CN108232394A - 高精度波导功分器及其加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高精度波导功分器及其加工方法，该功分器由上腔体和下腔体通过真空钎焊焊接而成，其钎料焊片由激光切割而成，形成的功分器腔体分为主腔体和分腔体，其特征在于，所述上腔体焊接面设置有凹槽，所述下腔体对应的设置有凸肩，上腔体和下腔体焊接时依靠凹槽和凸肩的组合定位，所述上腔体的主腔体和分腔体分别一体成型设置有主法兰半盘Ⅰ和分法兰半盘Ⅰ，所述下腔体的主腔体和分腔体分别一体成型设置有主法兰半盘Ⅱ和分法兰半盘Ⅱ，上腔体和下腔体焊接以后，主法兰半盘Ⅰ和主法兰半盘Ⅱ形成主法兰盘，分法兰半盘Ⅰ和分法兰半盘Ⅱ形成分法兰盘。

Description

高精度波导功分器及其加工方法
技术领域
本发明涉及功分器领域，具体涉及一种高精度波导功分器及其加工方法。
背景技术
对于高精度波导功分器，常规的铝波导，由于波导口径极小，无法进行有效的扭弯。功分器是实现无线信号等功率分配的射频器件，是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不等能量的器件。波导功分器主要应用于毫米波频段的电子器件，毫米波波速窄，分辨率高，可用频带宽，抗多径效应和抗干扰能力强，制导精确等，因此要求波导腔体内壁粗糙度高，内腔尺寸和位置精度高，波导功分器结构具有一定的特殊性，其结构尺寸，表面质量和位置精度很难保证，利用传统方法加工无法达到满意的效果，无法达到设计的特殊要求。传统弯波导制作一般采用加入填充材料或加热扭弯，在扭弯时会引起波导管截面尺寸发生变化，波导尺寸精度和内腔表面粗糙度很难保证。填充材料扭弯波导成品率低，波导管内外表面容易氧化，高温时难以实现手工装夹，并且扭弯操作时需要控制降温的时间，因此口径尺寸很难控制，变形的随意性较大，腔体内的填充材料扭弯后也难清洗干净。超小口径波导与法兰盘采用传统火焰钎焊时，由于火焰钎焊集中加热，波导和法兰盘尺寸较小，极易发生焊接变形，焊接变形大，无法保证波导口径尺寸。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高精度波导功分器及其加工方法将波导功分器分为上腔体和下腔体，真空钎焊方式一次成形，不使用钎剂，既没有手工火焰钎焊集中加热引起带来的焊接变形，而且从根本上避免了传统扭弯波导加工所带来的填充材料清洗，不仅使得产品寿命大幅度提高，而且焊接变形极低可控。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
高精度波导功分器，该功分器由上腔体和下腔体焊接而成，其钎料焊片由激光切割而成，形成的功分器腔体分为主腔体和分腔体，所述上腔体焊接面设置有凹槽，所述下腔体对应的设置有凸肩，上腔体和下腔体焊接时依靠凹槽和凸肩的组合定位，所述上腔体的主腔体和分腔体分别一体成型设置有主法兰半盘Ⅰ和分法兰半盘Ⅰ，所述下腔体的主腔体和分腔体分别一体成型设置有主法兰半盘Ⅱ和分法兰半盘Ⅱ，上腔体和下腔体焊接以后，主法兰半盘Ⅰ和主法兰半盘Ⅱ形成主法兰盘，分法兰半盘Ⅰ和分法兰半盘Ⅱ形成分法兰盘。
作为本发明的进一步改进，所述主腔体和分腔体呈Y形分布。
作为本发明的进一步改进，所述上腔体和下腔体采用3A21防锈铝合金制成。
