CN103567624A - 大功率耦合腔行波管的复合腔片的焊接方法 - Google Patents

大功率耦合腔行波管的复合腔片的焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大功率耦合腔行波管的复合腔片的焊接方法，本发明通过大量实验筛选真空扩散焊前的无氧铜腔环和纯铁大腔片的清洗工艺，真空扩散焊过程中的具体升温程序和加压程序，实验结果表明，本发明制备得到的复合腔片，焊接接头质量好，强度高，焊接精度高、复合腔片的变形小，可克服现有技术“死空间”现象和污染现象；并且本发明可一次实现多片复合腔片的焊接，生产效率较高，且批量生产的一致性好。另外实验结果表明，采用本发明真空扩散焊方法制备得到的复合腔片装配得到慢波线的特性，如驻波比小，耦合腔行波管输出功率高，取得了很好的技术效果。

Description

大功率耦合腔行波管的复合腔片的焊接方法
技术领域
本发明涉及一种电子管器件的大功率耦合腔行波管配件的制备方法，具体涉及一种大功率耦合腔行波管的复合腔片的焊接方法。
背景技术
耦合腔行波管是目前最主要的大功率微波放大器件，在雷达、通讯、电子对抗研究方面，得到了广泛的应用。其中耦合腔行波管中使用的关键部件—复合腔片，即在纯铁腔片表面覆一层无氧铜，这是利用了铜优异的导热性能，使管内散热良好。常见的覆铜工艺有蒸发镀膜、溅射镀膜、电镀等，由于这三种方法属于薄膜工艺，不能满足散热要求。
现有技术中复合腔片采用的焊接方法是氢炉钎焊，将腔环（无氧铜）与腔片（纯铁）焊接。这种方法的缺点主要有四点：
1）由于采用焊料，焊料流散至慢波电路中，易造成高频反射增大，会使慢波线的特性（如驻波比）发生严重改变，造成耦合腔行波管输出功率下降，严重时，甚至会造成高频振荡。尤其随着耦合腔行波管朝着大功率的方向发展，现有的常规焊接方法已不能满足耦合腔行波管的需求；
2）采用焊料钎焊的方法，则需在零件留出焊料槽，用于放置焊料，在实际焊接过程中，焊料往往难以填满焊料槽及零件间隙，在管体内部产生“死空间”现象。
“死空间”的气体不能通过真空除气和排气工序去除，这部分气体会在行波管使用的过程中，缓慢地通过渗透等方式进入管内，从而使管内真空度下降，严重时，行波管将不能正常工作；
3）有时会出现焊料堆积的现象，还需进行二次加工；
4）复合腔片采用氢炉钎焊，焊料难以填满焊料槽及零件间隙，后道工序在电镀后，往往间隙处有残余溶液，镀层烧结后，零件表面出现污染现象，需进行多次返工，生产效率极低。
因此，为了提高大功率耦合腔行波管的工作性能，很有必要在现有技术的基础之上设计研发一种焊接精度高、变形小，可操作性强，生产效率高的大功率耦合腔行波管的复合腔片的焊接方法。
发明内容
发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种操作性强，工艺设计合理，能有效降低高频反射，保持慢波线稳定，并且焊接接头质量好，强度高，焊接精度高的大功率耦合腔行波管的复合腔片的焊接方法。
技术方案：为了实现以上目的，本发明采取的技术方案如下：
一种大功率耦合腔行波管的复合腔片的焊接方法，它包括以下步骤：
a、 纯铁大腔片的清洗：
具体步骤为：取纯铁腔片先用三氯乙烯浸泡20~60分钟，然后取出放入超声仪在碱洗溶液中超声清洗30~60分钟，用自来水冲洗干净后取出用50~60％浓度的盐酸浸泡0.5～5分钟，冲洗干净后浸入乙醇脱水，再进行烘干处理，实现纯铁腔片清洗；
 b、无氧铜腔环的清洗： 
