超导方形细线的接头结构及制作方法
阅读说明：本技术 超导方形细线的接头结构及制作方法 (Joint structure of superconducting square thin wire and manufacturing method thereof ) 是由 魏本刚 焦婷 李柱永 金之俭 李红雷 于 2021-06-28 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种超导方形细线的接头结构及制作方法,包括：方形细线、切割截面和热缩管；所述方形细线末端切割出所述切割截面；多根所述方形细线两两通过所述切割截面贴合连接并通过所述热缩管包套固定；所述方形细线包套所述热缩管处通过灌锡镀锡构成方形细线接头。本发明避免了金属管包套带来的结构上的冗余,更易于扭绞、拉伸和弯曲,从外观上看来没有明显的接头部分。(The invention provides a joint structure of a superconducting square fine wire and a manufacturing method thereof, wherein the joint structure comprises the following steps: a square thin wire, a cut section and a heat shrink tube; cutting the cutting section at the tail end of the square fine line; every two of the square thin wires are jointed and connected through the cutting section and fixed through the heat-shrinkable tube sleeve; the square fine wire sheath is wrapped at the heat shrinkage pipe and is tinned through tin filling to form a square fine wire joint. The invention avoids the structural redundancy brought by the metal pipe sheath, is easier to twist, stretch and bend, and has no obvious joint part in appearance.)
技术领域
本发明涉及超导带材，具体地，涉及超导方形细线的接头结构及制作方法。
背景技术
近年来，高温超导材料在电力系统领域里应用发展迅速，例如超导电缆、超导储能、超导变压器、超导限流器、超导电机。但是超导电力设备在应用过程中，为满足设备的通流需求，超导材料的通流能力需要不断提高；且在电力设备的工作过程中，需要减少超导材料在受到不同程度外界磁场的干扰时而产生的交流损耗，以减轻设备发热和系统制冷负担，提高电力设备的稳定性；以及在一些工程应用中，需要对超导材料进行扭绞、弯曲、拉伸，要求超导带材具备一定的机械强度。因此为了满足上述的三点要求，针对此问题业界常用的方法包括窄丝化和扭绞。此外，堆叠超导带材一方面可以提高线材的载流能力，另一方面也可以提升物理强度。综上，通过窄丝化和堆叠封装将多根宽度为0.5～4mm第二代高温超导带材(与其它同宽度的金属材料带材)堆叠后形成多层结构导体制得的高温超导方形细线能够同时提高线材的电磁特性和机械特性，该结构能较好地适用于实际的电力设备。
但是，在实际应用中，这种高温超导方形细线需要达到一定的长度，但由于目前超导带材制备工艺的局限性，单根超导带材长度通常为数十米到数百米，而高温超导方形细线由数十根超导带材组成，准备这一量级的数百米长的超导带材非常困难。因此，为达到足够的长度，接头对于方形细线是不可避免的。
专利文献CN110060817A涉及高温超导堆叠窄带长线化制备装置及其工作方法包括依次布置的输送机构、助焊槽、镀锡机构及收纳卷盘；其中所述镀锡机构包括：锡炉；固定机构，所述固定机构的位置与所述锡炉对应；传动组件，所述传动组件设置在所述固定机构上。
专利文献CN111872539A为解决现有高温超导带材封装后再焊接存在的接头强度较低、接头处与原始带材的厚度差异，表面不平整，机械性能以及弯曲性能较差等技术问题而制作一种高温超导带材内封接头。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种超导方形细线的接头结构及制作方法。
根据本发明提供的一种超导方形细线的接头结构，包括：方形细线、切割截面和热缩管；
所述方形细线末端切割出所述切割截面；
多根所述方形细线两两通过所述切割截面贴合连接并通过所述热缩管包套固定；
所述方形细线包套所述热缩管处通过灌锡镀锡构成方形细线接头。
优选地，所述方形细线包括铜带和超导带；
所述超导带两侧堆叠多根所述铜带。
优选地，所述方形细线横截面设置为正方形，所述方形细线的横截面边长设置为方形细线横截面边长。
优选地，所述切割截面与顶面的夹角设置为切割偏移角，所述切割截面与侧面的夹角设置为切割倾斜角。
优选地，根据公式计算切割截面的面积S，公式为：
其中，t为所述方形细线横截面边长，A为所述切割偏移角，γ为所述切割倾斜角。
优选地，所述切割倾斜角越大所述面积S越大，但所述切割倾斜角越大所述方形细线机械强度越低，在不影响所述方形细线机械强度的条件下，所述切割倾斜角为0°；所述切割偏移角越大所述面积S越大，所述切割偏移角越大所述方形细线接头越长，在所述切割偏移角对所述面积S的边际效益最大化原则下，即所述切割偏移角单位增值对所述面积S增加产生的贡献最大原则，所述切割偏移角为20°至30°。
