高温超导电缆导体焊接工艺研究.pdf

010年第2期
电线电缆
2010年4月
No.22010
Electric Wire &Cable
Apr.,2010
高温超导电缆导体焊接工艺研究
张喜泽,宗曦华,韩云武
(上海电缆研究所,上海200093)
摘要:为了降低高温超导电缆系统的损耗,以高温超导电缆系统中超导带材的焊接工艺作为主要研究对象,研
究不同的焊接材料以及不同接头的焊接长度对接头电阻大小的影响,从而总结出高温超导电缆系统中导体
的最佳焊接工艺。
关键词:超导电缆;焊接材料;焊接长度;接头电阻
中图分类号:TM249.7
文献标识码;A
文章编号:1672-6901(2010)02-0017-02
Study of the Welding Process for the Conductors in HTS Cables
ZHANG Xi-ze et a
( Shanghai Electric Cable Research Institute, Shanghai 200093, China)
bstract In order to reduce the loss in HTS(high temperature superconductive )cable system, the influence of the
different welding materials and the welded lengths of different joints on the joint resistance were investigated, taking
the welding process of the superconductive tape in HTS cables as the main object for investigation. A best welding
process for the conductors in HTS cables was found by this investigation
Key words: superconductive cable; welding material; welded length; joint resistance
在超导电缆系统中,带材的焊接是不可避免的,压接式焊接?,焊接材料分别使用铟焊料与低温焊
良好的焊接不仅能够降低系统的损耗,同时也有利锡(不建议使用普通焊锡,因为普通焊锡的熔点一
于电缆系统的稳定;反之,不好的焊接不仅增加了系般在200℃左右,温度过高容易使超导带材产生分
统的损耗,给运行于温度低达77K甚至更低温度的层现象,从而导致带材结构的破坏和临界电流退
制冷系统増加了巨大的负担,同时由于电流分布不化);同时选择不同的焊接长度(0.5,1,1.5,2,2.5,
均匀而引起超导电缆实际临界电流小于所有带材临3,3.5,4,4.5,5cm)。最后通过试验结果分析,找出
界电流之和,以及交流损耗的增加等。这些都是对接头电阻与焊接长度的关系,以及不同焊接材料对
系统的稳定高效运行的挑战。
接头电阻的影响,从而找出最佳的焊接方法。
影响焊接质量的因素很多山,其中最重要的有
焊接材料、焊点长度以及焊接的紧密度等。另外,为
2试验过程
保护超导带材,焊接温度的控制也很关键。纯铟以
采用电压电流法(四引线法)测试3り(见图
其低熔化温度以及良好的导电性能得到了很多国外1)。
文献的推荐。本文选取了3种不同的焊接材料,分
保护电
别是纯铟和两种不同厂家生产的低温焊锡,以不同
的焊点长度对超导带材和导体进行焊接,并对其焊
功率放大器
(7792)
尔电流
样品
点的电阻进行测量,经比较和分析,总结出高温超导
传感器
电缆导体焊接工艺的一些参数和注意事项。
前置
放大器
1试验方案
P/A1
A/DI A/DO
样品选用美国超导公司生产的铜加强的
AD712采集卡
Bi2223/Ag超导带材。焊接方式采用超导带材直接
工业控制计算机
收稿日期:200906-17
图1实验线路图
作者简介:张喜泽(1980-),男,程师
由数据采集卡的模拟输出通道产生电压控制信
作者地址;:上海市军工路1000号[200093].
2010年第2期
电线电缆
2010年4月
No.22010
Electric Wire & Cable
pr.,2010
号,控制功率放大器在超导体中产生由零缓慢上升
的电流(0-50A),使电流通过泡在液氮中的导体
接头(图1所示的样品),电流大小由霍尔电流传感
a-0.0074
0.30
b0.35669
器检测并由数据采集卡的输入通道进入计算机;同
?0.25
0.20
时在导体接头两端焊接上电压引线,电压引线尽量
接近焊点;接头样品上的电压由隔离前置放大器放
大40000倍后,由数据采集卡的输入通道进入计算
机。因超导带材的零电阻特性,故认为此时测得的
.0
接长度/cm
电压、电流值即为导体焊接接头的电压电流值。最
图4B厂家低温焊錺焊点电阻与焊接长度的关系曲线
后利用R=UI特性,计算出导体焊接接头电阻。
面的面积成反比,故而电阻随焊点长度变长而减小。
3试验结果
以上数据图中的曲线是以函数y=a+bx'拟合的
我们对3组分別采用了3种不同的焊接材料
拟合曲线,这里的a值为实验误差,b值是与焊接材
料直接相关的,是衡量焊接材料好坏的标准。由图
(一种为铟焊料,另外两种为不同厂家生产的低温
焊锡)的试样进行了测试,测量焊接点电阻与焊接
中可以看出实验结果与理论预测相当吻合。对上式
求导可得:y'=-bx-2,若取b=0.25,当长度x=4
长度的关系,其结果如图2~图4所示。
cm时,y'I已经小于0.016,也就是说电阻随长度增
040P
大而变小趋势已经很不明显了,此时对导体接头电
35
阻影响的主要因素转移到了焊接质量。从图中还可
?030
8
以看出,当焊点长度大于4cm时,电阻的阻值为
0.25
10量级,若每根带材通过100A电流的话,其焊接
0.20
0.15
接头热损耗为10W,这个量级相对于大电流的超
导电缆的交流损耗来说还是可以承受的。
0.05
另外,焊接工艺对接头电阻的影响也很大,当焊
3.0
焊接长度/cm
接充分,两层导体之间焊接紧密时,接头电阻更小;
当焊接不充分,两层导体焊接处有空隙,那么将使接
图2铟焊料焊点电阻与焊接长度的关系曲线
头电阻变大。而3种不同焊接材料的接头电阻在焊
点长度为4~5cm时,焊点电阻随长度增大而变小
y=a+bx
趋势已很不明显。考虑到焊点太短将使损耗太大
b0.2372
太长又会给实际操作带来很多困难,对焊点质量也
世堰
是一个很大的挑战。因此在超导电缆系统的接头焊
接中建议采用一定压力的压接式焊接,焊接温度控
0.1
0.10
制在140℃左右,焊接长度为4~5cm