CN102324355A - 一种行波管螺旋线夹持装置及其装配工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种行波管螺旋线夹持装置及其装配工艺；所述行波管螺旋线夹持装置，包括真空管壳，所述螺旋线设于真空管壳内部中心位置，在所述真空管壳与螺旋线之间设有夹持杆，所述的夹持杆一侧与螺旋线焊接，另一侧紧贴真空管壳内壁；所述行波管螺旋线夹持装置的装配工艺，采用焊接挤压的方式，螺旋线与夹持杆间焊接、夹持杆与真空管壳件的定位在一步完成。本发明行波管螺旋线夹持装置及其装配工艺，极大简化了夹持杆的装配工艺，能保证夹持杆为螺旋线提供可靠的支撑，能够避免受热膨胀及受冷收缩引起的材料变形和开裂问题，同时能够保证螺旋线具有好的导热能力。

Description

一种行波管螺旋线夹持装置及其装配工艺

技术领域

本发明涉及螺旋线行波管领域，具体涉及一种行波管螺旋线夹持装置及其装配工艺。

背景技术

行波管是一种利用高速电子注与微波信号互作用将电子注的动能转化为微波能量的功率放大器件。行波管的应用范围十分广阔，几乎所有的卫星通讯都使用行波管作为末级放大器。在大多数雷达系统中都要使用一只或若干只行波管作为产生高频发射脉冲的大功率放大器。此外，行波管还可以用作某些大功率放大器如正交场放大器的激励级。行波管高频电路结构主要有两类，一种是在宽带场合使用的螺旋线，另一种是在大功率场合使用的耦合腔。

行波管的螺旋线结构相当精密，其在行波管结构中必须有可靠的支撑。现代螺旋线行波管中，为防止金属材料发热对高频电路的影响，一般通过在行波管真空管壳与螺旋线之间设置陶瓷圆柱介质筒来为螺旋线提供优良的支撑和散热。因为所能使用的陶瓷介质筒的材料介电常数都比较高，为了尽可能降低陶瓷材料对螺旋线的加载作用，许多的行波管也使用薄的楔形夹持杆。

由于夹持杆与螺旋线的交界处存在较大的温度落差，为了降低夹持杆对应高频电路的影响，螺旋线与夹持杆的装配必须采用能最大限度减小接触热阻的技术。目前，螺旋线与夹持杆的装配通常有三种方法：一是三角夹持法，二是挤压夹持法或热膨胀夹持法，三是焊接法，这三种方法装配后结构示意图如图1(a)、图1(b)及图1(c)所示。

利用三角夹持法装配夹持装置时，首先用外力使包围螺旋线的金属管壳略微出现三角形畸变；然后将等距放置有三根夹持杆的螺旋线插入筒内，再移去使金属管壳畸变的外力，在装配的过程中，螺旋线会受到挤压，为了增加螺旋线的强度，通常螺旋线的制作材料为钨或钼。三角夹持法一般使用较薄的金属筒作为管壳，在插入螺旋线之后还要在管壳外安装活动的磁极靴片，因此金属筒与磁极靴片之间的热传导能力会比较差，另外在这一夹持方法中也难以应用铜制螺旋线，因此也在一定程度上降低了整个慢波结构的导热性能。

采用挤压夹持法装配夹持装置时，在插入螺旋线和夹持杆之前，要将金属筒加热使其略微膨胀，在螺旋线和夹持杆插入后，金属筒温度下降，就将夹持杆和螺旋线夹紧。在装配的过程中，螺旋线同样会受到挤压，其螺旋线所用的材料也是钨或钼。挤压夹持法与三角夹持法类似，这种结构界面的温升更加决定于材料的强度、表面情况、压力大小、材料的导热能力和导热途径的长短，因此挤压夹持法对过盈量及材料和工艺的要求较高。

