CN113732583B - 一种温度传感器敏感元件焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及温度传感器敏感元件的焊接工艺，具体涉及一种温度传感器敏感元件焊接方法，用于现有液体火箭发动机温度传感器焊接过程存在的热偶丝与壳体焊接难度大、焊接质量不佳的不足之处。该温度传感器敏感元件焊接辅助组件，包括一个用于对壳体待焊端进行旋压塑形的旋压装置，以及一个与所述旋压装置配套使用的散热装置，用于避免两根热偶丝过度熔化，并辅助两根热偶丝与壳体散热。

Description

一种温度传感器敏感元件焊接方法

技术领域

本发明涉及温度传感器敏感元件的焊接工艺，具体涉及一种温度传感器敏感元件焊接方法。

背景技术

液体火箭发动机在飞行及试车考核过程中，需要用到大量不同类型的温度传感器，根据需要安装于发动机不同部位，用于监测液体火箭发动机工作过程中各处温度数据，从而判断发动机性能是否正常。

敏感元件的焊接是温度传感器生产过程中的一道关键工序，需要将两根不同材料直径0.5mm的热偶丝（01）待焊端部从壳体（02）内部穿过，并从壳体（02）待焊端孔径1.1mm的通孔伸出，两根热偶丝（01）待焊端部和壳体（02）待焊端采用钨极氩弧焊（TIG焊）的方式形成焊接球头，如图1所示，以保证热偶丝的热敏感性及其测量准确性。由于液体火箭发动机工况恶劣，温度传感器需可耐受每分钟几万转的高工况要求，故敏感元件焊缝除需满足设计要求的热偶丝焊接强度拉伸试验、焊缝液压强度、气密性检查外，还应具有良好的抗震动、抗疲劳性能。

根据具体温度测试要求（高温、常温、低温环境），不同类型的温度传感器可以选取镍铬—镍硅、镍铬—康铜、铜—康铜等不同热偶丝组材料组合，上述材料组合均属于异种材料的焊接，并且装配间隙大，使得焊接难度较大，采用常规TIG焊接方法进行焊接后，经常出现如下问题：

（1）两根热偶丝分别自熔，而无法与壳体熔为一体形成焊接球头；

（2）热偶丝侧壁与壳体之间装配间隙较大，加之壳体很薄，待焊部位极易出现烧穿、烧塌现象，导致产品报废；

（3）焊后产品抗拉强度及抗疲劳性均较差，在进行焊后强度拉伸试验及工作过程中经常在焊点熔合线处发生热偶丝断裂现象。

发明内容

本发明的目的是解决现有液体火箭发动机温度传感器焊接过程存在的热偶丝与壳体焊接难度大、焊接质量不佳的不足之处，而提供一种温度传感器敏感元件焊接方法。

为了解决上述现有技术所存在的不足之处，本发明提供了如下技术解决方案：

一种温度传感器敏感元件焊接辅助组件，其特殊之处在于：包括一个用于对壳体待焊端进行旋压塑形的旋压装置，以及一个与所述旋压装置配套使用的散热装置，用于避免两根热偶丝过度熔化，并辅助两根热偶丝与壳体散热；

所述旋压装置包括圆柱形的旋压部，旋压部顶部设置有与钻床连接的连接部，旋压部底部中心设置有旋压孔，旋压孔包括用于容纳两根热偶丝的待焊端部的圆柱孔和用于旋压壳体待焊端的锥孔，锥孔的最大直径大于壳体待焊端的直径；

所述散热装置由两个沿轴线对称的对称件构成，散热装置内部设置有位于轴线上且与旋压后的壳体适配的散热通孔，散热通孔内壁与壳体外壁紧密接触，且两根热偶丝待焊端部从散热通孔上端伸出，壳体从散热通孔下端伸出，散热装置尾部设置有与工作台固定的夹持部。

进一步地，所述旋压装置为不锈钢材质，所述散热装置为铜质材料。

同时，本发明还提供一种温度传感器敏感元件焊接方法，其特殊之处在于，采用上述液体火箭发动机温度传感器焊接辅助组件，包括如下步骤：

步骤（1）：打磨两根热偶丝的待焊端部，去除表面氧化膜后擦拭干净；

步骤（2）：将两根热偶丝的待焊端部从壳体内部穿过，并从壳体待焊端的通孔伸出，将两根热偶丝与壳体进行固定；

步骤（3）：将旋压装置通过连接部与钻床连接，利用旋压装置对壳体待焊端进行旋压，使壳体待焊端收缩呈锥形，壳体待焊端内壁与两根热偶丝侧壁之间紧密接触；

步骤（4）：将壳体固定在散热装置内部，使两根热偶丝的待焊端部从散热装置上端伸出，壳体从散热装置下端伸出；再将散热装置下端夹紧，使散热装置下端内壁与壳体外壁紧密接触；