具体步骤为：取无氧铜腔环放入超声仪在碱洗溶液中超声清洗30~60分钟，然后取出采用硝酸抛光液进行抛光处理，然后再用50~60%浓度的盐酸浸泡10~30秒，冲洗干净后浸入乙醇脱水，再进行烘干处理，实现无氧铜腔环的清洗；
c、零件装配：利用模具将无氧铜腔环装配在纯铁大腔片上，得到复合腔片的待焊接件；
 d、真空扩散焊接：
取步骤c装配得到的复合腔片放入真空扩散炉内，对真空扩散炉进行抽真空，当真空扩散炉内真空度≤1×10-4Pa，开始升温，升温程序如表1所示，升温过程中，保持真空扩散炉内的真空度在1×10-3Pa以下：
表1升温程序表
温度/℃ 室温～200 200 200～600 600 600～880 880
时间/min 30 10 45 10 35 60
当真空扩散炉内的温度升高至600℃后，采用液压加压方式对真空扩散炉进行加压，加压程序如表2所示，实现真空扩散焊接过程；
表2  加压程序表
压力/N 0～500 500 500～1000 1000 1000～1500 1700
时间/min 10 2 13 5 15 60
e、升温结束后，随炉降温至室温时，取出复合腔片。
作为优选方案，以上所述的大功率耦合腔行波管的复合腔片的焊接方法，步骤a 纯铁大腔片的清洗具体步骤为：取纯铁腔片先用三氯乙烯浸泡30分钟，然后取出放入超声仪在碱洗溶液中超声清洗30分钟，用自来水冲洗干净后取出用50％浓度的盐酸浸泡1～3分钟，冲洗干净后浸入乙醇脱水，再进行烘干处理，实现纯铁腔片(1)清洗。
作为优选方案，以上所述的大功率耦合腔行波管的复合腔片的焊接方法，步骤b无氧铜腔环(2)的清洗的具体步骤为：取无氧铜腔环(2)放入超声仪在碱洗溶液中超声清洗30分钟，然后取出采用硝酸抛光液进行抛光处理，然后再用50%浓度的盐酸浸泡10秒，冲洗干净后浸入乙醇脱水，再进行烘干处理，实现无氧铜腔环(2)的清洗。
本发明所述的大功率耦合腔行波管的复合腔片的焊接方法，真空扩散焊接对零件表面洁净度有着很高的要求，不然将严重影响纯铁腔片和无氧铜腔环的真空扩散。因此本发明在腔片和腔环加工完成后，必须对腔片和腔环部件进行洁洗处理，本发明根据纯铁腔片和无氧铜腔环的性质，通过大量实验筛选纯铁腔片和无氧铜腔环的清洗方法，优选得到纯铁腔片先用三氯乙烯清洗，然后超声仪超声清洗，再用酸浸泡，可以有效的清洗纯铁腔片表面的油污、氧化层和其它杂质，为后续的真空扩散焊打下良好的基础；另外本发明通过大量实验，筛选出无氧铜腔环的清洗方法，即先用超声清洗，然后取出采用抛光处理，然后再用酸浸泡处理，以去除无氧铜腔环表面的油污与氧化层及其其它影响真空扩散焊的杂质，为后续步骤打下很好的焊接基础条件，从而能保证焊接的质量。
作为优选方案，以上所述的大功率耦合腔行波管的复合腔片的焊接方法，步骤c当真空扩散炉内真空度为0.10-4Pa ~1×10-4Pa，开始升温。
本发明提供的大功率耦合腔行波管的复合腔片的焊接方法，根据复合腔片的结构特征和理化性质，通过大量实验筛选真空扩散焊的具体工艺条件，尤其是筛选了真空扩散焊的升温程序和加压程序，实验筛选结果表明，本发明提供的真空扩散焊的升温程序和加压程序，能够很好的实现无氧铜腔环和纯铁大腔片的焊接，无氧铜腔环和纯铁大腔片的焊接表面可实现原子间互相扩散实现冶金结合，不会出现“死空间”现象，有利于耦合腔行波管内获得和维持在超高真空，同时也可避免零件在镀层烧结后出现污染现象，可克服现有技术焊接方法的不足，取得了很好的技术效果。
有益效果：本发明提供的大功率耦合腔行波管的复合腔片的焊接方法与现有技术相比具有以下优点：
