CN111922501A - 一种微小型腔体的精密组装工装及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种微小型腔体的精密组装工装，包括焊接下模、焊接上模、螺母、螺杆、销钉，其中焊接下模和焊接上模上设置通槽和螺钉孔，所述通槽用于放置第一微小型半腔和第二微小型半腔，所述螺母、螺杆与焊接下模、焊接上模配合，用于向第一微小型半腔和第二微小型半腔提供压紧力；所述销钉与第一微小型半腔、第二微小型半腔的定位孔配合，实现第一微小型半腔和第二微小型半腔的初定位。本发明还提出了一种基于上述微小型腔体的精密组装工装的组装方法。本发明采用结构简单、易操作的工装实现了微小型半腔的精确对中及微小形变；通过微小型半腔表面覆金、工装以及焊接工艺控制实现了微小型腔体的可靠连接。

Description

一种微小型腔体的精密组装工装及方法

技术领域

本发明涉及微小型腔体的装配工艺，具体涉及一种微小型腔体的精密组装工装及方法。

背景技术

微小型腔体作为一种多周期中空组件，通常由两个半腔或腔芯与两个盖板组成。无论哪种结构，均离不开组装，而通常的组装有两种方式，一是采用两个销钉对中，但由于销钉孔本身存在加工误差，其次销钉与销钉孔的配合间隙，往往造成对中精度差；二是采用外形定位的工装，在工件上制备焊料槽，采用钎焊的方法来实现腔体的组装，但由于工艺较难控制，往往造成焊料流散至中空的凹槽内，直接影响微小型腔体的电性能。

发明内容

本发明的目的在于提出一种微小型腔体的精密组装工装及方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种微小型腔体的精密组装工装，包括焊接下模、焊接上模、螺母、螺杆、销钉，其中焊接下模和焊接上模上设置通槽和螺钉孔，所述通槽用于放置第一微小型半腔和第二微小型半腔，所述螺母、螺杆与焊接下模、焊接上模配合，用于向第一微小型半腔和第二微小型半腔提供压紧力；所述销钉与第一微小型半腔、第二微小型半腔的定位孔配合，实现第一微小型半腔和第二微小型半腔的初定位。

进一步的，所述焊接下模、焊接上模的通槽构成圆柱型腔，并且型腔的高度小于微小型腔体的直径。

更进一步的，所述焊接下模的通槽深度大于焊接上模的通槽深度。

进一步的，所述螺杆的膨胀系数小于焊接下模和焊接上模的膨胀系数。

进一步的，在焊接下模、焊接上模的对应位置上，分别设置6个螺钉孔，所述螺钉孔分两组，分布在模具的两侧，均匀排布。

一种基于上述微小型腔体的精密组装工装的组装方法，包括如下步骤：

步骤1，对微小型半腔进行表面处理，形成一层薄薄的中间过渡层；

步骤2，首先将第二微小型半腔放在焊接下模的通槽中；其次将销钉插入第二微小型半腔的定位孔中，再通过销钉将第一微小型半腔的与第二微小型半腔组合在一起，实现两个半腔的初步对中；接着盖上焊接上模，拧入螺杆，再依次交叉拧紧螺母，完成模具装配；

步骤3，将装配好的模具放入氢炉中，设置焊接温度和时间，实现两个微小型半腔的焊接，形成微小型腔体。

进一步的，步骤1中，对微小型半腔进行表面处理，形成一层薄薄的中间过渡层，具体方法为：先采用精密抛光达到表面粗糙度优于Ra0.4μm，其次在表面覆一层薄薄的金膜，膜层厚度1.5±1μm。

进一步的，步骤2中，拧紧螺母时，需在显微镜下通过模具两端观察微小型腔体的中心孔是否对中，若存在错位，则继续微调螺母，以来保证两个半腔的左右对中，实现两个半腔的精确对中。

更进一步的，在拧紧螺母的过程中，需要保证焊接下模、焊接上模的平行度在0.02mm以内，确保微小型腔体在整个长度受到的压力大小一致。

进一步的，步骤3中，设置焊接温度850℃±50℃，保温30±10分钟。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：1）采用结构简单、易操作的工装实现了微小型半腔的精确对中及微小形变；2）通过微小型半腔表面覆金、工装以及焊接工艺控制实现了微小型腔体的可靠连接。

