Термометрическая заготовка

Термометрическая заготовка предназначена для контроля и изучения процесса нагрева композиционных заготовок, использующихся при производстве низкотемпературных сверхпроводников. Заготовка состоит из чехла с герметизирующими торцевыми крышками, прутков, размещенных внутри вакуумированного чехла, и термопар. Прутки изготовлены из композиционного материала сверхпроводника двух видов, каждый формирует одну измерительную зону внутри заготовки, зоны граничат между собой в осевой плоскости сечения заготовки, в каждой измерительной зоне часть прутков снабжена термопарами, концы которых выведены наружу через крышку и подсоединены к регистрирующей аппаратуре. Термопары размещены в продольных пазах, выполненных в прутках, при этом термопары каждой измерительной зоны размещены в плоскостях сечения заготовки, образующих между собой центральный угол в 30°. Одна из плоскостей в каждой измерительной зоне перпендикулярна плоскости границы измерительных зон. В целях исключения отвода или подвода тепла по термоэлементу глубина заделки спая составляет половину длины заготовки. Для исключения влияния торцевых поверхностей заготовки термоэлемент прикреплен к пазу пайкой. С помощью предложенной полезной модели минимизированы искажения температурного поля при нагреве заготовки с композиционными прутками. В результате полученные температурно-временные зависимости нагрева заготовок для сверхпроводников разных типов позволили выбрать оптимальные режимы нагрева заготовок диаметром 138 мм и диаметром 250 мм, сократить время нагрева, снизить градиент температур по сечению заготовки, а также снизить энергосиловые параметры экструзии. 1 н.п., 13 з.п., 2 фиг.

Предлагаемая полезная модель предназначена для контроля и изучения процесса нагрева составной композиционной вакуумированной заготовки для сверхпроводника и может быть использована при производстве низкотемпературных сверхпроводников, в частности при нагреве композиционных вакуумированных заготовок перед экструзией.

При производстве низкотемпературных сверхпроводников используют составные вакуумированные заготовки, содержащие прутки из различных материалов, в том числе из композиционных материалов, которые подвергают (однократно или многократно) экструзии (прессованию, выдавливанию). Перед экструзией заготовки подвергаются предварительному нагреву. Условия проведения этих процессов, и особенно условия нагрева, в значительной степени влияют на технологичность заготовок при последующем переделе (волочении) и на сверхпроводящие характеристики получаемых сверхпроводников, поскольку большое количество прутков, размещенных в вакуумированном чехле, состоит, по меньшей мере, из двух различных по физическим и механическим свойствам металлов и/или сплавов. При этом в таких заготовках даже при наиболее плотной упаковке элементов присутствуют пустоты, оказывающие влияние на теплопередачу в них, а наличие вакуума в заготовке, который является идеальным изолятором, усугубляет процесс теплопередачи между элементами.

Предварительный нагрев перед прессованием составных композиционных заготовок обычно осуществляют в печах сопротивления, индукционных, газовых. Для контроля температуры нагрева различных заготовок и для контроля температурного поля печи используют термопары (термоэлементы), которые устанавливают в объеме печи. Для определения потери температуры при теплопередаче от нагревателя к заготовке термопару закрепляют на поверхности заготовки.

Известно техническое решение [а.с. RU 328349, МПК G01K 7/02, опубл. 02.11.1972], в котором испытуемая полая деталь, имеющая вид рельефной трубы, в разных своих поясах снабжена сквозными отверстиями, в которые вставлены термопары для контроля температуры внутренней поверхности детали. При этом для надежности они приварены к стенкам отверстий с внутренней стороны испытуемой детали, а снаружи, на внешней поверхности детали термопары зафиксированы скобами. Такое техническое решение обеспечивает возможность измерения и контроля температурного поля стенки испытуемой теплонапряженной детали. Но при нагреве заготовки, в которой в трубной детали (чехле) размещены другие элементы (прутки), важно контролировать процесс нагрева не только стенки, но и прогрева всей заготовки, в том числе и ее центральной части.

