Ударная конденсаторная сварка проволоки из композитного сверхпроводящего сплава
Актуальность применения сверхпроводящих проводов в медицинской технике и научной аппаратуре требует, с учетом ограниченности отпускной длины провода и его дороговизны, разработку методов соединения, сохраняющих эксплуатационные характеристики основного металла. Конструкция композитного провода, сос...
Збережено в:
| Дата: | 2014 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2014
|
| Назва видання: | Автоматическая сварка |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103472 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Ударная конденсаторная сварка проволоки из композитного сверхпроводящего сплава / Д.М. Калеко // Автоматическая сварка. — 2014. — № 4 (731). — С. 44-46. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-103472 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1034722025-02-09T14:22:32Z Ударная конденсаторная сварка проволоки из композитного сверхпроводящего сплава Percussion capacitor-type welding of wire of composite super-conducting alloy Калеко, Д.М. Производственный раздел Актуальность применения сверхпроводящих проводов в медицинской технике и научной аппаратуре требует, с учетом ограниченности отпускной длины провода и его дороговизны, разработку методов соединения, сохраняющих эксплуатационные характеристики основного металла. Конструкция композитного провода, состоящего из нескольких десятков жил сверхпроводящего сплава в медной матрице, допускает применение только методов сварки в твердой фазе. Для стыкового соединения таких проводов малого диаметра наиболее перспективна ударная конденсаторная сварка, которая дает возможность одновременно сваривать и жилы, и матрицу, имеющие резко отличающиеся термофизические характеристики. Показано, что этот способ позволяет получать соединения промышленных композитных проводов диаметром 0,85 и 1,0 мм из ниобий-титанового сплава НТ -50 в медной матрице без существенного снижения критического тока в полях до 80 кЭ. 2014 Article Ударная конденсаторная сварка проволоки из композитного сверхпроводящего сплава / Д.М. Калеко // Автоматическая сварка. — 2014. — № 4 (731). — С. 44-46. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103472 621.791.75/.76 ru Автоматическая сварка application/pdf Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Производственный раздел Производственный раздел |
| spellingShingle |
Производственный раздел Производственный раздел Калеко, Д.М. Ударная конденсаторная сварка проволоки из композитного сверхпроводящего сплава Автоматическая сварка |
| description |
Актуальность применения сверхпроводящих проводов в медицинской технике и научной аппаратуре требует, с учетом
ограниченности отпускной длины провода и его дороговизны, разработку методов соединения, сохраняющих эксплуатационные характеристики основного металла. Конструкция композитного провода, состоящего из нескольких десятков
жил сверхпроводящего сплава в медной матрице, допускает применение только методов сварки в твердой фазе. Для
стыкового соединения таких проводов малого диаметра наиболее перспективна ударная конденсаторная сварка, которая
дает возможность одновременно сваривать и жилы, и матрицу, имеющие резко отличающиеся термофизические характеристики. Показано, что этот способ позволяет получать соединения промышленных композитных проводов диаметром
0,85 и 1,0 мм из ниобий-титанового сплава НТ -50 в медной матрице без существенного снижения критического тока в
полях до 80 кЭ. |
| format |
Article |
| author |
Калеко, Д.М. |
| author_facet |
Калеко, Д.М. |
| author_sort |
Калеко, Д.М. |
| title |
Ударная конденсаторная сварка проволоки из композитного сверхпроводящего сплава |
| title_short |
Ударная конденсаторная сварка проволоки из композитного сверхпроводящего сплава |
| title_full |
Ударная конденсаторная сварка проволоки из композитного сверхпроводящего сплава |
| title_fullStr |
Ударная конденсаторная сварка проволоки из композитного сверхпроводящего сплава |
| title_full_unstemmed |
Ударная конденсаторная сварка проволоки из композитного сверхпроводящего сплава |
| title_sort |
