CN110625284A - 一种红外探测器杜瓦焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种红外探测器杜瓦焊接方法，所述焊接方法包括如下步骤：在杜瓦冷指上布置过渡金属部件，并按照装配图纸将布置完成后的杜瓦冷指装入焊接夹具；对装入焊接夹具的杜瓦冷指进行焊接。本发明方法通过在杜瓦冷指上布置过渡金属部件之后在对杜瓦冷指进行焊接，由此解决了现有技术中存在的高能束焊接无法密封的技术问题。

Description

一种红外探测器杜瓦焊接方法

技术领域

本发明涉及红外探测器技术领域，尤其涉及一种红外探测器杜瓦焊接方法。

背景技术

制冷型红外探测器组件(以下简称探测器)在光电产品有着广泛的应用，是各类整机系统寻找目标的核心部件，相当于整机系统的“眼睛”。探测器组件由探测器芯片、微杜瓦、制冷机(器)三个部件组成，其中探测器芯片用于完成光电转换，需要工作在低温环境下；微杜瓦为探测器芯片提供光学、电学、机械接口及真空环境；制冷机(器)为探测器芯片提供低温冷源。

为了减小制冷机(器)的负载，微杜瓦的热耗应尽量小。热耗主要由传导换热、辐射换热两个方面组成，其中冷指的传导换热占50％以上，为了减小热耗，冷指一般选用导热系数比较低的TC4材料(导热系数为5.44W/(m·K))。

微杜瓦一般采用锗材料作为光学窗口，采用陶瓷材料作为电学输出接口，考虑到焊接的匹配性，杜瓦外壳一般采用4J29、4J33等Fe-Ni合金材料。为了减小低温下冷头结构的热失配，冷台一般采用4J36等热膨胀系数比较小的材料。

冷指用的TC4材料与4J29、4J33、4J36等Fe-Ni合金材料无法采用熔焊接工艺完成，工艺中一般采用真空高温钎焊的方式实现。由于钎焊工艺时间长、温度高(通常800℃以上)，工艺中容易造成零件变形，给微杜瓦结构精度和工艺效率的提升带来了很大的限制。同时，由于Fe-Ni合金材料密度大，不利于微杜瓦的减重设计。

在现有结构下，采用不同材料的杜瓦冷指和冷台、外壳的连接方式一般为高温真空钎焊或高能束焊接。

高温真空钎焊连接可以保证绝大部分的金属材料之间的连接，但是该工艺方法需要对工件进行整体加热，加热温度需要800℃以上，当加热完成后，薄壁(厚度0.125mm左右)的冷指零件会产生较大的形变，无法满足探测器芯片及制冷机(制冷器)的安装要求。因此该方法只能用在安装精度较低的探测器制造工艺中。同时该方法效率极低，每批次焊接需要12h以上。

对于高能束焊接方法(激光焊接、离子束焊接、电子束焊接等)，可以保证较高的安装精度，但是对于异种材料的连接，需要进行工艺试验。目前杜瓦外壳及杜瓦冷台材料一般均为可伐合金、铟伐合金等高导热、低热膨胀系数材料(主要成分为Fe、Ni、Co等元素)。在这类材料与冷指材料进行焊接时，发现TC4无法实现与可伐合金(铟伐合金)的密封焊接。

