KR100805685B1 - Method for junction of cicc(cable-in conduit-conductor) using lap joint - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a 및 도 1b는 토카막장치의 각 구조물을 나타내는 구성상태도이다.1A and 1B are structural state diagrams showing each structure of the tokamak device.
도 2는 전류인입선과 초전도버스라인의 연결구조의 개념도이다.2 is a conceptual diagram of a connection structure between a current lead wire and a superconducting bus line.
도 3a는 본 발명에 따른 초전도 버스라인 관내연선도체의 접합을 위한 랩조인트의 분리 사시도이다.Figure 3a is an exploded perspective view of the wrap joint for bonding the superconducting bus line twisted pair conductor according to the present invention.
도 3b는 본 발명에 따른 초전도 버스라인 관내연선도체의 접합을 위한 랩조인트의 구리 플레이트를 나타내는 사시도이다.Figure 3b is a perspective view showing the copper plate of the wrap joint for the bonding of the superconducting bus line twisted pair conductor according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 랩 조인트를 이용한 관내연선도체 접합 방법을 나타내는 순서도이다.Figure 4 is a flow chart showing a method for joining the stranded conductor conductor using a wrap joint according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 초전도 버스라인 관내연선도체의 접합을 위한 선재 전처리 공정도이다.5 is a wire rod pretreatment process diagram for bonding the superconducting bus line twisted pair conductor according to the present invention.
도 6은 종래 및 본 발명의 랩 조인트를 이용한 관내연선도체 접합시의 저항테스트 결과를 나타내는 그래프이다.Figure 6 is a graph showing the results of resistance test when joining the twisted pair conductors using the wrap joint of the prior art and the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Explanation of symbols for the main parts of the drawings *
61: 랩 조인트 63: 선재 삽입공61: lap joint 63: wire insert hole
64: 선재 삽입부 64a: 구리 플레이트64:
64a': 구리 플레이트 내주면 65: 결합공 64a ': inner surface of copper plate 65: coupling hole
70: 덮개70: cover
본 발명은 관내연선도체(Cable-In Conduit-Conductor; CICC)의 접합부분(랩 조인트 부분)에서의 DC 저항을 대폭 낮출 있는 랩 조인트를 이용한 관내연선도체 접합 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
현재까지 개발된 초전도자석은 지구자장의 26만배에 달하는 13테슬라의 자장을 얻을 수 있으며, 이러한 자장은 핵융합 반응에서 요구되는 플라즈마를 만들고 가두기 위해 필요한 것이다. 따라서 초전도자석의 핵심 기술은 '관내연선도체'(CICC)라고 알려진 각각의 전선을 감아 코일을 형성하여 초전도자석을 제작함에 있다. 관내연선도체(CICC)는 35kA급의 대전류 운전을 위해서 360 또는 486가닥의 선재를 사각형의 금속관으로 둘러싸인 방식의 도체를 사용하여 자석을 제작하는 것으로, 초전도자석의 운전시 발생하는 열을 4.5K로 냉각하기 위해 약 5기압의 초임계 헬륨을 관내연선도체로 강제 순환시킨다.The superconducting magnets developed so far can produce a magnetic field of 13 tesla, which is 260,000 times the Earth's magnetic field, which is needed to create and trap the plasma required for the fusion reaction. Therefore, the core technology of the superconducting magnet is to make a superconducting magnet by forming coils by winding each wire known as 'ducting conductor conductor' (CICC). In-line twisted pair conductor (CICC) is a magnet made of a conductor surrounded by a rectangular metal tube of 360 or 486 stranded wire for 35kA class high current operation.The heat generated during operation of superconducting magnet is 4.5K. About 5 atm supercritical helium is forced to circulate into the stranded conductor.
도 1a 및 도 1b는 국내에서 제작되는 초전도자석을 일예로 나타낸 도면이다. 도 1a에 도시된 바와 같이 초전도자석(100:SC Magnet)은 고온의 플라즈마를 진공용기 벽에 닿지 않고 가두어두기 위한 것으로, 그 주요장치인 토카막장치(101)를 보 유하고 있다. 상기 토카막장치(101)는 TF(Toroidal Field) 및 PF(Poloidal Field) 코일을 사용하여 플라즈마의 생성, 구속, 제어를 담당한다. 도 1b는 도 1a의 토카막장치(101)를 나타내며, TF(Toroidal Field)코일로 구성된 TF 구조물(107)과, CS(Central Solenoid)코일로 구성된 CS 구조물(109)과, PF(Poroidal Field)코일로 구성된 PF 구조물(103) 및 각 구조물을 연결하는 연결구조물(105)로 이루어진다.1A and 1B are diagrams illustrating, as an example, a superconducting magnet manufactured in Korea. As shown in FIG. 1A, a superconducting magnet (100: SC Magnet) is used to trap a high temperature plasma without touching the wall of a vacuum vessel, and has a main device, the
상기 TF 구조물(107)로 내설되는 코일은 약 35kA의 직류전류로 운전되며, 상기 CS 구조물(109)의 코일과 PF 구조물(103)의 코일은 펄스운전을 하여 상호 자장변화에 의한 기전력을 진공용기 내부에 발생시켜 플라즈마를 생성하고 플라즈마 전류 및 TF 자장과 함께 플라즈마를 구속시키는 역할을 수행한다.The coil built into the
상기와 같은 관내연선도체를 초전도상태로 만들기 위해서는 관내연선도체에 전류를 공급해주어야 한다. 초전도자석에 전류를 공급하기 위해서는 선재의 양단을 포함하여 초전도 버스라인 등의 전기적 조인트(접합부)가 설치된다.In order to make the above-described stranded conductor in a superconducting state, a current must be supplied to the stranded conductor in the tube. In order to supply current to the superconducting magnets, electrical joints (joints) such as superconducting bus lines are installed including both ends of the wire rod.
