CN109570811B - 一种检测梯形结构工件焊接质量的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种检测梯形结构工件焊接质量的方法及装置，梯形结构常用于环路热管蒸发器等，属于航天热控技术领域。装置包括：支撑轴组件、两个SCS滑块、四个手泵吸盘、测温芯片固定结构、四个测温芯片和热阻测试仪。所述测温芯片固定结构包括两个梯形支架、四个油压缓冲器以及通过球头关节轴承连接的四个聚四氟垫片。将四个测温芯片通过固定装置同压力紧密贴合于梯形结构工件侧壁上，利用热阻测试仪同时监控四个测温芯片及被测梯形结构工件焊接面的温升过程，分析其热流路径上各层材料的热阻构成。该技术保证四个热源到焊接面具有均匀稳定的热流路径，消除因测温芯片散热面与梯形结构工件侧壁的接触热阻不同所带来的测量误差，实现对梯形结构工件焊接质量的快速表征。
Description
技术领域：
本发明公开了一种检测梯形结构工件焊接质量的方法及装置，属于航空航天热控技术领域。
背景技术：
梯形结构工件由于具备良好的热流特性常用于散热工件中，例如环路热管蒸发器，由铝合金鞍座和不锈钢集热管构成，起着承受热负荷、组织蒸发、产生毛细驱动力等重要作用。因此，鞍座和集热管之间的界面焊接质量直接影响环路热管的热交换效率。目前的铝合金与不锈钢之间一般采用钎焊方式连接，由于在实际生产中需要将熔化的钎料和钎剂流入钎焊间隙中以完成焊接，该过程容易造成间隙中有部分钎剂和少量空气没来得及溢出，残留在钎焊间隙中，从而形成未焊接的缺陷，造成焊接间隙热阻增大。现有常规检测手段无法实现对梯形结构工件内部传热路径各层结构热阻的定量分析，进而无法准确判断梯形结构工件的钎焊工序是否合格，因此，梯形结构工件的焊接质量检测技术是非常重要的，而梯形结构工件由于侧壁与水平面呈一定角度，检测时还需要对测温探头的固定方式进行特别设计。
发明内容：
针对现有技术存在的不足，本发明的主要目的是：设计了专用的基于支撑轴组件的夹持器对测试芯片进行四个点位的固定，为梯形结构工件热特性测试构建热流密度均匀、压力稳定、贴合紧密的热学测试环境，此方法得以保证在对四个测量点同时加载相同热量时，假设梯形结构工件内部焊接质量均匀良好的情况下，四个测量点的温度环境保持一致。配合热阻仪的使用从而分析四个测温芯片热源到被测梯形结构工件传热路径上各层的热阻构成，通过与标准的梯形结构工件热阻构成进行比对分析，实现对梯形结构工件焊接质量的无损、快速、准确地检测和评价。
一种检测梯形结构工件焊接质量的装置，其特征在于：包括梯形结构工件夹持器、四个测温芯片、热阻测试仪和被测梯形结构工件。所述梯形结构工件夹持器包括支撑轴组件、第一SCS滑块、第二SCS滑块、四个手泵吸盘、测温芯片固定结构。
上述部件的连接关系为：所述支撑轴组件中设置四个卧式支座用于固定四根Z方向光轴底端、六个十字连接块用于转接两根X方向光轴和一根Y方向光轴；所述第一SCS滑块、第二SCS滑块依次安装在Y方向光轴上；所述四个手泵吸盘分别通过四个刚性连接块固定在卧式支座下方。所述测温芯片固定结构包括第一梯形支架、第二梯形支架，第一梯形支架通过螺丝紧固在第一SCS滑块下方，第二梯形支架通过螺丝固定在第二SCS滑块下方；每个梯形支架的左右侧壁分别垂直向内嵌入一个油压缓冲器，在油压缓冲器的缓冲头上连接有球头关节轴承，球头关节轴承的另一端与聚四氟垫片相连。
所述油压缓冲器采用AC1005-2型油压缓冲器；
所述球头关节轴承采用TBS6球头关节轴承；
所述测温芯片采用TO-220封装的二极管。
所述热阻测试仪包括计算机、采集卡、测试电流源、工作电源开关、工作电源；工作电源经工作电源开关控制,为测温芯片提供工作电压电流，测试电流源为测温芯片提供测试电流，采集卡采集测温芯片的电学温敏参数，计算机处理采集到的电学温敏参数得到瞬态响应曲线和热阻构成等数据；测温芯片经导线与热阻测试仪的工作电源开关、测试电流源和采集卡连接，工作电源与工作电源开关连接并由其控制，测温芯片经导线分别与热阻测试仪的测试电流源和采集卡连接。计算机连接并控制工作电源开关、测试电流源和采集卡；
一种检测梯形结构工件焊接质量的方法，检测步骤如下：
(1)以梯形结构工件梯形鞍座结构中心为原点向两端选取相互对称的两个点，以这两个点向垂直于梯形结构工件轴向做延伸到梯形侧壁的交点，以这四个相交点作为四个测温芯片的测量点。此方法得以保证在对四个测量点同时加载相同热量时，假设梯形结构工件内部焊接质量均匀良好的情况下，四个测量点的温度环境保持一致。