В другом известном техническом решении, использующемся для контроля эффективности прогрева заготовок в нагревательных печах перед их выдачей на горячую прокатку [Патент РФ 2237730, МПК C21D 11/00, публ. 10.11.2003] использовали заготовку (сляб из легированной стали) с предварительно изготовленными под термопары глухими отверстиями в торце, т.е. в осевом направлении. При этом термопары в металлических чехлах были размещены в отверстии сляба и подсоединены через боковые смотровые окна к регистрирующему прибору. Размещение термопар в центре заготовки и в двух промежуточных между центром и поверхностью точках позволило произвести контроль температуры в динамике нагрева заготовки и оценить эффективность ее прогрева. Стабилизация показаний температуры свидетельствовала о прогреве заготовки.

В другом техническом решении [В.Н.Соколов "Расчеты нагрева металла", Москва, Машгиз, 1955 г., с.76-79, 22-23] для контроля и изучения процесса нагрева крупной заготовки перед ковкой использовали заготовку (слиток) весом 10,3 т диаметром 880 мм и общей длиной 3000 мм с термопарами, размещенными в отверстиях, высверленных в средней части заготовки в радиальном направлении. При этом одно отверстие доходило до центра заготовки, второе находилось на одной трети радиуса заготовки от ее поверхности, третье - около поверхности заготовки. Такое размещение термопар в заготовке позволило отследить характер изменения температуры от времени нагрева разных точек, в том числе в центральной части заготовки, а также максимальную разность температур поверхности и центра и скорость ее изменения. Установлено, что температура печи при посадке слитка оказывает большое влияние на продолжительность нагрева. Полученные зависимости позволили выбрать оптимальное время нагрева заготовки для последующей ковки.

В последних двух технических решениях рассматриваются компактные заготовки с термопарами, размещенными в осевом или радиальном направлении, причем каждая заготовка выполнена из одного материала. Но температурно-временные режимы нагрева компактных заготовок существенно отличаются от режимов нагрева заготовок, содержащих большое количество прутков, выполненных из разных металлов и/или сплавов и размещенных в вакуумированном чехле. Известно, что при нагреве последних возможны большие температурные перепады в поперечном направлении, поэтому радиальная установка термопар в них, т.е. по направлению температурного перепада, может привести к нарушению первоначального распределения температур и к искажению измерений. Кроме того, в такой заготовке не должно быть открытых отверстий под термопары, так как металлы, из которых выполнены все элементы заготовки, могут окисляться в процессе нагрева и последующего передела, что недопустимо при изготовлении сверхпроводников.

Известно также техническое решение [K.J.Best, H.Hillmann, H.Hoeflich, J.Rudolf, H.Weber, Forschungsbericht BMFT NT 1022 (1979), pages 19-22, 31-34, 44], выбранное в качестве наиболее близкого аналога (прототипа), в котором для изучения процесса нагрева используется заготовка с продольными элементами внутри. Заготовка состоит из вакуумированного чехла с наружным диаметром 173 мм, размещенных в нем 85 шестигранных прутков, выполненных из меди, и торцевых герметизирующих крышек. Между внутренней поверхностью чехла и внешним рядом шестигранных прутков, плотно прилегающих друг к другу, размещены прутки, наличие которых уменьшает количество пустот в заготовке. Все элементы, составляющие заготовку (чехол, прутки, крышки), выполнены из материала с высокой теплопроводностью - из меди. Заготовка в разных точках снабжена термопарами для измерения температуры при ее нагреве перед экструзией. Термопары размещены и зафиксированы на наружной поверхности чехла и на одной из крышек, и две термопары - внутри заготовки вблизи внутренней поверхности чехла.

Это техническое решение имеет недостатки. Во-первых, использование в заготовке шестигранных прутков, выполненных только из меди, обладающей высокой теплопроводностью, вместо прутков из композиционного материала сверхпроводника, применяющихся при изготовлении сверхпроводников, не позволяет получить истинного распределения температур, присущего заготовке для сверхпроводника. Композиционный материал сверхпроводника обычно состоит, по крайней мере, из двух металлов и/или сплавов, обладающих различной теплопроводностью. Поэтому при нагреве такой заготовки требуется значительно большее время для ее прогрева именно вследствие различия в теплопроводности разных ее частей.