作为本发明的进一步改进，所述上腔体和下腔体焊接面的预留加工余量为2-5mm。
作为本发明的进一步改进，所述凹槽内部两侧分别设置有向左右两边水平延伸的盲槽，所述凸肩设置有多个贯穿其表面的通孔，各通孔彼此导通，通孔装填钎料，凸肩与凹槽组合定位后放入真空钎焊炉中在高温作用下通孔内的钎料融化部分流入盲槽内。
作为本发明的进一步改进，所述各通孔彼此导通形成的空间体积大于凹槽两侧盲槽的空间体积。
高精度波导功分器加工方法，包括以下步骤：
S01：上/下腔体加工，首先水切割备料，然后数控粗铣六面及内部型腔，消除应力退火至250℃-280℃，数控精铣六面及凹槽/凸肩，去除毛刺；
S02：上/下腔体表面酸洗，在温度为60℃-80℃、浓度为8%-10%的NaOH水溶液浸蚀1-2分钟，然后用热水中反复冲洗，再加入到浓度为10%的HNO3溶液和浓度为0.25%HF混合液中浸蚀3-5分钟，用冷水中反复冲洗并烘干；
S03：焊前装配，根据上/下腔体的尺寸采用激光切割制作钎料，钎料的外形尺寸与弯波导内腔尺寸一致，装配上/下腔体、钎料，保证波导各部分配合间隙良好，把装配好的上/下腔体、钎料使用工装夹具放入真空铝钎焊炉内；
S04：真空钎焊，真空钎焊温度控制工艺具体是：20分钟内升温到200℃保温20分钟→在25分内升温到440℃保温40分钟→在20分钟内升温到540℃保温90分钟→在20分内升温到600℃保温8分钟真空钎焊完成→随炉冷却。
作为本发明的进一步改进，所述钎料选用的厚度为0.05mm。钎料采用激光切割制作外形，保证钎料外形尺寸精确，保证钎料熔化时无多余的钎料漫流在波导功分器的内腔，内腔在焊接后无法进行钳工修锉，从而保证波导功分器内腔的高表面粗糙度。
作为本发明的进一步改进，所述真空钎焊步骤中采用金属镁作活化剂，促使铝的表面氧化膜破裂变质，保证钎料在母材表面的润湿、铺展，保证获得致密光亮的钎焊接头，此钎焊接头具有优良的机械性能和抗腐蚀性能。
作为本发明的进一步改进，所述真空钎焊全程保持下腔体在上上腔体在下。
本发明的有益效果是：
1. 通过上述工艺设计，高精度波导功分器型腔组合精度高、型腔内壁表面粗糙度可达Ra1.6um。
2. 在高精度波导功分器工艺设计上采用凸肩、凹槽以保证装配精度，尺寸精度可控制在0.015～0.03mm内。
3. 采用激光切割制作真空钎焊焊片保证钎料尺寸准确均匀性，能够实现高精度均匀的铺展，避免了钎料产生漫流流入型腔影响内腔尺寸的精度。
4. 真空钎焊过程采用金属镁作活化剂，促使铝的表面氧化膜破裂变质，保证钎料在母材表面的润湿、铺展，保证获得致密光亮的钎焊接头，此钎焊接头具有优良的机械性能和抗腐蚀性能。
5. 采用精度较高的数控铣技术加工内部型腔提高了内部型腔尺寸精度及表面粗糙度。
6. 将法兰盘与波导管合为一体增大了法兰盘间的连接强度。
7. 采用凹凸结构自定位工艺方法提高了零件尺寸精度，减少了专用工装夹具的使用。
8. 真空钎焊一次焊接成形，减少生产加工工序，减少焊接变形，提高生产效率，提高防腐性能。
附图说明
图1是本发明功分器的主视图；
图2是本发明功分器的俯视图；
图3是上腔体的俯视图；
图4是下腔体的俯视图；
图5是上腔体内部结构示意图；
图6是下腔体内部结构示意图；
图7是图6中A处局部放大图；
