CN103252602B - 一套陶瓷窗的装配焊接工装及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一套陶瓷窗的装配焊接工装及其使用方法，包括有固定陶瓷窗窗体四周的主体工装模具、固定陶瓷窗窗体上下端的内腔支撑结构以及固定冷却水接头的挡板，其步骤为结合陶瓷窗零部件装配主体工装模具，装配内腔支撑结构和挡板，整体式一次性焊接，拆分取成品。本发明采用三个同心度和平行度很高的工装单元组构成一套主体工装模具来约束陶瓷窗体；采用能在前后左右四个方向上移动的内腔支撑结构来固定波导内腔尺寸，防止该尺寸在焊接时变形；采用挡板定位冷却水接头，调节挡板上的螺丝顶住水接头使之不发生移动。该方法实现了所有零部件一次性完成装配，一次性焊接成形，使得陶瓷窗的设计精度得到很好的保证，同时大幅度提高了生产效率，降低了陶瓷窗制造成本。

Description

一套陶瓷窗的装配焊接工装及其使用方法

技术领域

本发明属于陶瓷窗加工工艺技术领域，具体来说是一套陶瓷窗的装配焊接工装及其使用方法。

背景技术

陶瓷窗是微波传输系统上常用的一种微波器件，它隔离微波传输线充气部分和真空部分，让微波能量无反射地通过，起到能量传输和气体密封的作用。陶瓷窗的微波性能与它的结构尺寸密切相关，因此在陶瓷窗的加工工艺中，对结构尺寸的精度要求非常严格。由此可见，对于陶瓷窗加工，一套好的工装是焊接出具有良好微波性能陶瓷窗的一个重要因素。通常采用的陶瓷窗焊接工装较为简单，大多先将陶瓷窗分解成若干单元分别焊接，然后再将各单元组件组焊为一个整体，这种方法既难以保证陶瓷窗的结构精度，又增加了陶瓷窗的制造成本，因此需要研究更为有效的工装方法，以简化陶瓷窗的焊接程序，提高生产效率，降低制造成本。

发明内容

本发明的目的是为了弥补已有技术的不足，提供了一套陶瓷窗的装配焊接工装及其使用方法，很好地解决了以往陶瓷窗焊接过程中出现的因多次装配焊接难保证结构精度的问题，大幅度提高了生产效率，降低了陶瓷窗制造成本。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一套陶瓷窗的装配焊接工装，其特征在于：包括有固定陶瓷窗窗体四周的主体工装模具、固定陶瓷窗窗体上下端的内腔支撑结构以及固定冷却水接头的挡板，所述主体工装模具由三个工装单元组成，分别为上工装单元、中工装单元和下工装单元，所述上工装单元、中工装单元和下工装单元均由两个半圆结构组成，其两两对合后固定，且对合后内孔均为台阶孔，其台阶孔的孔径与陶瓷窗窗体中的圆波导段配合，所述内腔支撑结构由上波导内腔支撑结构和下波导内腔支撑结构构成，所述挡板为两个，呈对称分布，卡装在中工装单元预留好的槽内，结构完全相同，所述上波导内腔支撑结构、下波导内腔支撑结构以及挡板上分别设有调节螺丝。

所述的上工装单元、中工装单元和下工装单元的侧壁上分别设有多个、呈间隔分布的模具装配工艺槽，工艺槽上分别有安装孔，上工装单元、下工装单元分别通过螺栓与中工装单元固定在一起。

所述的上工装单元和下工装单元的台阶孔分别为三道台阶的台阶孔，上工装单元和下工装单元分别关于中工装单元是一一对称分布的，且上工装单元两半圆组合后内孔直径从上往下逐渐增大，下工装单元两半圆组合后内孔直径从下往上逐渐增大。

所述的所述的上波导内腔支撑结构包括有压板，所述压板的两侧焊接有向外延伸的触角，压板中部分布有三个锁紧螺丝，所述下波导内腔支撑结构包括有压板，所述压板的中部分布有三个锁紧螺丝。

所述的陶瓷窗的装配焊接工装的使用方法，其具体步骤如下：

(1)、装配陶瓷窗主体工装模具

首先，分别完成上工装单元与陶瓷窗上锥形过渡波导的装配，下工装单元与下锥形过渡波导的装配，装配的方法是将两个半圆结构固定在锥形过渡波导的外面，之间用螺栓连接；然后实现圆波导和上锥形过渡波导的圆波导端装配，及圆波导和下锥形过渡波导的圆波导端装配；最后，将中工装单元固定在圆波导的外面；