Кроме того, в известном техническом решении не указано, в каком направлении размещены термопары внутри заготовки: в радиальном или в продольном. Радиальное их размещение увеличивает искажение распределения температурного поля в заготовке при нагреве.

Отсутствие термопар в центральной части заготовки не позволяет контролировать градиент температур между прутками центральной и периферийной (вблизи внутренней поверхности чехла) частей заготовки, что очень важно при предварительном нагреве перед экструзией. Выбор температуры нагрева перед экструзией при изготовлении сверхпроводников очень важен и влияет на технологичность при дальнейшем переделе и на сверхпроводящие свойства получаемых сверхпроводников Диапазон этих температур ограничен в связи с протеканием в используемых в заготовке металлах и сплавах нежелательных процессов в случае выхода за границы диапазона. Поэтому градиент температур между центральной частью пучка прутков и его наружной частью, который может составлять 50-60°С, необходимо уменьшать при нагреве перед экструзией.

Технической задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является уменьшение до минимума искажения температурного поля при нагреве заготовки с прутками и термопарами, находящимися внутри вакуумированного чехла, с целью получения достоверных результатов по распределению температур в заготовке, предназначенной для изготовления сверхпроводника; а также снижение градиента температур между прутками за счет послойного измерения температур в пучке прутков и выбора оптимального режима нагрева.

Для решения технической задачи предложено устройство термометрическая заготовка, состоящая из чехла с герметизирующими торцевыми крышками, прутков, размещенных внутри вакуумированного чехла, и термопар, установленных в разных местах заготовки, при этом прутки изготовлены из композиционного материала сверхпроводника двух видов, прутки каждого вида формируют одну измерительную зону, зоны граничат между собой в осевой плоскости сечения заготовки, в каждой измерительной зоне часть прутков снабжена термопарами, концы которых выведены наружу через крышку и подсоединены к регистрирующему прибору, термопары размещены в продольных пазах, выполненных в прутках из композиционного материала сверхпроводника, термопары каждой зоны размещены в плоскостях сечения заготовки, образующих между собой центральный угол в 30°, причем одна из этих плоскостей в каждой измерительной зоне перпендикулярна плоскости границы измерительных зон.

В частном варианте выполнения термометрической заготовки пруток из композиционного материала сверхпроводника первого вида состоит из стержня, выполненного из сверхпроводящего сплава, и оболочки, выполненной из материала с высокой теплопроводностью.

В другом частном варианте выполнения термометрической заготовки пруток из композиционного материала сверхпроводника второго вида состоит из множества стержней, выполненных из сверхпроводящего сплава, распределенных в матрице из материала с высокой теплопроводностью.

В другом частном варианте выполнения термометрической заготовки стрежень в прутке из композиционного материала сверхпроводника первого вида выполнен из NbTi сплава, а оболочка выполнена из меди.

В другом частном варианте выполнения термометрической заготовки множество стержней в прутке из композиционного материала сверхпроводника второго вида выполнены из NbTi сплава, матрица выполнена из меди.

В другом частном варианте выполнения термометрической заготовки чехол и крышки выполнены из меди.

В другом частном варианте выполнения термометрической заготовки прутки, снабженные термопарами, размещены в плоскости сечения заготовки через один пруток.

В другом частном варианте выполнения термометрической заготовки пазы в прутках из композиционного материала сверхпроводника выполнены одинаковой длины, составляющей половину длины прутка.

В другом частном варианте выполнения термометрической заготовки термопара, размещенная в пазу прутка из композиционного материала сверхпроводника, присоединена к поверхности паза с использованием пайки.

В другом частном варианте выполнения термометрической заготовки места в крышке для вывода наружу термопар запаяны с использованием высокотемпературного припоя на основе меди.