    本发明所述的大功率耦合腔行波管的复合腔片的焊接方法，可操作性强，工艺设计合理，尤其是通过大量实验筛选真空扩散焊前的无氧铜腔环和纯铁大腔片的清洗工艺，真空扩散焊过程中的具体升温程序和加压程序，实验结果表明，本发明提供的方法焊接得到的复合腔片，焊接接头质量好，强度高，焊接精度高、复合腔片的变形小，可以克服现有技术“死空间”现象和污染现象；并且本发明可一次实现多片复合腔片的焊接，生产效率较高，且批量生产的一致性好。另外实验结果表明，采用本发明真空扩散焊方法制备得到的复合腔片装配得到慢波线的特性（如驻波比）小，耦合腔行波管输出功率高，取得了很好的技术效果。
附图说明
  图1为本发明所述的复合腔片的装配结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
实施例1
1、一种大功率耦合腔行波管的复合腔片的焊接方法，其特征在于，它包括以下步骤：
a、 纯铁大腔片(1)的清洗：
具体步骤为：取纯铁腔片(1)先用三氯乙烯浸泡30分钟，然后取出放入超声仪在碱洗溶液中超声清洗30分钟，用自来水冲洗干净后取出用50％浓度的盐酸浸泡3分钟，冲洗干净后浸入乙醇脱水，再进行烘干处理，实现纯铁腔片(1)清洗；
 b、无氧铜腔环(2)的清洗： 
具体步骤为：取无氧铜腔环(2)放入超声仪在碱洗溶液中超声清洗30分钟，然后取出采用硝酸抛光液进行抛光处理，然后再用50%浓度的盐酸浸泡20秒，冲洗干净后浸入乙醇脱水，再进行烘干处理，实现无氧铜腔环(2)的清洗；
c、零件装配：利用模具将无氧铜腔环(2)装配在纯铁大腔片(1)上，得到复合腔片的待焊接件；
 d、真空扩散焊接：
取步骤c装配得到的复合腔片放入真空扩散炉内，对真空扩散炉进行抽真空，当真空扩散炉内真空度≤1×10-4Pa，开始升温，升温程序如表1所示，升温过程中，保持真空扩散炉内的真空度在1×10-3Pa以下：
表1升温程序表
温度/℃ 室温～200 200 200～600 600 600～880 880
时间/min 30 10 45 10 35 60
当真空扩散炉内的温度升高至600℃后，采用液压加压方式对真空扩散炉进行加压，加压程序如表2所示，实现真空扩散焊接过程；
表2  加压程序表
压力/N 0～500 500 500～1000 1000 1000～1500 1700
时间/min 10 2 13 5 15 60
e、升温结束后，随炉降温至室温时，取出复合腔片。
实施例2
一种大功率耦合腔行波管的复合腔片的焊接方法，它包括以下步骤：
a、 纯铁大腔片(1)的清洗：
具体步骤为：取纯铁腔片(1)先用三氯乙烯浸泡60分钟，然后取出放入超声仪在碱洗溶液中超声清洗60分钟，用自来水冲洗干净后取出用60％浓度的盐酸浸泡5分钟，冲洗干净后浸入乙醇脱水，再进行烘干处理，实现纯铁腔片(1)清洗；
 b、无氧铜腔环(2)的清洗： 
具体步骤为：取无氧铜腔环(2)放入超声仪在碱洗溶液中超声清洗60分钟，然后取出采用硝酸抛光液进行抛光处理，然后再用60%浓度的盐酸浸泡30秒，冲洗干净后浸入乙醇脱水，再进行烘干处理，实现无氧铜腔环(2)的清洗；
c、零件装配：利用模具将无氧铜腔环(2)装配在纯铁大腔片(1)上，得到复合腔片的待焊接件；
 d、真空扩散焊接：
取步骤c装配得到的复合腔片放入真空扩散炉内，对真空扩散炉进行抽真空，当真空扩散炉内真空度≤1×10-4Pa，开始升温，升温程序如表1所示，升温过程中，保持真空扩散炉内的真空度在1×10-3Pa以下：
表1升温程序表
温度/℃ 室温～200 200 200～600 600 600～880 880
时间/min 30 10 45 10 35 60