发明内容

本发明实施例提供一种红外探测器杜瓦焊接方法，用以解决现有技术中存在的高能束焊接无法密封的技术问题。

本发明实施例提供一种红外探测器杜瓦焊接方法，所述焊接方法包括如下步骤：

在杜瓦冷指上布置过渡金属部件，并按照装配图纸将布置完成后的杜瓦冷指装入焊接夹具；

对装入焊接夹具的杜瓦冷指进行焊接。

可选的，在杜瓦冷指上布置过渡金属部件，包括：

在杜瓦冷指与杜瓦冷台以及杜瓦冷指与杜瓦外壳连接处分别布置过渡金属部件。

可选的，在按照装配图纸将布置完成后的杜瓦冷指装入焊接夹具之前，所述焊接方法还包括：

根据杜瓦的外形尺寸选取焊接夹具。

可选的，所述过渡金属部件采用原子直径与杜瓦冷指材料或杜瓦冷台材料的原子直径相近的元素制成。

可选的，在杜瓦冷指上布置过渡金属部件之前，所述焊接方法还包括：制定焊接工艺参数，并对焊接部件进行焊前处理。

可选的，对装入焊接夹具的杜瓦冷指进行焊接，包括：

根据所述焊接工艺参数对装入焊接夹具的杜瓦冷指进行焊接。

可选的，在对装入焊接夹具的杜瓦冷指进行焊接之后，所述方法还包括：

对焊接完成后的杜瓦的焊缝进行检查并检漏。

本发明实施例通过在杜瓦冷指上布置过渡金属部件之后在对杜瓦冷指进行焊接，由此解决了现有技术中存在的高能束焊接无法密封的技术问题，取得了积极的技术效果。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明第一实施例流程图；

图2为本发明第一实施例杜瓦结构简图；

图3为本发明第一实施例杜瓦冷指上过渡金属部件布置示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明第一实施例提供一种红外探测器杜瓦焊接方法，如图1所示，所述焊接方法包括如下步骤：

在杜瓦冷指上布置过渡金属部件，并按照装配图纸将布置完成后的杜瓦冷指装入焊接夹具；

对装入焊接夹具的杜瓦冷指进行焊接。

本发明实施例通过在杜瓦冷指上布置过渡金属部件之后在对杜瓦冷指进行焊接，由此解决了现有技术中存在的高能束焊接无法密封的技术问题，取得了积极的技术效果。

可选的，在本发明一个可选的实施例中，在按照装配图纸将布置完成后的杜瓦冷指装入焊接夹具之前，所述焊接方法还包括：

根据杜瓦的外形尺寸选取焊接夹具。

具体的说，对应于杜瓦外形尺寸的不同可以事先设计不同类型的夹具，在对杜瓦进行焊接的过程中直接选取与杜瓦的外形尺寸对应的焊接夹具。

可选的，在杜瓦冷指上布置过渡金属部件，包括：

在杜瓦冷指与杜瓦冷台以及杜瓦冷指与杜瓦外壳连接处分别布置过渡金属部件。

如图2所示，图2为杜瓦结构简图，杜瓦包括杜瓦冷指1，杜瓦冷台3以及杜瓦外壳4，在本实施例中，杜瓦冷指1选用TC4材质或L605材质制成，杜瓦冷台3可以选用可伐合金或铟伐合金制成，杜瓦外壳4采用可伐合金制成，其中冷指内壁2用于与制冷机紧配合精度高。

如图3所示，在本实施例中，可以在两个地方布置过渡金属部件，如图3中的杜瓦冷指与杜瓦冷台焊接位置11，杜瓦冷指与杜瓦外壳焊接位置12，在上述两处布置过渡金属部件，在本实施例中，过渡金属部件可以是过渡金属环。

可选的，在本发明又一个可选的实施例中，所述过渡金属部件采用原子直径与杜瓦冷指材料或杜瓦冷台材料的原子直径相近的元素制成。

具体的说，参见前述杜瓦结构，在本实施例中，TC4与可伐合金、铟伐合金无法实现高能束焊接，主要原因是Ti元素与Fe元之间会形成Fe—Ti金属间化合物，该类金属间化合物属于脆性材料，在电子束焊接完成后，零件温度降低过程中，会由于两种材料热膨胀系数的差异，导致焊缝出现裂纹。一方面会导致焊缝真空失效，另一方面结构强度也会受到很大影响。因此必须要选用一种中间金属，使Fe元素和Ti元素实现物理隔离，因此本发明方法通过增加过渡金属部件来实现TC4材料同可伐合金、铟伐合金材料的熔化焊接。

在选择过渡金属部件时，需要考虑到新增的隔离金属层的热膨胀系数、原子直径、是否会形成新的金属间化合物。因此本实施例中过渡金属部件采用原子直径与杜瓦冷指材料或杜瓦冷台材料的原子直径相近的元素制成，具体的说，在本实施例中，在Fe、Ti元素附近选择原子直径接近的元素，主要包含：V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn等元素组成的单质或合金。考虑到便于选材及操作方便，在本实施例中可以选取主要成分为Cu、Ni的蒙乃尔合金来制成过渡金属部件。