(2)、装配内腔支撑结构和挡板

在装配完主体工装模具之后，首先装配的是上波导内腔支撑结构，为了使其不从波导口掉下去，在其上焊接了四个触角，调节内腔支撑结构上的调节螺丝，使其在前后左右四个方向上作尺寸调整来固定波导内腔，接着装配下波导内腔支撑结构，往下波导腔内放入一个截面积比矩形波导口稍小的矩形陶瓷垫块，再在波导内腔放入内腔支撑结构，矩形陶瓷垫块的一端顶着陶瓷窗的陶瓷片，另一端顶着内腔支撑结构，最后再装配定位两个水接头的挡板，挡板首先被卡在主体工装模具的中工装单元预先留好的槽内，这样挡板就不能移动了，然后通过调节挡板上的调节螺丝，使其顶住水接头，使水接头在焊接时不发生位移；

(3)、整体式一次性焊接

将装配完的陶瓷窗放入氢气炉中进行焊接，具体的操作步骤为：首先对氢气炉进行抽真空，充入氢气，接下来进行的是最关键的一步，通过控制温度，使温度慢慢上升到某几个关键的焊接点温度，范围从200℃到820℃左右，并分别在此几个关键点温度上进行不等时间的持续焊接，焊接完成后，再通过向氢气炉中充入氮气来排出氢气，最后通过自然冷却，慢慢降低温度，使氢气炉中到达常温，此时陶瓷窗完成整个焊接过程；

(4)、拆分取成品

首先拆下上波导内腔支撑、下波导内腔支撑，然后再调松挡板中的调节螺丝，最后依次拆下中工装单元、上工装单元和下工装单元，即可得到符合精度要求的整体式一次性焊接成型的陶瓷窗。

本发明采用三个同心度和平行度很高的工装单元组构成一套主体工装模具来约束陶瓷窗窗体，以保证陶瓷窗设计对结构对称度、平行度、同心度和垂直度等方面的高精度要求；采用能在前后左右四个方向上作尺寸调整的波导内腔支撑结构来固定波导内腔尺寸，防止该尺寸在焊接时变形；采用挡板固定的方法定位冷却水接头，调节挡板上的螺丝顶住水接头使之不发生移动。本发明实现了陶瓷窗所有零部件一次性完成装配，一次性焊接成形，使得陶瓷窗的设计精度得到很好的保证，加工出来陶瓷窗外观也更加美观。

本发明的优点是：

1、运用此种陶瓷窗的装配焊接工装方法实现了陶瓷窗所有零部件的一次性装配和十多道焊缝的一次性焊接。焊接后，工装模具与陶瓷窗易拆分取成品，没有出现陶瓷窗体与工装模具被溢出来的焊料粘在一起的现象。从焊接后的焊缝处可以看到，缝隙中的焊料分布均匀。对焊接后的陶瓷窗焊缝进行检漏，波导腔的真空度好于10^-7Pa，真空漏率小于10^-9Pa·m³/s，水冷槽道内至少能够承受0.6MPa的压力。

2、运用此种陶瓷窗的装配焊接工装方法焊接后的陶瓷窗对称度、平行度、同心度和垂直度都被控制在0.03mm以内。

3、对该运用此种陶瓷窗的装配焊接工装方法焊接后的陶瓷窗进行低功率测试，测试得到微波性能良好，没有出现频偏等问题。

4、对该种运用此种陶瓷窗的装配焊接工装方法焊接后的陶瓷窗进行250KW、1000s的高功率测试，陶瓷窗成功通过测试，没有出现焊接方面导致的问题。

5、本发明的工装方法可以被应用于或借鉴于多种器件的焊接中，保证器件的结构精度，简化焊接程序，降低生产成本，提高生产效率。

附图说明

图1是本发明的总体工装模具图。

图2是构成总体工装模具的爆炸结构示意图。

图3是一次性完成装配后的整体装配图。

具体实施方式

参见附图，一套陶瓷窗的装配焊接工装，包括有固定陶瓷窗窗体四周的主体工装模具、固定陶瓷窗窗体上下端的内腔支撑结构2以及固定冷却水接头的挡板3。主体工装模具由三个工装单元组成，分别为上工装单元4、中工装单元5和下工装单元6。上工装单元4、中工装单元5和下工装单元6均由两个半圆结构组成，其两两对合后固定，且对合后内孔均为台阶孔，其台阶孔的孔径与陶瓷窗窗体中的圆波导段配合。内腔支撑结构2由上波导内腔支撑结构7和下波导内腔支撑结构8构成。挡板3为两个对称分布，卡装在中工装单元5中预留好的槽内，结构完全相同。上波导内腔支撑结构7、下波导内腔支撑结构8以及挡板3的中部分别设有调节螺丝。

