CICC超导纵场和极向场线圈绕制工作总结

CICC超导纵场和极向场线圈绕制工作总结郁杰,一、特种绕线机的设计研制和特种工艺研究二、线圈生产的质量控制三、工作总结四、感谢,一、特种绕线机的设计研制和工艺1.生产线建设的里程碑,*1998年8月完成第1台龙门式数控绕线机的研制;*1998年12月完成第一个双饼CICC(宝鸡缆)2/3模拟线圈的研制;1999年元月在上海电机厂进行VPI处理。发展了超导磁体连续饼式绕制技术;*1999年7月年完成CSMC线圈的绕制;*2001年完成第2台悬臂式CICC型超导特种绕线机的设计研制；满足EAST超导磁体对予弯成型、连续绕制和绕制大尺寸跨度纵场、极向场线圈的技术要求。,*对STUB的工艺和检漏工艺进行改进,提高了效率,稳定了质量;*2003年初,根据新的绕制工艺和技术,分别完成PF1和PF模拟线圈的绕制工作;*为了完成极向场大线圈绕制任务,2003年1月-6月完成第3台绕线机的设计和研制工作(包括模具);*2003年10月,第1个PF大线圈绕制完成,至2004年3月全部4个线圈绕制完成,第3台绕制生产线圆满完成预定任务。*2004年9月27日,随着最后一个中心螺管线圈的完成,至此,标志着所有EAST的线圈绕制全部完成。,*2000年-2001年,通过反复试验和摸索，利用四个喷枪在线操作的新喷砂机，可实现在线自动喷砂，可从根本上解除表面喷砂对绕制工作的影响，减少8个操作人员，且减少了粉尘污染，大大提高工作效率（3040）。*2001年底利用哑缆绕制的TF线圈完成,标志着TF线圈的绕制工艺成熟;*HT-7U第一个600超导纵场线圈于2002年6月20日完成绕制工作,27日完成出线头的预弯下线。并具备了批量生产规模;,2.重点解决的关键问题,15种动作的设计实现预弯成型机理结构设计与控制的衔接拐点的控制及处理预变形的矫正预弯与连绕机构的同步运作,EAST绕线机滚弯方案原理图,CICC导体专用绕线机总体方案,专用绕线机结构设计,绕线机由放缆、矫直、校正、予弯、连绕和NC控制电源六个部分组成，导体最小成型半径r=300mm，正常绕制速度为每分钟200mm，在放缆、矫直和予弯压下之间实现了同步运作；采用的三轴CNC控制、AC伺服和谐波减速机的传动付达到了较高位移控制精度。,矫直及校正结构,设计专门的编码器结构，解决了因内置编码器无法解决的导体打滑问题；保证数控系统精确记录导体的进线长度，解决了研制超导线圈的关键技术问题。,龙门式,悬臂式,3、超导线圈绕制特种工艺研究,前期工作:2/3TFDC试验线圈:全面检验CICC超导体特种绕线机的性能，率先开展复杂的D形CICC型超导线圈的研制。线圈是采用SS316研制的CICC导体绕制的D形双饼线圈，采用外进外出的饼式连续绕法。CSMC线圈的研制(2000年完成),并在超导电工中心进行了试验。,3.1、CICC超导线圈绕制技术的研究,预弯机构行走轨迹的分析CICC导体截面形状的力学分析CICC导体短样弯曲的试验CICC导体弯曲回弹的计算及其补偿编码器的位置对导体进给精度的影响,绕线机预弯机构行走轨迹的分析,通过预弯机构切点行走轨迹的分析，建立了D形线圈切点轨迹的数学表达式，这是编制NC程序基本依据。,开展了回弹的理论分析与深入的试验研究，针对二次冷作硬化且喷砂处理的导体得出了计算回弹量的经验公式，导出弯曲半径与压下量的关系。,为了保证高质量CICC线圈绕制，必须解决好三个方面的问题：1.绕制线圈模具的精度；2.导体进给尺寸即起弯点要准确；3.补偿回弹后的弯曲半径误差。研制中发现编码器的位置对导体进给尺寸有直接影响。由于导体的挠度导致与编码器直接接触的导体的外层产生拉伸应变，拉伸了的外层尺寸比中性层尺寸大，导致导体实际进给尺寸偏小，产生了进给误差。,3.2.CICC纵场TFDC线圈的研制,CICC导体截面误差的校正CICC超导体的绕制工艺,使用一组2对不对称特殊的水平辊和立辊，完成对导体截面制造误差的校正，达到了日本PRESS专利使用多组辊轮修正导体尺寸误差的相同效果。