优选地，当所述热缩管包套后，所述热缩管通过加热提高所述方形细线接头的机械强度。
优选地，所述方形细线连带所述热缩管外侧进行灌锡镀锡并刮去多余焊锡。
优选地，当所述方形细线出现坏点，所述方形细线通过除去所述热缩管和化开焊锡进行更换。
本发明还提供一种所述超导方形细线的接头结构的制作方法，包括以下步骤：
步骤S1，计算所述切割截面的切割方式；
步骤S2，所述方形细线末端切割出所述切割截面并通过所述切割截面两两拼接在一起；
步骤S3，在拼接处通过所述热缩管包套固定并对所述热缩管加热；
步骤S4，所述方形细线包套所述热缩管处进行灌锡镀锡并刮去多余焊锡，所述方形细线接头制作完毕。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明避免了金属管包套带来的结构上的冗余，更易于扭绞、拉伸和弯曲，从外观上看来没有明显的接头部分；
2、本发明避免了“内封接头”中电流在不同层的超导带材间的复杂分布。
3、本发明制作的接头接触面积较大，接头阻值较小，散热面积较大。
4、本发明提出的接头结构制作方便，利于拆卸和重装。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为超导方形细线接头结构的结构示意图；
图2为方形细线结构示意图；
图3为切割截面结构示意图；
图4为热缩管包套固定接头示意图；
图中所示：
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
如图1和图4所示，一种超导方形细线的接头结构，包括：方形细线、切割截面5和热缩管7，方形细线末端切割出切割截面5，多根方形细线两两通过切割截面5贴合连接并通过热缩管7包套固定，方形细线包套热缩管7处通过灌锡镀锡构成方形细线接头。当热缩管7包套后，热缩管7通过加热提高方形细线接头的机械强度，方形细线包套热缩管7处进行灌锡镀锡并刮去多余焊锡。当方形细线出现坏点，方形细线通过除去热缩管7和化开焊锡进行更换。
如图2和图3所示，方形细线包括铜带1和超导带2，超导带2两侧堆叠多根铜带1。方形细线横截面设置为正方形，方形细线的横截面边长设置为方形细线横截面边长6，切割截面5与顶面的夹角设置为切割偏移角3，切割截面5与侧面的夹角设置为切割倾斜角4。根据公式计算切割截面5的面积S，公式为：其中，t为方形细线横截面边长6，A为切割偏移角3，γ为切割倾斜角4。切割倾斜角4越大面积S越大，但切割倾斜角4越大方形细线机械强度越低，在不影响方形细线机械强度的条件下，切割倾斜角4为0°，切割偏移角3越大面积S越大，切割偏移角3越大方形细线接头越长，在切割偏移角3对面积S的边际效益最大化原则下，即切割偏移角3单位增值对面积S增加产生的贡献最大原则，切割偏移角3为20°至30°。
本发明还提供一种超导方形细线的接头结构的制作方法，包括以下步骤：
步骤S1，计算切割截面5的切割方式；
步骤S2，方形细线末端切割出切割截面5并通过切割截面5两两拼接在一起；
步骤S3，在拼接处通过热缩管7包套固定并对热缩管7加热；
步骤S4，方形细线包套热缩管7处进行灌锡镀锡并刮去多余焊锡，方形细线接头制作完毕。
实施例2
本发明主要是在现有第二代高温超导带材以及高温超导方形细线的基础上，提出一种新型的接头制备工艺，通过将两根高温超导方形细线沿纵向斜切后进行对接，套包热缩管7后灌锡封装。解决现有内封接头制备难度大、在某一段方形线出现坏点时无法利用接头将其拆卸后再重装的问题。针对高温超导方形细线的接头制作，本发明提出了一种全新的制备方法：将需要连接的两根高温超导方形细线沿纵向斜切后进行对接，套包热缩管7后灌锡封装。该方法的制作工艺简单、在某一段方形细线出现坏点时，方便拆卸和重装、相较于其他接头接头，本发明制作的接头接触面积较大，接头阻值较小，散热面积较大。
如图3所示，方形细线接头处的切割工艺：将两根高温超导方形细线放入模具中，根据数学公式按照在不影响线材机械强度的条件下，切割倾斜角为0°；按照切割偏移角3大小对截面积的边际效益最大化原则，切割偏移角3约为25°，对方形细线的末端进行切割；
如图4所示，热缩管7包套：将切割好的两根高温超导方形线对接，并用热缩管7包套固定，用热风枪给热缩管7加热，使得接头处有一定的机械强度；
如图1所示，灌锡工艺：将套有热缩管7的方形细线经锡炉灌锡镀锡、并用刮刀除去多余的液态焊锡后冷却，经导轮收束后，含有接头的方形细线制备完毕；
拆卸：若方形细线的某一段出现了坏点需要更换，只需将热缩管7破坏除去，并将坏点段导线重新经置于锡炉中浸泡，待接头处焊锡完全化开，即可重新进行安装完好的超导段。
高温超导方形细线由数根超导带材组成，而由于超导生产工艺的限制，准备这么多数百米长的超导带材非常困难。因此，在方形细线的长线化制备过程中，接头是不可避免的。一些接头的制备方式是通常采用焊接后金属管包套的方式,这种方法仍存在许多挑战，例如不利于导线扭绞弯曲和拉伸、且制作过程复杂。为了改善这些缺点，在方形细线的堆叠封装过程中，还有一些接头是通过先将单根超导带材进行搭接，达到目标长度，再将多根含有搭接接头的超导带材进行堆叠和封装，从而实现超导堆叠导线的长线化，在这种方法中，搭接接头将被封装在堆叠导线内部，被称作“内封接头”。但由于各超导层搭接接头的阻值大小、不同层的接头排列方式等因素使得堆叠导线在通流时，电流在不同超导层中的分布受到影响，进而导致方形细线呈现出复杂的阻值特性。
本发明提出的新型接头方式，既避免了金属管包套带来的结构上的冗余，更易于扭绞、拉伸和弯曲，从外观上看来没有明显的接头部分，同时还避免了“内封接头”中电流在不同层的超导带材间的复杂分布。且本专利提出的接头结构制作方便，利于拆卸和重装。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
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