CN109609750B - 一种制备高性能超导线材的零张力同步传动热处理*** - Google Patents
一种制备高性能超导线材的零张力同步传动热处理*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了制备高性能超导线材的零张力同步传动热处理***，包括密闭的箱体，箱体上设有密封门，还包括真空泵、放线轮、电极轮组、电源、镓液槽、引导轮、驱动轮组、电机、同步传动带、收线轮。运用该热处理装置，真空泵将箱体内抽真空后，电机转动带动同步驱动轮转动，由于同步传动带的作用同步从动轮也转动，在摩擦力的作用下，线材运动并拉动放线轮转动，放线轮的转动带动收线轮转动，收线轮将线材收集，线材运动过程中通过电极轮快热和通过金属镓液快冷，整个装置由唯一的一个电机牵引提供动力，避免了多个动力源之间可能会产生的速度偏差的问题，减小了断线的可能，实现真空环境下线材的RHQ热处理，该装置结构简单，使用方便，效果良好。
Description
技术领域
本发明涉及一种热处理装置，特别涉及一种制备高性能超导线材的零张力同步传动热处理***。
背景技术
超导材料具有极其强悍的性能，应用领域广泛，超导材料分为高温超导材料和低温超导材料，目前得到应用的低温超导材料主要包括NbTi、Nb3Sn、Nb3Al等，具有实用价值的高温超导材料主要包括铋系(Tc约90K-110K)、钇系(Tc约90K)、MgB2(Tc为39K)和铁基超导体(Tc最高为55K)，尽管受到高温超导材料不断发展的挑战，但是目前低温超导材料在批量化加工技术、成本、使用稳定性方面的优势无可替代。
具体应用中，超导材料多生产为线材，但是，使用中两段线材连接处的电阻高，因此需要在生产中提高一次性制备线材的长度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的需要在生产中提高一次性制备线材的长度的上述不足，提供一种制备高性能超导线材的零张力同步传动热处理***。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种制备高性能超导线材的零张力同步传动热处理***，包括密闭的箱体，所述箱体上设有密封门，还包括：
真空泵，设于所述箱体外，与所述箱体内部相互连通，用于使所述箱体内形成真空腔体；
放线轮，设于所述箱体内，用于设置待加工线材；
线速度测量仪，设于所述箱体内，用于测量所述线材的实际运行速度；
电极轮组，设于所述箱体内，包括电极轮和同步从动轮，所述电极轮和所述同步从动轮圆周相切设置，所述线材由所述放线轮引出后穿过所述电极轮和所述同步从动轮之间，所述电极轮用于对穿过的所述线材加热；
电源，分别连接所述真空泵和所述电极轮，用于通过所述电极轮对所述线材进行欧姆加热；
镓液槽，设于所述箱体内，所述镓液槽内设有金属镓液，所述金属镓液用于对加热后的所述线材快速冷却降温；
引导轮，设于所述箱体内，位于所述镓液槽处，所述线材由所述同步从动轮引出后绕过所述引导轮，所述引导轮将所述线材浸没于所述金属镓液中；
驱动轮组，设于所述箱体内，包括同步驱动轮和第二辅助轮，所述同步驱动轮和所述第二辅助轮圆周相切设置，所述线材由所述引导轮引出后穿过所述同步驱动轮和所述第二辅助轮之间；
电机，连接所述同步驱动轮以及连通所述电源，用于驱动所述同步驱动轮转动；
同步传动带，设于所述箱体内，所述同步传动带连接所述同步驱动轮和所述同步从动轮，所述同步传动带用于使所述同步驱动轮和所述同步从动轮同步转动；
收线轮，设于所述箱体内，所述收线轮与所述放线轮圆周相切设置，所述线材由所述同步驱动轮引出后由所述收线轮收集整理成卷。
