CICC超导纵场和极向场线圈绕制工作总结 郁杰

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1 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

2 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。 特种绕线机设计的目的就是解决新型CICC超导体的绕续饼式绕制工艺问题。其主要要求如下： 满足预弯、异型、无张力的连绕要求，适合HT－7U所有纵场及极向场CICC导体线圈的绕制。 能够精确控制绕线进给，对起弯点、小半径、大半径和直线段的位置，允许误差按01mm考虑。 能够实现各类绕制动作的要求，至少在弯曲压下、绕制进给和在线校正的同步进给三个主运动上采用NC数字控制。将国外沿用5D数控改为3D数控。 预弯架和放线筒应有二维调整运动，以满足异型截面线圈的绕制运动要求；在放线筒轴线方向，还应有调节导体位置高度的结构。

3 * 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。

4 * 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（30％－40％）。 * 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;

5 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

6 EAST绕线机滚弯方案原理图

7 CICC导体专用绕线机总体方案

8 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。

9 矫直及校正结构

10 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。

11 悬臂式 龙门式

12 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。

13 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

14 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。

15 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。

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18 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。

19 CICC导体截面误差的校正 CICC超导体的绕制工艺
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

20 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。

21 CICC超导体绕制工艺 1、工艺流程 CICCHe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...

22 （设置导体移动步长值，设置初始状态时第一饼及第二饼线圈各圆弧段的圆心坐标值，圆弧曲率半径R及圆心角，以及直线段的长度）
开始 初始化 （设置导体移动步长值，设置初始状态时第一饼及第二饼线圈各圆弧段的圆心坐标值，圆弧曲率半径R及圆心角，以及直线段的长度） 第一饼?(1-13) 由外到内绕制，对应不同的匝数时曲率Rn的计算 .曲率Rn＝R－18（n-1） R－初始状态值 n－匝数 18－导体＋匝间绝缘 .预弯点的变化量x 由内到外绕制，对应不同的匝数时，曲率Rn的计算 .曲率Rn＝R+18（n-14） 2. 预弯点的变化量x 调用绕制子程序 结束全部匝数? 结束 Y N

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24     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 316LN 26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。

25 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。

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28 二、线圈生产的质量控制 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。

29 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。

30 三、工作总结 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。

31 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)。

32 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（30％－40％）。
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。

33 四、感谢 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的领导、支持和帮助;
总体设计室的同志们一直和我们并肩战斗,尤其是责任工程师潘引年和吴维越研究员始终给予我们支持和帮助; 在生产线设计、建设过程中,许多技术人员付出了大量的智慧和心血;在生产过程中,生产线全体职工付出大量的劳动和智慧,加班加点,终于提前完成了任务。 感谢所有给我们支持的同志…… 我们希望有机会合作,为了更重要的任务…

34 谢谢各位参加今天的会议！