조인트의 일례를 보면 도 2에 도시된 바와 같다. 즉, 전원장치(10)와 초전도 코일 응용장치(50)를 전기적으로 연결하기 위해서는 구리 재질의 상전도 버스바(20), 전류인입선(30) 및 초전도 버스라인(40)을 통해 연결시킨다. 상전도 버스바는 전원장치와 전류인입선을 전기적으로 연결시키며, 초전도 버스라인은 초전도 코일과 전류인입선을 연결시킨다. 전류인입선과 초전도 버스라인의 연결과 초전도 버스라인과 초전도코일의 연결은 랩조인트(61)에 의해 이루어진다.An example of the joint is shown in FIG. 2. That is, in order to electrically connect the
종래의 조인트 공정을 살펴보면, 먼저 조인트 할 부위의 선재를 스트립핑 디바이스(Stripping device)을 이용하여 관내연선도체 외피를 제거한 후, 염산을 이 용하여 선재 전체에 있는 크롬 코팅을 제거한다. 그런 후, 상기 선재를 조인트와 조립하고, 20톤(ton) 유압으로 압착하여 조인트 작업을 완료한다. In the conventional joint process, first, the wire rod of the site to be jointed is removed using a stripping device, and then the duct coating is removed using hydrochloric acid to remove the chromium coating on the entire wire rod. Then, the wire rod is assembled with the joint, and pressed by 20 tons hydraulic pressure to complete the joint work.
그러나 상기와 같은 조인트 공정은 조인트에서의 DC 저항이 KSTAR의 기준치인 5nΩ은 만족하나 일반적으로 사용하는 2.5nΩ을 겨우 밑도는 수준인데, 이 DC 저항값을 대폭적으로 낮출 필요가 있다.However, in the joint process described above, the DC resistance at the joint satisfies KSTAR's standard value of 5nΩ, but it is just below the 2.5nΩ that is generally used, and this DC resistance value needs to be significantly lowered.
본 발명의 목적은 조인트부분에서의 전도성을 높이기 위한 초전도 버스라인 관내연선도체의 접합을 위한 선재를 가공하고, 상기 선재가 적용된 랩 조인트를 이용한 관내연선도체 접합 방법을 제공하여 DC 저항이 2.5nΩ이하가 되도록 하는 데 있다. An object of the present invention is to process a wire rod for joining a superconducting busline twisted pair conductor to increase the conductivity in the joint portion, and to provide a method for joining the twisted pair conductor using a wrap joint to which the wire is applied, so that DC resistance is 2.5 nΩ or less To be.
상기와 같은 목적을 이루기 위해 본 발명에 따른 랩 조인트를 이용한 초전도 버스라인 관내연선도체의 접합 방법은, 관내연선도체의 선재를 납 코팅시키는 등 선재를 전처리하는 단계; 선재가 직접적으로 접촉될 랩조인트의 구리 플레이트에 납을 코팅한 후, 코팅시 사용되는 플럭스를 제거하는 단계; 상기 플럭스가 제거된 구리 플레이트 위에 납 시트를 배치하고, 납 시트가 녹을 정도로 가열하면서 납 시트 위에 납 코팅된 선재를 위치시킨 후, 그 선재 위를 덮개로 커버링하는 단계; 랩 조인트와 덮개간 용접을 실시하여 랩조인트 내부를 밀폐시키는 단계; 및 다른 랩 조인트와 소정 결합수단을 통해 결합시키는 단계;를 포함한다.In order to achieve the above object, a method of joining a superconducting busline in-line twisted conductor using a wrap joint according to the present invention comprises the steps of: pretreating the wire, such as lead coating the wire in the twisted-pair conductor; Coating lead on the copper plate of the wrap joint to which the wire is to be in direct contact, and then removing the flux used in the coating; Placing a lead sheet on the flux-free copper plate, placing the lead coated wire on the lead sheet while heating the melt so that the lead sheet melts, and then covering the wire with a lid; Sealing the inside of the wrap joint by performing a weld between the wrap joint and the cover; And engaging with another wrap joint through a predetermined coupling means.
상기 관내연선도체의 선재 전처리 단계는, 관내연선도체의 외피 일부를 제거하는 단계; 상기 관내연선도체의 외피가 제거된 선재에서 크롬 코팅을 제거하는 단계; 상기 크롬코팅이 제거된 선재를 중화 처리하는 단계; 상기 중화 처리된 선재를 은도금하는 단계; 상기 은도금된 선재를 압착하는 단계; 상기 압착된 선재를 납 코팅하는 단계; 및 상기 납 코팅을 한 선재를 플럭스 세척하는 단계를 포함한다.The pretreatment of the wire rod of the stranded conductor may include removing a portion of the outer shell of the stranded conductor. Removing the chromium coating from the wire rod from which the outer tube of the stranded conductor is removed; Neutralizing the wire rod from which the chromium coating is removed; Silver plating the neutralized wire; Pressing the silver plated wire rod; Lead coating the crimped wire rod; And flux washing the lead coated wire.
상기 선재에서 크롬 코팅을 제거하는 단계는, 상기 선재를 염산에 담가 크롬 코팅을 제거하는 단계; 및 상기 크롬 코팅이 제거된 선재에 잔유의 염산을 초음파 세척기를 이용하여 제거하는 단계;를 포함하여 이루어진다.Removing the chromium coating from the wire, the step of immersing the wire in hydrochloric acid to remove the chromium coating; And removing the hydrochloric acid of the residual oil in the wire rod from which the chromium coating has been removed by using an ultrasonic cleaner.
