RU2746654C1 - Method for manufacturing contact pads of high-temperature superconducting wire of second generation and complex for implementing the method - Google Patents
Method for manufacturing contact pads of high-temperature superconducting wire of second generation and complex for implementing the method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2746654C1 RU2746654C1 RU2020133595A RU2020133595A RU2746654C1 RU 2746654 C1 RU2746654 C1 RU 2746654C1 RU 2020133595 A RU2020133595 A RU 2020133595A RU 2020133595 A RU2020133595 A RU 2020133595A RU 2746654 C1 RU2746654 C1 RU 2746654C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- base
- htsc
- wire
- soldering
- complex
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 28
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims abstract description 74
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 56
- 238000005476 soldering Methods 0.000 claims abstract description 54
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 39
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 claims abstract description 28
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 34
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 15
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 claims description 14
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N Propylene glycol Chemical compound CC(O)CO DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 9
- 238000005219 brazing Methods 0.000 claims description 8
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 8
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 8
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 5
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 claims description 3
- 239000012815 thermoplastic material Substances 0.000 claims description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 2
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 abstract description 3
- 238000004321 preservation Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- -1 polyfluoroethylene Polymers 0.000 description 5
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 4
- JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N melamine Chemical compound NC1=NC(N)=NC(N)=N1 JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 4
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 4
- 229910021521 yttrium barium copper oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002076 thermal analysis method Methods 0.000 description 3
- 238000005493 welding type Methods 0.000 description 3
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 2
- LQBJWKCYZGMFEV-UHFFFAOYSA-N lead tin Chemical compound [Sn].[Pb] LQBJWKCYZGMFEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 229910001316 Ag alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001020 Au alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002328 LaMnO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000220317 Rosa Species 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000010291 electrical method Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 239000003353 gold alloy Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 229910000856 hastalloy Inorganic materials 0.000 description 1
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 229910001261 rose's metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 150000003606 tin compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K3/00—Tools, devices, or special appurtenances for soldering, e.g. brazing, or unsoldering, not specially adapted for particular methods
- B23K3/04—Heating appliances
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
- H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
- H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Manufacturing Of Electrical Connectors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к неэлектрическим способам сварки высокотемпературного сверхпроводящего провода (далее ВТСП-провод) второго поколения с использованием прижимного давления с применением нагрева и охлаждения, и к комплексам для осуществления способа. The invention relates to non-electrical methods of welding a high-temperature superconducting wire (hereinafter referred to as HTSC wire) of the second generation using a clamping pressure using heating and cooling, and to complexes for implementing the method.
ВТСП-провод второго поколения является сверхпроводником с критической температурой выше 77 К (температура, при которой сверхпроводник переходит из сверхпроводящего в нормальное состояние) и представляет собой многослойную структуру смешанных оксидов, нанесенных на металлическую ленту-подложку, являющуюся механической основой. The second generation HTSC wire is a superconductor with a critical temperature above 77 K (the temperature at which the superconductor passes from the superconducting to the normal state) and is a multilayer structure of mixed oxides deposited on a metal substrate, which is a mechanical base.
В настоящее время существуют различные виды высокотемпературных сверхпроводящих проводов, в частности, твистированный стек; ребель из стрэндов, вырезаемых из ВТСП лент; намотка обмоток параллельными лентами ВТСП или стопками лент и др.Currently, there are various kinds of high temperature superconducting wires, in particular, twisted stack; ribs from strands cut from HTSC tapes; winding windings with parallel HTSC tapes or stacks of tapes, etc.
Так как, ВТСП-провод теряет свои токонесущие свойства при воздействии тепла, то при создании сверхпроводящего токопровода возникает задача передачи тока без нагрева в среде, поддерживающей требуемую температуру ниже 77 К. Для реализации данной задачи разрабатываются контакты, подводящая и отводящая шины, подсоединяемые к контактным площадкам ВТСП-провода, представляющим собой участок ВТСП-провода, через который в него втекает и вытекает ток. Since the HTSC wire loses its current-carrying properties when exposed to heat, then when creating a superconducting current conductor, the problem arises of transferring current without heating in an environment that maintains the required temperature below 77 K. areas of the HTSC wire, which is a section of the HTSC wire through which current flows into and out of it.
При изготовлении контактных площадок ВТСП-провода, возникает ряд сложностей, в частности проблема длительного воздействия высоких температур на ВТСП-провод в процессе сварки (пайки). Длительное воздействие высоких температур на ВТСП-провод приводит к разрушению структуры сверхпроводника, что в свою очередь приводит к локальному нагреву во время протекания тока и лавинообразной потере сверхпроводящих свойств всего ВТСП-провода, и выходу из строя оборудования. В тоже время недостаточность температур при сварке (пайке) приводит к некачественному сварному соединению контактной площадки с ВТСП-проводом, что так же приводит к нагреву во время протекания тока и потере сверхпроводящих свойств всего ВТСП-провода, и выходу из строя оборудования.In the manufacture of contact pads for HTSC wires, a number of difficulties arise, in particular, the problem of prolonged exposure to high temperatures on the HTSC wire during welding (soldering). Prolonged exposure to high temperatures on the HTSC wire leads to the destruction of the superconductor structure, which in turn leads to local heating during the flow of current and an avalanche-like loss of superconducting properties of the entire HTSC wire, and equipment failure. At the same time, insufficient temperatures during welding (soldering) leads to poor-quality welded connection of the contact pad with the HTSC wire, which also leads to heating during the current flow and loss of superconducting properties of the entire HTSC wire, and equipment failure.
Так возникает задача изготовить сварное (паянное) соединение, - контактную площадку ВТСП-провода, с достаточной прочностью с сохранением высокотемпературных сверхпроводящих характеристик провода. Для реализации данной задачи, в зависимости от вида ВТСП-провода, разрабатываются комплексы (установки, системы, оборудование) и способы для изготовления сварных (паянных) соединений ВТСП-проводов.This is how the problem arises to make a welded (soldered) joint, - the contact area of the HTSC wire, with sufficient strength while maintaining the high-temperature superconducting characteristics of the wire. To accomplish this task, depending on the type of HTSC wire, complexes (installations, systems, equipment) and methods for the manufacture of welded (soldered) joints of HTSC wires are being developed.
В настоящее время выполнение соединений для ВТСП-проводов в основном реализуется следующими видами сварки: микроволновое соединение, метод прямой диффузии, соединение, полученное сжимом, и паянное соединение. At present, the implementation of joints for HTSC wires is mainly realized by the following types of welding: microwave joint, direct diffusion method, compressed joint and soldered joint.
Так из уровня техники известно техническое решение по заявке на патент CN106975855 (B23K20/02, B23K3/04; 03.03.2020), в котором решается задача: обеспечить вид сварки, применяемой для создания соединения высокотемпературных сверхпроводников, с достаточной механической прочностью сверхпроводящих соединений YBCO с оптимизацией сверхпроводимости сверхпроводящих соединений YBCO.So from the prior art, a technical solution is known for patent application CN106975855 (B23K20 / 02, B23K3 / 04; 03.03.2020), in which the problem is solved: to provide the type of welding used to create a connection of high-temperature superconductors, with sufficient mechanical strength of superconducting YBCO compounds with optimization of superconductivity of superconducting compounds YBCO.