图8是下腔体凹槽局部剖面示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1、2所示，一分四高精度波导功分器，采用3A21防锈铝合金制备上腔体1和下腔体2，然后将上腔体1和下腔体2以真空钎焊的方式焊接而成。
如图5、6所示，上腔体1和下腔体2分别设计有上波导腔103和下波导腔203，上下腔体组合以后波导腔103和下波导腔203共同形成波导功分器的的波导腔体，波导腔体由上往下依次呈Y形分叉，最终形成四个分支腔体，将最上方的腔体命名为主腔体，最底部的四个分支腔体命名为分腔体，上腔体1焊接面设置有凹槽104，下腔体2对应的设置有凸肩204，上腔体1和下腔体2焊接时依靠凹槽104和凸肩204的组合定位。
如图3、4所示，上腔体1的主腔体和分腔体分别一体成型设置有主法兰半盘Ⅰ102和分法兰半盘Ⅰ101，，下腔体2的主腔体和分腔体分别一体成型设置有主法兰半盘Ⅱ202和分法兰半盘Ⅱ201，上腔体1和下腔体2焊接以后，主法兰半盘Ⅰ102和主法兰半盘Ⅱ202形成主法兰盘4，分法兰半盘Ⅰ101和分法兰半盘Ⅱ201形成分法兰盘3，拼接后的结构如图2所示。
为了增强上下腔体焊接后的机械强度，在本实施例中还对上下腔体的做了进一步改进，如图7、8所示，在上腔体1的凹槽104左右两侧分别向内延伸开设盲槽105，整个盲槽105沿凹槽104的走向分布，对应的在下腔体2的凸肩204设置多个贯穿其表面的通孔205，各通孔205彼此导通，通孔205装填钎料，钎料封装方式是将钎料融化后灌入通孔205内部，待其冷却后再次灌入，直至灌装满为止，凸肩204与凹槽104组合定位后放入真空钎焊炉中在高温作用下通孔205内的钎料融化部分流入盲槽105内形成护板，待钎料冷却固定后该护板与凸肩204与凹槽104和盲槽105之间形成互嵌式的榫卯结构，同时为了保证钎料流入盲槽104后仍残留一部分在通孔205内，上腔体1的各通孔205彼此导通形成的空间体积必须大于凹槽104两侧盲槽105的空间体积，使得钎料融化后一部分在通孔205内一部分在盲槽105内，从而形成榫卯结构。
高精度波导功分器加工方法，包括以下步骤：
上/下腔体加工，首先水切割备料，然后数控粗铣六面及内部型腔，消除应力退火至250℃，数控精铣六面及凹槽/凸肩预留加工余量为2mm，去除毛刺；
上/下腔体表面酸洗，在温度为60℃、浓度为8%的NaOH水溶液浸蚀1分钟，然后用热水中反复冲洗，再加入到浓度为10%的HNO3溶液和浓度为0.25%HF混合液中浸蚀3分钟，用冷水中反复冲洗并烘干；
焊前装配，根据上/下腔体的尺寸采用激光切割制作厚度为0.05mm钎料，钎料的外形尺寸与弯波导内腔尺寸一致，装配上/下腔体、钎料，保证波导各部分配合间隙良好，把装配好的上/下腔体、钎料使用工装夹具放入真空铝钎焊炉内；
真空钎焊，真空钎焊温度控制工艺具体是：20分钟内升温到200℃保温20分钟→在25分内升温到440℃保温40分钟→在20分钟内升温到540℃保温90分钟→在20分内升温到600℃保温8分钟真空钎焊完成→随炉冷却。
真空钎焊步骤中采用金属镁作活化剂，促使铝的表面氧化膜破裂变质，保证钎料在母材表面的润湿、铺展，保证获得致密光亮的钎焊接头，此钎焊接头具有优良的机械性能和抗腐蚀性能。
优选的，高精度波导功分器加工方法，包括以下步骤：
上/下腔体加工，首先水切割备料，然后数控粗铣六面及内部型腔，消除应力退火至265℃，数控精铣六面及凹槽/凸肩预留加工余量为3-5mm，去除毛刺；