该制备高性能超导线材的零张力同步传动热处理***主要用于NbTi、Nb3Sn、Nb3Al等低温线材的RHQ(快热快冷)热处理，密闭的所述箱体可保持其内高温密封，使其内氧气含量降至最低。
采用本发明所述的一种制备高性能超导线材的零张力同步传动热处理***，所述真空泵将所述箱体内抽真空后，所述电机转动带动所述同步驱动轮转动，由于所述同步传动带的作用所述同步从动轮也转动，在摩擦力的作用下，所述线材运动并拉动所述放线轮转动，所述放线轮的转动带动所述收线轮转动，所述收线轮将所述线材收集，所述线材运动过程中通过所述电极轮快热和通过所述金属镓液快冷，整个装置由唯一的一个电机牵引提供动力，避免了多个动力源之间可能会产生的速度偏差的问题，减小了断线的可能，同时，由于所述同步传动带的采用，使所述线材在所述电极轮组和所述驱动轮组之间可实现零张力快热快冷的热处理，减小了断线的几率，所述电极轮和所述第二辅助轮也作为压线轮利用摩擦力驱动线材运动，并使所述电极轮组之前和所述驱动轮组之后的线材可以承受一定的张紧力进行放线、收线、布线，避免无张紧力时轮轴惯性引起的跳线问题，实现真空环境下所述线材的RHQ热处理，该装置结构简单，使用方便，效果良好。
优选地，所述电极轮为铜结构件。
优选地，所述电机为伺服电机。
优选地，该热处理装置还包括制动器，所述制动器设于所述箱体内，所述制动器连接所述电源，所述制动器用于所述同步驱动轮的制动。
优选地，所述箱体上设有红外测温窗口，对应的所述箱体外设有红外测温仪，所述红外测温仪用于检测加热段的所述线材的最大温度值。
优选地，所述箱体上设有解压阀。
采用这种结构设置，所述解压阀能够连通所述箱体内外，用于所述放线轮上待加工的所述线材热处理完成后，放入空气，以便打开所述密封门。
优选地，所述箱体内设有加热电路，所述加热电路连通所述电源，所述加热电路用于所述真空泵工作前，加热除去所述箱体内的水分。
优选地，所述加热电路连接所述镓液槽，用于对所述金属镓液加热，保证冬季环境温度低于金属镓熔点时，将金属镓加热液化以满足RHQ热处理需求。
优选地，所述箱体内设有真空计，所述真空计用于检测所述箱体内的气压。
优选地，所述箱体内设有环境温度计，由于所述箱体形成真空腔体后，其中的所述电机等部件对工作环境温度有一定的要求，因此需要检测所述箱体真空腔内的温度。
优选地，所述镓液槽为不锈钢槽。
优选地，所述镓液槽上设有镓液测温计，所述镓液测温计用于测量液镓的温度，液镓温度需要低于60℃。
优选地，所述箱体内设有视频监控部件，所述视频监控部件用于对每次加工过程进行记录，记录的视频可以用于发现加工中可能发生的问题，事后可以对原因进行分析，不断完善整个加工过程。
优选地，所述箱体上设有透明面板，所述透明面板用于在所述箱体外观测所述箱体内加工时的状况。
优选地，所述透明面板为玻璃。
优选地，该热处理装置还包括整理轮组，所述整理轮组设于所述箱体内，包括整理轮和第一辅助轮，所述整理轮和所述第一辅助轮圆周相切设置，所述线材由所述放线轮引出后穿过所述整理轮和所述第一辅助轮之间，再引向所述电极轮组。
采用这种结构设置，所述整理轮组用于整理从所述放线轮引出的所述线材，调整所述线材的进入方向、角度，避免所述线材打结或者脱轮。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、运用本发明所述的一种制备高性能超导线材的零张力同步传动热处理***，所述真空泵将所述箱体内抽真空后，所述电机转动带动所述同步驱动轮转动，由于所述同步传动带的作用所述同步从动轮也转动，在摩擦力的作用下，所述线材运动并拉动所述放线轮转动，所述放线轮的转动带动所述收线轮转动，所述收线轮将所述线材收集，所述线材运动过程中通过所述电极轮快热和通过所述金属镓液快冷，整个装置由唯一的一个电机牵引提供动力，避免了多个动力源之间可能会产生的速度偏差的问题，减小了断线的可能，同时，由于所述同步传动带的采用，使所述线材在所述电极轮组和所述驱动轮组之间可实现零张力快热快冷的热处理，减小了断线的几率，所述电极轮和所述第二辅助轮也作为压线轮利用摩擦力驱动线材运动，并使所述电极轮组之前和所述驱动轮组之后的线材可以承受一定的张紧力进行放线、收线、布线，避免无张紧力时轮轴惯性引起的跳线问题，实现真空环境下所述线材的RHQ热处理，该装置结构简单，使用方便，效果良好；