상기 선재의 중화 처리 단계는, 상기 크롬코팅이 제거된 선재에 시안 활성화로 선재를 알카리 중화처리하는 단계; 및 상기 중화처리된 선재를 순수로 세척하는 단계;를 포함하여 이루어진다.The neutralizing step of the wire, the step of alkali neutralizing the wire by cyan activation to the wire chromium-coated removed; And washing the neutralized wire rod with pure water.
상기 선재의 은도금 단계는, 상기 중화 처리된 선재에 고 전류의 은 스트라이크 처리하는 단계; 상기 은 스트라이크처리된 선재를 은도금하는 단계; 은도금시 남아 있는 은 용해액을 초음파 세척기를 이용하여 세척하는 단계; 및 상기 은도금 단계에서 실시한 선재의 초음파 세척 후, 남아 있는 수분을 건조시키는 단계를 포함하여 이루어진다.The silver plating step of the wire rod, the high current silver strike treatment on the neutralized wire rod; Silver plating the silver strike wire; Washing the silver solution remaining during silver plating using an ultrasonic cleaner; And drying the remaining moisture after ultrasonic cleaning of the wire rod carried out in the silver plating step.
상기 선재의 압착 단계에서는, 상기 은도금한 선재에 압착지그를 이용하여 유압 압착기로 선재를 돌리면서 다회에 걸쳐 압착하는 것이 바람직하다.In the crimping step of the wire rod, it is preferable to crimp the wire rod with a hydraulic press using a crimping jig on the silver plated wire several times.
상기 선재의 납 코팅 단계는, 상기 압착된 선재에 납 시트를 감싸는 단계; 및 가열 블록을 이용하여 선재에 납을 코팅시키는 단계;를 포함하여 이루어진다.Lead coating of the wire rod, the step of wrapping the lead sheet in the crimped wire; And coating lead on the wire using a heating block.
상기 선재의 플럭스 세척은 플럭스 세척제를 이용하며, 상기 플럭스 세척제에는 그 일례로, 제품명이 TCE(Trichloroethylene) 등이 있다.Flux cleaning of the wire rods using a flux cleaning agent, for example, the product name is TCE (Trichloroethylene).
상기 랩조인트의 구리 플레이트에 납 코팅하는 단계는, 구리 플레이트를 일정 온도 이상으로 상승시킨 후, 플럭스를 사용하여 구리 플레이트의 산화막과 오염물질을 제거하는 단계; 및 납이 녹기 시작하는 온도에서 선재와 솔더링이 이루어질 구리 플레이트에 플럭스를 바르면서 인두기를 이용하여 납 코팅하는 단계;를 포함하여 이루어진다.Lead coating on the copper plate of the wrap joint, after raising the copper plate above a certain temperature, using a flux to remove the oxide film and contaminants of the copper plate; And coating the lead using a soldering iron while applying flux to a copper plate to be soldered with the wire rod at a temperature at which lead starts to melt.
본 발명에서는 상기 선재 위를 덮개로 커버링할 때, 납이 녹은 상태에서 압착이 이루어지고, 상기 압착은 상기 덮개의 상부면이 랩 조인트 표면 높이에 이를 때까지 실시하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, when covering the wire rod with a lid, the compression is made in the molten state, the pressing is characterized in that until the upper surface of the cover reaches the wrap joint surface height.
상기 랩 조인트와 덮개간 실시하는 용접은 티그 용접 방식을 이용한다.Welding performed between the wrap joint and the cover uses a TIG welding method.
본 발명에서는 두 개의 랩 조인트간 결합시 두 랩 조인트의 결합부분에 납 시트를 배치하고, 나사결합을 통해 결합시키는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the lead sheet is disposed on the coupling portion of the two wrap joints when the two wrap joints are coupled to each other.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하고자 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 초전도 버스라인 관내연선도체의 접합을 위한 랩조인트를 나타내는 분리 사시도이고, 도 3b는 도 3a에서 랩조인트에 결합되는 덮개를 나타내는 사시도이다.3A is an exploded perspective view illustrating a wrap joint for bonding the superconducting busline twisted pair conductor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a perspective view illustrating a cover coupled to the wrap joint in FIG. 3A.
본 발명의 일실시예에 따른 랩 조인트(61)는 도 3b에 도시된 바와 같이 전체 적인 형태가 직사각형태로, 한쪽 끝에 선재삽입공(63)이 관통되고, 중심부에 길이방향으로 선재삽입부(64)가 요홈 형성된다. 선재삽입부(64)는 선재삽입공(63)과 연통되고, 선재는 선재삽입공(63)을 통해 선재삽입부(64)에 삽입된다. 여기서, 상기 선재가 직접적으로 접촉되는 부분(홈 기저부를 가리킴)은 구리 재질로 이루어지는데, 이 부분을 구리 플레이트(64a)라 한다. 즉, 선재가 선재삽입공(63)을 통해 선재 삽입부(64)에 삽입되는데, 이때 상기 선재는 구리 플레이트(64a)와 직접적으로 접촉이 이루어진다. 또한, 랩조인트의 길이방향 양측에는 다수의 결합공(65)이 관통되어 있는데, 이 결합공(65)은 다른 랩조인트(보다 상세하게는 다른 랩조인트의 결합공을 가리킴)와 나사결합하기 위해 구비된 것이다. 또한, 랩조인트의 선재삽입부(64)에 안착 결합되는 덮개(70)가 별도 구비된다. 상기 덮개(70)는 선재 삽입부에 안착된 선재 상부면을 커버링한다.
