着重分析了接头电阻对临界电流的影响,最终通过实验验证了理论分析得到的一些基本规律.为降低Bi-2223/Ag带材接头电阻对高温超导磁体运行时的不利影响,实际焊接时搭接距离应保证在7~10cm以上.     

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。     

高温超导涂层带材接头工艺研究进展

二代高温超导涂层带材因其具有较高的临界温度、临界电流密度和工程临界磁场,被认为是绕制下一代高场强超导磁体最具潜力的材料之一。带材接头对于磁体研制必不可少,其制作工艺和性能测试方法成为国内外许多研究机构的关注重点。文中综合目前高温超导涂层带材接头相关的研究进展和成果,对包括涂层带材的工业制备现状、带材接头焊接工艺、性能测试方法、仿真建模研究等几个方面进行了概述。     

低阻YBCO超导接头的设计和工艺优化

商用YBCO超导带材的长度最多可达千米量级。在实际应用中通常借助接头来连接多根带材。为了降低接头的产热,必须使得接头电阻要尽可能地小。选用两种焊料,以不同工艺制备了若干YBCO超导接头。测试其电性能,并研究了表面预处理方式、焊接长度、加热温度、施加压力等不同工艺参数对其性能的影响。最后指出优化YBCO超导接头的工艺参数。     

超导电缆中接头焊接的热分析模拟

大型超导磁体系统中,需要用超导接头来连接超导电缆的终端,其承担的主要作用是连接超导电缆并确保超导电缆的超导性能不因接头而降低,因此需要超导接头电阻足够小,不影响超导电缆的整体性能。影响超导接头电接触性能的主要工艺步骤有超导接头终端处理、接头盒压力密封焊。基于ITER Feeder系统中双盒搭接接头焊接工艺中单个盒体和双盒之间的焊接进行热分析,使用ANSYS分析软件,得到相应的焊接温度分布情况,为焊接工艺中加热方式和加热功率的确定提供了理论基础,验证了相关的设计参数。     

HTS电流引线中接头电阻的研究和焊接工艺

针对Bi-2223/Ag-Au高温超导带材制造的二元HTS电流引线设计中不同材料之间连接的技术要求,设计了减小接头电阻的焊接工艺实验,包括焊接温度、焊料、搭接长度和焊锡层厚度对接头电阻的影响。着重分析了HTS电流引线中应用的三种接头的焊接工艺对焊接电阻的影响,并总结出在HTS电流引线中接头电阻的焊接工艺参数。     

核磁共振磁体超导接头工艺研究进展

高度稳定的磁场对于核磁共振（NMR）波谱仪至关重要.为了保持磁场的稳定性,高质量的超导接头必不可少.它在过去几十年中,受到NMR超导磁体研究人员的广泛关注.本文从五个部分介绍了超导接头技术的研究进展：第一部分简要介绍了NMR超导磁体和超导接头的发展;第二部分概述了低温超导体材料之间超导接头的研究进展;第三部分介绍了高温超导体材料之间的接头;第四部分讨论了有关超导接头电阻的测量技术;最后,提出了对超导接头技术研究的展望.     

YBCO涂层导体焊接接头电流分布研究

目前,由于制作工艺的限制,可生产的YBCO涂层导体(2G)的最大长度低于1km,而其在工程应用中需要的长度远远大于可生产长度,因此,针对超导接头技术开展相关研究具有重要的意义。提出了一种测试YBCO涂层导体焊接接头电流分布的试验方法。利用这种方法,分别对3cm,5cm,6cm,8cm,10cm 5种不同长度接头电流和电阻分布进行了测试,并用一个理论模型与实验结果进行了比较。结果显示:接头上下两层带材之间的电流流动大部分是在端点附近完成的;另外,接头电阻是由上下两层带材之间的电流流动引起的,并且主要是由端点处的电流流动决定的。     

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.     

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。     

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/...     

Bi2223/Ag高温超导带材连接技术的研究

钎焊连接是Bi2223/Ag高温超导带材实际应用最多的连接工艺,包括焊接温度、焊料和中间层设计等工艺环节.本文首先对PIT工艺制备的Bi2223/Ag高温超导带材开展了热处理温度-Ic影响试验,通过实验筛选出适合Bi系带材的焊接加热温度.用Sn96CuAg 、Sn60PbAg、Sn60PbSb等三种焊料进行了Bi2223/Ag高温超导带材钎焊实验,研究了钎焊工艺对焊接接头低温电阻影响,建立焊接接头电阻数学表达公式,并利用数学模型讨论了焊接中间层设计优化问题.     

铌钛中空超导电缆接头的直流特性分析

超导电缆接头是超导磁体的关键部件之一,其性能直接影响超导磁体的运行稳定性。通过对超导电缆接头的直流特性分析,可以比较全面详实的了解接头中电流的分布规律,并据此设计超导接头的最佳连接方式和尺寸。分析采用的软件是OPERA 13.0,建立并计算了超导接头全尺寸简化模型、1/33分段股线模型和1/33分段单侧股线模型,3类共计48个模型。在以减少超导接头引起的电缆载流能力损失,即做到各股线电阻的尽可能一致,并将接头整体电阻控制在nΩ级为目标,通过48个模型的计算结果,确定了中空超导电缆接头的最佳几何参数,分析了影响接头电流分布的关键因素。     

MgB_2带材的超导电性与制备温度的关系

报导了利用电泳技术在不锈钢基底上制备 Mg B2 超导带材。采用扫描电子显微镜、X射线衍射、电测量和磁测量技术 ,分别研究了后退火温度对带材表面形貌、晶体结构、超导转变温度和临界电流密度的影响。结果表明 ,随着后退火温度的升高 ,Mg B2 带材的结晶情况逐渐变好 ,超导转变温度升高、转变宽度变窄。 90 0℃下制备的带材的临界电流密度为 6× 10 5A/ cm2 (5 K,0 T)。     

面向电力应用的高温超导线圈绕制关键技术研究现状

高温超导线圈是超导电力设备中的核心部件,结构和绕制工艺直接决定了高温超导线圈的载流能力及可靠性。文中论述了面向电力应用的高温超导线圈绕制关键技术研究现状,涉及高温超导带材选取、线圈绕制、带材接头焊接和绝缘处理,此外,对各工艺环节的关键技术进行了评述与展望。