阅读说明：本技术 一种高温超导带材接头感应加热焊接工艺及其焊接装置 (High-temperature superconducting strip joint induction heating welding process and welding device thereof ) 是由 薛济萍 黄勇 田波 蔡玲玲 王海林 吴佳锋 于 2020-05-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高温超导带材接头感应加热焊接装置,包括电磁加热控制器和与电磁加热控制器电连接的加热线圈,加热线圈在电磁加热控制器的作用下产生高频变化磁场,以形成用于对超导带材接头焊接的感应加热工作区。应用该高温超导带材接头感应加热焊接装置,可以使被焊接材料实现自发热焊接,有效避免常规传导加热焊接过程中所出现的温度梯度问题,提高加热温度均匀性,保证焊点的焊接质量,减少焊接设备的热损失,提升加热效率。且该焊接装置外形轻巧、操作简便,工作时装置无发热部件,不产生高温,提高了操作者使用安全,有效避免意外烫伤。本发明还公开了一种采用上述焊接装置的高温超导带材接头感应加热焊接工艺,同样具有上述技术效果。(The invention discloses an induction heating welding device for a high-temperature superconducting strip joint, which comprises an electromagnetic heating controller and a heating coil electrically connected with the electromagnetic heating controller, wherein the heating coil generates a high-frequency change magnetic field under the action of the electromagnetic heating controller so as to form an induction heating working area for welding the superconducting strip joint. By applying the high-temperature superconducting tape joint induction heating welding device, the self-heating welding of the welded material can be realized, the temperature gradient problem in the conventional conduction heating welding process is effectively avoided, the heating temperature uniformity is improved, the welding quality of welding spots is ensured, the heat loss of welding equipment is reduced, and the heating efficiency is improved. The welding device is light in appearance and simple and convenient to operate, no heating component is arranged in the welding device during working, high temperature is not generated, the use safety of an operator is improved, and accidental scalding is effectively avoided. The invention also discloses a high-temperature superconducting tape joint induction heating welding process adopting the welding device, and the welding device also has the technical effects.)

一种高温超导带材接头感应加热焊接工艺及其焊接装置

技术领域

本发明涉及超导带材技术领域，更具体地说，涉及一种高温超导带材接头感应加热焊接工艺及其焊接装置。

背景技术

随着超导应用技术的发展，超导材料被越来越多的运用到了科学研究、医疗、电力、工业等领域。高温超导带材因制备工艺的差别可分为第一代和第二代两种，第一代高温超导带材采用PIT工艺制备，为多芯结构，第二代高温超导带材采用涂层结构，其内部层数一般多在七层以上，又称为涂层导体。目前商用的高温超导带材的单根量产长度仅为千米量级，根本无法满足工程项目的使用需求，因此，在实际工程应用中通常需要借助焊接来延长超导带材的长度。目前常用的超导带材的焊接方法多为锡焊工艺，焊接加热方式主要是电热元件加热、高温气流加热、高温辐射加热，加热装置多为：电烙铁、加热管、加热片/板、加热带、热风枪等。

超导带材的接头为三层结构：带材-焊料-带材，采用电热元件、高温气流、高温辐射加热方式，热量均需由带材外表面逐层向内传导，直至焊料层。然而，传导加热方式加热部件所能接受到的热能很少，热源所产生的热量大部分都散失到了空气中，存在较大的热损失，而且传导加热方式会使带材在焊接过程接头位置由外向内产生温度梯度，由于带材表面不同位置接触热源的热阻不同，进一步增加了接头位置的纵向温度梯度，造成加热不均匀，影响焊接质量。对于第二代高温超导带材而言，较大的温度梯度对其内部多层结构的稳定性也会造成不可逆的损伤。在某些超导应用项目中，为满足相应的使用工况，多选用加强型超导带材，加强型超导带材为五层结构：强化层-焊料层-超导带材-焊料层-强化层。焊接加强型超导带材时，其接头位置的纵向层数可达到十几层，如加上带材自身的多层结构，这个结构层数甚至可以达到二十几层。这样的多层结构受温度梯度的影响会更明显，在接头焊接过程中，经常发生带材自身加强层焊料已融化脱开，而加强型带材与带材之间的焊料还未融化，造成加强型带材自身结构损坏，性能下降，甚至报废。

