Analysis of microcomposite Cu-Nb conductors characteristics and possibility of their joining

Abstract

High magnetic fields systems is widely used in fundamental and applied research in variuos branches of science and industry. The most famous examples of such magnetic systems are tokomaks, stellators, superconducting magnets, CERN collider, ITER reactor, levitation systems. The key component of magnetic systems is inductor (solenoid). At this moment, the record magnetic fields reaches 100 T. The creation of a strong magnetic field is no longer enough just to improve designs for inductor (solenoid). Traditional electrotechnical materials and conductors can no longer withstand the huge mechanical and thermal loads, therefore, them changes to an entirely new advanced materials, for example Cu-Nb microcomposite conductors. These materials are characterized by a unique structure, excellent mechanical properties and good electrical conductivity. One of the most important and unresolved problems of high magnetic fields systems are reliable non-destructive joints and joining technologies creation. This paper reviews the strong magnetic fields systems design features, Cu-Nb conductors characteristics and structure, microcomposite conductor production specifics, application fields, joining problems and the available joining technologies.

Article in Lithuanian.

Mikrokompozitinių Cu-Nb laidininkų ypatumų ir jų sujungimo galimybių analizė

Santrauka 

Stiprių magnetinių laukų sistemos plačiai taikomos fundamentiniams ir taikomiesiems tyrimams įvairiose mokslo šakose ir industrijoje. Tokomakai, stelaratoriai, superlaidūs magnetai, CERN kolaideris, ITER reaktorius, levitacinės sistemos – tai vieni žinomiausių tokių magnetinių sistemų pavyzdžių. Visų magnetinių sistemų svarbiausias komponentas yra induktorius (solenoidas). Rekordinis magnetinis laukas jau siekia 100 T. Stipriam magnetiniam laukui sukurti jau nepakanka vien tik tobulinti solenoidų konstrukciją. Tradicinės elektrotechninės medžiagos ir laidininkai jau negali atlaikyti didžiulių mechaninių ir temperatūrinių apkrovų. Todėl jas keičia visiškai naujos perspektyvios medžiagos, tarp jų svarbią vietą užima Cu-Nb mikrokompozitiniai laidininkai. Šios medžiagos pasižymi unikalia struktūra, puikiomis mechaninėmis savybėmis ir geru elektriniu laidumu. Viena iš svarbių neišspręstų problemų stiprių magnetinių laukų sistemose lieka patikimų neardomųjų jungčių sukūrimas ir jų patikimų sujungimo technologijų paieška, nes dauguma tokių magnetų konstrukcijų turi būti neardomos pradėjus jas eksploatuoti. Tačiau daugiausia jų konstrukcijoje laidininkams sujungti taikomos tik ardomos, deja, praktikoje dideliu patikimumu nepasižyminčios varžtinės arba lituotinės jungtys. Šiame darbe apžvelgti stiprių magnetinių laukų sistemų konstrukciniai ypatumai, perspektyvių Cu-Nb laidininkų struktūros ypatumai ir savybės, kompozitinių laidininkų gamybos specifika, taikymo sritys, sujungimo problemos ir taikytinos sujungimo technologijos.

Reikšminiai žodžiai: Cu-Nb laidininkai, mikrokompozitai, virintinės jungtys.

Keyword : Cu-Nb conductors, microcomposites, welded joints