采用焊接夹持法装配夹持装置时，首先将夹持杆与螺旋线焊接为一体，然后装入真空管壳内。焊接夹持法装配过程中，螺旋线不会受到挤压，螺旋线材料的选择范围要比三角夹持法和压力夹持法多，除钨和钼外还可以使用铜，铜的导热能力大于钨和钼。同时由于在焊接结构中螺旋线与介质夹持杆已连为一体，能大大降低螺旋线因过热而烧坏的可能性，同时也减小了螺旋线与介质间热接触引起的损耗。特别当夹持杆的材料为热导率很好的氧化铍时，焊接结构可以大幅度提高螺旋线的功率承受能力。

以上三种方案，焊接方案相比较而言更具有吸引力，但其实施起来非常困难。如为了焊接，需将夹持杆的表面金属化，由于材料间膨胀系数的不一致，会遇到热膨胀问题，很容易引起材料的变形和开裂等。此外每根夹持杆须与螺旋线的每一匝都进行焊接，每一根夹持杆都与螺旋线有几十个接触点；为了保护螺旋线，每一根夹持杆的每一个接触点都必须焊牢，因而焊接装配工艺十分复杂。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种夹持装置的装配工艺简单、能保证为螺旋线提供良好的支撑、保证螺旋线具有好的导热能力的行波管螺旋线夹持装置及其装配工艺。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

所述行波管螺旋线夹持装置，包括真空管壳，所述螺旋线设于真空管壳内部中心位置，在所述真空管壳与螺旋线之间设有夹持杆，所述的夹持杆一侧与螺旋线焊接，另一侧紧贴真空管壳内壁。

所述真空管壳内截面为正方形，所述真空管壳正方形内截面四角为圆角；所述夹持杆设于所述真空管壳内部圆角处，且所述夹持杆半径与真空管壳内部圆角半径相等。

所述的行波管螺旋线夹持装置的装配工艺，具体包括以下步骤：

(1)选取钨或钼材料制成的螺旋线，在螺旋线的外表面镀铜层；

(2)选取氧化铍材料制成的夹持杆，首先在与螺旋线接触的夹持杆一侧表面进行金属化处理，然后在夹持杆的金属化层上镀铜层，最后在夹持杆的铜层外镀金层；

(3)制作真空管壳及与真空管壳配合的薄壁圆筒；

(4)将夹持杆及螺旋线放入真空管壳内；再将装有夹持杆及螺旋线的真空管壳压入薄壁圆筒内部；然后加热至650℃～700℃；夹持杆的金层及铜层与螺旋线的铜层之间进行扩散焊，在真空管壳的挤压作用下，夹持杆与螺旋线稳定焊接，同时真空管壳在薄壁圆筒的作用下向内膨胀，夹持杆紧贴真空管壳内壁实现定位；最后取下薄壁圆筒。

所述步骤(1)中铜层的厚度为3～6微米。

所述步骤(2)中采用钼锰膏剂金属化法对夹持杆表面进行金属化处理。

所述步骤(2)中，铜层的厚度为1～3微米；金层的厚度为3～6微米。

所述步骤(3)中，真空管壳的材料为蒙耐尔合金；薄壁圆筒的材料为可伐4J34或蒙耐尔合金。

本发明的有益效果在于：所述行波管螺旋线夹持装置及其装配工艺，将真空管壳内截面设置为正方形，正方形内截面四角设置为圆角，夹持杆外径设置成与真空管壳内截面圆角半径相等，夹持杆一侧与真空管壳圆角处配合，另一侧与螺旋线焊接，这样的结构能够保证为螺旋线提供良好的支撑；夹持装置采用焊接挤压的方式装配，螺旋线与夹持杆间焊接、夹持杆与真空管壳件的定位在一步完成；不仅能保证夹持杆为螺旋线提供可靠的支撑，极大的简化了夹持杆的装配工艺；同时，由于在夹持杆与螺旋线表面均镀有金属层，采用扩散焊的焊接方式以后，一方面受热膨胀及受冷收缩引起的材料变形和开裂问题能有效避免，另一方面能够保证螺旋线具有好的导热能力。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为现有技术中行波管螺旋线夹持装置结构示意图；