В другом частном варианте выполнения термометрической заготовки в качестве термопар, размещенных в прутках из композиционного материала сверхпроводника использованы вакуумностойкие хромель-копелевые термопары.

В другом частном варианте выполнения термометрической заготовки герметизирующие крышки приварены к чехлу методом аргонодуговой сварки.

В другом частном варианте выполнения термометрической заготовки вакуумированный чехол обеспечивается с помощью заварки в вакуумной камере специальных отверстий в крышке электронным лучом.

В другом частном варианте выполнения термометрической заготовки термопары размещены снаружи заготовки вдоль образующей чехла и в крышке в высверленных несквозных отверстиях и закреплены методом зачеканивания.

На наружной поверхности термометрической заготовки использованы хромель-алюмелевые термопары, у которых рабочий диапазон измерения температур составляет от 0 до 1000°С. Рабочий диапазон измерения температур хромель-копелевых термопар, используемых внутри заготовки, составляет от 0 до 600°С. В качестве хромель-копелевых термопар использовали термопары, применяемые в реакторной технике, прошедшие испытания на вакуумную стойкость.

Использование в предложенном устройстве, в термометрической заготовке, прутков из композиционного материала, т.е. выполненных из разных материалов и обладающих различной теплопроводностью, вместо прутков только из одного материала с высокой теплопроводностью (как это использовано в прототипе), наряду с продольным размещением в них термопар, дает возможность, во-первых, приблизить конструкцию предлагаемого устройства к той конструкции заготовки, которая используется в производстве сверхпроводников, и, во-вторых, избежать того значительного искажения при измерении температуры в процессе нагрева, которое обычно происходит при радиальном размещении термопар в подобных заготовках (т.е. в тех, при нагреве которых возможен значительный радиальный перепад температур). Продольное размещение термопар позволяет контролировать температуру нагрева в любом месте внутри заготовки, так как пруток с термопарой можно поместить в любое место взамен любого прутка из композиционного материала. А наличие в заготовке нескольких прутков с термопарами и размещение их регулярно от центра к периферии в радиальном направлении позволяет исследовать и контролировать процесс нагрева всех слоев прутков в заготовке одновременно, в том числе и в центральной ее части. Предложенное размещение термопар не нарушает при нагреве заготовки в печи теплопередачу от поверхности чехла к центру заготовки.

Конструкция полезной модели спроектирована так, что температурное поле можно снимать в зависимости от коэффициента заполнения заготовки сверхпроводящим материалом по ее сечению. В предложенном устройстве использованы прутки из композиционного материала сверхпроводника двух видов, с разным коэффициентом заполнения. В результате созданы две измерительные зоны с границей между ними вдоль осевой плоскости сечения термометрической заготовки, что дает возможность одновременно проводить изучение нагрева заготовок разных конструкций и при разных способах нагрева. При этом во избежание взаимного влияния этих зон при нагреве термометрической заготовки в печи прутки, снабженные термопарами, размещены в средней части (ограниченной радиусами) каждой измерительной зоны, т.е. они размещены в двух плоскостях сечения термометрической заготовки, образующих между собой центральный угол в 30°, а одна из этих плоскостей в каждой измерительной зоне перпендикулярна плоскости границы между измерительными зонами. Регулярное размещение прутков, снабженных термопарами, в этих плоскостях дает возможность послойного (от периферии к центру) измерения температуры при нагреве заготовки в печи, в том числе в ее центральных слоях и определения послойного градиента температур с целью возможного его снижения. Термопары, дополнительно размещенные на наружной поверхности чехла термометрической заготовки, позволяют оценивать разогрев поверхности заготовки в процессе нагрева в печи и сопоставлять с кинетикой нагрева центральных и периферийных слоев прутков в заготовке.

В предлагаемой полезной модели отвод или подвод тепла по термоэлементу вследствие теплопроводности исключены, т.к. глубина заделки его спая большая (составляет половину длины заготовки). В связи с этим исключено и влияние торцевых поверхностей заготовки. А ввиду того, что термоэлемент надежно прикреплен к пазу, не происходит теплообмена с окружающей средой, что позволяет полезной модели диагностировать истинную температуру.

