一种NbTi/Cu单芯棒及其加工方法技术

一种NbTi/Cu单芯棒，所述该单芯棒包括铜管、铜上盖、铜下盖、铌筒以及铌钛棒；铌筒位于铜管内，所述铌筒的外壁与铜管的内壁焊接；铌钛棒位于铌筒内；铌钛棒的外壁与铌筒内壁焊接；铜管的一端与铜上盖焊接，所述铜管的另一端与铜下盖焊接；铜管的外径为Φ150～Φ270mm、壁厚为8～20mm以及长度为400～900mm；铜上盖和铜下盖的长度分别为30～80mm；铌筒的外径为Φ130～Φ250mm，通过设计新的锭型，减小铜包套的厚度，从而降低复合线用单芯棒的铜比，解决了现有NbTi/Cu复合线铜比较高的问题，最终获得了极低铜比0.6、S/D(0.0452)、芯丝变形良好的高性能NbTi/Cu复合线。

A NbTi / Cu single mandrel and its processing method

【技术实现步骤摘要】
一种NbTi/Cu单芯棒及其加工方法
本专利技术属于超导线材加工
，涉及一种NbTi/Cu单芯棒及其加工方法
技术介绍
随着超导技术的发展，NbTi/Cu超导线材已大规模应用在大科学装置(ITER)、磁共振成像系统(MRI)、磁控提拉单晶硅磁体(MCZ)等，超导线材的性能稳定是保证磁体正常运行的关键，其中NbTi/Cu超导线材包括Monolith和WireinChannel(WIC)两种类型，Monolith超导线材主要采用钻孔法制备，而WIC超导线材主要采用组装法和穿管法加工。NbTi/Cu超导复合线材是将不同规格和铜比的单芯棒通过一定的方式进行组装，然后再通过冷加工而成，在加工过程中，要严格控制线材的铜比，这是为了保证超导磁体在失超时，旁路可稳定输出热量，而铜比就是复合超导线材中铜和非铜的体积比。近年来，随着磁体设备参数的变更，对NbTi/Cu超导复合线的性能也提出更高的要求，在超导线材设计规格不变的前提下为了获得高性能、极低铜比、芯丝变形良好的复合线材，首先必须要获得极低铜比的单芯棒，从而进一步降低复合线的铜比，这就要求复合线具有极低的S/D(芯丝间距/芯丝直径)，在最终成型过程中，芯丝之间相互聚拢，一方面在线材规格不变的前提下降低铜比可提高线材临界电流，同时可改善芯丝变形，获得芯丝分布均匀的高性能复合线材。目前现有的NbTi/Cu超导复合线材在制备过程中NbTi/Cu复合线铜比较高，导致S/D较大，芯丝之间不能相互聚拢，线材临界电流低，进而导致芯丝变形差。专利技术内容本专利技术的目的在于克服上述现有技术中NbTi/Cu超导复合线材在制备过程中NbTi/Cu复合线铜比较高的问题，提供一种NbTi/Cu单芯棒及其加工方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种NbTi/Cu单芯棒，所述该单芯棒包括铜管、铜上盖、铜下盖、铌筒以及铌钛棒；所述铌筒位于铜管内，所述铌筒的外壁与铜管的内壁焊接；所述铌钛棒位于铌筒内，所述铌钛棒的外壁与铌筒内壁焊接；所述铜管的一端与铜上盖焊接，所述铜管的另一端与铜下盖焊接；所述铜管的外径为Φ150～Φ270mm、壁厚为8～20mm以及长度为400～900mm；所述铜上盖和铜下盖的长度分别为30～80mm；所述铌筒的外径为Φ130～Φ250mm。进一步：所述铜上盖的底部设置有用于嵌入到铜管内的第一凸缘。进一步：所述铜下盖的顶部设置有用于嵌入到铜管内的第二凸缘。进一步：所述铜管的内壁与铌筒外壁之间的间隙设置在1～3mm；所述铌筒的内壁与铌钛棒的外壁之间的间隙设置在1～3mm。一种NbTi/Cu单芯棒的加工方法，所述该加工方法具体包括以下步骤：S1：将铜管坯料加工成外径为Φ150～Φ270mm、壁厚为8～20mm、长度为400～900mm的铜管；将铜棒坯料加工成外径为Φ150～Φ270mm、长度为30～80mm的铜上盖和铜下盖；将厚度为1～2mm、长度为300～800mm的铌板在卷筒机上卷成外径为Φ130～Φ250mm的铌筒；然后将铜管、铜上盖、铜下盖、铌筒以及铌钛棒进行酸洗；S2：将S1中酸洗干净的铜管、铜上盖、铜下盖、铌筒以及铌钛棒进行组装形成NbTi/Cu单芯包套；S3：将装配好的NbTi/Cu单芯包套进行真空电子束焊接，焊接完之后在NbTi/Cu单芯包套表面均匀的涂覆一层润滑剂；S4：将S3中焊接好的NbTi/Cu单芯包套在挤压机上进行挤压，获得外径为Φ40～Φ150的NbTi/Cu挤压单芯棒；S5：将S4中获得的NbTi/Cu挤压单芯棒经过多道次冷加工拉拔，NbTi/Cu挤压单芯棒拉拔至一定尺寸进行1～2次扒皮，每道次扒皮加工率控制在2～6％。