Установка является установкой камерного типа для выполнения диффузионной сварки и содержит пресс, нагревательную платформу с возможностью нагрева, пластину из полифторэтилена, в качестве пресс-формы и электрический вентилятор для охлаждения в процессе сварки, и газовую арматуру, связанную с источником газа. The installation is a chamber-type installation for performing diffusion welding and contains a press, a heating platform with the possibility of heating, a polyfluoroethylene plate as a mold and an electric fan for cooling during the welding process, and a gas valve associated with a gas source.
Недостатками данного изобретения являются использование сварки для соединения ВТСП-проводов, так как в процессе сварки ВТСП-провода подвергаются воздействию высоких температур, то выше вероятность разрушения структуры ВТСП-провода. Кроме того, оборудование для сварки является крупногабаритным, так как содержит в себе элементы для воздушного охлаждения, которое в тоже время не является достаточно эффективным. Так же устройство является устройством для сварки закрытого типа, что не позволяет убирать оксидные пленки с поверхности ВТСП-лент, а относительно твердая (из-за чего скорее всего недолговечная) полифторэтиленовая прижимная пластина, не позволяет обеспечить достаточный сжим проводов. The disadvantages of this invention are the use of welding to connect HTSC wires, since during the welding process HTSC wires are exposed to high temperatures, the probability of destruction of the structure of the HTSC wire is higher. In addition, the equipment for welding is large-sized, since it contains elements for air cooling, which at the same time is not efficient enough. Also, the device is a closed-type welding device, which does not allow removing oxide films from the surface of HTSC tapes, and the relatively hard (which is most likely why it is short-lived) polyfluoroethylene pressure plate does not allow sufficient wire compression.
Паянное соединение - это вид сварки, при котором используется припой, и температура, требуемая для выполнения соединения деталей, существенно ниже, чем при микроволновом соединении или диффузионной сварке.A brazed joint is a type of welding that uses solder and the temperature required to join parts is significantly lower than microwave or diffusion bonding.
Из уровня техники известно устройство для пайки ВТСП-провода CN107457462 (B23K1/00, 12.12.2017), с использованием прижимного давления, в котором прижим осуществляется при помощи изменения затяжки винта пружинного механизма с заменяемыми для разного усилия пружинами. Посредством устройства может быть достигнуто соединение ленты высокотемпературной сверхпроводимости YBCO с низким сопротивлением, при этом обеспечивается достаточная механическая прочность соединенных ВТСП-проводов. A device is known from the prior art for soldering an HTSC wire CN107457462 (B23K1 / 00, 12.12.2017), using a clamping pressure, in which clamping is carried out by changing the tightening of the screw of the spring mechanism with replaceable springs for different forces. By means of the device, the connection of the YBCO high-temperature superconducting tape with low resistance can be achieved, while ensuring sufficient mechanical strength of the connected HTSC wires.
Однако к недостаткам данного устройства можно отнести риск механического повреждения ВТСП-провода при давлении металлического прижимного блока на контактную пластину, отсутствие контроля давления, изменяющегося в процессе пайки. Так же металлический прижимной блок не обеспечивает равномерное давление на всю площадь контактной пластины из-за выдавливания лишнего припоя и теплового расширения при остывании провода.However, the disadvantages of this device include the risk of mechanical damage to the HTSC wire under the pressure of the metal clamping block on the contact plate, the lack of control of the pressure that changes during the soldering process. Also, the metal clamping block does not provide uniform pressure on the entire area of the contact plate due to extrusion of excess solder and thermal expansion when the wire cools down.
Наиболее близким решением к заявленному изобретению является техническое решение CN103170699 (B23K 3/04, 26. 06.2013), в котором устройство для сварки для высокотемпературных сверхпроводящих лент представляет собой наборную конструкцию, где пайка происходит внутри предварительно собранной конструкции, состоящей из сварочного основания, закрепленного на нагревательной пластине, датчика температуры, выполненного с возможностью крепления в монтажное отверстие в сварочном основании, прижимной лист из силикона и сварочной прижимной пластины, расположенной непосредственно над равномерной температурой сварочного основания. Сварочная прижимная пластина соединена со сварочным основанием через четыре шестигранных торцевых болта, что регулирует прижимное усилие и предотвращает отклонение сварочных материалов в положении соединения внахлест. Причем температура нагревательной пластины ограничена регулятором мощности, на каждой стороне зоны сварки на сварочном основании имеется корректирующая шина. The closest solution to the claimed invention is the technical solution CN103170699 (
Способ сварки с использованием сварочного устройства для высокотемпературных сверхпроводящих лент, в указанном техническом решении основан на сварочном устройстве и включает следующие этапы: 1) выбор припоя и обработка припоя в полосу толщиной примерно 0,06 мм~0,20 мм и разрезку до размера, соответствующего площади сварки, 2) очистку поверхности для сварки высокотемпературной сверхпроводящей (ВТСП) ленты, 3) соответствующее количество неагрессивной пасты или жидкого флюса равномерно наносится на ВТСП-ленту, 4) ВТСП-лента помещается в зону сварки на сварочную поверхность, отрезанная полоска припоя помещается на ВТСП-ленту и прижимной пластиной постепенно прижимается к ВТСП-ленте через прижимной лист, за счет прижимных болтов, пока прижимной лист не будет иметь подходящую деформацию, 5) свариваемые части выпрямляются и не смещаются при сварке, температура нагрева и скорость повышения температуры, отслеживаются за счет термометра и контролируются регулятором мощности, 6) сварочные швы подрезаются после окончания сварки. The welding method using a welding device for high-temperature superconducting tapes, in the specified technical solution, is based on a welding device and includes the following steps: 1) selection of solder and processing of the solder into a strip with a thickness of about 0.06 mm ~ 0.20 mm and cutting to a size corresponding to welding area, 2) cleaning the surface for welding a high-temperature superconducting (HTSC) tape, 3) an appropriate amount of non-aggressive paste or liquid flux is evenly applied to the HTSC tape, 4) HTSC tape is placed in the welding zone on the welding surface, the cut strip of solder is placed on The HTSC tape and the pressure plate are gradually pressed against the HTSC tape through the pressure plate, due to the pressure bolts, until the pressure plate has a suitable deformation, 5) the parts to be welded are straightened and not displaced during welding, the heating temperature and the rate of temperature rise are monitored for thermometer count and controlled by the power regulator, 6) welds according to are cut after the end of welding.
Заявлено, что устройство простое в эксплуатации, легко ремонтируется и способно обеспечить эффективную скорость сварки, обеспечивая равномерность давления в местах соединений, эффективно контролируя температуру нагрева и скорость повышения температуры, обеспечивая равномерность температуры в положениях стыков. It is stated that the device is simple to operate, easy to repair and capable of providing an effective welding speed, ensuring uniform pressure at the joints, effectively controlling the heating temperature and the rate of temperature rise, ensuring temperature uniformity in the positions of the joints.