도 4는 본 발명에 따른 랩 조인트를 이용한 관내연선도체 접합 방법을 나타내는 순서도이고, 도 5는 본 발명에 따른 초전도 버스라인 관내연선도체의 접합을 위한 선재 전처리 공정도이다.4 is a flowchart illustrating a method for joining an in-pipe twisted pair conductor using a wrap joint according to the present invention, and FIG. 5 is a process diagram of wire pretreatment for joining a superconducting twisted pair conductor in a superconducting bus line according to the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 랩 조인트를 이용한 초전도 버스라인 관내연선도체의 접합 방법은 관내연선도체의 선재를 납 코팅시키는 등 선재를 전처리하는 단계(S110); 선재가 직접적으로 접촉될 랩조인트의 구리 플레이트에 납을 코팅한(S120) 후, 코팅시 사용되는 플럭스를 제거하는 단계(S130); 상기 플럭스가 제거된 구리 플레이트 위에 납 시트를 배치하고, 납 시트가 녹을 정도로 가열하면서 납 시트 위에 납 코팅된 선재를 위치시킨 후, 그 선재 위를 덮개로 커버링하는 단계(S140); 랩 조인트와 덮개간 용접을 실시하여 랩조인트 내부를 밀폐시키는 단계(S150); 및 다른 랩 조인트와 소정 결합수단을 통해 결합시키는 단계(S160);를 포함한다.Referring to Figure 4, the method of joining the superconducting busline in-line twisted conductor using the wrap joint according to the present invention includes the steps of pre-treating the wire such as lead coating the wire of the twisted pair conductors (S110); After coating the lead on the copper plate of the wrap joint to be in direct contact with the wire (S120), removing the flux used in the coating (S130); Placing a lead sheet on the copper plate from which the flux has been removed, placing a lead coated wire on the lead sheet while heating the melted lead sheet (S140); Performing welding between the wrap joint and the cover to seal the inside of the wrap joint (S150); And engaging with another wrap joint through a predetermined coupling means (S160).
먼저, 본 발명에서는 도 5를 참조하여 관내연선도체의 선재를 전처리하는 단계(S110)를 보다 구체적으로 설명하기로 한다.First, in the present invention, the step (S110) of pretreating the wire rod of the in-pipe twisted pair conductor will be described in more detail with reference to FIG. 5.
관내연선도체의 선재 전처리하는 단계는, 관내연선도체의 외피 일부를 제거하는 단계(S111); 상기 관내연선도체의 외피가 제거된 선재에서 크롬 코팅을 제거하는 단계(S112); 상기 크롬코팅이 제거된 선재를 중화 처리하는 단계(S113); 상기 중화 처리된 선재를 은도금하는 단계(S114); 상기 은도금된 선재를 압착하는 단계(S115); 상기 압착된 선재를 납 코팅하는 단계(S116); 및 상기 납 코팅을 한 선재에 플럭스 세척하는 단계(S117)를 포함하여 이루어진다.The pretreatment of the wire rod of the stranded conductor in the tube may include removing a portion of the shell of the stranded conductor in the tube (S111); Removing the chromium coating from the wire rod from which the outer tube of the stranded conductor is removed (S112); Neutralizing the wire rod from which the chromium coating is removed (S113); Silver-plating the neutralized wire rod (S114); Pressing the silver plated wire rod (S115); Lead coating the crimped wire rod (S116); And flux cleaning the wire coating with the lead coating (S117).
우선 관내연선도체의 외피 제거 단계(S111)에서는 전용 관내연선도체 외피제거기를 이용하여 선재에 손상이 가지 않도록 관내연선도체(CICC)의 일부를 제거한다.First, in the step of removing the outer shell of the stranded conductor, a part of the inner stranded conductor (CICC) is removed so that the wire is not damaged by using a dedicated inner conductor of the stranded conductor.
일례로, 초전도버스라인 관내연선도체(CICC)는 지름(φ)이 32.6, T가 4.5인 원형 관내연선도체(CICC)로, 은도금 및 솔더링 작업을 위해서는 외피 350mm 이상 제거해야 한다. 이 외피 작업시 전용 관내연선도체 외피제거기를 이용한다.For example, the superconducting busline twisted pair conductor (CICC) is a circular twisted pair conductor (CICC) with a diameter (φ) of 32.6 and a T of 4.5, and must be stripped of at least 350 mm for silver plating and soldering. For this sheathing operation, use a dedicated tube conductor stripper.
상기와 같이, 관내연선도체의 외피 일부를 제거한 후, 본 발명에서는 외피가 제거된 선재에 크롬코팅을 제거한다.(S112)As described above, after removing a part of the outer sheath of the stranded conductor inside the tube, in the present invention, the chromium coating is removed from the removed wire. (S112)
상기 선재에 형성된 크롬 코팅은 관내연선도체(CICC)의 조관공정에서 이루어지는데, 이는 초전도 선들 사이에 발생하는 커플링 에너지 손실(Coupling energy loss)을 줄이기 위해 구비된 것이다.The chromium coating formed on the wire rod is made in the tubing process of the inner conductor conductor (CICC), which is provided to reduce coupling energy loss generated between superconducting wires.
상기 선재에 있는 코팅된 크롬을 제거하기 위해서는 먼저, 염산(35%)을 순수와 1:1로 혼합하여 약 17%인 염산으로 중화하여 제조한다. 그런 후, 상기 중화한 염산에 선재를 담가서 선재의 크롬 코팅을 제거한다.In order to remove the coated chromium in the wire rod, hydrochloric acid (35%) is mixed 1: 1 with pure water and neutralized with about 17% hydrochloric acid. Then, the wire rod is immersed in the neutralized hydrochloric acid to remove the chromium coating of the wire rod.
상기 선재와 염산과의 반응시간은 3~5분 정도로 하는 것이 바람직하나, 염산반응이 일어나지 않을 때까지 선재를 염산에 담가 놓는 것이 보다 바람직하다.The reaction time between the wire rod and hydrochloric acid is preferably about 3 to 5 minutes, but it is more preferable to soak the wire rod in hydrochloric acid until the hydrochloric acid reaction does not occur.