附图说明

图1是微小型腔体的精密组装工装的结构示意图。

图2是模具螺钉孔排布的细节图。

图3是微小型半腔的细节图。

图4是焊接后的微小型腔体1截面金相图。

图5是焊接后的微小型腔体2截面金相图。

图6是焊接后的微小型腔体3截面金相图。

图7是焊接后的微小型腔体1截面SEM放大1000倍的效果图。

图8是焊接后的微小型腔体2截面SEM放大1000倍的效果图。

图9是焊接后的微小型腔体3截面SEM放大1000倍的效果图。

1-焊接下模 2-焊接上模 3-螺帽 4-螺杆

5-微小型半腔1 6-微小型半腔2

Ⅰ-销钉孔1 Ⅱ-销钉孔2。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

如图1所示，微小型腔体的精密组装工装，包括焊接下模1、焊接上模2、螺母3、螺杆4、销钉，其中焊接下模1和焊接上模2上设置通槽和螺钉孔，所述通槽用于放置第一微小型半腔5和第二微小型半腔6，所述螺母3、螺杆4与焊接下模1、焊接上模2配合，用于向第一微小型半腔5和第二微小型半腔6提供压紧力；所述销钉与第一微小型半腔5、第二微小型半腔6的定位孔配合，实现第一微小型半腔5和第二微小型半腔6的初定位。

为了对不同精度的半腔均可实现压紧，一些示例中，所述焊接下模1、焊接上模2的通槽构成圆柱型腔，并且型腔的高度小于微小型腔体的直径。

进一步的，一些示例中，所述焊接下模1的通槽深度大于焊接上模2的通槽深度。即，如图1所示的焊接下模上1的凹半圆槽，其深度超过半圆的半径。这样有利于第一微小型半腔5、第二微小型半腔6对中。

为了实现焊接温度下螺杆、螺母对模具的压力，一些示例中，所述螺杆4的膨胀系数小于焊接下模1和焊接上模2的膨胀系数。

此外，还有一些示例中，在焊接下模1、焊接上模2的对应位置上，分别设置6个螺钉孔，所述螺钉孔分两组，分布在模具的两侧，均匀排布。

为实现精密组装的可靠连接，避免钎焊的焊料流淌。本发明还提出一种基于上述工装的微小型腔体精密组装方法，首先对微小型半腔进行表面处理，其次进行装配，最后在氢炉中焊接，最终实现了两个微小型半腔的无焊料流散的可靠连接。具体方案如下：

1）微小型半腔的表面处理

为实现原子扩散，首先需要保证接触面的表面质量足够好，其次借助中间过渡层，降低互相扩散需要的压力。为此，首先采用精密抛光达到表面粗糙度优于Ra0.4μm，其次在其表面覆一层薄薄的金膜，本发明中采用金膜不仅可以实现过渡层的功能，更由于金具有不易氧化的优点，且金覆于材料表面，比原材料铜的损耗小，有利于降低微小型腔体的表面损耗。该膜层即可实现扩散又不至于堆积、流淌，通过多次工艺摸索，试验表明膜层厚度1.5±1μm为佳。

2）装配

首先将第二微小型半腔6放在焊接下模1的通槽中，其次将两个销钉插入第二微小型半腔6的两个定位孔Ⅰ、Ⅱ中，再将第一微小型半腔5通过两个销钉与第二微小型半腔6组合在一起，实现两个半腔的初步对中；接着盖上焊接上模2，拧入6根螺杆4，再依次交叉拧紧螺母3。在此过程中，初步拧紧螺母3时，在显微镜下通过模具两端观察微小型腔体的中心孔是否对中，若存在微小错位，可通过微调螺母来保证两个半腔的左右对中，实现两个半腔的精确对中。在拧紧过程中，注意保证上下模的平行度控制在0.02mm以内，确保微小型腔体在整个长度受到的压力大小一致。

由于螺杆4的膨胀系数小于焊接上模2和焊接下模1，常温下的螺母3拧紧可以实现焊接过程中模具对微小型腔体产生的压力，为扩散焊接提供压力支持。

3）氢炉焊接

扩散焊的主要工艺参数为压力、温度、时间，但为了避免材料表面的氧化阻止材料扩散，本发明采用氢炉实现还原功能。将装配好的模具放入氢炉中，根据扩散焊的原理以及多次正交试验，最终确定焊接温度850℃±50℃，保温30±10分钟，均可以实现微小型腔体的可靠连接，不仅焊接强度高，且变形量小，通过解剖并未发现金堆积现象。