Недостатками данного изобретения является то, что температура нагрева регулируется только за счет регулировки мощности нагрева нагревательной пластины, что при использовании припоя с температурой плавления 183°С (оловянный свинец) c максимальной температурой пайки выше температуры плавления припоя более чем на 30°С, и временем выдержки около 1 мин., не является достаточным для получения прочного паянного соединения ВТСП-провода. Процесс затяжки прижимной пластины при помощи четырех отдельных винтов несет опасность неравномерной затяжки и не ясно, как обеспечивается оперативное удаление провода в случае более длительного повышения температуры выше температуры плавления припоя более чем на 30°С, так как подобная ситуация приводит к разрушению структуры ВТСП-провода.The disadvantages of this invention are that the heating temperature is controlled only by adjusting the heating power of the heating plate, which when using a solder with a melting temperature of 183 ° C (tin lead) with a maximum soldering temperature higher than the melting temperature of the solder by more than 30 ° C, and time holding for about 1 min., is not sufficient to obtain a strong soldered connection of the HTSC wire. The process of tightening the clamping plate with four separate screws carries the risk of uneven tightening and it is not clear how the prompt removal of the wire is ensured in the event of a longer increase in temperature above the melting point of the solder by more than 30 ° C, since this situation leads to the destruction of the structure of the HTSC wire ...
Так же выдавливание лишнего припоя в подобной конструкции осуществляется только за счет упругости силиконовой прокладки, что не позволяет добиться хорошего качества пайки т.к. излишки припоя вносят дополнительное сопротивление, которое приводит к локальному перегреву участка и выходу провода из строя. Also, extrusion of excess solder in such a design is carried out only due to the elasticity of the silicone gasket, which does not allow achieving good soldering quality, since excess solder introduces additional resistance, which leads to local overheating of the section and failure of the wire.
Задачей настоящего изобретения является устранение указанных выше недостатков в заявленном комплексе для пайки контактных площадок ВТСП-провода. The objective of the present invention is to eliminate the above disadvantages in the claimed complex for soldering the contact pads of the HTSC wire.
Технический результат заявленного изобретения заключается в выполнении прочного паянное соединение контактной площадки ВТСП-провода без повреждения (с сохранением) структуры ВТСП-провода.The technical result of the claimed invention consists in making a strong soldered connection of the contact pad of the HTSC wire without damaging (maintaining) the structure of the HTSC wire.
Технический результат заявленного изобретения достигается за счет выполнения паянного соединения контактной площадки ВТСП-провода вследствие обеспечения плотного контакта токовой клеммы с концевым участком ВТСП-провода при использовании для пайки режимов: нагрева, подачи сжимающего усилия и жидкостного охлаждения контактной площадки ВТСП-провода, без повреждения (с сохранением) структуры ВТСП-провода, что реализуется за счет заявленных конструктивных особенностей комплекса для пайки контактных площадок высокотемпературного сверхпроводящего провода второго поколения, в котором плотный контакт (контакт по всей площади) деталей контактной площадки: токовой клеммы с концевым участком ВТСП-провода, обеспечивается за счет давления прижимного основания с шаровой опорой на изготавливаемую контактную площадку, через прижимную деталь из мягкого термостойкого материала с использованием припоя с низкой температурой плавления, а сохранение структуры ВТСП-провода в процессе пайки, достигается за счет сварочного основания, выполненого в виде термостола, причем нагревательный элемент термостола содержит, по меньшей мере, один датчик температуры и размещен между основой термостола и накладкой термостола, причем основа термостола выполнена с возможностью охлаждения сварочного основания и содержит змеевик трубки охлаждения, выполненный по всей площади основы термостола для жидкостного охлаждения сварочного основания; и последовательностью действий предложенного способа изготовления контактных площадок высокотемпературного сверхпроводящего провода второго поколения, включающего в процессе термического соединения деталей контактной площадки ВТСП-провода, подготовку деталей к термическому соединению и режимы: нагрева, подачи сжимающего усилия (давления) и жидкостного охлаждения и содержит следующие этапы:The technical result of the claimed invention is achieved by performing a soldered connection of the contact pad of the HTSC wire due to the tight contact of the current terminal with the end section of the HTSC wire when using the modes for soldering: heating, supply of compressive force and liquid cooling of the contact pad of the HTSC wire, without damage ( with the preservation) of the structure of the HTSC wire, which is realized due to the declared design features of the complex for soldering the contact pads of a high-temperature superconducting wire of the second generation, in which a tight contact (contact over the entire area) of the contact pad parts: a current terminal with the end section of an HTSC wire is provided due to the pressure of the clamping base with a ball bearing on the contact pad being manufactured, through the clamping part made of a soft heat-resistant material using solder with a low melting point, and the preservation of the structure of the HTSC wire during the soldering process is achieved due to m of a welding base made in the form of a thermal table, and the heating element of the thermal table contains at least one temperature sensor and is located between the base of the thermal table and the thermal table cover, and the base of the thermal table is designed to cool the welding base and contains a cooling tube coil made over the entire area bases of the thermostat for liquid cooling of the welding base; and the sequence of actions of the proposed method for manufacturing contact pads of a high-temperature superconducting wire of the second generation, including, in the process of thermal connection of parts of the contact pad of an HTSC wire, preparation of parts for thermal connection and modes: heating, supply of compressive force (pressure) and liquid cooling and contains the following stages:
(А) этап подготовки концевого участка ВТСП-провода и токовой клеммы к пайке, включающий: лужение концевого участка ВТСП-провода и токовой клеммы, нагрев сварочного основания, распределение расплавленного припоя на концевом участке ВТСП-провода и токовой клемме;(A) the stage of preparing the end section of the HTSC wire and current terminal for soldering, including: tinning the end section of the HTSC wire and current terminal, heating the welding base, distributing molten solder on the end section of the HTSC wire and current terminal;
(Б) этап термического соединения концевого участка ВТСП-провода и токовой клеммы, включающий режимы: нагрева, подачи сжимающего усилия и жидкостного охлаждения: формирование формующей области узла прессования для подачи сжимающего усилия, подача сжимающего усилия через опущенное прижимное основание на формующую область на нагретом сварочном основании, выключение нагрева сварочного основания при достижении требуемого сжимающего усилия с заданным давлением, включение режима жидкостного охлаждения и осуществление охлаждения формующей области узла прессования в процессе продолжающегося сжима с заданным давлением до достижения охлаждения, при котором возможно механическое извлечение изготовленной контактной площадки.(B) the stage of thermal connection of the end section of the HTSC wire and the current terminal, including the modes: heating, supply of a compressive force and liquid cooling: formation of the forming region of the pressing unit for supplying a compressive force, supply of a compressive force through a lowered clamping base to the forming area on a heated welding base, turning off the heating of the welding base upon reaching the required compressive force with a given pressure, turning on the liquid cooling mode and cooling the forming region of the pressing unit in the process of continuous compression with a given pressure until cooling is achieved, at which mechanical extraction of the manufactured contact pad is possible.