본 발명에서는 염산을 이용하여 선재에 코팅된 크롬을 제거할 때, 염산이 선재 내부로 침투되는 것을 방지하기 위해 질소가스를 2~3bar로 퍼지(purge)시킨다.In the present invention, when removing chromium coated on the wire rod using hydrochloric acid, purge nitrogen gas to 2 to 3 bar to prevent hydrochloric acid from penetrating into the wire rod.
상기 염산을 이용한 선재에 코팅된 크롬 제거 작업은 최종 육안으로 실시하며, 크롬 잔유물이 남아 있으면 다시 염산 작업을 실시한다.The removal of chromium coated on the wire rod using hydrochloric acid is performed with the final naked eye, and if chromium residue remains, hydrochloric acid is performed again.
상기 염산 작업 후에 선재에 염산이 남아있으면 선재를 부식시킬 위험이 있으므로 염산 잔유물을 제거한다.If hydrochloric acid remains in the wire after the hydrochloric acid operation, there is a risk of corroding the wire, thereby removing the hydrochloric acid residue.
상기 염산 잔유물을 제거하기 위해서는 먼저, 선재에 순수를 사용하여 충분한 세척이 이루어지도록 한 후, 상기 선재에 순수 초음파세척기를 이용하여 30분 이상 세척한다. 그런 후, 선재를 다시 알코올 초음파세척기를 이용하여 30분 이상 세척한다.In order to remove the hydrochloric acid residue, first, a sufficient washing is performed using pure water in the wire rod, and then the wire rod is washed for 30 minutes or more using a pure ultrasonic cleaner. After that, the wire is again washed with an alcohol ultrasonic cleaner for at least 30 minutes.
상기에서 초음파 세척기를 이용하여 세척한 후 리트머스종이를 이용해서 산 성도(PH)가 중성인지 체크한다.After washing using the ultrasonic cleaner in the above, it is checked whether acidity (PH) is neutral using litmus paper.
상기 산성도(PH)가 중성인지 체크한 후 중성이 아니면 초음파세척기를 이용한 세척을 처음부터 다시 실시하여 산성도(PH)가 중성이 될 때까지 상기 작업을 반복수행한다.After checking whether the acidity PH is neutral, if not neutral, washing is performed again from the beginning using an ultrasonic cleaner, and the above operation is repeated until the acidity PH becomes neutral.
상기와 같이, 선재에서 크롬코팅을 제거 및 상기 크롬코팅제거를 위해 사용된 염산 잔유물을 제거한 후, 본 발명에서는 선재를 중화 처리한다.(S113)As described above, after removing the chromium coating from the wire rod and the hydrochloric acid residue used for the chromium coating removal, the wire rod is neutralized in the present invention. (S113)
선재의 중화 처리는 은도금(은 스트라이크 포함)을 하기 전에 화학적 균형(chemical blance)을 맞추기 위해 CN 활성화라 불리는 중화처리를 한다.The neutralization of the wire is neutralized, called CN activation, to achieve a chemical balance before silver plating (including silver strikes).
상기 CN 활성화 작업은 다음 단계인 은(Ag) 스트라이크(strike)약품에 함유된 CN 활성화로 알칼리 중화처리 한다.The CN activation operation is alkali neutralized by the CN activation contained in the next Ag silver strike drug.
상기 CN 활성화의 산성도(PH)는 1~2이며, CN활성화에 사용하는 용액은 NaCN 5g/L이고, CN활성화 공정 반응시간은 50~60sec이다.Acidity (PH) of the CN activation is 1 to 2, the solution used for CN activation is NaCN 5g / L, CN activation process reaction time is 50 ~ 60sec.
상기 CN 활성화라 불리는 중화처리를 한 후, 순수(純水)로 세척한다. 이때 초음파세척기를 이용한 세척은 하지 않는다.After neutralization treatment called CN activation, washing with pure water is carried out. At this time, do not use the ultrasonic cleaner.
상기와 같이, 선재를 중화처리한 후, 본 발명에서는 선재를 은(Ag)으로 도금처리한다.(S114)As described above, after the wire rod is neutralized, in the present invention, the wire rod is plated with silver (Ag). (S114)
일반적으로 은(Ag) 도금을 하기 전에 은(Ag) 스트라이크(strike) 작업을 실시한다.Generally, silver strikes are performed before silver plating.
상기 은(Ag)은 환원전위가 높아 전류를 통하지 않아도 도금액에 닿기만 하면 치환 반응에 의해 밀착이 나쁜 은 층이 형성되는데, 이를 막기 위해 고전류로 짧은 시간에 밀착력이 좋은 도금층을 형성하는 하지도금의 개념으로 은(Ag) 스트라이크(strike)를 한다.The silver (Ag) has a high reduction potential, and thus, a silver layer having poor adhesion due to a substitution reaction is formed only by contacting the plating liquid without passing through a current. The concept is an Ag strike.
은(Ag) 스트라이크(strike)시 CN 활성화 용액은 시안화은{AgCN(1.5~2g/L)}과 시안화칼륨{KCN(100g/L)}이며, 본 발명에서는 상기 용액(농도(Be)가 3~5임)을 사용하여 약 5V의 전압으로 약 40초 동안 선재에 은 스트라이크를 실시한다.In silver (Ag) strike, CN activation solution is silver cyanide {AgCN (1.5 ~ 2g / L)} and potassium cyanide {KCN (100g / L)}. In the present invention, the solution (concentration (Be) is 3 ~). 5) and strike a silver wire on the wire for about 40 seconds with a voltage of about 5V.
상기 은(Ag) 스트라이크(strike)와 은(Ag) 도금은 용액 수위가 일정해야 하므로 질소가스 퍼지(purge)를 중단한다.The silver strike and silver plating stop the nitrogen gas purge because the solution level must be constant.