,CICC超导体绕制工艺,1、工艺流程CICCHe漏检测第一饼绕制S弯过渡及层间绝缘第二饼绕制VPI绝缘测试。工艺流程为：CICC导体放缆矫直导体截面误差校正在线检测表面喷砂二次清洗在线基准预弯成型校正弯曲半径（R）匝间绝缘入绕线模定位固定.,完成3台绕线机设计(龙门式和悬臂式)的基础上,又设计了多套TF和PF绕制模具,EAST第一个600超导纵场线圈于02年6月20日完成绕制工作并下线,成功探索和发展了新的连续饼式无张力绕制工艺。通过反复试验和摸索，在喷砂和Stub焊接技术均达到设计要求,并有很大提高。利用四个喷枪在线操作的新喷砂机，可从根本上解除表面喷砂对绕制工作的影响，且减少了粉尘污染，提高了工作效率。探索了316LN弯制工艺。由于316LN的屈服强度比316L增加50%，且截面增大。利用316LN26不锈钢管成方后的试件，进行了最小弯曲半径R384mm的工艺试验。,整个线圈的S弯和补园块共有11种40余件，测量线2400多米，绝缘带近万米，加上档边带，给绕制工作带来了很大难度，由于工艺合理,保证了一次合格；完成大量数控程序的编制、输入，保证走线长度准确,预弯成型尺寸到位(较高的模具制造精度)。STUB研制和检漏方法的研究。采用新工艺打空和焊接,满足不伤导体和控制温度的要求;采用新工装对导体进行检漏，整个Stub置于真空密封槽内，直接对真空密封的接头抽真空，对导体打氦压2.6MPa，并保持20分钟，其漏率小于1.8X10-10Pa.m3/s。采用此方法后，大大提高了检漏效率和线圈的可靠性。,2002年绕线机生产线按照ISO9001标准,编制了绕线机生产线的质量计划和作业指导书,应用于生产管理中;严格按照质量管理文件进行管理和生产；通过ISO9001标准宣贯和执行后，全员质量意识得到了进一步的提高。特别是绕制程序编制、Stub焊接和真空检漏，通过程序设计和新的检漏工装投入使用，线圈的质量更加可靠。,二、线圈生产的质量控制,在喷砂和焊接质量上也有很大提高，Stub打孔使用专用的限深钻头，以免导体内部的超导线受伤；焊接时使用专用工装，以保证焊接部位内部超导线的温度达到技术要求；焊接和捡漏都有责任工程师的检验和认可，并设计成功一种新的检漏工装；从而保证一次性合格率100%。全线同志不但有严谨的工作作风，高度的工作热情，而且相互配合、拧成一股绳。全线现有人员近30人，但由于工序多，相互交叉作业，难免出现用工矛盾。特别该生产线实际上是一个总装的生产线，几乎所有的设计和制造中出现的问题都要在此暴露。由于质量管理措施到位,保证了连续稳定地生产,成为EAST工程的一个亮点和样板。,特种磁体绕线机的设计达到了国际先进水平，其批量生产线圈的能力当属世界第一,。(摘自李所长在换届考核民主测评会上的述职报告)共完成种50+3个线圈的绕制(包括宝鸡生产的导体)用于新型的铠装超导缆导体特种绕线机在国内还是空白。完全满足了EAST的CICC超导磁体对予弯成型、连续绕制、二维异型截面和绕制大尺寸跨度纵场、极向场线圈的技术要求。且在攻克精密传动、同步控制、结构设计和阻尼抗震等方面有多项技术创新，实现了整个绕制过程的自动化控制；已成功地应用EAST装置的预研和建设中，并获得国家专利2项。,三、工作总结,创新地开展了CICC超导磁体绕制技术的研究，导出连绕过程D形线圈切点（预弯点）行走轨迹和回弹计算的数学表达式，设计专门的编码器结构，解决了因内置编码器无法解决的导体打滑问题；分析了编码器的不同安装位置对导体进给精度产生的直接影响，为精确控制线圈的绕制精度提供了重要的基础。在科学研究和大量试验的基础上，开拓发展了复杂截面铠装超导缆导体线圈的无张力绕制技术,可用于各种大型CICC超导磁体的研制(包括ITER线圈)。,CICC四枪专用喷沙机研制和试验取得重大成果,填补国内空白，已完成的四个喷枪在线操作的新喷砂机，可实现在线自动喷砂，可从根本上解除表面喷砂对绕制工作的影响，大大提高工作效率（3040）。培养了人才,锻炼了队伍,为将来承担ITER工作奠定了基础;而且为研制中心提供了工作机会和收入。,生产线在设计、建设和生产过程中一直得到工程指挥部和所领导和高总