ударная конденсаторная сварка проволоки из композитного сверхпроводящего сплава |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2014 |
| topic_facet |
Производственный раздел |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103472 |
| citation_txt |
Ударная конденсаторная сварка проволоки из композитного сверхпроводящего сплава / Д.М. Калеко // Автоматическая сварка. — 2014. — № 4 (731). — С. 44-46. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
| series |
Автоматическая сварка |
| work_keys_str_mv |
AT kalekodm udarnaâkondensatornaâsvarkaprovolokiizkompozitnogosverhprovodâŝegosplava AT kalekodm percussioncapacitortypeweldingofwireofcompositesuperconductingalloy |
| first_indexed |
2025-11-26T18:45:24Z |
| last_indexed |
2025-11-26T18:45:24Z |
| _version_ |
1849879681814233088 |
| fulltext |
44 4/2014
удк 621.791.75/.76
ударнаЯ конденсаторнаЯ сварка проволоки
из коМпозитного сверхпроводЯщего сплава
Д. М. КАЛЕКО
иЭс им. е. о. патона нану. 03680, г. киев-150, ул. боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
актуальность применения сверхпроводящих проводов в медицинской технике и научной аппаратуре требует, с учетом
ограниченности отпускной длины провода и его дороговизны, разработку методов соединения, сохраняющих эксплуа-
тационные характеристики основного металла. конструкция композитного провода, состоящего из нескольких десятков
жил сверхпроводящего сплава в медной матрице, допускает применение только методов сварки в твердой фазе. для
стыкового соединения таких проводов малого диаметра наиболее перспективна ударная конденсаторная сварка, которая
дает возможность одновременно сваривать и жилы, и матрицу, имеющие резко отличающиеся термофизические харак-
теристики. показано, что этот способ позволяет получать соединения промышленных композитных проводов диаметром
0,85 и 1,0 мм из ниобий-титанового сплава нт-50 в медной матрице без существенного снижения критического тока в
полях до 80 кЭ. библиогр. 2, табл. 2, рис. 4.
К л ю ч е в ы е с л о в а : ударная конденсаторная сварка, композитная проволока, сверхпроводящие провода, сплав
ниобий–титан.
в последние годы в связи с работами по проекту
Международного экспериментального реактора
(итЭр) расширилось производство сверхпроводя-
щих материалов на основе сплава Nb–Ti и интер-
металлида Nb3Sn. благодаря высоким технологиче-
ским характеристикам — прочности и пластичности
— ниобий-титановый сплав (Nb — 47,5 % Ti) явля-
ется основным материалом для технического при-
менения сверхпроводников, главными из которых
являются катушки томографов для магнитно-ре-
зонансной терапии (Мрт) и ядерного магнитного
резонанса (ЯМр). сверхпроводники нашли также
применение в магнитах исследовательских энер-
гетических установок типа токаМак, в проект-
ных моделях сверхпроводящих индукционных
накопителей энергии, кабелей, магнитных сепара-
торов и др.
производство ниобий-титановой проволо-
ки диаметром от 0,3 до 2,0 мм освоили и пред-
лагают на продажу в настоящее время ряд
фирм, в том числе «Supercon» (сШа), «Western
Superconducting Technologies Co.» (китай), че-
пецкий механический завод корпорации «твЭл»
(россия) и другие.
конструкция проволоки — жилы сплава Nb–Ti
в медной матрице — определяется требования-
ми к сохранению сверхпроводящих характери-
стик в магнитном поле величиной до 10 тл. для
этого ниобий-титановые прутки укладывают в
цилиндрические каналы медной заготовки и та-
кую композицию обрабатывают давлением, вы-
тягивая в проволоку. холодное деформирование
приводит к появлению высокой плотности дис-
локаций и структурных дефектов, которые слу-
жат центрами зацепления магнитных вихрей,
так называемого пининга, благодаря чему по-
сле соответствующего отжига обеспечивается
необходимая плотность тока при высокой на-
пряженности магнитного поля [1]. Eще одним
условием успешной работы ниобий-титаново-
го композитного проводника является винтовое
скручивание ниобий-титановых жил («твисти-
рование»). такая особенность конструкции при-
водит к изменению ориентации приложенного
поля, что позволяет уменьшить время затухания
экранирующих токов, образующих петли, про-
ходя по одной стороне проводника и возвраща-
ясь через медную матрицу на обратную сторону.