综上所述，如何有效地解决超导带材焊接采用传导方式加热产生温度梯度使得焊接均匀性差等问题，是目前本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的第一个目的在于提供一种高温超导带材接头感应加热焊接装置，该高温超导带材接头感应加热焊接装置的结构设计可以有效地解决超导带材焊接采用传导方式加热产生温度梯度使得焊接均匀性差的问题，本发明的第二个目的是提供一种高温超导带材接头感应加热焊接工艺。

为了达到上述第一个目的，本发明提供如下技术方案：

一种高温超导带材接头感应加热焊接装置，包括电磁加热控制器和与所述电磁加热控制器电连接的加热线圈，所述加热线圈在所述电磁加热控制器的作用下产生高频变化磁场，以形成用于对超导带材接头焊接的感应加热工作区。

优选地，上述高温超导带材接头感应加热焊接装置中，还包括焊接支撑部件，所述加热线圈固定于所述焊接支撑部件上。

优选地，上述高温超导带材接头感应加热焊接装置中，所述焊接支撑部件为焊接手柄，所述加热线圈固定于所述焊接手柄的前端。

优选地，上述高温超导带材接头感应加热焊接装置中，所述焊接手柄通过电源线将所述加热线圈与所述电磁加热控制器电连接。

优选地，上述高温超导带材接头感应加热焊接装置中，所述焊接手柄具有用于握持的绝缘握柄部。

优选地，上述高温超导带材接头感应加热焊接装置中，所述焊接支撑部件为支撑平台。

优选地，上述高温超导带材接头感应加热焊接装置中，所述焊接支撑部件上设置有用于控制所述加热线圈与所述电磁加热控制器接通与否的控制开关。

优选地，上述高温超导带材接头感应加热焊接装置中，所述加热线圈饼式单线双层线圈，双层线圈之间的间隙为所述感应加热工作区。

优选地，上述高温超导带材接头感应加热焊接装置中，所述加热线圈为螺旋管线圈，所述螺旋管线圈的轴向中空位置为所述感应加热工作区。

本发明提供的高温超导带材接头感应加热焊接装置包括电磁加热控制器和加热线圈。其中，加热线圈与电磁加热控制器电连接，并能够在电磁加热控制器的作用下产生高频变化磁场，进而形成感应加热工作区以对超导带材接头焊接。

应用本发明提供的高温超导带材接头感应加热焊接装置进行焊接时，将超导带材接头置于感应加热工作区内，加热线圈在电磁加热控制器的驱动下产生高频变化磁场，感应加热工作区内的所有金属因交变磁场而感应出交变电流，交变电流使超导带材接头焊接区域的金属层内形成涡流并产生热量。通过控制电磁加热控制器的输出频率与电流大小，可以调节焊接区域金属层感应涡流的大小，控制温升。当温度达到焊料融化温度后，带材接头完成自加热溶焊。采用该焊接装置进行超导带材接头焊接，可以使被焊接材料实现自发热焊接，可有效避免常规传导加热焊接过程中所出现的温度梯度问题，提高加热温度的均匀性，保证焊点的焊接质量，并减少焊接设备的热损失，提升加热效率。且该焊接装置外形轻巧、操作简便，工作时装置无发热部件，不产生高温，提高了操作者使用安全，可有效避免意外烫伤。