当真空扩散炉内的温度升高至600℃后，采用液压加压方式对真空扩散炉进行加压，加压程序如表2所示，实现真空扩散焊接过程；
表2  加压程序表
压力/N 0～500 500 500～1000 1000 1000～1500 1700
时间/min 10 2 13 5 15 60
e、升温结束后，随炉降温至室温时，取出复合腔片。
实施例3性能检测
取本发明实施例1制备得到的复合腔片组装得到慢波线，然后采用Varian检漏仪，对慢波线组合进行检漏，实验结果表明，漏率小于1×10-11Pa.m3/s。
另外将装配有本发明提供的复合腔片的慢波线装配到某大功率耦合腔行波管，实验检测结果表明，耦合腔行波管的工作比为8%，脉冲输出功率为50kW，取得了很好的技术效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种大功率耦合腔行波管的复合腔片的焊接方法，其特征在于，它包括以下步骤：
a、 纯铁大腔片(1)的清洗：
具体步骤为：取纯铁腔片(1)先用三氯乙烯浸泡20~60分钟，然后取出放入超声仪在碱洗溶液中超声清洗30~60分钟，用自来水冲洗干净后取出用50~60％浓度的盐酸浸泡0.5～5分钟，冲洗干净后浸入乙醇脱水，再进行烘干处理，实现纯铁腔片(1)清洗；
 b、无氧铜腔环(2)的清洗： 
具体步骤为：取无氧铜腔环(2)放入超声仪在碱洗溶液中超声清洗30~60分钟，然后取出采用硝酸抛光液进行抛光处理，然后再用50~60%浓度的盐酸浸泡10~30秒，冲洗干净后浸入乙醇脱水，再进行烘干处理，实现无氧铜腔环(2)的清洗；
c、零件装配：利用模具将无氧铜腔环(2)装配在纯铁大腔片(1)上，得到复合腔片的待焊接件；
 d、真空扩散焊接：
取步骤c装配得到的复合腔片放入真空扩散炉内，对真空扩散炉进行抽真空，当真空扩散炉内真空度≤1×10-4Pa，开始升温，升温程序如表1所示，升温过程中，保持真空扩散炉内的真空度在1×10-3Pa以下：
表1升温程序表
温度/℃ 室温～200 200 200～600 600 600～880 880 时间/min 30 10 45 10 35 60
当真空扩散炉内的温度升高至600℃后，采用液压加压方式对真空扩散炉进行加压，加压程序如表2所示，实现真空扩散焊接过程；
表2  加压程序表
压力/N 0～500 500 500～1000 1000 1000～1500 1700 时间/min 10 2 13 5 15 60
e、升温结束后，随炉降温至室温时，取出复合腔片。
2.根据权利要求1所述的大功率耦合腔行波管的复合腔片的焊接方法，其特征在于，步骤a 纯铁大腔片(1)的清洗具体步骤为：取纯铁腔片(1)先用三氯乙烯浸泡30分钟，然后取出放入超声仪在碱洗溶液中超声清洗30分钟，用自来水冲洗干净后取出用50％浓度的盐酸浸泡1～3分钟，冲洗干净后浸入乙醇脱水，再进行烘干处理，实现纯铁腔片(1)清洗。
3.根据权利要求1所述的大功率耦合腔行波管的复合腔片的焊接方法，其特征在于，步骤b无氧铜腔环(2)的清洗的具体步骤为：取无氧铜腔环(2)放入超声仪在碱洗溶液中超声清洗30分钟，然后取出采用硝酸抛光液进行抛光处理，然后再用50%浓度的盐酸浸泡10秒，冲洗干净后浸入乙醇脱水，再进行烘干处理，实现无氧铜腔环(2)的清洗。
4.根据权利要求1所述的大功率耦合腔行波管的复合腔片的焊接方法，其特征在于，步骤c当真空扩散炉内真空度为0.10-4Pa ~1×10-4Pa，开始升温。
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