可选的，在杜瓦冷指上布置过渡金属部件之前，所述焊接方法还包括：制定焊接工艺参数，并对焊接部件进行焊前处理。

可选的，对装入焊接夹具的杜瓦冷指进行焊接，包括：

根据所述焊接工艺参数对装入焊接夹具的杜瓦冷指进行焊接。

具体的说，在本实施例中，制定焊接工艺参数具体可以包括如下内容：

选取焊接设备，在本实施例中，可以选取真空电子束焊接机，当然也可以选取其他的焊接方式，在此不做限定。

焊接参数设定，根据待焊接的部件尺寸设计焊接夹具，选取焊接零件。

对焊接部件进行焊前处理主要包括，对焊接零件进行去油去脂去盐清洗。

可选的，在对装入焊接夹具的杜瓦冷指进行焊接之后，所述方法还包括：

对焊接完成后的杜瓦的焊缝进行检查并检漏。

具体的说，可以在焊接完成后通过显微镜观察焊缝表面是否有裂纹，然后通过检漏仪进行检漏，判定焊接完成后的杜瓦的漏率是否满足要求。

采用上述方案，焊接完成后，在高灵敏检漏仪下检测焊缝漏率，可以达到：1.0×E-11mbar·L/s以下，焊接强度能够很好的通过力学实验验证，满足微杜瓦结构使用要求。焊接完成后冷指部件同制冷机(器)机械尺寸耦合良好。

焊接效率提升对比：

本发明方法：每件焊接时间为5—10min，每天可焊接50件以上。

现有高温真空钎焊：每天10件；

现有先高温真空钎焊再二次加工：每周20件；

现有复合冷台：每天10件。

由此可知本发明方法还能极大提高焊接效率，当然本发明方法还可以应用到其他真空电子器件焊接领域也可以通过本发明方法提高焊接效率。

本发明第二实施例提出一种红外探测器杜瓦焊接方法的实施案例

焊接接头设计(不同外形尺寸设计不同类型的夹具)。

在TC4材质与可伐合金、铟伐合金之间增加过渡环零件，过渡环零件材质为蒙乃尔，也可以使用其它过渡金属的方法，在此不做限定。

焊接工艺参数制定与实施。

焊接工艺参数制定：

焊接设备：真空电子束焊接机；

焊接参数：主束流：2mA，焊接速度12.7mm/s；

焊接夹具：根据具体零件尺寸设计。

焊接零件：材料为4J29(4J36)的冷台零件表面镀镍。材料为蒙乃尔的过渡环零件、材料为TC4的冷指零件。

焊前处理：去油去脂去盐清洗。

将零件按装配图纸要求装入焊接夹具，然后装入真空电子束焊接机的卡盘上，按照上述工艺参数进行焊接。焊接完成后取出零件。

焊接完成后，显微镜下观察，焊缝表面无裂纹；经检漏仪检漏，漏率优于1.0×E-11mbar·L/s。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (7)

1.一种红外探测器杜瓦焊接方法，其特征在于，所述焊接方法包括如下步骤：

在杜瓦冷指上布置过渡金属部件，并按照装配图纸将布置完成后的杜瓦冷指装入焊接夹具；

对装入焊接夹具的杜瓦冷指进行焊接。

2.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，在杜瓦冷指上布置过渡金属部件，包括：

在杜瓦冷指与杜瓦冷台以及杜瓦冷指与杜瓦外壳连接处分别布置过渡金属部件。

3.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，在按照装配图纸将布置完成后的杜瓦冷指装入焊接夹具之前，所述焊接方法还包括：

根据杜瓦的外形尺寸选取焊接夹具。

4.如权利要求2所述的焊接方法，其特征在于，所述过渡金属部件采用原子直径与杜瓦冷指材料或杜瓦冷台材料的原子直径相近的元素制成。

5.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，在杜瓦冷指上布置过渡金属部件之前，所述焊接方法还包括：制定焊接工艺参数，并对焊接部件进行焊前处理。

6.如权利要求5所述的焊接方法，其特征在于，对装入焊接夹具的杜瓦冷指进行焊接，包括：

根据所述焊接工艺参数对装入焊接夹具的杜瓦冷指进行焊接。

7.如权利要求5所述的焊接方法，其特征在于，在对装入焊接夹具的杜瓦冷指进行焊接之后，所述方法还包括：

对焊接完成后的杜瓦的焊缝进行检查并检漏。