(2)将梯形结构工件夹持器支撑轴组件的Y方向光轴平行放置于梯形结构工件正上方，按压四个手泵吸盘抽气按钮直到红色刻度线嵌入手泵吸盘内部，此时整个支撑轴组件与底面完成紧密固定，能够承受60kg垂直向上的力。梯形结构工件多用于航空航天测控技术领域，经常安装于航天器舱体内壁，这种抽气固定的方式能够避免对舱体产生损伤和留痕。
(3)调节第一SCS滑块、第二SCS滑块位置使四个油压缓冲器分别垂直对准四个测量点，旋转锁紧螺钉使第一SCS滑块、第二SCS滑块紧固在Y方向光轴上。
(4)将四个测温芯片置于聚四氟垫片与梯形结构工件外壳梯形侧壁之间，调整球头关节轴承角度使测温芯片散热面与梯形结构工件鞍座梯形侧壁完整贴合，另一面契合在聚四氟垫片上保证绝热环境，并通过油压缓冲器将测温芯片压紧，消除因测温芯片散热面与环路热管鞍座梯形侧壁的接触热阻不同所带来的测量误差。
(5)将测温芯片的正负极经导线与热阻测试仪的工作电源开关连接，启动计算机测量程序，工作电源与工作电源开关连接并由其控制；将测温芯片的正负极经导线与热阻测试仪的测试电流源切换开关、采集卡连接，测试电流源与测试电流源切换开关连接并由其控制。打开测试软件设置工作电流、测试电流等参数，开始测量程序。在加热阶段，由计算机控制工作电源开关和测试电流源开关，使器件处于加热状态，并达到热平衡；在测量阶段，由计算机控制工作电源开关和测试电流源开关，切断工作电源，只连接测试电流源，并由计算机控制采集卡采集测温芯片的电学温敏参数，监控测温芯片及被测梯形结构工件焊接面的温升过程，最后经过计算机处理采集结果得到瞬态响应曲线和热阻构成等信息。通过比较不同梯形结构工件的热阻测量结果，从而实现对梯形结构工件焊接质量的有效评价。
附图说明：
图1是梯形结构工件夹持器的结构图；
图2是测温芯片固定结构的示意图；
图3是某次梯形结构工件整体热阻测量结果；
图4是不同梯形结构工件散热性能差异测量结果。
具体实施方式：
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明：
以检测环路热管蒸发器的钎焊质量操作过程为实例，选用RURG8060快恢复二极管作为测温芯片(17)，RURG8060快恢复二极管具有功率大，导热性能好的特点，芯片电极由两个管脚引出，测试的电学温敏参数为正向结电压；
以环路热管蒸发器梯形鞍座(10)结构中心为原点向两端选取相互对称的两个点，以这两个点向垂直于环路热管蒸发器集热管轴做延伸到梯形侧壁的交点，以这四个相交点作为四个测温芯片散热面与环路热管蒸发器鞍座梯形侧壁进行接触的测量点，此方法得以保证在对四个测量点同时加载相同热量时，假设环路热管蒸发器内部焊接质量均匀良好的情况下，四个测量点的温度环境保持一致。
调整六个十字连接块(1)和X方向光轴(7)、Y方向光轴(2)、Z方向光轴(6)使支撑轴组件的尺寸适合固定，将环路热管蒸发器夹持器支撑轴组件的Y方向光轴(2)平行放置于环路热管蒸发器梯形鞍座(10)正上方，使Y方向光轴(2)中心对准环路热管蒸发器梯形鞍座(10)中心，将四个手泵吸盘(8)与舱面平稳接触，按压四个手泵吸盘(8)抽气按钮直到红色刻度线嵌入手泵吸盘内部，此时代表吸盘与舱面完成紧密固定，能够承受60kg垂直向上的力。环路热管蒸发器多用于航空航天测控技术领域，经常安装于航天器舱体内壁，这种抽气固定的方式能够避免对舱体产生损伤和留痕。
调节第一SCS滑块(3)、第二SCS滑块(5)位置使测温芯片固定装置(9)上的油压缓冲器(11)分别垂直对准四个测量点，旋转锁紧螺钉(4)使第一SCS滑块(3)、第二SCS滑块(5)紧固在Y方向光轴(2)上。
将四个RURG8060快恢复二极管(17)散热面经磨抛机抛光至表面粗糙度达到0.05μm以下，然后置于聚四氟垫片(16)与环路热管蒸发器(10)鞍座梯形侧壁之间，调整TBS6球头关节轴承(15)角度使测温芯片散热面与环路热管蒸发器(10)鞍座梯形侧壁完整贴合，另一面契合在聚四氟垫片(16)上保证绝热环境，使热流从二极管内部只向芯片散热面方向传递，并通过油压缓冲器(11)将测温芯片(17)压紧。油压缓冲器(11)采用AC1005-2型标准自动补偿式中速缓冲器，使每个RURG8060快恢复二极管(17)的固定压力合适和大小一致，保证稳定相同的热学接触环境，如图2。