Таким образом, конструкция термометрической заготовки согласно предлагаемой полезной модели позволяет установить температурно-временные зависимости при нагреве и, что очень важно, время полного прогрева заготовки.

Сущность полезной модели поясняется чертежами.

На фиг.1 представлена конструкция термометрической заготовки, состоящей из чехла 1, герметизирующих крышек 2 и 3, размещенных внутри чехла прутков 4 и термопар 5, располагающихся в пазах 6 прутков 4.

На фиг.2 представлен вид термометрической заготовки в сечении А-А. Из прутков 7 и 8, выполненных из композиционного материала сверхпроводника двух видов, образованы две измерительные зоны 9 и 10, граничащие между собой в осевой плоскости сечения 11 заготовки, при этом в каждой измерительной зоне 9 и 10 часть прутков 12 и 13 снабжена термопарами 5, размещенными в плоскостях 14, 15, образующих между собой центральный угол в 30°, и в плоскостях 16, 17 сечения заготовки, также образующих центральный угол в 30°, а одна из этих плоскостей 15 и 16 в каждой измерительной зоне перпендикулярна плоскости границы 11 этих зон.

Предложенное устройство использовали при нагреве до 600±10°С в печи сопротивления и в индукционной установке.

Термометрическую заготовку помещали в предварительно нагретую до температуры 600±10°С печь сопротивления типа ОКБ 333. Для удобства загрузки и выгрузки ее устанавливали на противень из листового железа и размещали на равном расстоянии от нагревателей, которые расположены на боковых стенках печи. Концы термопар 5 через специальный канал в печи выводили наружу и подсоединяли к регистрирующей аппаратуре, которая регистрировала температуру каждой измерительной зоны. Термопары, расположенные по торцу и по образующей поверхности термометрической заготовки также были присоединены к регистрирующей аппаратуре. Рабочее пространство печи закрывали крышкой, а для уменьшения потерь тепла щели в печи уплотняли асбестовым полотном. В процессе нагрева регистрирующая аппаратура отслеживала время нагрева всех частей заготовки и всех прутков, в которых размещены термопары. Достижение заданной температуры нагрева термометрической заготовки всеми термопарами свидетельствовало о полном прогреве заготовки. По полученным результатам определяли кинетику нагрева и время полного прогрева заготовки. Предложенную полезную модель использовали также для анализа нагрева заготовок при большей садке (около 1 тн) в печи сопротивления, когда в печь помещали несколько других композиционных вакуумированных заготовок для сверхпроводника для нагрева перед экструзией. При этом полезную модель размещали в разных местах на поду печи, чтобы исследовать влияние экранирования ее другими заготовками на температурно-временные зависимости ее нагрева.

При нагреве в индукционной установке типа ИАГ-003 токами промышленной частоты термометрическую заготовку помещали в индуктор. В индукторе ее устанавливали на лист асбеста, обеспечивая тем самым тепловой изоляцией. Зазор между заготовкой и стенкой индуктора составлял 28 мм, а расстояние от кромки индуктора до заготовки - 90 мм. С торцов заготовку зажимали двумя центрами, расположенными по оси индуктора. Концы термопар 5 через специальный канал в печи выводили из нее наружу и подсоединяли к регистрирующей аппаратуре, которая регистрировала температуру каждой измерительной зоны. Термопары, расположенные по торцу и по образующей поверхности термометрической заготовки также были присоединены к регистрирующей аппаратуре. Рабочее пространство печи закрывали крышкой. Включение и отключение установки производили посредством автоматической системы. Для измерения технологических параметров нагрева в индукционной установке дополнительно установлены приборы: ваттметр, вольтметр, амперметр и прибор для измерения cos. Нагрев термометрической заготовки осуществляли до температуры выдавливания 590^±5°С в зависимости от мощности индукционной установки. Достижение заданной температуры нагрева термометрической заготовки всеми термопарами свидетельствовало о полном прогреве заготовки. По полученным результатам определяли кинетику нагрева и время полного прогрева заготовки.