상기 은(Ag) 스트라이크(strike)공정이 끝난 후, 은(Ag)으로 도금한다. After the silver strike process is completed, plating is performed with silver (Ag).
상기 은(Ag) 도금은 금속 중에 전기 및 열의 전도성이 가장 우수하며, 또한 각종 전기적 특성(접촉저항, 고주파전도성, 전자파 실드성 등)도 우수하다.The silver (Ag) plating is most excellent in electrical and heat conductivity of the metal, and also excellent in various electrical properties (contact resistance, high frequency conductivity, electromagnetic shielding, etc.).
상기 은(Ag) 도금에 사용되는 용액은 시안화은{AgCN(30~35g/L)}, 시안화칼륨{KCN(180g/L)}이며, 본 발명에서는 상기 용액(농도(Be)가 13~18임)을 사용하여 약 1~1.2V의 전압으로 약 25분 동안 선재에 은 도금을 실시한다.The solution used for the silver (Ag) plating is silver cyanide {AgCN (30 ~ 35g / L)}, potassium cyanide {KCN (180g / L)}, in the present invention the solution (concentration (Be) is 13-18) Use) to silver plate the wire for about 25 minutes at a voltage of about 1 ~ 1.2V.
상기 은(Ag) 도금을 한 후, 초음파세척기를 이용하여 선재를 세척한다.After the silver (Ag) plating, the wire is cleaned using an ultrasonic cleaner.
상기 초음파세척기를 이용한 세척 작업은 은(Ag)도금을 한 선재에 순수 초음파 세척기를 이용하여 30분 이상 세척하는 작업과, 그 선재를 다시 알코올 초음파 세척기를 이용하여 30분 이상 세척하는 작업을 통해 이루어진다.The washing operation using the ultrasonic cleaner is performed by washing the silver (Ag) plated wire with a pure ultrasonic cleaner for at least 30 minutes, and washing the wire with the alcohol ultrasonic cleaner for at least 30 minutes. .
이때 선재에 잔유물이 남아 있으면 선재에 손상이 생기므로 충분한 선재의 세척이 이루어지도록 한다. 그런 후 선재를 열풍 건조한다.At this time, if the residue is left in the wire rod, damage occurs to the wire rod so that sufficient wire washing is performed. The wire rod is then hot air dried.
상기 열풍건조에 사용하는 온도는 약 85℃정도로 하여 선재 내부에 남아있는 알코올을 건조하는 데, 이때 열풍건조 시간은 25분 이상으로 한다.The temperature used for the hot air drying is about 85 ℃ to dry the alcohol remaining in the wire rod, wherein the hot air drying time is 25 minutes or more.
상기와 같이, 선재를 은 스트라이크, 은 도금 및 세척(건조 포함)한 후, 본 발명에서는 선재를 압착한다.(S115)As described above, after the strike, silver plating and washing (including drying) of the wire rod, the wire rod is crimped in the present invention. (S115)
상기 건조시킨 선재를 압착하는 방법은 별도의 압착지그를 제작하여 유압 압착한다.In the method of crimping the dried wire rod, a separate crimping jig is manufactured and hydraulically crimped.
본 발명의 일실시예에서는 상기 압착지그의 재질을 스테인레스강(SUS), 압착지그의 두께를 20mm로 하였다.In one embodiment of the present invention, the pressing jig is made of stainless steel (SUS) and the pressing jig has a thickness of 20 mm.
본 발명에서는 유압 압착기로 약 500~600bar로 압착한다.In the present invention, the pressure is about 500 ~ 600bar by a hydraulic press.
또한, 선재의 부피(volume)를 줄이기 위해서 선재를 돌려가면서 다회에 걸쳐 압착시킨다.In addition, in order to reduce the volume (wire) of the wire rods while rotating the wire rods are pressed several times.
상기와 같이, 선재를 다회에 걸쳐 압착시킨 후, 본 발명에서는 선재를 납 코팅시킨다.(S116)As described above, the wire rod is pressed several times, and in the present invention, the wire rod is lead coated. (S116)
상기 납 코팅 작업은 압착시킨 선재에 전도율을 높이기 위한 것이다. The lead coating operation is to increase the conductivity in the crimped wire.
상기 선재의 납(Pb) 코팅에 사용되는 납(Pb) 시트(sheet)의 성분은 다음과 같다. 즉, 본 발명에서는 96.5중량부의 주석(Sn)과 3.0중량부의 은(Ag)과 0.5중량부의 구리(Cu)와 미량(약 0.12중량부)의 안티몬(Sb)으로 이루어지고, 녹는점은 221 ℃인 납을 시트 형태로 제조한 납 시트를 사용한다.The components of the lead (Pb) sheet used for the lead (Pb) coating of the wire rod are as follows. That is, in the present invention, it consists of 96.5 parts by weight of tin (Sn), 3.0 parts by weight of silver (Ag), 0.5 parts by weight of copper (Cu) and a trace amount (about 0.12 parts by weight) of antimony (Sb), and the melting point is 221 ° C. Lead sheets made of phosphorus in the form of sheets are used.
상기 납(Pb) 시트(sheet)는 그 두께를 약 0.1mm정도로 제작하고, 플럭스(flux)는 함유하지 않은 것으로 제작하는 것이 바람직하다.It is preferable that the lead (Pb) sheet is manufactured to have a thickness of about 0.1 mm and does not contain flux.
상기 납(Pb) 코팅을 할 때 일반적으로 납(Pb)이 선재와의 웨팅(wetting)이 잘 이루어지지 않기 때문에 선재 표면과 납(Pb) 시트(sheet)사이에 플럭스(flux)를 사용한다.When Pb is coated, flux is generally used between the wire surface and the Pb sheet because lead Pb is not well wetted with the wire.
본 발명에서 사용하는 플럭스(flux)는 제품명이 SPF-176인 것을 사용한다.The flux used in the present invention uses a product name SPF-176.