将四个RURG8060快恢复二极管测温芯片(17)的正负极经导线与热阻测试仪的工作电源开关连接，启动计算机测量程序，工作电源与工作电源开关连接并由其控制；将RURG8060快恢复二极管测温芯片(17)的正负极经导线与热阻测试仪的测试电流源切换开关、采集卡连接，测试电流源与测试电流源切换开关连接并由其控制。打开测试软件设置工作电流、测试电流等参数，开始测量程序，采集RURG8060快恢复二极管测温芯片(17)的初始电学温敏参数。在加热阶段，由计算机控制工作电源开关和测试电流源开关，使RURG8060快恢复二极管测温芯片(17)处于快速升温状态，并达到热平衡；待整个测试环境温度不再变化，达到稳态，开始测量阶段，由计算机控制工作电源开关和测试电流源开关，切断工作电源，只连接测试电流源，使RURG8060快恢复二极管测温芯片(17)开始自然降温，直至冷却至初始状态。此过程中由计算机控制采集卡采集RURG8060快恢复二极管测温芯片(17)的电学温敏参数，监控RURG8060快恢复二极管测温芯片(17)及被测环路热管蒸发器梯形鞍座(10)钎焊面的温升和冷却过程，最后经过计算机处理采集结果得到瞬态响应曲线和热阻构成等信息。通过与焊接合格的标准环路热管蒸发器的瞬态温度响应曲线做对比分析，判断此工件的集热管与环路热管蒸发器鞍座内壁的钎焊质量是否合格，如果工件内存在焊接缺陷，则钎焊面热阻比标准工件的热阻更大，即为不合格焊接产品，如图4所示，从而实现对环路热管蒸发器焊接质量的有效评价和筛查。
Claims (5)
1.一种检测梯形结构工件焊接质量的装置，其特征在于：包括梯形结构工件夹持器、四个测温芯片、热阻测试仪和被测梯形结构工件；被测梯形结构工件是指的截面为梯形的结构工件；所述梯形结构工件夹持器包括支撑轴组件、第一SCS滑块、第二SCS滑块、四个手泵吸盘和测温芯片固定结构；
上述部件的连接关系为：所述支撑轴组件中设置四个卧式支座用于固定四根Z方向光轴底端、六个十字连接块用于转接两根X方向光轴和一根Y方向光轴；所述第一SCS滑块、第二SCS滑块依次安装在Y方向光轴上；所述四个手泵吸盘分别通过四个刚性连接块固定在卧式支座下方；所述测温芯片固定结构包括第一梯形支架、第二梯形支架，第一梯形支架通过螺丝紧固在第一SCS滑块下方，第二梯形支架通过螺丝固定在第二SCS滑块下方；每个梯形支架的左右侧壁分别垂直向内嵌入一个油压缓冲器，在油压缓冲器的缓冲头上连接有球头关节轴承，球头关节轴承的另一端与聚四氟垫片相连。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述测温芯片采用TO-220封装的二极管。
3.应用如权利要求1所述装置的方法，其特征在于，检测步骤如下：
(1)以梯形结构工件中心为原点向两端选取相互对称的两个点，以这两个点向垂直于梯形结构工件中心轴做延伸到梯形侧壁的交点，以这四个相交点作为四个测温芯片的测量点；
(2)将梯形结构工件夹持器支撑轴组件的Y方向光轴平行放置于梯形结构工件正上方，按压四个手泵吸盘抽气按钮直到红色刻度线嵌入手泵吸盘内部，此时整个支撑轴组件与底面完成紧密固定；
(3)调节第一SCS滑块、第二SCS滑块位置使四个油压缓冲器分别垂直对准四个测量点，旋转锁紧螺钉使第一SCS滑块、第二SCS滑块紧固在Y方向光轴上；
(4)将四个测温芯片置于聚四氟垫片与梯形结构工件外壳梯形侧壁之间，调整球头关节轴承角度使测温芯片散热面与梯形结构工件侧壁完整贴合，测温芯片另一面契合在聚四氟垫片上保证绝热环境，并通过油压缓冲器将测温芯片压紧；
(5)利用热阻测试仪监控测温芯片及被测梯形结构工件焊接面的温升过程，分析被测工件热流路径上各层材料的热阻构成，进而对梯形结构工件的焊接质量进行评价。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：
工作电源经工作电源开关控制,为测温芯片提供工作电压电流，测试电流源为测温芯片提供测试电流，采集卡采集测温芯片的电学温敏参数，计算机处理采集到的电学温敏参数得到瞬态响应曲线和热阻构成数据；通过比较不同梯形结构工件的热阻测量结果，从而实现对梯形结构工件焊接质量的有效评价。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：
所述采集的测温芯片电学温敏参数为二极管PN结正向结电压。
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