Примеры конкретного выполнения.

Пример 1. Термометрическая заготовка состоит из чехла 1 с наружным диаметром 138 мм, высотой 340 мм с толщиной стенки 8 мм. Чехол выполнен из высокочистой меди. В заготовке используются прутки 4 шестигранной формы в поперечном сечении. Эти прутки выполнены из композиционного материала сверхпроводника двух видов, образуя прутки 7 и 8, все с размером «под ключ» 7,8 мм и длиной 320 мм. Общее количество шестигранных прутков из композиционного материала в заготовке - 169. Для уменьшения пустот в заготовке вблизи внутренней поверхности чехла их заполняют дополнительными прутками, выполненными так же, как и чехол, из меди, либо из композиционного материала сверхпроводника. С двух сторон заготовка снабжена торцевыми герметизирующими крышками 2 и 3, выполненными из меди. Два вида прутков 7 и 8 из композиционного материала сверхпроводника образуют две измерительные зоны 9 и 10, граничащие друг с другом в осевой плоскости 11 сечения заготовки.

Пруток 7, выполненный из композиционного материала сверхпроводника первого вида, представляет собой стержень прямоугольного сечения из сверхпроводящего ниобий-титанового сплава в оболочке из высокочистой меди. Соотношение этих компонентов в каждом прутке одинаковое и выражается через коэффициент заполнения по сверхпроводящему ниобий-титановому сплаву, который составляет 80%. В результате эта часть заготовки с измерительной зоной 9 выполнена (в пересчете на диаметр заготовки) с коэффициентом заполнения по сверхпроводящему сплаву, равным 50%. (Таким образом, на долю высокочистой меди приходится тоже 50%).

Прутки 8, каждый из которых выполнен из композиционного материала сверхпроводника второго вида, формируют вторую измерительную зону 10, в которой каждый из прутков представляет собой многоволоконный пруток, состоящий из девятнадцати волокон (стержней), выполненных из сверхпроводящего ниобий-титанового сплава, распределенных в матрице из высокочистой меди. Соотношение этих компонентов друг к другу в каждом прутке одинаковое и выражается через коэффициент заполнения по сверхпроводящему ниобий-титановому сплаву, который составляет 50%. В результате эта часть заготовки с измерительной зоной 10 выполнена (в пересчете на диаметр заготовки) с коэффициентом заполнения по сверхпроводящему сплаву, равным 30%. (Таким образом, на долю высокочистой меди приходится 70%).

Таким образом, в предложенной термометрической заготовке созданы две измерительные зоны, граничащие между собой в осевой плоскости сечения заготовки, и в каждой из измерительных зон использованы прутки, выполненные из композиционного материала сверхпроводника только одного вида. Причем выбранные соотношения материалов (металлов и/или сплавов), из которых выполнены прутки обычно используются при изготовлении составных композиционных заготовок для производства сверхпроводников.

В отдельных прутках 12 и 13 обоих видов (в двух измерительных зонах) выполнены пазы 6 шириной 3,3 мм и глубиной 3,3 мм, в каждом из которых размещены термопары 5 диаметром 3,1 мм. Длина паза составляет половину длины прутка. Причем паз располагается вдоль одного из ребер шестигранного прутка. Такое расположение паза выбрано с тем, чтобы термопара в составной заготовке контролировала температуру еще, по крайне мере, двух соседних прутков. Прутки 12 и 13, снабженные термопарами 5, размещены через один пруток в плоскостях сечения заготовки образующих между собой центральный угол в 30°. При этом одна из плоскостей перпендикулярна плоскости 11 границы измерительных зон. Термометрическая заготовка с двух сторон закрыта торцевыми герметизирующими крышками 2 и 3, которые присоединены к чехлу с помощью аргонодуговой сварки. В одной из крышек имеются отверстия, через которые концы размещенных в прутках термопар 5 выведены наружу и подсоединены к регистрирующей аппаратуре. Места вывода термопар в крышке запаяны с использованием высокотемпературного припоя на основе меди. Крышки присоединены к чехлу методом аргонодуговой сварки. В крышке есть два специальных отверстия для заварки их в вакуумной камере электронным лучом, тем самым обеспечивается вакуумированный чехол.