2、运用本发明所述的一种制备高性能超导线材的零张力同步传动热处理***，所述箱体上设有解压阀，采用这种结构设置，所述解压阀能够连通所述箱体内外，用于所述放线轮上待加工的所述线材热处理完成后，放入空气，以便打开所述密封门；
3、运用本发明所述的一种制备高性能超导线材的零张力同步传动热处理***，还包括整理轮组，所述整理轮组设于所述箱体内，包括整理轮和第一辅助轮，所述整理轮和所述第一辅助轮圆周相切设置，所述线材由所述放线轮引出后穿过所述整理轮和所述第一辅助轮之间，采用这种结构设置，所述整理轮组用于整理从所述放线轮引出的所述线材，调整所述线材的进入方向、角度，避免所述线材打结或者脱轮。
附图说明
图1为本发明所述的一种制备高性能超导线材的零张力同步传动热处理***的结构示意图。
图中标记：01-线材，1-箱体，11-放线轮，12-整理轮组，121-整理轮，122-第一辅助轮，13-电极轮组，131-电极轮，132-同步从动轮，14-镓液槽，15-引导轮，16-驱动轮组，161-同步驱动轮，162-第二辅助轮，17-同步传动带，18-收线轮，2-真空泵，3-电源。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例
如图1所示，本发明所述的一种制备高性能超导线材的零张力同步传动热处理***，用于Nb3Al低温线材的RHQ热处理，该装置包括密闭的箱体1，所述箱体1上设有密封门，还包括：
真空泵2，设于所述箱体1外，与所述箱体1内部相互连通，用于使所述箱体1内形成真空腔体，使腔体获得<0.001Pa的真空度；
真空计，设于所述箱体1内，用于检测所述箱体1内的气压；
解压阀，设于所述箱体1上，所述解压阀能够连通所述箱体1内外，用于所述放线轮11上待加工的所述线材01热处理完成后，放入空气，以便打开所述密封门；
放线轮11，设于所述箱体1内，用于设置待加工线材01；
整理轮组12，设于所述箱体1内，包括整理轮121和第一辅助轮122，所述整理轮121和所述第一辅助轮122圆周相切设置，所述线材01由所述放线轮11引出后穿过所述整理轮121和所述第一辅助轮122之间，所述整理轮组12用于整理从所述放线轮11引出的所述线材01，调整所述线材01的进入方向、角度，避免所述线材01打结或者脱轮；
电极轮组13，设于所述箱体1内，包括电极轮131和同步从动轮132，所述电极轮131和所述同步从动轮132圆周相切设置，所述线材01由所述整理轮121引出后穿过所述电极轮131和所述同步从动轮132之间，所述电极轮131为铜结构件，所述电极轮131用于对穿过的所述线材01迅速加热到2000℃左右；
线速度测量仪，设于所述箱体1内，位于所述整理轮组12和所述电极轮组13之间，用于测量所述线材01的实际运行速率，监测其速率满足所述线材01快热快冷的需求；
电源3，分别连接所述真空泵2和所述电极轮131，用于通过所述电极轮131对所述线材01进行欧姆加热；
不锈钢镓液槽14，设于所述箱体1内，所述镓液槽14内设有金属镓液，所述金属镓液用于对加热后的所述线材01快速冷却降温到40-50℃，所述镓液槽14上设有镓液测温计，所述镓液测温计用于测量液镓的温度，液镓温度需要低于60℃；