上/下腔体表面酸洗，在温度为70℃、浓度为9%的NaOH水溶液浸蚀2分钟，然后用热水中反复冲洗，再加入到浓度为10%的HNO3溶液和浓度为0.25%HF混合液中浸蚀4分钟，用冷水中反复冲洗并烘干；
焊前装配，根据上/下腔体的尺寸采用激光切割制作厚度为0.05mm钎料，钎料的外形尺寸与弯波导内腔尺寸一致，装配上/下腔体、钎料，保证波导各部分配合间隙良好，把装配好的上/下腔体、钎料使用工装夹具放入真空铝钎焊炉内；
真空钎焊，真空钎焊温度控制工艺具体是：20分钟内升温到200℃保温20分钟→在25分内升温到440℃保温40分钟→在20分钟内升温到540℃保温90分钟→在20分内升温到600℃保温8分钟真空钎焊完成→随炉冷却。
真空钎焊步骤中采用金属镁作活化剂，促使铝的表面氧化膜破裂变质，保证钎料在母材表面的润湿、铺展，保证获得致密光亮的钎焊接头，此钎焊接头具有优良的机械性能和抗腐蚀性能。
作为本实施例的进一步改进，高精度波导功分器加工方法，包括以下步骤：
上/下腔体加工，首先水切割备料，然后数控粗铣六面及内部型腔，消除应力退火至280℃，数控精铣六面及凹槽/凸肩预留加工余量为5mm，去除毛刺；
上/下腔体表面酸洗，在温度为80℃、浓度为10%的NaOH水溶液浸蚀2分钟，然后用热水中反复冲洗，再加入到浓度为10%的HNO3溶液和浓度为0.25%HF混合液中浸蚀5分钟，用冷水中反复冲洗并烘干；
焊前装配，根据上/下腔体的尺寸采用激光切割制作厚度为0.05mm钎料，钎料的外形尺寸与弯波导内腔尺寸一致，装配上/下腔体、钎料，保证波导各部分配合间隙良好，把装配好的上/下腔体、钎料使用工装夹具放入真空铝钎焊炉内；
真空钎焊，真空钎焊温度控制工艺具体是：20分钟内升温到200℃保温20分钟→在25分内升温到440℃保温40分钟→在20分钟内升温到540℃保温90分钟→在20分内升温到600℃保温8分钟真空钎焊完成→随炉冷却。真空钎焊采用金属镁作活化剂，促使铝的表面氧化膜破裂变质，保证钎料在母材表面的润湿、铺展，保证获得致密光亮的钎焊接头，此钎焊接头具有优良的机械性能和抗腐蚀性能。
工作原理：
在方案将高精度波导功分器拆分为由上腔体1和下腔体2组合而成使得高精度波导功分器法兰盘及内部复杂型腔分别在上腔体1、下腔体2上生成，高精度波导功分器型腔尺寸由上腔体1、下腔体2定位组合构成。上腔体1设计成凹形，下腔体设计成2凸形，上下腔体依靠凹凸组合定位，通过数控加工控制各零件的精度以及激光切割控制钎料的精度来保证组装后内腔及其他外形的尺寸精度达到设计要求，真空钎焊时要求上腔体1、下腔体2与钎焊工装的接触面积大，各腔体之间的配合紧密，工装与上腔体1、下腔体2接触面的平面度高，这样真空钎焊时通过工装达到对上、下方向进行限位。其余零件通过自身设计的凹槽104、凸肩204接触面进行限位，从而达到自定位形式，真空钎焊一次成形简化大量的生产工序，提高生产效率，减小焊接变形，提高尺寸精度，提高防腐性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.