На наружной поверхности заготовки и на торце установлены дополнительно термопары: на торце - в центре, на краю и в средней между ними точке; на поверхности - равномерно вдоль образующей. При этом термопары вставлены в высверленные несквозные отверстия и закреплены с использованием зачеканивания.

Общие размеры термометрической заготовки выбраны исходя из размеров составных композиционных заготовок, применяемых при производстве сверхпроводников перед выдавливанием, а также с учетом необходимых зазоров между наружной поверхностью термометрической заготовки (т.е. ее чехла) и внутренним диаметром индуктора в индукционной установке. Количество и размеры шестигранных прутков соответствуют конструкциям, используемым при производстве сверхпроводящих проводов, и обеспечивают максимальную плотность заготовки.

Прутки из композиционного материала сверхпроводника, снабженные термопарами, закрепленными в продольных пазах прутков, размещены в собранной заготовке в заранее определенных местах контроля температуры. И, таким образом, в каждой измерительной зоне некоторые прутки с термопарами соприкасаются с чехлом одной гранью и тремя - с соседними шестигранными прутками. Так как разогрев составной заготовки происходит с поверхности чехла внутрь заготовки, то плотное прилегание всех составляющих заготовку элементов обеспечивает температуропроводность от поверхности чехла к пруткам, расположенным внутри заготовки, и так далее - до центрального прутка.

Термопары на наружной поверхности предусмотрены для определения равномерности нагрева наружной поверхности термометрической заготовки.

В предложенной в термометрической заготовке схема размещения термопар сводит к минимуму искажения температурного поля при нагреве заготовки с прутками и термопарами внутри вакуумированного чехла и позволяет получать достоверные результаты по распределению температурного поля в заготовке, предназначенной для изготовления сверхпроводника, в процессе нагрева перед экструзией. А наличие в одной термометрической заготовке двух измерительных зон, каждую из которых образуют прутки с разным коэффициентом заполнения по сверхпроводящему сплаву, дает возможность исследовать изменения распределения температурных полей при нагреве и получать данные о времени полного прогрева разных типов заготовок, использующихся для производства сверхпроводника.

Результаты нагрева заготовки в разных печах показали разницу во времени прогрева заготовки в этих печах, а также разницу в кинетике нагрева различных частей заготовки с различными измерительными зонами. Результаты изучения нагрева термометрической заготовки в разных печах представлены в таблице 1.

Установлено, что в индукционной установке разогрев измерительной зоны 10 с коэффициентом заполнения по сверхпроводящему сплаву 30%, содержащей прутки из композиционного материала сверхпроводника второго вида с большим количеством равномерно распределенной меди, происходит интенсивнее, чем разогрев измерительной зоны 9 с коэффициентом заполнения 50%. Это происходит из-за более быстрого нагрева прутков, содержащих большое количество равномерно распределенной меди и свидетельствует о том, что коэффициент заполнения существенно влияет на длительность нагрева заготовки в индукционной установке и на время полного прогрева заготовки.

Таблица 1
Результаты нагрева термометрической заготовки диаметром 138 мм в разных печах
Параметры нагрева	Печь сопротивления	Индукционная установка
Коэффициент заполнения
50%	30%
Температура нагрева, мин.	125	54	48
Влияние коэффициента заполнения на нагрев	Не оказывает	Резко выражено
Максимальный градиент температур между прутками через 35 мин нагрева, °С	140	60	90
Общее время нагрева, °С	125	54	48
	Мах градиент температур между прутками в конце нагрева, °С	30-35	10-15	6-10
Достижение максимального температурного перепада, мин.	20	9	9

Кроме того, новые режимы нагрева обеспечили сокращение времени нагрева и снижение градиента температур по сечению заготовки: в печи сопротивления - до 30-35°С и в индукционной установке - до 6-15°С (в зависимости от коэффициента заполнения). Использование новых режимов нагрева заготовок перед экструзией при изготовлении сверхпроводников положительно сказалось на повышении сверхпроводящих характеристик изготавливаемых сверхпроводников.