При этом способ изготовления контактных площадок может дополнительно включать на этапе (Б) осуществление охлаждения прижимного основания в процессе продолжающегося сжима с заданным давлением формующей области узла прессования.In this case, the method of manufacturing the contact pads may further include, at step (B), cooling the pressing base in the process of continuing compression with a predetermined pressure of the forming region of the pressing unit.
При этом шаровая опора прижимного основания в комплексе для пайки контактных площадок высокотемпературных сверхпроводников содержит датчик силы сжима.In this case, the ball bearing of the clamping base in the complex for soldering the contact pads of high-temperature superconductors contains a compressive force sensor.
А для выполнения паянного соединения используется припой с низкой температурой плавления.And to make a soldered joint, a solder with a low melting point is used.
Прижимное основание в комплексе для пайки выполнено с возможностью перемещения вниз-вверх по направляющим рельсам. The clamping base in the soldering complex is made with the possibility of moving up and down along the guide rails.
Змеевик трубки охлаждения в комплексе для пайки выполнен из материалов с высокой теплопроводностью, с возможностью циркуляции охлаждающей жидкости через полости змеевика трубки охлаждения.The coil of the cooling tube in the soldering complex is made of materials with high thermal conductivity, with the possibility of circulating the coolant through the cavities of the coil of the cooling tube.
При этом в качестве охлаждающей жидкости может использоваться жидкости с повышенной температурой кипения на основе этиленгликоля или пропиленгликоля и вода. In this case, liquids with an increased boiling point based on ethylene glycol or propylene glycol and water can be used as a coolant.
Так же в комплексе для пайки контактных площадок высокотемпературных сверхпроводников прижимное основание может быть выполнено в виде термостола идентичного термостолу в сварочном основании.Also, in the complex for soldering contact pads of high-temperature superconductors, the clamping base can be made in the form of a thermostat identical to the thermostat in the welding base.
При этом змеевик трубки охлаждения сварочного основания, и змеевик трубки охлаждения прижимного основания через патрубки связаны с радиатором для охлаждения.In this case, the coil of the cooling tube of the welding base and the coil of the cooling tube of the clamping base are connected through the nozzles with the radiator for cooling.
При этом накладки термостолов, и сварочного основания, и прижимного основания выполнены с гофрированной поверхностью с пазами для крепления нагревательного элемента. In this case, the overlays of the thermostats, and the welding base, and the clamping base are made with a corrugated surface with grooves for fastening the heating element.
При этом прижимная деталь в комплексе для пайки выполнена из термопластичного материала по размерам поверхностей сварочного основания и прижимного основания в виде поверхности с уступом.In this case, the clamping part in the soldering complex is made of thermoplastic material according to the dimensions of the surfaces of the welding base and the clamping base in the form of a surface with a step.
Комплекс для пайки контактных площадок высокотемпературных сверхпроводников может дополнительно содержать панель оператора, выполненную с возможностью управления, контроля и отображения параметров технологического процесса.The complex for soldering contact pads of high-temperature superconductors may additionally contain an operator panel made with the ability to control, monitor and display the parameters of the technological process.
Так же комплекс для пайки контактных площадок высокотемпературных сверхпроводников может дополнительно содержать узел подачи длинномерного ВТСП провода, содержащий подающую катушку с намотанным ВТСП-проводом, двигатель подающей катушки и фиксатор подающей катушки. Also, a complex for soldering contact pads of high-temperature superconductors may additionally comprise a long-length HTSC wire supply unit containing a supply coil with a wound HTSC wire, a supply coil motor and a supply coil retainer.
При этом выполнение формующей области узла прессования по способу изготовления контактных площадок для подачи сжимающего усилия, включает в себя: укладка токовой клеммы на подготовленный концевой участок ВТСП-провода, установку прижимной детали на токовую клемму и концевой участок ВТСП-провода.In this case, the implementation of the forming region of the pressing unit according to the method of manufacturing contact pads for supplying a compressive force, includes: laying the current terminal on the prepared end section of the HTSC wire, installing the clamping part on the current terminal and the end section of the HTSC wire.
При этом на токовой клемме формируют несколько ступенек, расположенных одна за другой и образующих ступенчатую часть токовой клеммы, а концевой участок ВТСП-провода изготавливают в виде ответной части к токовой клемме.In this case, several steps are formed on the current terminal, located one after the other and forming a stepped part of the current terminal, and the end section of the HTSC wire is made in the form of a counterpart to the current terminal.
Сущность заявленного изобретения поясняется чертежами:The essence of the claimed invention is illustrated by drawings:
- на фиг. 1 - комплекс для пайки контактных площадок высокотемпературных сверхпроводников второго поколения;- in Fig. 1 - a complex for soldering contact pads of high-temperature superconductors of the second generation;
- на фиг. 2 - изображение узла прессования комплекса для пайки;- in Fig. 2 - image of the pressing unit of the soldering complex;
- на фиг. 3 - конструкция термостола;- in Fig. 3 - design of the thermostat;
- на фиг. 4 – выполнение формующей области узла прессования;- in Fig. 4 - execution of the forming area of the pressing unit;
- на фиг. 5 - тепловой анализ установки со свободной конвекцией воздуха;- in Fig. 5 - thermal analysis of the installation with free air convection;
- на фиг.6 - Тепловой анализ установки принудительной циркуляцией воздуха;- figure 6 - Thermal analysis of the installation of forced air circulation;
- на фиг.7 - Тепловой анализ установки с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости.- figure 7 - Thermal analysis of the installation with forced circulation of the coolant.
Комплекс для пайки контактных площадок высокотемпературных сверхпроводников второго поколения (далее комплекс для пайки) относится к производственному оборудованию и является частью производственной линии для изготовления высокотемпературных сверхпроводников второго поколения. The complex for soldering the contact pads of the second generation high-temperature superconductors (hereinafter referred to as the soldering complex) belongs to the production equipment and is part of the production line for the production of high-temperature superconductors of the second generation.
Комплекс для пайки контактных площадок высокотемпературных сверхпроводников второго поколения (Фиг.1) содержит узел (1) прессования, узел (2) подачи длинномерного ВТСП-провода и панель (3) оператора, причем узел (2) подачи длинномерного ВТСП-провода и панель (3) оператора являются опциональными. The complex for soldering the contact pads of high-temperature superconductors of the second generation (Fig. 1) contains a pressing unit (1), a unit (2) for supplying a long HTSC wire and an operator panel (3), moreover, a unit (2) for supplying a long HTSC wire and a panel ( 3) Operators are optional.
Панель (3) оператора комплекса для пайки состоит из программируемого логического контроллера, с установленным программным обеспечением, и монитора, и используется при полу-автоматизированной работе комплекса для пайки. Панель (3) оператора выполнена с возможностью управлять всеми подвижными узлами установки и осуществлять контроль параметров технологического процесса таких как: температурный режим сварки (пайки), скорость перемещения пресса, сжимающее усилие, направление и вращающий момент подающего двигателя узла подачи ВТСП-провода, режим охлаждения. The panel (3) of the operator of the soldering complex consists of a programmable logic controller, with installed software, and a monitor, and is used in the semi-automated operation of the soldering complex. The operator's panel (3) is made with the ability to control all the movable units of the installation and monitor the parameters of the technological process, such as: the temperature regime of welding (soldering), the speed of the press, the compressive force, the direction and torque of the feeding motor of the HTSC wire feed unit, the cooling mode ...