引导轮15，设于所述箱体1内，位于所述镓液槽14处，所述线材01由所述同步从动轮132引出后绕过所述引导轮15，所述引导轮15将所述线材01浸没于所述金属镓液中；
驱动轮组16，设于所述箱体1内，包括同步驱动轮161和第二辅助轮162，所述同步驱动轮161和所述第二辅助轮162圆周相切设置，所述线材01由所述引导轮15引出后穿过所述同步驱动轮161和所述第二辅助轮162之间；
伺服电机，连接所述同步驱动轮161以及连通所述电源3，用于驱动所述同步驱动轮161转动；
制动器，设于所述箱体1内，所述制动器连接所述电源3，所述制动器用于所述同步驱动轮161的制动；
同步传动带17，设于所述箱体1内，所述同步传动带17连接所述同步驱动轮161和所述同步从动轮132，所述同步传动带17用于使所述同步驱动轮161和所述同步从动轮132同步转动；
收线轮18，设于所述箱体1内，所述收线轮18与所述整理轮121圆周相切设置，所述线材01由所述同步驱动轮161引出后由所述收线轮18收集整理成卷；
红外测温窗口，设于所述箱体1上，对应的所述箱体1外设有红外测温仪，所述红外测温仪用于检测加热段的所述线材01的最大温度值；
加热电路，设于所述箱体1内，所述加热电路连通所述电源3，所述加热电路用于所述真空泵2工作前，加热除去所述箱体1内的水分，所述加热电路连接所述镓液槽14，用于对所述金属镓液加热，保证冬季环境温度低于金属镓熔点时，将金属镓加热液化以满足RHQ热处理需求；
环境温度计，设于所述箱体1内，由于所述箱体1形成真空腔体后，其中的所述电机等部件对工作环境温度有一定的要求，因此需要检测所述箱体1真空腔内的温度；
视频监控部件，设于所述箱体1内，用于对每次加工过程进行记录，记录的视频可以用于发现加工中可能发生的问题，事后可以对原因进行分析，不断完善整个加工过程；
玻璃面板，设于所述箱体1上，用于在所述箱体1外观测所述箱体1内加工时的状况。
其中，在所述放线轮11到所述电极轮组13之间的所述线材01属于超导前驱线材，此时的所述线材01不具有超导性能；在所述电极轮组13到所述引导轮15之间的所述线材01是快速加热到2000℃左右，再快速冷却到40-50℃的热处理关键阶段；所述引导轮15之后的所述线材01具有一部分超导性能；所述收线轮18收线之后，后期需要对所述线材01进行退火处理。
运用本发明所述的一种制备高性能超导线材的零张力同步传动热处理***，所述真空泵2将所述箱体1内抽真空后，所述电机转动带动所述同步驱动轮161转动，由于所述同步传动带17的作用所述同步从动轮132也转动，在摩擦力的作用下，所述线材01运动并拉动所述放线轮11转动，所述放线轮11的转动带动所述收线轮18转动，所述收线轮18将所述线材01收集，所述线材01运动过程中通过所述电极轮131快热和通过所述金属镓液快冷，整个装置由唯一的一个电机牵引提供动力，避免了多个动力源之间可能会产生的速度偏差的问题，减小了断线的可能，同时，由于所述同步传动带17的采用，使所述线材01在所述电极轮组13和所述驱动轮组16之间可实现零张力快热快冷的热处理，减小了断线的几率，所述电极轮131和所述第二辅助轮162也作为压线轮利用摩擦力驱动线材运动，并使所述电极轮组13之前和所述驱动轮组16之后的线材可以承受一定的张紧力进行放线、收线、布线，避免无张紧力时轮轴惯性引起的跳线问题，实现真空环境下所述线材01的RHQ热处理，该装置结构简单，使用方便，效果良好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种制备高性能超导线材的零张力同步传动热处理***，包括密闭的箱体(1)，所述箱体(1)上设有密封门，其特征在于，还包括：