상기 선재와 납(Pb) 시트(sheet)의 웨팅(wetting)시 가열 블록(heating block)을 사용한다. When wetting the wire rod and the Pb sheet, a heating block is used.
상기 가열 블록(heating block)의 온도는 250℃정도로 세팅(setting)하는 것이 바람직하다.The temperature of the heating block (heating block) is preferably set to about 250 ° C.
상기 가열 블록(heating block)의 내부 온도가 200℃ 이상으로 상승하면 가열 블록(heating block)을 압착시킨다. When the internal temperature of the heating block rises above 200 ° C., the heating block is compressed.
그 다음 단계는 선재에 플럭스(flux) 세척(S117)하는 단계로, 납(Pb) 코팅할 때 사용된 플럭스(flux)를 세척한다.The next step is to wash the flux (S117) in the wire rod, to wash the flux used when the lead (Pb) coating.
상기 선재에 납(Pb) 코팅 시 사용된 플럭스(flux)를 제거하기 위해서 플럭스(flux) 세척제를 사용하는데, 상기 플럭스(flux) 세척제는 제품명이 TCE (Trichloroethylene)인 것을 사용한다.In order to remove the flux used in the lead coating (Pb) to the wire (flux), a flux (clean) is used, the flux (flux) is a product name TCE (Trichloroethylene) is used.
상기와 같이, 본 발명에서는 단계 111 내지 117을 통해 관내연선도체의 선재를 전처리하였다. 즉 관내연선도체의 선재에 납코팅을 실시하였다.As described above, in the present invention, the wire rod of the stranded conductor in the tube was pretreated through the steps 111 to 117. That is, lead coating was applied to the wire of the stranded conductor inside the pipe.
또한, 본 발명에서는 선재가 직접적으로 접촉될 랩조인트(61)의 구리 플레이트(64a)에 납을 코팅한다.(S120)In addition, in the present invention, lead is coated on the
본 발명의 납 코팅시 사용되는 납(Pb)은 다음 두 종류의 와이어(wire)를 사용한다. 상기 납(Pb)의 두 종류 중 하나의 조성은 96.5중량부의 주석(Sn)과 3.0중량부의 은(Ag)과 0.5중량부의 구리(Cu)와 미소함량(약 0.12중량부)의 안티몬(Sb)을 포함하여 이루어지고, 상기 납(Pb)의 녹는점은 221℃이다. 또한 다른 하나의 조성은 63중량부의 주석(Sn)과 36.65중량부의 납(Pb)과 0.35중량부의 안티몬(Sb)을 포함하여 이루어지고, 상기의 납의 녹는점은 183℃이다.Lead (Pb) used in the lead coating of the present invention uses the following two types of wires. The composition of one of the two kinds of lead (Pb) is 96.5 parts by weight of tin (Sn), 3.0 parts by weight of silver (Ag), 0.5 parts by weight of copper (Cu) and fine content (about 0.12 parts by weight) of antimony (Sb) It comprises, and the melting point of the lead (Pb) is 221 ℃. The other composition contains 63 parts by weight of tin (Sn), 36.65 parts by weight of lead (Pb) and 0.35 parts by weight of antimony (Sb), and the melting point of lead is 183 ° C.
구리 플레이트(64a)에 납을 코팅하기 위해서는 랩조인트(61)를 가열 블록(heating block)위에 올려놓은 다음, 가열 블록(heating block) 온도를 150℃로 세팅(setting) 한다. 그리고나서, 상기 구리 플레이트(64a)의 온도가 100℃ 이상으로 상승하면 플럭스(flux)(제품명: SPF-176임)를 사용해서 구리 플레이트(64a)의 산화막과 오염물질을 제거한다. 그런 후 가열 블록(heating block) 온도를 250℃로 세팅(setting)하고, 납이 녹기 시작하는 온도에서 플럭스(flux)를 도포하면서 녹는점이 221℃인 납(Pb) 와이어(wire)(조성: 96.5중량부의 주석(Sn), 3.0중량부의 은(Ag), 0.5중량부의 구리(Cu), 0.12중량부의 안티몬(Sb))를 이용하여 선재와 솔더링되는 구리 플레이트(64a)에 납 코팅한다. 상기와 같이 한쪽면의 납 코팅이 이루어지면 조인트 솔더링되는 구리면도 납 코팅한다. 이때 사용되는 납 와이어는 녹는 점이 183℃이고, 조성이 63중량부의 주석(Sn), 36.65중량부의 납(Pb), 0.35중량부의 안티몬(Sb)을 포함하여 이루어진다. 납 코팅시 플럭스(flux)를 함께 이용한다.In order to coat lead on the
상기와 같이, 선재가 직접적으로 접촉될 랩조인트(61)의 구리 플레이트(64a)에 납을 코팅한 후, 본 발명에서는 단계 120에서 사용된 플럭스(Flux)를 제거한다.(S130)As described above, after the lead is coated on the
상기 구리케이스의 내주면(64a')에 납(Pb) 코팅 시 사용된 플럭스(flux)를 제거하기 위해서 플럭스(flux) 세척제를 사용하는데, 상기 플럭스(flux) 세척제로는 그 일례로, 제품명이 TCE (Trichloroethylene) 등이 있다.Flux cleaning agent is used to remove the flux used for Pb coating on the inner
그런 후, 본 발명에서는 상기 플럭스가 제거된 구리 플레이트(64a) 위에 납 시트를 배치하고, 납 시트가 녹을 정도로 가열하면서 납 시트 위에 단계 111 내지 단계 117을 거친 납 코팅된 선재를 위치시킨 후, 그 선재 위를 덮개(70)로 커버링한다.(S140) 이로써 구리 플레이트(64a)와 선재간 납땜이 이루어진다.Then, in the present invention, the lead sheet is placed on the
이를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.This will be described in more detail as follows.