上工装单元4、中工装单元5和下工装单元6的侧壁上分别设有模具装配工艺槽，所述工艺槽为多个，呈间隔分布。中工装单元5上有安装孔，上工装单元4、下工装单元6的工艺槽中设有与中工装单元5配合的安装孔，其之间通过螺栓锁紧固定。上工装单元4和下工装单元6中各有三道台阶，关于中工装单元5是一一对称分布的，且上工装单元4两半圆组合后的内孔直径从上往下逐渐增大，下工装单元6两半圆组合后的内孔直径从下往上逐渐增大。上波导内腔支撑结构7包括有压板，压板的两侧焊接有向外延伸的触角，压板中部分布有三个锁紧螺丝，下波导内腔支撑结构8包括有压板，压板的中部分布有三个锁紧螺丝。

所述的陶瓷窗的装配焊接工装的使用方法，其具体步骤如下：

(1)、装配陶瓷窗主体工装模具

在整体装配前，陶瓷窗的零部件有五个，分别为一个由陶瓷片和内、外水套装配好的圆波导、两个与法兰装配好的锥形过渡波导(其中，过渡波导的一端为圆波导，另一端为矩形波导，矩形波导端已与法兰装配完)和两个水接头。

首先，分别完成上工装单元4与陶瓷窗上锥形过渡波导的装配，下工装单元6与下锥形过渡波导的装配，装配的方法是将两个半圆结构固定在锥形过渡波导的外面，之间用螺栓连接；然后实现圆波导和上锥形过渡波导的圆波导端装配，及圆波导和下锥形过渡波导的圆波导端装配；最后，将中工装单元5固定在圆波导的外面。

其中，上工装单元4的上面台阶和下工装单元6的下面台阶配合在一起限制圆波导的长度不变。上工装单元4的下面台阶和下工装单元6的上面台阶的作用是为了防止焊接结束后陶瓷窗窗体和工装模具被焊缝处可能溢出的焊料粘住分离不开，因为这两个台阶正对的地方是焊缝。上工装单元4和下工装单元6的中间台阶高度与中工装单元5内部的两道台阶高度一致，这四道台阶是用来抑制焊接时圆波导向外膨胀。

(2)、装配内腔支撑结构和挡板

在装配完主体工装模具之后，首先装配的是上波导内腔支撑结构7，为了使其不从波导口掉下去，在其上焊接了四个触角，调节内腔支撑结构7上的调节螺丝，使其在前后左右四个方向上作尺寸调整来固定波导内腔。接着装配下波导内腔支撑结构8，往下波导腔内放入一个截面积比矩形波导口稍小的矩形陶瓷垫块(目的是防止在焊接时陶瓷片出现下滑现象)，再在波导内腔放入内腔支撑结构8，矩形陶瓷垫块的一端顶着陶瓷窗的陶瓷片，另一端顶着内腔支撑结构8。上、下波导内腔支撑7、8的作用不仅表现在，焊接时固定波导内腔尺寸，防止该尺寸在焊接时变形，还表现在，焊接后通过调节其上的三个螺丝使其往内收缩，可以被轻易地拿下来。最后再装配定位两个水接头的挡板3，挡板3首先被卡在主体工装模具的中工装单元预先留好的槽内，这样挡板3就不能移动了，然后通过调节挡板3上的调节螺丝，使其顶住水接头，使水接头在焊接时不发生位移。

(3)、整体式一次性焊接

将装配完的陶瓷窗放入氢气炉中进行焊接。具体的操作步骤为：首先对氢气炉进行抽真空，充入氢气，接下来进行的是最关键的一步，通过控制温度，使温度慢慢上升到某几个关键的焊接点温度，范围从200℃到820℃左右，并分别在此几个关键点温度上进行不等时间的持续焊接，焊接完成后，再通过向氢气炉中充入氮气来排出氢气，最后通过自然冷却，慢慢降低温度，使氢气炉中到达常温，此时陶瓷窗完成整个焊接过程。