Шаг закручивания в общем зависит от условий
эксплуатации провода и имеет порядок несколь-
ких сантиметров. поперечный разрез сверхпро-
водящего ниобий-титанового провода показан
на рис. 1.
© д. М. калеко, 2014
рис. 1. поперечный разрез провода из сплава нт-50 диаме-
тром 1 мм
454/2014
при изготовлении аппаратов, использующих
сверхпроводящую проволоку, учитывая ее доро-
говизну и ограниченную технологией производ-
ства длину, приходится соединять провода между
собой. сейчас это осуществляется параллельной
укладкой соединяемых концов проводов с после-
дующей пропайкой медной матрицы на значи-
тельной длине, поскольку нужно обеспечить не
только прочность соединения, но и возможность
передавать ток в несколько десятков килоампер
через медь, сохраняющую электросопротивление.
были предприняты попытки соединять отрез-
ки проводов, освободив жилы сверхпроводящего
сплава из медной матрицы (травлением) с после-
дующим покрытием сварного соединения медью
[2]. в работе [2] показано, что наилучший резуль-
тат получается при соединении жил без оплавле-
ния, например, при обжатии медной трубкой ком-
позиции жил, взаимно проникающих в стыкуемые
отрезки проводов. при этом эксперименты с элек-
тронно-лучевой сваркой жил показали серьезное
(на 2 порядка) снижение критических токов через
соединение.
трудоемкость описанной операции механическо-
го соединения делает актуальным поиск методов
стыкового соединения проводов таким образом, что-
бы одновременно сваривались жилы из сверхпро-
водящего металла и медная матрица. очевидно,
что поиск может идти только среди методов сварки
в твердой фазе. такими, учитывая форму соедине-
ния, могут быть холодная и ударная конденсаторная
сварка. преимущество последней состоит в мень-
шей степени деформации и, благодаря этому, со-
хранению конструкции композита. холодная сварка
требует приложения значительных усилий, которые
приводят к дроблению жил сверхпроводящего ма-
териала и их искривлению (рис. 2). поэтому пред-
почтительнее для сварки композиционного провода
ударная конденсаторная сварка.
при ударной конденсаторной сварке соедине-
ние происходит при осадке стыкуемых проволок
после очистки и нагрева свариваемых поверхно-
стей дугой, горящей при разряде конденсаторов.
сжатие проволок приводит к удалению расплав-
ленного металла в грат и образованию металли-
ческих связей соединяемых поверхностей. благо-
даря этому сохраняются исходные характеристики
металла, а некоторое увеличение площади соеди-
нения делает его равнопрочным с основным ме-
таллом. Эксперименты проводили с проволока-
ми композитного сплава нт-50 (47,5 мас. % титан,
остальное — ниобий) в медной матрице диаме-
тром 1 мм (количество жил n = 37, коэффициент за-
полнения Кз = 45,4 %), 0,85 (n = 37, Кз = 46,38 %)
и 0,5 мм (n = 24, Кз = 32,12 %). сварку вели на
универсальной установке для дуговых методов
конденсаторной сварки а-1091. режимы сварки
приведены в табл. 1. удовлетворительного каче-
ства соединений проволоки диаметром 0,5 мм по-
лучить не удалось.
на рис. 3 показано влияние параметров ре-
жима на прочность соединения на растяжение.
режим сварки, при котором образцы разруша-
лись по целому проводу вдали от места сварки
принимался в качестве оптимального. такой вы-
бор подтвердили измерения эксплуатационных
характеристик.