图2为本发明中行波管螺旋线夹持装置结构示意图；

上述图中的标记均为：

1、螺旋线，2、夹持杆，3、真空管壳，4、薄壁圆筒。

具体实施方式

下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图2所示，所述行波管螺旋线夹持装置，包括真空管壳3，螺旋线1设于真空管壳3内部中心位置，在真空管壳3与螺旋线1之间设有夹持杆2，夹持杆2一侧与螺旋线1焊接，另一侧紧贴真空管壳3内壁。

真空管壳3内截面为正方形，真空管壳3正方形内截面四角为圆角；夹持杆2设于所述真空管壳3内部圆角处，且所述夹持杆2半径与真空管壳3内部圆角半径相等。夹持杆2一侧与真空管壳3内部圆角配合，夹持杆2另一侧与螺旋线1焊接；这样的结构能够为螺旋线1提供良好的支撑，同时这种结构的装配工艺相对简单。

所述行波管螺旋线夹持装置的装配工艺，包括以下实施例：

实施例一

选取钨或钼材料制成的螺旋线，在螺旋线的外表面镀3微米铜层；

选取氧化铍材料制成的夹持杆，首先运用钼锰膏剂金属化法在与螺旋线接触的夹持杆一侧表面进行金属化处理，其次在夹持杆的金属化层上镀3微米铜层，最后在夹持杆的铜层外镀3微米金层；

利用蒙耐尔合金材料制作真空管壳和与真空管壳配合的薄壁圆筒，薄壁圆筒作为行波管螺旋线夹持装置装配时的辅助部件；

将夹持杆及螺旋线放入真空管壳内，夹持杆与真空管壳通过自身的尺寸精度进行自定位；再将装有夹持杆及螺旋线的真空管壳压入薄壁圆筒内部；然后加热至650℃，热膨胀作用下，螺旋线、夹持杆、真空管壳及薄壁圆筒相互之间施加压力，使各部分之间紧密接触；夹持杆的金层及铜层与螺旋线的铜层之间进行扩散焊，在真空管壳的挤压作用下，夹持杆与螺旋线稳定焊接，同时真空管壳在薄壁圆筒的作用下向内膨胀，夹持杆紧贴在真空管壳内壁；最后取下薄壁圆筒，装配工艺完成。

实施例二

选取钨或钼材料制成的螺旋线，在螺旋线的外表面镀6微米铜层；

选取氧化铍材料制成的夹持杆，首先运用钼锰膏剂金属化法在与螺旋线接触的夹持杆一侧表面进行金属化处理，其次在夹持杆的金属化层上镀1微米铜层，最后在夹持杆的铜层外镀6微米金层；

利用蒙耐尔合金材料制作真空管壳和与真空管壳配合的薄壁圆筒，薄壁圆筒作为行波管螺旋线夹持装置装配时的辅助部件；

将夹持杆及螺旋线放入真空管壳内，夹持杆与真空管壳通过自身的尺寸精度进行自定位；再将装有夹持杆及螺旋线的真空管壳压入薄壁圆筒内部；然后加热至700℃，热膨胀作用下，螺旋线、夹持杆、真空管壳及薄壁圆筒相互之间施加压力，使各部分之间紧密接触；夹持杆的金层及铜层与螺旋线的铜层之间进行扩散焊，在真空管壳的挤压作用下，夹持杆与螺旋线稳定焊接，同时真空管壳在薄壁圆筒的作用下向内膨胀，夹持杆紧贴在真空管壳内壁；最后取下薄壁圆筒，装配工艺完成。

实施例三

选取钨或钼材料制成的螺旋线，在螺旋线的外表面镀4.5微米铜层；

选取氧化铍材料制成的夹持杆，首先运用钼锰膏剂金属化法在与螺旋线接触的夹持杆一侧表面进行金属化处理，其次在夹持杆的金属化层上镀2微米铜层，最后在夹持杆的铜层外镀4.5微米金层；