Узел (2) подачи ВТСП провода используется в комплексе для пайки при работе с длинномерными ВТСП-проводами. При выполнении контактных площадок на длинномерных ВТСП проводах в узле (2) подачи ВТСП провода устанавливается подающая катушка (4) с намотанным длинномерным ВТСП-проводом, двигатель (5) подающей катушки, фиксатор (6) подающей катушки и зажим (7) для фиксации ВТСП-провода. Node (2) for supplying HTSC wires is used in a complex for soldering when working with long HTSC wires. When making contact pads on long HTSC wires, a supply coil (4) with a wound long HTSC wire, a supply coil motor (5), a clamp (6) of a supply coil and a clamp (7) for fixing the HTSC are installed in the HTSC wire supply unit (2) -wires.
Узел (1) прессования (Фиг. 2) содержит сварочное основание (8), прижимное основание (9), выполненное с возможностью перемещения вниз-вверх по направляющим рельсам (10), за счет двигателя (11) пресса или рычага пресса (не показан). Двигатель (11) пресса является опциональным и используется при полу-автоматизированной работе комплекса для пайки. Прижимное основание (9) через шаровую опору (12) пресса (далее шаровая опора) и датчик (13) силы сжима, соединено с двигателем (11) пресса через ось (14) с резьбой двигается; сварочное основание (8) закреплено на горизонтальную опору (15) узла прессования; направляющие рельсы (10) закреплены на вертикальную опору (16) узла прессования.The unit (1) pressing (Fig. 2) contains a welding base (8), a clamping base (9), made with the possibility of moving up and down along the guide rails (10), due to the motor (11) of the press or the lever of the press (not shown ). The engine (11) of the press is optional and is used for semi-automated operation of the soldering complex. The clamping base (9) through the ball bearing (12) of the press (hereinafter referred to as the ball bearing) and the sensor (13) of the compressive force, is connected to the engine (11) of the press through the axle (14) with a thread; the welding base (8) is fixed to the horizontal support (15) of the pressing unit; the guide rails (10) are fixed on the vertical support (16) of the pressing unit.
Сварочное основание (8) и прижимное основание (9) образуют простую пресс-форму для выполнения пайки (фиг. 1 и фиг. 2). По линии разъема пресс-формы сварочное основание (8) и прижимное основание (9) имеют прямые поверхности. The welding base (8) and the clamping base (9) form a simple mold for brazing (Fig. 1 and Fig. 2). Along the parting line of the mold, the welding base (8) and the clamping base (9) have straight surfaces.
Сварочное основание (8) выполнено в виде термостола. Прижимное основание (9) может быть так же выполнено в виде термостола идентично термостолу сварочного основания (8).The welding base (8) is made in the form of a thermal table. The clamping base (9) can also be made in the form of a thermal table, identical to the thermal table of the welding base (8).
Термостол (Фиг. 3) сварочного основания (8) состоит из основы (17) термостола, накладки (18) на термостол и нагревательного элемента (19). Основа (17) термостола содержит полый змеевик (20) трубки охлаждения, выполненный по всей площади основы (17) термостола. Накладка (18) на термостол содержит пазы для крепления нагревательного элемента (19) и может иметь гофрированную поверхность. Нагревательный элемент (19), содержит по меньшей мере один датчик (21) температуры. Как правило используется два датчика (21) температуры, установленные на концах нагревательного элемента (19), который размещается между основой (17) термостола и накладкой (18) на термостол с креплением в предусмотренные для этого пазы.The thermostat (Fig. 3) of the welding base (8) consists of the base (17) of the thermostat, an overlay (18) on the thermostat and a heating element (19). The base (17) of the thermostat table contains a hollow coil (20) of the cooling tube, made over the entire area of the base (17) of the thermostat. The cover (18) on the thermostat contains grooves for fastening the heating element (19) and may have a corrugated surface. The heating element (19) contains at least one temperature sensor (21). As a rule, two temperature sensors (21) are used, installed at the ends of the heating element (19), which is placed between the base (17) of the thermostat and the plate (18) on the thermostat with fastening in the grooves provided for this.
Змеевик (20) трубки охлаждения может быть выполнен из материалов с высокой теплопроводностью, как из металлических материалов, например, из меди, так и из не металлических материалов, например, пластика. The coil (20) of the cooling tube can be made of materials with high thermal conductivity, both from metallic materials, for example, copper, and from non-metallic materials, for example, plastic.
Змеевик (20) трубки охлаждения через патрубки связан с радиатором для охлаждения.The coil (20) of the cooling tube is connected through the branch pipes to the radiator for cooling.
Прижимную деталь (22) (Фиг. 4) выполнена из термопластичного материала, например, из силикона, отверждаемого соединениями олова, по принципу поликонденсации, разработанный для применений, требующих высокую темперную устойчивость. Он имеет низкую вязкость и дает в отвержденном виде очень низкую усадку, обладает повышенной темперной устойчивостью (до 294°C).The pressure piece (22) (Fig. 4) is made of a thermoplastic material, for example, silicone, cured with tin compounds, according to the principle of polycondensation, designed for applications requiring high temperature resistance. It has a low viscosity and gives a very low shrinkage when cured, has an increased temperature resistance (up to 294 ° C).
Прижимную деталь (22) используется в формующей области узла прессования и выполнена по размерам поверхностей сварочного основания (8) и прижимного основания (9) в виде поверхности с уступом для равномерного размещения материалов для пайки контактной площадки. The clamping part (22) is used in the forming area of the pressing unit and is made according to the dimensions of the surfaces of the welding base (8) and the clamping base (9) in the form of a surface with a step for uniform placement of materials for soldering the contact pad.
Пример реализации способа изготовления контактных площадок высокотемпературного сверхпроводящего провода второго поколения раскрыт на примере процесса пайки контактных площадок длинномерного ВТСП-провода на полу-автоматизированном комплексе для пайки контактных площадок ВТСП-провода: An example of the implementation of a method for manufacturing contact pads of a high-temperature superconducting wire of the second generation is disclosed by the example of the process of soldering contact pads of a long HTSC wire on a semi-automated complex for soldering contact pads of an HTSC wire:
ВТСП-провод (23) является завершенным изделием типа твистированный стек, ребель ВТСП лент, намотка обмоток параллельными лентами ВТСП или стопками лент. HTSC wire (23) is a complete product of the twisted stack type, ribs of HTSC tapes, winding of windings with parallel HTSC tapes or stacks of tapes.
Токовая клемма (24) может быть изготовлена из любого проводящего материала, например, сплавов меди, серебра или золота. The current terminal (24) can be made of any conductive material, for example, copper, silver or gold alloys.
