YBCO超导带材接头的综合性能及其影响因素研究

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以YBCO涂层导体为代表的第二代高温超导材料(REBCO)以其高电流密度、高临界转变温度、高临界磁场等优异特性,在电力、交通、能源、医疗等领域具有广泛的应用潜力。然而,在YBCO高温超导带材实际使用过程中,不可避免地需要将多根超导带材或多组超导线圈连接使用,不断提升连接接头的制作技术和性能评价方法,以此满足超导装备制造过程中的实际需要具有重要的现实意义。本文对YBCO带材的焊接工艺以及接头的超导电性能、力学性能和直流冲击特性及其影响因素进行研究,避免实际应用中由于接头带来的危害。首先,本文介绍YBCO带材的焊接工艺、研究影响接头电阻的焊接因素。基于超导带材自动焊接机制备的可靠稳定的接头,掌握焊接压力、焊接长度、焊接角度对接头电阻的影响规律,确定最优焊接参数为6 MPa、2.5 cm、30°。针对直切和斜切接头,探究不同焊接角度接头区域的电流分布特性,结果表明:电流流动主要发生在接头两端。其次,研究YBCO带材接头在受到弯曲、拉伸、扭绞以及拉伸扭绞综合作用下的力学性能,得到接头临界电流的衰减规律。通过实验确定不同焊接角度、不同焊接长度接头的临界应力应变值,并对直切接头拉伸性能进行仿真分析,结果表明:焊接角度越小、焊接长度越短,接头的力学性能越好。除此之外,分析对比斜切接头在单一拉伸负载作用下以及拉伸和扭绞综合负载作用下临界电流衰减规律的差异。最后,分析YBCO带材接头的直流冲击特性。研究不同焊接角度、不同焊接长度对接头直流冲击特性的影响规律,对直切、斜切接头进行直流大电流冲击的仿真分析,结果表明:焊接长度越长,斜切接头的直流冲击特性越好。另外,分析对比斜切接头在正常状态和扭绞状态下直流冲击特性的差异。上述结果为课题组超导电缆项目提供了实验依据和理论指导。
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