进一步：所述S3中真空电子束焊接时真空度控制在10-3～10-6mbar，焊接电流为50～150mA，聚焦电流为4000～7000mA，焊接速度为90～160°/min。进一步：所述S4中NbTi/Cu单芯包套的挤压比为5～20，长径比为2～7，挤压温度在700～800℃，挤压速度为20～60mm/s。进一步：所述S5中NbTi/Cu单芯棒的拉拔速度为10～20m/min，每道次拉拔加工率为10～30％，扒皮速度为5～15m/min。本专利技术的有益效果：本专利技术提供一种NbTi/Cu单芯棒的加工方法，通过降低单芯棒的铜比获得极低S/D、芯丝变形良好的高性能NbTi/Cu复合线；进一步：通过铜管的外径为Φ150～Φ270mm、壁厚为8～20mm以及长度为400～900mm，铜上盖和铜下盖的长度分别为30～80mm，铌筒的外径为Φ130～Φ250mm，铜管的加工厚度非常薄，因此要严格控制加工过程，首先将铜坯料采用车床将包套外径和内径粗加工至一定尺寸，然后将外径精加工至技术要求尺寸，最后将其转至镗床采用较慢的速度进行铜包套内径精加工，在加工过程中切记防止铜管变形，否则后续组装过程将无法实现，车床和镗床在夹持铜包套时力度一定要适中；进一步：通过铜上盖的底部设置有用于嵌入到铜管内的第一凸缘，铜下盖的顶部设置有用于嵌入到铜管内的第二凸缘，铜上盖和铜下盖均采用嵌入式的方式，防止因子扣太薄，强度不够而引起组装铜管变形问题；进一步：通过铜管的内壁与铌筒外壁之间的间隙设置在1～3mm，铌筒的内壁与铌钛棒的外壁之间的间隙设置在1～3mm，间隙太小会划伤铌板，间隙太大会造成包套挤压时偏心现象，同时由于铜管壁厚很薄、强度太小，装配时铜包套不允许反复颠倒，首先将铌钛棒放置在平整的地方，然后将铌筒套在铌钛棒表面，同时将铜包套轻轻的套在铌筒的外面；进一步：NbTi/Cu单芯包套表面涂覆的润滑剂具有良好的润滑性，高温下不会与铜发生化学反应，挤压时减小铜包套与挤压筒之间的摩擦力。附图说明图1为本专利技术NbTi/Cu单芯包套的结构示意图；图2为本专利技术NbTi/Cu单芯包套的截面示意图。其中：1、铜上盖；11、第一凸缘；2、铜管；3、铜下盖；31、第二凸缘；4、铌筒；5、铌钛棒。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：实施例1参见图1和图2，一种NbTi/Cu单芯棒，该单芯棒包括铜管2、铜上盖1、铜下盖3、铌筒4以及铌钛棒5。铌筒4位于铜管2内，所述铌筒4的外壁与铜管2的内壁焊接。铌钛棒5位于铌筒4内，所述铌钛棒5的外壁与铌筒4内壁焊接。铜上盖1的底部开设有用于嵌入到铜管2内的第一凸缘11，铜下盖3的顶部开设有用于嵌入到铜管2内的第二凸缘31。铜管2的一端与铜上盖1焊接，所述铜管2的另一端与铜下盖3焊接。铜管2的外径为Φ150～Φ270mm、壁厚为8～20mm以及长度为400～900mm。铜上盖1和铜下盖3的长度分别为30～80mm。铌筒4的外径为Φ130～Φ250mm。铜管2的内壁与铌本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种NbTi/Cu单芯棒，其特征在于，所述该单芯棒包括铜管(2)、铜上盖(1)、铜下盖(3)、铌筒(4)以及铌钛棒(5)；/n所述铌筒(4)位于铜管(2)内，所述铌筒(4)的外壁与铜管(2)的内壁焊接；/n所述铌钛棒(5)位于铌筒(4)内，所述铌钛棒(5)的外壁与铌筒(4)内壁焊接；/n所述铜管(2)的一端与铜上盖(1)焊接，所述铜管(2)的另一端与铜下盖(3)焊接；/n所述铜管(2)的外径为Φ150～Φ270mm、壁厚为8～20mm以及长度为400～900mm；/n所述铜上盖(1)和铜下盖(3)的长度分别为30～80mm；/n所述铌筒(4)的外径为Φ130～Φ250mm。/n