高精度波导功分器，该功分器由上腔体（1）和下腔体（2）焊接而成，其钎料焊片由激光切割而成，形成的功分器腔体（5）分为主腔体和分腔体，其特征在于，所述上腔体（1）焊接面设置有凹槽（104），所述下腔体（2）对应的设置有凸肩（204），上腔体（1）和下腔体（2）焊接时依靠凹槽（104）和凸肩（204）的组合定位，所述上腔体（1）的主腔体和分腔体分别一体成型设置有主法兰半盘Ⅰ（102）和分法兰半盘Ⅰ（101），所述下腔体（2）的主腔体和分腔体分别一体成型设置有主法兰半盘Ⅱ（202）和分法兰半盘Ⅱ（201），上腔体（1）和下腔体（2）焊接以后，主法兰半盘Ⅰ（102）和主法兰半盘Ⅱ（202）形成主法兰盘（4），分法兰半盘Ⅰ（101）和分法兰半盘Ⅱ（201）形成分法兰盘（3）。
2.根据权利要求1所述的高精度波导功分器，其特征在于，所述主腔体和分腔体呈Y形分布。
3.根据权利要求1所述的高精度波导功分器，其特征在于，所述上腔体（1）和下腔体（2）采用3A21防锈铝合金制成。
4.根据权利要求1所述的高精度波导功分器，其特征在于，所述上腔体（1）和下腔体（2）焊接面的预留加工余量为2-5mm。
5.根据权利要求1所述的高精度波导功分器，其特征在于，所述凹槽（104）内部两侧分别设置有向左右两边水平延伸的盲槽（105），所述凸肩（204）设置有多个贯穿其表面的通孔（205），各通孔（205）彼此导通，通孔（205）装填钎料，凸肩（204）与凹槽（104）组合定位后放入真空钎焊炉中在高温作用下通孔（205）内的钎料融化部分流入盲槽（105）内。
6.根据权利要求5所述的高精度波导功分器，其特征在于，所述各通孔（205）彼此导通形成的空间体积大于凹槽（104）两侧盲槽（105）的空间体积。
7.根据权利要求1-6任一项所述的高精度波导功分器加工方法，其特征在于包括以下步骤：
S01：上/下腔体加工，首先水切割备料，然后数控粗铣六面及内部型腔，消除应力退火至250℃-280℃，数控精铣六面及凹槽/凸肩，去除毛刺；
S02：上/下腔体表面酸洗，在温度为60℃-80℃、浓度为8%-10%的NaOH水溶液浸蚀1-2分钟，然后用热水中反复冲洗，再加入到浓度为10%的HNO3溶液和浓度为0.25%HF混合液中浸蚀3-5分钟，用冷水中反复冲洗并烘干；
S03：焊前装配，根据上/下腔体的尺寸采用激光切割制作钎料，钎料的外形尺寸与弯波导内腔尺寸一致，装配上/下腔体、钎料，保证波导各部分配合间隙良好，把装配好的上/下腔体、钎料使用工装夹具放入真空铝钎焊炉内；
S04：真空钎焊，真空钎焊温度控制工艺具体是：20分钟内升温到200℃保温20分钟→在25分内升温到440℃保温40分钟→在20分钟内升温到540℃保温90分钟→在20分内升温到600℃保温8分钟真空钎焊完成→随炉冷却。
8.根据权利要求7所述的高精度波导功分器加工方法，其特征在于，所述钎料选用的厚度为0.05mm，钎料采用激光切割制作外形，保证钎料外形尺寸精确，保证钎料熔化时无多余的钎料漫流在波导功分器的内腔，内腔在焊接后无法进行钳工修锉，从而保证波导功分器内腔的高表面粗糙度。
9.根据权利要求7所述的高精度波导功分器加工方法，其特征在于，所述真空钎焊步骤中采用金属镁作活化剂，促使铝的表面氧化膜破裂变质，保证钎料在母材表面的润湿、铺展，保证获得致密光亮的钎焊接头，此钎焊接头具有优良的机械性能和抗腐蚀性能。
10.根据权利要求9所述的高精度波导功分器加工方法，其特征在于，所述真空钎焊全程保持下腔体在上上腔体在下。
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