Предлагаемая полезная модель позволила получить новый технический результат, выразившийся в выборе оптимальных режимов нагрева составных композиционных вакуумированных заготовок, используемых в производстве сверхпроводников. Кроме того, использование в предложенной полезной модели двух измерительных зон с композиционными прутками двух видов, различающихся по коэффициенту заполнения по сверхпроводящему сплаву, позволило применить полученные результаты для выбора оптимального режима нагрева перед экструзией заготовок диаметром 250 мм, использующихся в производстве сверхпроводников. Это позволило сократить общее время нагрева заготовок на 40 минут, а также снизить энергосиловые параметры в процессе экструзии.

1. Термометрическая заготовка, состоящая из чехла с герметизирующими торцевыми крышками, прутков, размещенных внутри вакуумированного чехла, и термопар, отличающаяся тем, что прутки изготовлены из композиционного материала сверхпроводника двух видов, прутки каждого вида формируют одну измерительную зону, зоны граничат между собой в осевой плоскости сечения заготовки, в каждой измерительной зоне часть прутков снабжена термопарами, выведенными наружу через крышку, термопары размещены в продольных пазах, выполненных в прутках из композиционного материала, термопары каждой зоны размещены в плоскостях сечения заготовки, образующих между собой центральный угол в 30°, причем одна из этих плоскостей в каждой зоне перпендикулярна плоскости границы измерительных зон.

2. Термометрическая заготовка по п.1, отличающаяся тем, что пруток из композиционного материала сверхпроводника первого вида состоит из стержня, выполненного из сверхпроводящего сплава, оболочки, выполненной из материала с высокой теплопроводностью.

3. Термометрическая заготовка по п.1, отличающаяся тем, что пруток из композиционного материала сверхпроводника второго вида состоит из множества стержней, выполненных из сверхпроводящего сплава, распределенных в матрице из материала с высокой теплопроводностью.

4. Термометрическая заготовка по п.2, отличающаяся тем, что в прутке из композиционного материала сверхпроводника первого вида стрежень выполнен из NbTi сплава, а оболочка выполнена из меди.

5. Термометрическая заготовка по п.3, отличающаяся тем, что в прутке из композиционного материала сверхпроводника второго вида стержни выполнены из NbTi сплава, матрица выполнена из меди.

6. Термометрическая заготовка по п.1, отличающаяся тем, что чехол и крышки выполнены из меди.

7. Термометрическая заготовка по п.1, отличающаяся тем, что прутки из композиционного материала, снабженные термопарами, размещены через один пруток.

8. Термометрическая заготовка по п.1, отличающаяся тем, что пазы в прутках из композиционного материала выполнены одинаковой длины, составляющей половину длины прутка.

9. Термометрическая заготовка по п.1, отличающаяся тем, что термопара, размещенная в пазу прутка из композиционного материала, присоединена к поверхности паза с использованием пайки.

10. Термометрическая заготовка по п.1, отличающаяся тем, что места в крышке для вывода термопар наружу запаяны с использованием высокотемпературного припоя на основе меди.

11. Термометрическая заготовка по п.1, отличающаяся тем, что в прутках из композиционного материала использованы вакуумностойкие хромель-копелевые термопары.

12. Термометрическая заготовка по п.1, отличающаяся тем, что крышки присоединены к чехлу методом аргонодуговой сварки.

13. Термометрическая заготовка по п.1, отличающаяся тем, что вакуумированный чехол обеспечивается с помощью заварки в вакуумной камере специальных отверстий в крышке электронным лучом.

14. Термометрическая заготовка по п.1, отличающаяся тем, что термопары снаружи заготовки размещены вдоль образующей чехла и в крышке в высверленных несквозных отверстиях и закреплены методом зачеканивания.