Так как ВТСП-провод (23) сформирован из нескольких полотен ВТСП-лент, (например, соединенных в стек по патенту RU 2731750, 02.12.2019), то концевой участок (25) ВТСП-провода изготавливают в виде ответной части к токовой клемме (24), причем на токовой клемме (24) сформировано несколько ступенек, расположенных одна за другой и образующих ступенчатую часть клеммы.Since the HTSC wire (23) is formed from several webs of HTSC tapes (for example, stacked according to patent RU 2731750, 02.12.2019), the end section (25) of the HTSC wire is made in the form of a counterpart to the current terminal ( 24), and on the current terminal (24) formed several steps, located one after the other and forming a stepped part of the terminal.
Этап (А) подготовки концевого участка (25) ВТСП-провода и токовой клеммы (22) к пайке осуществляется следующим образом:Stage (A) of preparation of the end section (25) of the HTSC wire and the current terminal (22) for soldering is carried out as follows:
Перед пайкой оператор производит несколько подготовительных операций, в частности, лужение концевого участка (25) ВТСП-провода и токовой клеммы (24). Before soldering, the operator performs several preparatory operations, in particular, the tinning of the end section (25) of the HTSC wire and the current terminal (24).
При лужении концевой участок (25) ВТСП-провода и токовой клеммы (24) могут быть покрыты дополнительным слоем стабилизатора в виде нержавеющей ленты (или других металлических сплавов с высоким удельным сопротивлением) и далее низкотемпературным припоем для осуществления последующей пайки, что в том числе повышает антикоррозионные свойства контактной площадки в процессе эксплуатации.When tinning, the end section (25) of the HTSC wire and the current terminal (24) can be coated with an additional stabilizer layer in the form of a stainless tape (or other metal alloys with high resistivity) and then with low-temperature solder for subsequent soldering, which, among other things, increases anti-corrosion properties of the contact pad during operation.
На вал двигателя (5) подающей катушки помещается катушка (4) с длинномерным ВТСП-проводом (23) с подготовленной концевой участок (25) ВТСП-провода.A coil (4) with a long HTSC wire (23) with a prepared end section (25) of the HTSC wire is placed on the motor shaft (5) of the supply coil.
Длинномерный ВТСП-провод (23) протягивается через зажим (7) для фиксации ВТСП-провода и фиксируется крепежными элементами, например, гайками (не показаны, фиг. 1). Через панель (3) оператора задается такой параметр силы натяжения, при котором свободный участок ВТСП-провода не провисает, а катушка не разматывается.Long HTSC wire (23) is pulled through the clamp (7) to fix the HTSC wire and is fixed with fasteners, for example, nuts (not shown, Fig. 1). Through the operator's panel (3), such a parameter of the tension force is set, at which the free section of the HTSC wire does not sag, and the coil does not unwind.
Нагрев сварочного основания (8) задается через панель (3) оператора. Нагрев прижимного основания (9) включается опционально, в зависимости от типа контактной площадки ВТСП-провода, т.е. выполнении пайки токовых клемм (24) с двух сторон концевого участка ВТСП-провода. Температура нагрева сварочного основания (8) отслеживается, за счет, по меньше мере, одного датчика (21) температуры.Heating of the welding base (8) is set via the operator panel (3). The heating of the clamping base (9) is switched on optionally, depending on the type of the contact pad of the HTSC wire, i.e. soldering the current terminals (24) on both sides of the end section of the HTSC wire. The heating temperature of the welding base (8) is monitored by at least one temperature sensor (21).
Концевой участок (25) ВТСП-провода, подготовленный для пайки, располагается на накладке (18) термостола сварочного основания (далее на сварочном основании), разогретого до 130°С, и протирается раствором паяльной кислоты (например, 5% раствором ZnCl2), чтобы убрать оксидную пленку. Так же оксидная пленка удаляется с подготовленой токовой клеммы (24) и прижимной детали (22). The end section (25) of the HTSC wire, prepared for soldering, is located on the pad (18) of the thermal table of the welding base (further on the welding base), heated to 130 ° C, and is wiped with a solution of soldering acid (for example, 5% ZnCl 2 solution), to remove the oxide film. The oxide film is also removed from the prepared current terminal (24) and the clamping piece (22).
Дополнительно прижимная деталь (22) и токовая клемма (24) так же могут быть нагреты на сварочном основании (8) до начала их термического соединения.Additionally, the clamping piece (22) and the current terminal (24) can also be heated on the welding base (8) before the start of their thermal connection.
На концевом участке (25) ВТСП-провода размещаются гранулы (прутки, фольга и т.п.) припоя, после их расплавления при помощи меламиновой губки припой распределяется по поверхности концевого участка (25). At the end section (25) of the HTSC wire, granules (rods, foil, etc.) of the solder are placed, after they are melted using a melamine sponge, the solder is distributed over the surface of the end section (25).
Требованиями к припою являются низкая температура плавления (ниже 200 °С) и пригодность для пайки медных деталей. Для пайки подходят бытовые свинцово-оловянные припои ПОС60, ПОС61, ПОС63, легкоплавкие припои, такие как ПОИН52 и сплав Розе.Solder requirements are low melting point (below 200 ° C) and suitability for brazing copper parts. Suitable for soldering are household lead-tin solders POS60, POS61, POS63, low-melting solders, such as POIN52 and Rose alloy.
Этап (Б) термического соединения концевого участка (25) ВТСП-провода и токовой клеммы (24), включающий режимы: нагрева, сжимающего усилия пресса и жидкостного охлаждения происходит следующим образом: Stage (B) of thermal connection of the end section (25) of the HTSC wire and the current terminal (24), including the modes: heating, compressive press forces and liquid cooling occurs as follows:
Температура пайки выбирается из соображений не причинения вреда концевому участку ВТСП-провода (соответственно ВТСП проводу в целом) и требуемой температуры плавления используемого припоя, поэтому проводиться в низкотемпературном режиме нагрева при температуре до 200°С. The soldering temperature is selected for reasons of not causing harm to the end section of the HTSC wire (correspondingly to the HTSC wire as a whole) and the required melting temperature of the used solder, therefore, it is carried out in a low-temperature heating mode at temperatures up to 200 ° C.
Выполнение формующей области узла (3) прессования для подачи сжимающего усилия, включает в себя: Implementation of the forming region of the pressing unit (3) for supplying the compressive force includes:
- укладку токовой клеммы (24) на подготовленный концевой участок (25) ВТСП-провода. - laying the current terminal (24) on the prepared end section (25) of the HTSC wire.
- установку прижимной детали (22) на токовую клемму (24) и концевой участок (25) ВТСП-провода. - installation of the clamping part (22) on the current terminal (24) and the end section (25) of the HTSC wire.
Режим сжимающего усилия пресса устанавливается через панель (3) оператора. Пайку целесообразно проводить при приложении давления от 5 до 7 атм.The compressive force mode of the press is set through the operator panel (3). It is advisable to solder when a pressure of 5 to 7 atm is applied.