为了达到上述第二个目的，本发明还提供了一种高温超导带材接头感应加热焊接工艺，采用如上所述的高温超导带材接头感应加热焊接装置，包括以下步骤：

将超导带材接头置于所述感应加热工作区；

所述电磁加热控制器驱动所述加热线圈产生高频变化磁场，所述超导带材接头感应加热升温实现溶焊。

采用该焊接工艺，可以使被焊接材料实现自发热焊接，可有效避免常规传导加热焊接过程中所出现的温度梯度问题，提高加热温度的均匀性，保证焊点的焊接质量，并减少焊接设备的热损失，提升加热效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个具体实施例的高温超导带材接头感应加热焊接装置的结构示意图；

图2为焊接手柄的结构示意图；

图3为加热线圈的结构示意图；

图4为超导带材接头焊置于感应加热工作区的示意图。

附图中标记如下：

电磁加热控制器1，加热线圈2，上层线圈21，下层线圈22，焊接手柄3，绝缘握柄部31，控制开关32，电源线4，超导带材接头5，超导带材51。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种高温超导带材接头感应加热焊接工艺及其焊接装置，以避免出现温度梯度，提高加热温度的均匀性，保证焊点的焊接质量，提升加热效率。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，图1为本发明一个具体实施例的高温超导带材接头感应加热焊接装置的结构示意图。

在一个具体实施例中，本发明提供的高温超导带材接头感应加热焊接装置包括电磁加热控制器1和加热线圈2。

其中，电磁加热控制器1是一种利用电磁感应原理将电能转换为热能的装置。电磁控制器将交流电整流变成直流电，再将直流电转换成高频高压电。高速变化的高频高压电流流过线圈会产生高速变化的交变磁场，当磁场内的磁力线通过导磁性金属材料时会在金属体内产生无数的小涡流，使金属材料本身自行高速发热，从而达到加热金属材料料的目的。

加热线圈2与电磁加热控制器1电连接，并能够在电磁加热控制器1的作用下产生高频变化磁场，进而形成感应加热工作区以对超导带材接头焊接。加热线圈2的具体结构可根据使用工况进行相应外形设计，此处不做具体限定。感应加热工作区指加热线圈2形成的用于对超导带材感应加热的区域，其具体位置及形状可根据感应线圈的具体形式相应设置。加热线圈2具体可以采用铜线，当然，也并不局限于铜线，还可以选用铜管、铝线、铝管等低电阻导体制作。

超导带材接头5，其结构一般包括超导带材51-金属焊料层-超导带材51三层，位于感应加热工作区内的超导带材51及金属焊料层均会因因交变磁场而感应出交变电流，交变电流使焊接区域的金属层内形成涡流并产生热量。

应用本发明提供的高温超导带材接头感应加热焊接装置进行焊接时，将超导带材接头5置于感应加热工作区内，加热线圈2在电磁加热控制器1的驱动下产生高频变化磁场，感应加热工作区内的所有金属因交变磁场而感应出交变电流，交变电流使超导带材接头焊接区域的金属层内形成涡流并产生热量。通过控制电磁加热控制器1的输出频率与电流大小，可以调节焊接区域金属层感应涡流的大小，控制温升。当温度达到焊料融化温度后，带材接头完成自加热溶焊。采用该焊接装置进行超导带材接头焊接，可以使被焊接材料实现自发热焊接，可有效避免常规传导加热焊接过程中所出现的温度梯度问题，提高加热温度的均匀性，降低超导带材过热损伤的风险，保证焊点的焊接质量，并减少焊接设备的热损失，提升加热效率。且该焊接装置外形轻巧、操作简便，工作时装置无发热部件，不产生高温，提高了操作者使用安全，可有效避免意外烫伤。

进一步，还包括焊接支撑部件，加热线圈2固定于焊接支撑部件上。通过设置焊接支撑部件，以对加热线圈2进行固定，从而便于加热线圈2的安装及对超导带材接头5的加热操作。根据需要，在加热线圈2可以直接固定于电磁加热控制器1上时也可以不设置焊接支撑部件。焊接支撑部件的具体结构可根据需要设置，如设置为平台状，即焊接支撑部件为支撑平台。也可以为支撑框架等其他结构，具体可以根据使用工况进行设计。