为了验证本发明方案的有效性，利用本发明精密组装工装及方法焊接多个微小型腔体，焊接后的实物金相以及扫描电镜照片如图4-图9所示，从图4-9中可以看出，焊接面扩散良好，对焊接前后的尺寸进行了精确测量，从尺寸测量结果看，形变量≤3μm。

综上所述，通过精密工装实现微小型腔体的精密组装，对中精度优于5μm；在微小型半腔表面覆薄薄的一层金、通过工装材料的膨胀系数差异提供焊接时的压力，在氢炉中实现过渡层的原子扩散，最终实现微小型腔体的可靠连接，避免了焊料流散至凹槽中。本发明适用于各类微小型腔体以及太赫兹行波管慢波电路的精密装配。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种微小型腔体的精密组装工装，其特征在于，包括焊接下模（1）、焊接上模（2）、螺母（3）、螺杆（4）、销钉，其中焊接下模（1）和焊接上模（2）上设置通槽和螺钉孔，所述通槽用于放置第一微小型半腔（5）和第二微小型半腔（6），所述螺母（3）、螺杆（4）与焊接下模（1）、焊接上模（2）配合，用于向第一微小型半腔（5）和第二微小型半腔（6）提供压紧力；所述销钉与第一微小型半腔（5）、第二微小型半腔（6）的定位孔配合，实现第一微小型半腔（5）和第二微小型半腔（6）的初定位。

2.根据权利要求1所述的微小型腔体的精密组装工装，其特征在于，所述焊接下模（1）、焊接上模（2）的通槽构成圆柱型腔，并且型腔的高度小于微小型腔体的直径。

3.根据权利要求2所述的微小型腔体的精密组装工装，其特征在于，所述焊接下模（1）的通槽深度大于焊接上模（2）的通槽深度。

4.根据权利要求1或2或3所述的微小型腔体的精密组装工装，其特征在于，所述螺杆（4）的膨胀系数小于焊接下模（1）和焊接上模（2）的膨胀系数。

5.根据权利要求1或2或3所述的微小型腔体的精密组装工装，其特征在于，在焊接下模（1）、焊接上模（2）的对应位置上，分别设置6个螺钉孔，所述螺钉孔分两组，分布在模具的两侧，均匀排布。

6.基于权利要求1~5任一项所述的微小型腔体的精密组装工装的组装方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，对微小型半腔进行表面处理，形成一层薄薄的中间过渡层；

步骤2，首先将第二微小型半腔（6）放在焊接下模（1）的通槽中；其次将销钉插入第二微小型半腔（6）的定位孔中，再通过销钉将第一微小型半腔（5）与第二微小型半腔（6）组合在一起，实现两个半腔的初步对中；接着盖上焊接上模（2），拧入螺杆（4），再依次交叉拧紧螺母（3），完成整个装配；

步骤3，将装配好的模具放入氢炉中，设置焊接温度和时间，实现两个微小型半腔的焊接，形成微小型腔体。

7.根据权利要求6所述的组装方法，其特征在于，步骤1中，对微小型半腔进行表面处理，形成一层薄薄的中间过渡层，具体方法为：先采用精密抛光达到表面粗糙度优于Ra0.4μm，其次在表面覆一层薄薄的金膜，膜层厚度1.5±1μm。

8.根据权利要求6所述的组装方法，其特征在于，步骤2中，拧紧螺母（3）时，需在显微镜下通过模具两端观察微小型腔体的中心孔是否对中，若存在错位，则继续微调螺母（3），以来保证两个半腔的左右对中，实现两个半腔的精确对中。

9.根据权利要求8所述的组装方法，其特征在于，在拧紧螺母（3）的过程中，需要保证焊接下模（1）、焊接上模（2）的平行度在0.02mm以内，确保微小型腔体在整个长度受到的压力大小一致。

10.根据权利要求6所述的组装方法，其特征在于，步骤3中，设置焊接温度850℃±50℃，保温30±10分钟。

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