【技术特征摘要】
1.一种NbTi/Cu单芯棒，其特征在于，所述该单芯棒包括铜管(2)、铜上盖(1)、铜下盖(3)、铌筒(4)以及铌钛棒(5)；
所述铌筒(4)位于铜管(2)内，所述铌筒(4)的外壁与铜管(2)的内壁焊接；
所述铌钛棒(5)位于铌筒(4)内，所述铌钛棒(5)的外壁与铌筒(4)内壁焊接；
所述铜管(2)的一端与铜上盖(1)焊接，所述铜管(2)的另一端与铜下盖(3)焊接；
所述铜管(2)的外径为Φ150～Φ270mm、壁厚为8～20mm以及长度为400～900mm；
所述铜上盖(1)和铜下盖(3)的长度分别为30～80mm；
所述铌筒(4)的外径为Φ130～Φ250mm。


2.根据权利要求1所述的一种NbTi/Cu单芯棒，其特征在于，所述铜上盖(1)的底部设置有用于嵌入到铜管(2)内的第一凸缘(11)。


3.根据权利要求1所述的一种NbTi/Cu单芯棒，其特征在于，所述铜下盖(3)的顶部设置有用于嵌入到铜管(2)内的第二凸缘(31)。


4.根据权利要求1所述的一种NbTi/Cu单芯棒，其特征在于，所述铜管(2)的内壁与铌筒(4)外壁之间的间隙设置在1～3mm；
所述铌筒(4)的内壁与铌钛棒(5)的外壁之间的间隙设置在1～3mm。


5.一种NbTi/Cu单芯棒的加工方法，其特征在于，所述该加工方法具体包括以下步骤：
S1：将铜管(2)坯料加工成外径为Φ150～Φ270mm、壁厚为8～20mm、长度为400～900mm的铜管(2)；
将铜棒坯料加工成外径为Φ150～Φ270mm、长度为30～80mm的铜上盖(1)和...

【专利技术属性】
技术研发人员：王瑞龙，郭强，柳祥，秦星，刘建伟，李建峰，刘向宏，冯勇，张平祥，
申请(专利权)人：西部超导材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61