具体的，请参阅图2，焊接支撑部件为焊接手柄3，加热线圈2固定于焊接手柄3的前端。也就是焊接支撑部件为手持式结构，从而便于用户握持操作。且手持式结构灵活性较大，可根据焊接需求方便的调整位置，进而相应的调整其上固定的加热线圈2形成的感应加热工作区的位置及方向等。焊接手柄3的具体结构可以为柱状，如圆柱状等，以方便用户握持。根据需要也可以采用仿行设计等。

进一步地，焊接手柄3通过电源线4将加热线圈2与电磁加热控制器1电连接。具体的，电源线4的一端内置于焊接手柄3内，并与加热线圈2连接，另一端则由焊接手柄3伸出，以方便与电磁加热控制器1电连接。电源线4的长度可根据需要设置，从而能够实现加热线圈2远距离的施工。根据需要，焊接手柄3也可以设置为仅支撑加热线圈2，加热线圈2单独通过线路与电磁加热控制器1电连接。

具体的，焊接手柄3具有用于握持的绝缘握柄部31。也就是焊接手柄3的至少局部具有绝缘层以便于用户握持操作。如将焊接手柄3的外周表面均设置一层绝缘材料，即为绝缘握持部。加热线圈2可以固定于绝缘握持部的前端。根据需要，用户也可以通过佩戴绝缘手套等进行操作，则该情况下焊接手柄3也可以不做绝缘设置。但优选的，通过设置绝缘握持部，一方面便于操作，另一方面也使得操作更为安全。

以上说明了焊接支撑部件的不同结构设置，对于不同结构的焊接支撑部件，进一步地，其上均可以设置用于控制加热线圈2与电磁加热控制器1接通与否的控制开关32。也就是通过在焊接支撑部件上设置控制开关32，用户通过操作控制开关32即可以方便地进行焊接控制。具体控制开关32的形式可以为控制按钮，或者控制旋钮等。其电路控制原理可参考现有技术中常规控制开关32的设置，此处不做具体限定。根据需要，也可以通过电磁加热控制器1本身的开关来实现焊接开关控制。

在上述各实施例中，加热线圈2为饼式单线双层线圈，双层线圈之间的间隙为感应加热工作区。如图3所示，加热线圈2通过导线的弯曲形成饼式结构，且采用单线双层结构设置，上层线圈21与下层线圈22之间的间隙即为感应加热工作区。具体的通过对导线的特殊弯曲设计，使得上下两层线圈产生的磁场方向相同。如图3所示，导线的一端与焊接支撑部件固定连接，并由该端先向前延伸，而后向下延伸，再向右延伸一定距离后折返，形成平行的走线，而后再向后延伸并折返，再继续向右延伸一定距离后折返，形成平行的走线，则上层平行的走线形成上层线圈21，下层的平行走线形成下层线圈22，折返后的导线再向后延伸以与焊接支撑部件固件连接。图3所述为单线双层双线圈结构，根据需要也可以采用饼式单线双层多线圈、双线双层双线圈、双线双层多线圈结构等，或根据使用工况进行特殊外形设计处理。

根据需要，加热线圈2也可以为螺旋管线圈，螺旋管线圈的轴向中空位置为感应加热工作区。

基于上述的高温超导带材接头感应加热焊接装置，本发明还提供了一种高温超导带材接头感应加热焊接工艺，采用如上述任一实施例所述高温超导带材接头感应加热焊接装置，包括以下步骤：

将超导带材接头置于感应加热工作区；

电磁加热控制器驱动加热线圈产生高频变化磁场，超导带材接头感应加热升温实现溶焊。

采用该焊接工艺，可以使被焊接材料实现自发热焊接，可有效避免常规传导加热焊接过程中所出现的温度梯度问题，提高加热温度的均匀性，保证焊点的焊接质量，并减少焊接设备的热损失，提升加热效率。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。