상기 구리 플레이트(64a)와 선재간 접합시 사용되는 납(Pb)의 조성은 다음과 같다. 즉, 96.5중량부의 주석(Sn), 3.0중량부의 은(Ag), 0.5중량부의 구리(Cu),및 0.12중량부의 안티몬(Sb)으로 이루어지는 납을 사용하여 구리케이스(70)와 선재 사이를 코팅한다. The composition of lead (Pb) used for bonding between the
본 발명에서는 상기 납(Pb)을 두께 0.1mm인 시트(sheet)로 만들어 구리 플레 이트(64a) 면에 배치하고, 그 납(Pb) 시트(sheet)위에 선재를 삽입한다.In the present invention, the lead (Pb) is made into a sheet (sheet) having a thickness of 0.1mm and placed on the surface of the
상기 선재와 구리 플레이트(64a)의 전기적 저항을 최소화하기 위하여 가열(heating)을 하면서 덮개(70)로 압착시킨다. 상기 압착은 상기 덮개의 상부면이 랩 조인트 표면 높이에 이를 때까지 실시한다.In order to minimize the electrical resistance between the wire rod and the
상기와 같이, 랩 조인트의 구리 플레이트와 선재간 솔더링이 이루어지고, 덮개로 커버링한 후, 본 발명에서는 랩 조인트와 덮개간 티그 용접을 실시한다.(S150)As described above, after soldering between the copper plate of the wrap joint and the wire rod is made and covered with a lid, in the present invention, the TIG welding between the wrap joint and the lid is performed.
상기 티그 용접은 상기 덮개가 개봉되는 것을 방지하기 위한 것이다.The tag welding is for preventing the cover from being opened.
상기 용접 후, 본 발명에서는 냉각시켜 선재에 땜납된 납이 녹는 것을 방지한다.After the welding, in the present invention, the cooling is prevented from melting the solder lead in the wire rod.
상기와 같이 구성된 랩 조인트 2개를 서로 전기적으로 접한 채 볼트공을 통해 결합시킨다. 이때, 2개의 랩 조인트 결합부분에 납 시트를 배치한다.(S160) The two wrap joints configured as described above are coupled to each other through bolt holes while being in electrical contact with each other. At this time, the lead sheet is disposed in the two wrap joint coupling portion (S160).
상기 나사 체결은 전체적으로 힘이 받도록 대각선 방향으로 나사를 조여 준다.The screw fastening tightens the screw diagonally to receive the force as a whole.
도 6은 종래 및 본 발명의 랩 조인트를 이용한 관내연선도체 접합시의 저항테스트 결과를 나타내는 그래프이다.Figure 6 is a graph showing the results of resistance test when joining the twisted pair conductors using the wrap joint of the prior art and the present invention.
도면을 참조하면, 종래의 랩 조인트를 이용한 관내연선도체 접합시의 저항테 스트 결과(b 그래프)는, 0T에서는 저항이 2.02[nΩ], 0.2T에서는 저항이 2.52[nΩ]으로 나타났다.Referring to the drawings, the resistance test results (b graph) when the conventional twisted joints using the wrap joint, the resistance was 2.02 [nΩ] at 0T, 2.52 [nΩ] at 0.2T.
한편, 본 발명의 랩 조인트를 이용한 관내연선도체 접합시의 저항테스트 결과(a 그래프)는, 0T에서는 저항이 1.5[nΩ], 0.2T에서는 저항이 1.8[nΩ]으로 나타났다.On the other hand, the resistance test results (a graph) when the in-pipe twisted pair conductor was joined using the wrap joint of the present invention showed that the resistance was 1.5 [nΩ] at 0T and 1.8 [nΩ] at 0.2T.
이상에서와 같이, 본 발명의 랩 조인트를 이용한 초전도 버스라인 관내연선도체의 접합 방법이 종래의 랩 조인트를 이용한 초전도 버스라인 관내연선도체의 접합 방법보다 0.5 ~ 0.7[nΩ]정도 낮은 DC 저항을 얻을 수 있다.As described above, the method of joining the superconducting busline in-line twisted conductor using the wrap joint of the present invention achieves DC resistance about 0.5 to 0.7 [nΩ] lower than the method of joining the superconducting busline in-line twisted conductor using the conventional wrap joint. Can be.
이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.While the invention has been described and illustrated in connection with a preferred embodiment for illustrating the principles of the invention, the invention is not limited to the construction and operation as shown and described. Rather, it will be apparent to those skilled in the art that many changes and modifications to the present invention are possible without departing from the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, all such suitable changes and modifications and equivalents should be considered to be within the scope of the present invention.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에서는 단계 111내지 단계 117을 통해 전도성을 향상시키기 위한 납코팅된 선재를 제작하였으며, 또한 단계 110 내지 단계 160을 통해 랩 조인트를 이용한 초전도 버스라인 관내연선도체의 접합 방법을 제공함 으로써 종래보다 DC 저항을 대폭 낮추는 것이 가능하였다.As described above, in the present invention, a lead-coated wire rod was fabricated to improve conductivity through steps 111 to 117, and a method of joining a superconducting twisted-pair conductor in a superconducting bus line using a wrap joint is provided through steps 110 to 160. As a result, it was possible to significantly lower the DC resistance than before.
이에 따라, 본 발명에서는 열 발생 및 기계적인 취약성을 극복할 수 있다.Accordingly, in the present invention, heat generation and mechanical vulnerability can be overcome.
Claims (13)
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KR101378171B1 (en) | 2007-01-31 | 2014-03-27 | 카운슬 오브 사이언티픽 앤드 인더스트리얼 리서치 | A process for joining oxide superconducting tubes with a superconducting joint |
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