(4)、拆分取成品

首先拆下上波导内腔支撑7、下波导内腔支撑8，然后再调松挡板3中的调节螺丝，最后依次拆下中工装单元5、上工装单元4和下工装单元6，即可得到符合精度要求的整体式一次性焊接成型的陶瓷窗。

Claims (5)

1.一套陶瓷窗的装配焊接工装，其特征在于：包括有固定陶瓷窗窗体四周的主体工装模具、固定陶瓷窗窗体上下端的内腔支撑结构以及固定冷却水接头的挡板，所述主体工装模具由三个工装单元组成，分别为上工装单元、中工装单元和下工装单元，所述上工装单元、中工装单元和下工装单元均由两个半圆结构组成，其两两对合后固定，且对合后内孔均为台阶孔，其台阶孔的孔径与陶瓷窗窗体中的圆波导段配合，所述内腔支撑结构由上波导内腔支撑结构和下波导内腔支撑结构构成，所述挡板为两个，呈对称分布，卡装在中工装单元预留好的槽内，结构完全相同，所述上波导内腔支撑结构、下波导内腔支撑结构以及挡板上分别设有调节螺丝。

2.根据权利要求1所述的陶瓷窗的装配焊接工装，其特征在于：所述的上工装单元、中工装单元和下工装单元的侧壁上分别设有多个、呈间隔分布的模具装配工艺槽，工艺槽上分别有安装孔，上工装单元、下工装单元分别通过螺栓与中工装单元固定在一起。

3.根据权利要求1所述的陶瓷窗的装配焊接工装，其特征在于：所述的上工装单元和下工装单元的台阶孔分别为三道台阶的台阶孔，所述上工装单元和下工装单元分别关于中工装单元是一一对称分布的，且上工装单元两半圆组合后内孔直径从上往下逐渐增大，下工装单元两半圆组合后内孔直径从下往上逐渐增大。

4.根据权利要求1所述的陶瓷窗的装配焊接工装，其特征在于：所述的上波导内腔支撑结构包括有压板，所述压板的两侧焊接有向外延伸的触角，压板中部分布有三个锁紧螺丝，所述下波导内腔支撑结构包括有压板，所述压板的中部分布有三个锁紧螺丝。

5.一种基于权利要求1所述的陶瓷窗的装配焊接工装的使用方法，其具体步骤如下：

（1）、装配陶瓷窗主体工装模具   

首先，分别完成上工装单元与陶瓷窗上锥形过渡波导的装配，下工装单元与下锥形过渡波导的装配，装配的方法是将两个半圆结构固定在锥形过渡波导的外面，之间用螺栓连接；然后实现圆波导和上锥形过渡波导的圆波导端装配，及圆波导和下锥形过渡波导的圆波导端装配；最后，将中工装单元固定在圆波导的外面；

（2）、装配内腔支撑结构和挡板   

在装配完主体工装模具之后，首先装配的是上波导内腔支撑结构，为了使其不从波导口掉下去，在其上焊接了四个触角，调节内腔支撑结构上的调节螺丝，使其在前后左右四个方向上作尺寸调整来固定波导内腔，接着装配下波导内腔支撑结构，往下波导腔内放入一个截面积比矩形波导口稍小的矩形陶瓷垫块，再在波导内腔放入内腔支撑结构，矩形陶瓷垫块的一端顶着陶瓷窗的陶瓷片，另一端顶着内腔支撑结构，最后再装配定位两个水接头的挡板，挡板首先被卡在主体工装模具的中工装单元预先留好的槽内，这样挡板就不能移动了，然后通过调节挡板上的调节螺丝，使其顶住水接头，使水接头在焊接时不发生位移；

（3）、整体式一次性焊接

  将装配完的陶瓷窗放入氢气炉中进行焊接，具体的操作步骤为：首先对氢气炉进行抽真空，充入氢气，接下来进行的是最关键的一步，通过控制温度，使温度慢慢上升到关键的焊接点温度，范围从200℃到820℃，并分别在此关键点温度上进行不等时间的持续焊接，焊接完成后，再通过向氢气炉中充入氮气来排出氢气，最后通过自然冷却，慢慢降低温度，使氢气炉中到达常温，此时陶瓷窗完成整个焊接过程；

（4）、拆分取成品

      首先拆下上波导内腔支撑、下波导内腔支撑，然后再调松挡板中的调节螺丝，最后依次拆下中工装单元、上工装单元和下工装单元，即可得到符合精度要求的整体式一次性焊接成型的陶瓷窗。