В данном воплощении в качестве пресса используется прижимное основание (9). При включении двигателя (8) пресса происходит вертикальное перемещение прижимного основания (9) вниз по направляющим рельсам (15) и самого двигателя (11) пресса относительно сварочного основания (8). Прижимное основание (9) сжимает концевой участок (25) ВТСП-провода и токовой клеммы (24), уложенные на сварочное основание (8), через прижимную деталь (22) с заданным усилием, при этом сварочное основание (8) нагрето до температуры в пределах до 200°С.In this embodiment, a pressure base (9) is used as a press. When the engine (8) of the press is turned on, the clamping base (9) moves vertically downward along the guide rails (15) and the engine itself (11) of the press relative to the welding base (8). The clamping base (9) compresses the end section (25) of the HTSC wires and the current terminal (24), laid on the welding base (8), through the clamping part (22) with a predetermined force, while the welding base (8) is heated to a temperature in range up to 200 ° C.
Шаровая опора (12) пресса дает свободу перемещения прижимному основанию (9) во время работы пресса в горизонтальной плоскости и исключает – в вертикальной, что обеспечивает максимально плотное прилегание к прижимной детали (22) из мягкого термоустойчивого материала и соответственно прилегание прижимной детали (22) к изготавливаемой контактной площадке. Подающееся усилие отслеживается датчиком (13) силы сжима. При достижении требуемого сжимающего усилия с заданным давлением сжима формующей области узла (3) прессования, т.е. прижимного основания (9) через прижимную деталь (22) на изготавливаемую контактную площадку, расположенную на сварочном основании (8), автоматически выключается нагрев сварочного основания (8) и включается режим жидкостного охлаждения сварочного основания (8) в процессе продолжающегося сжима пресс-формы узла (3) прессования с заданным усилием, при этом механически кистью или меламином по периметру прижимной детали (22) удаляются излишки припоя (облой).The ball bearing (12) of the press gives freedom of movement of the clamping base (9) during the operation of the press in the horizontal plane and excludes - in the vertical one, which ensures the most tight fit to the clamping part (22) from a soft heat-resistant material and, accordingly, the adhesion of the clamping part (22) to the manufactured contact pad. The applied force is monitored by the compressive force sensor (13). When the required compressive force is reached with a predetermined compressive pressure of the forming region of the pressing unit (3), i.e. pressing base (9) through the clamping part (22) to the contact pad to be manufactured located on the welding base (8), the heating of the welding base (8) is automatically turned off and the mode of liquid cooling of the welding base (8) is switched on during the continuing compression of the mold of the assembly (3) pressing with a predetermined force, while mechanically using a brush or melamine along the perimeter of the clamping part (22), excess solder (flash) is removed.
Режим жидкостного охлаждения формующей области узла (3) прессования осуществляется следующим образом:The mode of liquid cooling of the forming area of the pressing unit (3) is carried out as follows:
Охлаждение формующей области узла (3) прессования осуществляется путем циркуляции охлаждающей жидкости через полости змеевика (20) трубки охлаждения, установленной в основе термостола (17) сварочного основания (8), в процессе продолжающегося сжима формующей области узла (3) прессования с заданным усилием. Cooling of the forming area of the pressing unit (3) is carried out by circulating the coolant through the cavities of the coil (20) of the cooling tube installed in the base of the thermal table (17) of the welding base (8), in the process of continuing compression of the forming area of the pressing unit (3) with a given force.
В качестве охлаждающей жидкости в основном используются жидкости с повышенной температурой кипения на основе этиленгликоля или пропиленгликоля, однако возможно для охлаждения применение воды. As a cooling liquid, liquids with an increased boiling point based on ethylene glycol or propylene glycol are mainly used, however, it is possible to use water for cooling.
Жидкость, вышедшая из змеевика (20) трубки охлаждения, проходит через радиатор, где охлаждается, например, за счет вентилятора (не показаны), чтобы вновь поступить в змеевик (20) трубки охлаждения в основе термостола (17). Циркуляция жидкости осуществляется за счет насоса (не показан). Средняя температура циркулирующей охлаждающей жидкости находится в диапазоне от 30 ºС до 60 ºС.The liquid exiting the cooling pipe coil (20) passes through a radiator, where it is cooled, for example, by a fan (not shown), to re-enter the cooling tube coil (20) at the base of the thermostat (17). The liquid is circulated by a pump (not shown). The average temperature of the circulating coolant is between 30 ° C and 60 ° C.
Режим жидкостного охлаждения выполняется до достижения охлаждения формующей области узла (3) прессования, при котором возможно механическое извлечение изготовленной контактной площадки из разомкнутой пресс-формы.The liquid cooling mode is carried out until the cooling of the forming region of the pressing unit (3) is achieved, in which it is possible to mechanically remove the manufactured contact pad from the open mold.
Например, извлечь изготовленную контактную площадку ВТСП-провода может оператор в рабочих перчатки устойчивых к высоким температурам.For example, an operator wearing work gloves resistant to high temperatures can remove the manufactured contact pad of the HTSC wire.
Температура охлажденного сварочного основания (8) и, как следствие, формующей области узла (3) прессования, находится в пределах 60 ºС.The temperature of the cooled welding base (8) and, as a consequence, of the forming area of the pressing unit (3), is within 60 ºС.
После выполнения процесса пайки, прижимное основание (9) возвращается в верхнее положение. Готовая контактная площадка убирается со сварочного основания.After the soldering process has been completed, the clamping base (9) returns to its upper position. The finished contact pad is removed from the welding base.
Заявленное изобретение иллюстрируется следующими примерами.The claimed invention is illustrated by the following examples.
Был изготовлен ВТСП-провод, представляющий собой набор ВТСП-лент шириной 12 мм. ВТСП-ленты включали в себя металлическую ленту-основу из сплава Hastelloy C276, последовательно расположенные буферные слои Al2O3, Y2O3, IBAD-MgO, LaMnO3, СеO2, сверхпроводящий слой GdBCO или YBCO и защитные слои с обеих сторон из серебра, меди и слоя припоя на основе олова. Подготовленный к пайке концевой участок ВТСП-провода помещался на накладку термостола предварительно разогретого с помощью нагревательного элемента до 130 ºС сварочного основания, меламином растирался расплавленный низкотемпературный припой Розе по поверхности концевого участка ВТСП-провода, далее позиционировалась медная токовая клемма, затем сверху клали силиконовую прижимную деталь на всю область пайки, вся конструкция (пресс-форма) узла прессования зажималась до усилия 5 атм., излишки припоя удалялись кистью или меламином, после достижения требуемого сжима и в продолжении давления автоматически включалось жидкостное охлаждение до достижения охлаждения накладки сварочного основания до 60 ºС, которое фиксируется датчиками температуры. An HTSC wire was fabricated in the form of a set of
Данный опыт был проведен также с воздушным охлаждением. This experiment was also carried out with air cooling.