利用蒙耐尔合金材料制作真空管壳，采用可伐4J34材料制成与真空管壳配合的薄壁圆筒，薄壁圆筒作为行波管螺旋线夹持装置装配时的辅助部件；

将夹持杆及螺旋线放入真空管壳内，夹持杆与真空管壳通过自身的尺寸精度进行自定位；再将装有夹持杆及螺旋线的真空管壳压入薄壁圆筒内部；然后加热至675℃，热膨胀作用下，螺旋线、夹持杆、真空管壳及薄壁圆筒相互之间施加压力，使各部分之间紧密接触；夹持杆的金层及铜层与螺旋线的铜层之间进行扩散焊，在真空管壳的挤压作用下，夹持杆与螺旋线稳定焊接，同时真空管壳在薄壁圆筒的作用下向内膨胀，夹持杆紧贴在真空管壳内壁；最后取下薄壁圆筒，装配工艺完成。

以上实施例一至实施例三中，采用钼锰膏剂金属化法对夹持杆表面进行金属化处理；钼锰膏剂金属化参数法使用的材料配比按下表执行：

所述行波管螺旋线夹持装置的装配工艺，采用焊接挤压的方式，螺旋线与夹持杆间焊接、夹持杆与真空管壳件的定位在一步完成；极大的简化了夹持杆的装配工艺，能保证夹持杆为螺旋线提供可靠的支撑，同时本发明所述的夹持装置，可利用夹持杆和真空管壳自身的尺寸精度进行精确的定位；这种定位结构在扩散焊接结束后，不会因受冷收缩而导致夹持杆与螺旋线焊接点之间裂开；能够保证螺旋线具有好的导热能力。

上面对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种行波管螺旋线夹持装置，包括真空管壳(3)，螺旋线(1)设于真空管壳(3)内部中心位置，其特征在于：在所述真空管壳(3)与螺旋线(1)之间设有夹持杆(2)，所述的夹持杆(2)一侧与螺旋线(1)焊接，另一侧紧贴真空管壳(3)内壁。

2.按照权利要求1所述的行波管螺旋线夹持装置，其特征在于：所述真空管壳(3)内截面为正方形，所述真空管壳(3)正方形内截面四角为圆角；所述夹持杆(2)设于所述真空管壳(3)内部圆角处，且所述夹持杆(2)半径与真空管壳(3)内部圆角半径相等。

3.一种权利要求1和2任一项所述的行波管螺旋线夹持装置的装配工艺，其特征在于：具体包括以下步骤：

(1)选取钨或钼材料制成的螺旋线，在螺旋线的外表面镀铜层；

(2)选取氧化铍材料制成的夹持杆，首先在与螺旋线接触的夹持杆一侧表面进行金属化处理，其次在夹持杆的金属化层上镀铜层，最后在夹持杆的铜层外镀金层；

(3)制作真空管壳及与真空管壳配合的薄壁圆筒；

(4)将夹持杆及螺旋线放入真空管壳内；再将装有夹持杆及螺旋线的真空管壳压入薄壁圆筒内部；然后加热至650℃～700℃；夹持杆的金层及铜层与螺旋线的铜层之间进行扩散焊，在真空管壳的挤压作用下，夹持杆与螺旋线稳定焊接，同时真空管壳在薄壁圆筒的作用下向内膨胀，夹持杆紧贴真空管壳内壁实现定位；最后取下薄壁圆筒。

4.按照权利要求3所述的行波管螺旋线夹持装置的装配工艺，其特征在于：所述步骤(1)中铜层的厚度为3～6微米。

5.按照权利要求3或4所述的行波管螺旋线夹持装置的装配工艺，其特征在于：所述步骤(2)中采用钼锰膏剂金属化法对夹持杆表面进行金属化处理。

6.按照权利要求3或4所述的行波管螺旋线夹持装置的装配工艺，其特征在于：所述步骤(2)中，铜层的厚度为1～3微米；金层的厚度为3～6微米。

7.按照权利要求6所述的行波管螺旋线夹持装置的装配工艺，其特征在于：所述步骤(3)中，真空管壳的材料为蒙耐尔合金；薄壁圆筒的材料为可伐4J34或蒙耐尔合金。

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