JP4828873B2 - 超伝導コイルの製造方法、製造装置および超伝導コイル - Google Patents
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Description
この強制冷却方式の超伝導コイルは、導体を直接絶縁することができるため、構造面では機械的強度が極めて高く、性能面では電気絶縁特性に優れているなどの特徴があり、大型の超伝導コイルにはこの強制冷却方式の超伝導コイルの適用が望ましいとされている。
この超伝導コイルのステンレス蓋体をステンレス帯板の溝部を塞ぐように封止する手段としては一般的に溶接封止手段があり、例えばアーク溶接やレーザ溶接が採用されている。
さらに、超伝導コイルは大型構造物であるため溶接継手のギャップ量が大きく変動することから溶接時の入熱管理が重要となる。
また、製造に要する施工時間も長く、歪み取りの付帯作業の発生により生産効率が低いという欠点があった。
更に、大型の超伝導コイルは、その要求される性能から極めて高い組立精度が要求されるにもかかわらず、特許文献1及び2に示される複合溶接手段では厳密な入熱管理の難しさから被溶接材の加熱変形が問題となり、複数層に及ぶ大掛かりな施工組立において、高い組立精度が得られないという課題を有している。
また、本発明の超伝導コイルの製造装置によれば、レーザ溶接機構とアーク溶接機構と溶接ワイヤ供給手段を溶接方向に向かって順に搭載した自走式台車を請求項1記載の溶接継手部に沿って移動させて溶接を行う超伝導コイルの製造装置において、前記レーザ溶接機構による溶接に先立って前記アーク溶接機構による溶接を先行させるとともに、前記ステンレス蓋体の裏面到達温度が200℃以下となるように前記溶接継手部の溶け込み深さを調整することを特徴とすることを特徴とする。
(第1の実施形態)
図1は本発明の第1の実施の形態を説明するための図であり、(a)は正面図、(b)は側面図である。
ステンレス帯板1の溝2は図示の如く超伝導線3の直径よりも深く加工され、超伝導線3を収納した状態で開口側にギャップ部が形成されるようになっている。
6は図示しない出力数KW程度のYAGレーザ発振器から発振されたレーザ光で、集光レンズ7により集光されて前記ステンレス帯板1とステンレス蓋体5との溶接継手部8に照射されている。
一般的に、超伝導線3はその機能を維持するために、例えば製造上200℃以上に加熱することは好ましくない。
図示しないレーザ発振器から発振されたレーザ光6は集光レンズ7により集光され、ステンレス帯板1とステンレス蓋体5との溶接継手部8に照射されると共に、溶接方向の前方からTIGトーチ9からTIGアーク10を同じく溶接継手部8に供給する。
レーザ出力:2kW〜10kW
溶接速度:500mm/min〜2000mm/min
デューティ:25%〜100%
周波数:10Hz〜20000Hz
溶接電流:180A〜500A
溶接電圧:8V〜15V
TIGアーク用センターガス:3リットル/min〜8リットル/min
TIGアーク用シールドガス:10リットル/min〜30リットル/min
レーザ光4の中心線とTIGアーク10の中心線の角度は15°〜90°
この場合、TIGトーチ9とレーザ光6の光軸とのなす角度は15°〜90°の範囲が好ましい。
なお、溶接ワイヤ12の代わりに金属粉末を用いることや、継手間隙にシム材を挿入してもよい。
図2を用いて、TIG用シールドガスの混合比について説明する。水素ガス5%やヘリウム50%を混合したアルゴンガスでは電磁ピンチ力が強化されTIGアークが集束することでアルゴン100%ガスに比べて深い溶け込みが得られる。
図3は、溶接継手部8の板厚11が8mmの場合のステンレス蓋体5の裏面での最高到達温度を示している。
なお、前記のTIG溶接に代わってプラズマアークによる溶接で行うこともできる。
次に本発明の第2の実施の形態について図5を参照して説明する。なお、以下の実施の形態の説明において、前記第1の実施の形態と同一部分には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
5は各溝2の開口に嵌め合わされたステンレス蓋体である。
次に本発明の第3の実施の形態について図6を参照して説明する。
本実施の形態は、ステンレス帯板1を鉛直置きにし、ステンレス帯板1の両面に超伝導線3を収納する溝2を多数条形成している。
5は各溝2の開口に嵌め合わされたステンレス蓋体である。
次に本発明の第4の実施の形態について図7を参照して説明する。図7は本発明の第4の実施の形態を説明するための図であり、図1と同様に(a)は正面図、(b)は側面図である。
このように、自走式台車13にステンレス蓋体5上を荷重を加えながら回転移動する加圧ローラ15を備えることにより、溶接加熱時におけるステンレス蓋板5の溶接による加熱変形を防止することができる。
冷却手段として、冷却ノズル16から二酸化炭素や窒素などの冷却ガスを吹き付ける方法やドライアイスなどの固体や水霧などの液体を塗布する方法がある。
Claims (10)
- ステンレス帯板の表面に加工された溝に、絶縁材で被覆された超伝導線を収納し、前記溝の開口部と嵌め合い形状に加工されたステンレス蓋体を組み合せ、前記ステンレス帯板と前記ステンレス蓋体との溶接継手部をレーザ溶接とアーク溶接により封止する超伝導コイルの製造方法において、
前記レーザ溶接に先立って前記アーク溶接を先行させるとともに、前記ステンレス蓋体の裏面到達温度が200℃以下となるように前記溶接継手部の溶け込み深さを調整することを特徴とする超伝導コイルの製造方法。 - 前記ステンレス蓋体の両側の溶接継手部を同時に溶接を行うことを特徴とする請求項1記載の超伝導コイルの製造方法。
- 前記溶接継手部に溶接ワイヤ又は金属粉末を供給することを特徴とする請求項1記載の超伝導コイルの製造方法。
- 前記レーザ溶接におけるレーザ出力を2.5KW以下とすることを特徴とする請求項1記載の超伝導コイルの製造方法。
- 前記アーク溶接はTIG溶接又はプラズマ溶接であることを特徴とする請求項1乃至4いずれかに記載の超伝導コイルの製造方法。
- アーク用シールドガスとして、水素2%〜10%、残部アルゴン、ないしは、ヘリウム30%〜70%、残部アルゴンを使用することを特徴とする請求項1乃至5いずれかに記載の大型超伝導コイルの製造方法。
- レーザ溶接機構とアーク溶接機構と溶接ワイヤ供給手段を溶接方向に向かって順に搭載した自走式台車を前記溶接継手部に沿って移動させて溶接を行うことを特徴とする請求項1乃至6いずれかに記載の超伝導コイルの製造方法。
- 前記ステンレス蓋体を加圧する加圧ローラを自走式台車に搭載し、前記自走式台車を前記溶接継手部に沿って移動させ、前記加圧ローラで前記ステンレス蓋体を加圧しながら溶接を行うことを特徴とする請求項7記載の超伝導コイルの製造方法。
- レーザ溶接機構とアーク溶接機構と溶接ワイヤ供給手段を溶接方向に向かって順に搭載した自走式台車を請求項1記載の溶接継手部に沿って移動させて溶接を行う超伝導コイルの製造装置において、
前記レーザ溶接機構による溶接に先立って前記アーク溶接機構による溶接を先行させるとともに、前記ステンレス蓋体の裏面到達温度が200℃以下となるように前記溶接継手部の溶け込み深さを調整することを特徴とする超伝導コイルの製造装置。 - 請求項1ないし8のいずれか1つに記載の超伝導コイルの製造方法を用いて製造された超伝導コイル。
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