真空泵(2)，设于所述箱体(1)外，与所述箱体(1)内部相互连通，用于使所述箱体(1)内形成真空腔体，所述箱体(1)内设有真空计和环境温度计；
放线轮(11)，设于所述箱体(1)内，用于设置待加工线材(01)；
线速度测量仪，设于所述箱体(1)内，用于测量所述线材(01)的实际运行速度；
电极轮组(13)，设于所述箱体(1)内，包括电极轮(131)和同步从动轮(132)，所述电极轮(131)和所述同步从动轮(132)圆周相切设置，所述线材(01)由所述放线轮(11)引出后穿过所述电极轮(131)和所述同步从动轮(132)之间，所述电极轮(131)用于对穿过的所述线材(01)加热；
电源(3)，分别连接所述真空泵(2)和所述电极轮(131)，用于通过所述电极轮(131)对所述线材(01)进行欧姆加热；
镓液槽(14)，设于所述箱体(1)内，所述镓液槽(14)内设有金属镓液，所述金属镓液用于对加热后的所述线材(01)快速冷却；
引导轮(15)，设于所述箱体(1)内，位于所述镓液槽(14)处，所述线材(01)由所述同步从动轮(132)引出后绕过所述引导轮(15)，所述引导轮(15)将所述线材(01)浸没于所述金属镓液中；
驱动轮组(16)，设于所述箱体(1)内，包括同步驱动轮(161)和第二辅助轮(162)，所述同步驱动轮(161)和所述第二辅助轮(162)圆周相切设置，所述线材(01)由所述引导轮(15)引出后穿过所述同步驱动轮(161)和所述第二辅助轮(162)之间；
电机，连接所述同步驱动轮(161)以及连通所述电源(3)，用于驱动所述同步驱动轮(161)转动；
同步传动带(17)，设于所述箱体(1)内，所述同步传动带(17)连接所述同步驱动轮(161)和所述同步从动轮(132)；
收线轮(18)，设于所述箱体(1)内，所述收线轮(18)与所述放线轮(11)圆周相切设置，所述线材(01)由所述同步驱动轮(161)引出后由所述收线轮(18)收集整理成卷。
2.根据权利要求1所述的制备高性能超导线材的零张力同步传动热处理***，其特征在于，所述箱体(1)上设有红外测温窗口，对应的所述箱体(1)外设有红外测温仪。
3.根据权利要求1所述的制备高性能超导线材的零张力同步传动热处理***，其特征在于，所述箱体(1)上设有解压阀。
4.根据权利要求1所述的制备高性能超导线材的零张力同步传动热处理***，其特征在于，所述箱体(1)内设有加热电路，所述加热电路连通所述电源(3)，所述加热电路用于所述真空泵(2)工作前，加热除去所述箱体(1)内的水分。
5.根据权利要求4所述的制备高性能超导线材的零张力同步传动热处理***，其特征在于，所述加热电路连接所述镓液槽(14)，用于对所述金属镓液加热。
6.根据权利要求1所述的制备高性能超导线材的零张力同步传动热处理***，其特征在于，所述箱体(1)内设有视频监控部件，所述视频监控部件用于对每次加工过程进行记录。
7.根据权利要求1所述的制备高性能超导线材的零张力同步传动热处理***，其特征在于，所述箱体(1)上设有透明面板，所述透明面板用于在所述箱体(1)外观测所述箱体(1)内加工时的状况。
8.根据权利要求1-7任一项所述的制备高性能超导线材的零张力同步传动热处理***，其特征在于，还包括整理轮组(12)，所述整理轮组(12)设于所述箱体(1)内，包括整理轮(121)和第一辅助轮(122)，所述整理轮(121)和所述第一辅助轮(122)圆周相切设置，所述线材(01)由所述放线轮(11)引出后穿过所述整理轮(121)和所述第一辅助轮(122)之间，再引向所述电极轮组(13)。
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