рис. 2. Макроструктура холодносварного соединения компо-
зитного сверхпроводящего провода [2]
рис. 3. зависимость прочности соединения композитных
сверхпроводящих проводов нт-50 в медной матрице, полу-
ченных ударной конденсаторной сваркой, от накопленной
энергии (диаметр соединяемых проволок 1,0 мм (1) и 0,85 (2)
Т а б л и ц а 1 . Режимы ударной конденсаторной сварки
композитной сверхпроводящей ниобий-титановой прово-
локи (сопротивление цепи разряда 1,2 Ом)
диаметр
проволоки,
мм
емкость
конденсаторов,
мкф
напряжение
зарядки конден-
саторов, в
усилие
соударе-
ния, н
1,0 1500 770 10
0,85 1400 660 8
46 4/2014
Микроструктура сварных соединений сверхпро-
водящего композитного провода нт-50 диаметром
1 мм (рис. 4) показывает, что в процессе ударной
конденсаторной сварки были получены соединения
как отдельных жил сверхпроводящего сплава, так
и медная матрица. несплошность жил нт-50 вне
стыка, которая видна на фотографии шлифа, объяс-
няется непараллельностью «тви-
стированной» жилы и плоскости
шлифа.
поскольку при сварке нет
возможности точной юстиров-
ки жил соединяемых много-
жильных отрезков композитно-
го провода, в стыке встречаются
сварные соединения сверхпро-
водника с медной матрицей. по
данным металлографического анализа вероят-
ность стыковки отдельных жил между собой со-
ставляет около 80 %.
измерения электрического сопротивления об-
разцов длиной 5 м с 20 стыками проволоки нт-50
диаметром 1 мм при температуре 4,2 к в магнит-
ном поле напряженностью 80 кЭ, проведенные в
иаЭ им. и. в. курчатова, показали величину око-
ло 0,1 мком. критические токи в жидком гелии,
измеренные во внии кабельной промышленно-
сти (россия), приведены в табл. 2.
из таблицы видно, что в сварном соединении
критичекий ток, который является одной из ос-
новных характеристик сверхпроводящего про-
вода, уменьшается не более, чем на 10 %, что
позволяет рекомендовать способ ударной конден-
саторной сварки для соединения композитных
проводов из сверхпроводящего сплава ниобий-ти-
тан в медной матрице.
таким образом, стыковая ударная конденсатор-
ная сварка сверхпроводящей композитной про-
волоки из сплава ниобий-титан в медной матри-
це позволяет получать соединения со свойствами,
близкими к исходному материалу.
1. Структура и сверхпроводящие характеристики сверхре-
шеток Nb–Ti/Ti / о. в. черный, е. н. решетняк, а. н.
стеценко, а. с. похила // вопр. атомной науки и техни-
ки. – 2002. – № 1. – с. 84–87.
2. Joining process and its feature of superconducting materials /
J. Shibuya, M. Mizutame, K. Nakanishi // J. of the Jap. Weld.
Soc. – 1987. – 56, № 2. – с. 12–16.
поступила в редакцию 29.01.2014
рис. 4. Микроструктура сварных соединений сверхпроводя-
щего композитного провода нт-50 диаметром 1 мм: а — без
травления (×30); б — после травления шлифа (×150)
Т а б л и ц а 2 . Значения токов в жидком гелии
образец
критический ток, а (среднее значение)
в магнитном поле, кЭ
50 60 70
исходный материал диаметром 1 мм - 582 438
сварной образец - 577 427
исходный материал диаметром 0,85 мм 414 326 257
сварной образец 389 299 246
На ЗАО «Псковэлектросвар» в период с 24 по 26 июня 2014 г. состоится Международная науч-
но-техническая конференция «Трубопроводы в России и за рубежом — их настоящее и будущее».
Предполагается участие в работе конференции представителей ведущих предприятий и органи-
заций, связанных с производством трубной продукции, сваркой, контролем, ремонтом и эксплуата-
цией трубопроводов, их диагностикой. Предусмотрена также широкая демонстрационная программа
показа сварочного оборудования и техники для неразрушающего контроля.
Контакты: тел. 007(8112)700 134 В. М. Александров
|