Для оценки эффективности охлаждения ВТСП-провода было проведено компьютерное моделирование с использованием ПО Solidworks. На фиг. 7, фиг. 8 и фиг. 9 приведены примеры распределения тепла между элементами узла прессования, полученные в результате моделирования. Как следует из приведённых данных, наиболее эффективным методом является охлаждение при помощи принудительной циркуляции охлаждающей жидкости.To assess the cooling efficiency of the HTSC wire, a computer simulation was carried out using the Solidworks software. FIG. 7, figs. 8 and FIG. 9 shows examples of heat distribution between the elements of the pressing unit, obtained as a result of simulation. As follows from the given data, the most effective method is cooling by means of forced circulation of the coolant.
Для оценки качества полученной контактной площадки ВТСП-провода замеряли критический ток, который может пройти через нее. Критический ток является одним из важнейших параметров сверхпроводника, падение которого влечет к ухудшению свойств ВТСП-провода. После замера критического тока образец, выполненный с применением жидкостного охлаждения, потерял критический ток 3-3,5%, образец выполненный с воздушным – 10-12 %. To assess the quality of the obtained contact area of the HTSC wire, we measured the critical current that can pass through it. The critical current is one of the most important parameters of a superconductor, the fall of which leads to a deterioration in the properties of an HTSC wire. After measuring the critical current, the sample made with the use of liquid cooling lost the critical current of 3-3.5%, the sample made with air - 10-12%.
Таким образом, применение установки для пайки с жидкостным охлаждением позволяет изготовить прочное паянное соединение контактной площадки ВТСП-провода и сохранить свойства ВТСП-провода.Thus, the use of a liquid-cooled soldering device makes it possible to manufacture a strong soldered connection of the contact pad of the HTSC wire and to preserve the properties of the HTSC wire.
Claims (31)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020133595A RU2746654C1 (en) | 2020-10-13 | 2020-10-13 | Method for manufacturing contact pads of high-temperature superconducting wire of second generation and complex for implementing the method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020133595A RU2746654C1 (en) | 2020-10-13 | 2020-10-13 | Method for manufacturing contact pads of high-temperature superconducting wire of second generation and complex for implementing the method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2746654C1 true RU2746654C1 (en) | 2021-04-19 |
Family
ID=75521311
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020133595A RU2746654C1 (en) | 2020-10-13 | 2020-10-13 | Method for manufacturing contact pads of high-temperature superconducting wire of second generation and complex for implementing the method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2746654C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2783918C1 (en) * | 2021-10-20 | 2022-11-22 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Method for measuring the critical parameters of flexible samples of a superconductor and apparatus for implementation thereof |
| CN115846949A (en) * | 2022-11-30 | 2023-03-28 | 上海国际超导科技有限公司 | Portable strip welding device |
| CN118977026A (en) * | 2024-10-18 | 2024-11-19 | 江西联创光电超导应用有限公司 | A strip joint welding device for pancake coils |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1805800A1 (en) * | 1990-01-05 | 1995-01-27 | Обнинский институт атомной энергетики | Process of manufacture of current-carrying element from superconductive ceramics |
| CN103170699A (en) * | 2013-03-07 | 2013-06-26 | 中国科学院等离子体物理研究所 | Welding device and welding method for high temperature superconducting strip |
| CN107457462A (en) * | 2017-07-04 | 2017-12-12 | 合肥联森测控科技有限公司 | A kind of adjustable-pressure spring compression soldering welder and welding method |
| RU2731750C1 (en) * | 2019-12-02 | 2020-09-08 | Общество С Ограниченной Ответственностью "С-Инновации" (Ооо "С-Инновации") | Method of making electrical contact connection |
-
2020
- 2020-10-13 RU RU2020133595A patent/RU2746654C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1805800A1 (en) * | 1990-01-05 | 1995-01-27 | Обнинский институт атомной энергетики | Process of manufacture of current-carrying element from superconductive ceramics |
| CN103170699A (en) * | 2013-03-07 | 2013-06-26 | 中国科学院等离子体物理研究所 | Welding device and welding method for high temperature superconducting strip |
| CN107457462A (en) * | 2017-07-04 | 2017-12-12 | 合肥联森测控科技有限公司 | A kind of adjustable-pressure spring compression soldering welder and welding method |
| RU2731750C1 (en) * | 2019-12-02 | 2020-09-08 | Общество С Ограниченной Ответственностью "С-Инновации" (Ооо "С-Инновации") | Method of making electrical contact connection |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2783918C1 (en) * | 2021-10-20 | 2022-11-22 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Method for measuring the critical parameters of flexible samples of a superconductor and apparatus for implementation thereof |
| CN115846949A (en) * | 2022-11-30 | 2023-03-28 | 上海国际超导科技有限公司 | Portable strip welding device |
| CN118977026A (en) * | 2024-10-18 | 2024-11-19 | 江西联创光电超导应用有限公司 | A strip joint welding device for pancake coils |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2746654C1 (en) | Method for manufacturing contact pads of high-temperature superconducting wire of second generation and complex for implementing the method | |
| JP4744248B2 (en) | RE oxide superconducting wire joining method | |
| JP5005582B2 (en) | Superconducting current lead manufacturing method | |
| US10044176B2 (en) | Wire splicing device, wire splicing method, and method for manufacturing splice structure | |
| US6984125B2 (en) | Apparatus for manufacturing electronic device, method of manufacturing electronic device, and program for manufacturing electronic device | |
| JP2025157240A (en) | Process, system, and device for metal filling of high temperature superconductor cables | |
| KR101466799B1 (en) | Joining of HTS 2G coated conductor using ultrasonic welding method | |
| US20170239757A1 (en) | Brazing gap spacing apparatus and method | |
| JP6217226B2 (en) | Thermal mass flow meter, mass flow controller, and thermal mass flow meter manufacturing method | |
| CN107799917A (en) | The low resistance connection device and its manufacture method of a kind of REBCO high-temperature superconductors band | |
| JP2011003382A (en) | Connection method and connection device of superconducting wire rod | |
| JP2742454B2 (en) | Soldering equipment | |
| JP3770238B2 (en) | Electronic device manufacturing apparatus and electronic device manufacturing method | |
| JPS5918832B2 (en) | Electrical transition components and motors | |
| JPS63235081A (en) | Spot welding machine | |
| CN110049584A (en) | A kind of carbon fiber heating line and processing technology | |
| CN107552912B (en) | High-temperature superconducting strip and copper terminal counter weight self-compaction tin welding device and welding method | |
| CN108140715A (en) | For manufacturing the method and apparatus of superconducting conductor | |
| US4493964A (en) | Method of joining electrically conductive members | |
| JP5778064B2 (en) | Superconducting current lead and superconducting magnet device using the superconducting current lead | |
| JP6656424B2 (en) | Method of manufacturing solar cell module | |
| JP5608842B1 (en) | Wire rod connecting device, wire rod connecting method, and manufacturing method of connection structure | |
| CN1515377A (en) | Welding method of Bi system high-temp. superconductive tape material | |
| CN121315423A (en) | A method for ultrasonic welding of copper to aluminum in UAV wiring harnesses | |
| JP2025536532A (en) | Superconducting cable with solder channel |