步骤（5）：将散热装置通过夹持部固定在工作台上，对两根热偶丝的待焊端部和壳体待焊端采用TIG焊方式进行焊接，形成焊接球头。

进一步地，步骤（4）中，所述将壳体固定在散热装置内部，使两根热偶丝的待焊端部从散热装置上端伸出，壳体从散热装置下端伸出的具体实施方式为：壳体与散热装置同轴位于散热通孔，壳体外壁与散热通孔内壁紧密接触，两根热偶丝伸出散热装置的部分和壳体伸出散热装置的部分长度均大于1mm。

进一步地，所述步骤（4）还包括截短两根热偶丝伸出散热装置的部分，使其长度为1mm。

进一步地，步骤（5）中，所述对两根热偶丝的待焊端部和壳体待焊端采用TIG焊方式进行焊接的具体实施方式为：设置焊接电流及焊接时间，调整焊枪位置，使钨极对准两根热偶丝的待焊端部中间部位，起弧，进行氩弧点弧。

进一步地，还包括步骤（6）：对步骤（5）得到的焊接球头进行质量检测：

（6.1）采用10倍放大镜检查焊点表面质量，观察是否有裂纹、气孔等缺陷存在；

（6.2）分别检测两根热偶丝的抗拉强度；

（6.3）检测液压强度及气密性是否达到预设要求。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本发明采用旋压装置通过精确控制壳体待焊端的旋压高度，有效减小、控制壳体与热偶丝之间的装配间隙，保证焊接过程中热偶丝不会回缩，并与壳体同时熔化，避免焊件之间熔合不好的现象发生，从而达到降低热偶丝与壳体焊接难度、提高焊接质量的目的。

（2）本发明采用散热装置包裹于壳体外部，使两根热偶丝的待焊端部在散热装置上方保持适宜的伸出长度，避免热偶丝过度熔化，同时使壳体外壁与散热通孔内壁紧密贴合，以获得良好的散热效果，防止烧塌，从而达到提高焊接质量的目的。

附图说明

图1为一种适用于液体火箭发动机温度传感器敏感元件未经过旋压的结构示意图；

图2为本发明旋压装置的结构示意图；

图3为本发明散热装置的结构示意图。

附图标记说明如下：01-热偶丝，02-壳体；1-旋压装置，11-旋压部，111-旋压孔，1111-圆柱孔，1112-锥孔，12-连接部；2-散热装置，21-散热通孔，22-夹持部。

具体实施方式

下面结合附图和示例性实施例对本发明作进一步地说明。

温度传感器敏感元件未旋压前的结构如图1所示，壳体02包括依次连接的头部圆柱、中部圆台和尾部圆柱，壳体02头部圆柱顶端即为壳体02待焊端，两根热偶丝01待焊端部从壳体02尾部圆柱、中部圆台依次穿过，从头部圆柱伸出。

参照图2和图3，一种温度传感器敏感元件焊接辅助组件，包括一个用于对壳体02待焊端进行旋压塑形的旋压装置1，以及一个与所述旋压装置1配套使用的散热装置2，用于避免两根热偶丝01过度熔化，并辅助两根热偶丝01与壳体02散热。

旋压装置1用于通过旋压减小热偶丝01侧壁与壳体02待焊端之间的装配间隙，其采用不锈钢材质，包括圆柱形的旋压部11，旋压部11顶部设置有与钻床连接的连接部12，连接部12与旋压部11之间形成限位台阶，旋压部11底部设置有旋压孔111，旋压孔111包括用于容纳两根热偶丝01的待焊端部的圆柱孔1111和用于旋压壳体02待焊端的锥孔1112；壳体02头部圆柱经旋压装置1旋压后，壳体02头部圆柱顶端收缩呈锥形。

散热装置2用于防止烧塌、烧穿，其采用易于散热的铜质材质加工为整体结构，如图3所示，再过中心沿轴线方向切割成两个对称件；散热装置2内部设置有位于轴线上且与旋压后的壳体02适配的散热通孔21，散热通孔21内壁与壳体02外壁紧密接触，且两根热偶丝01待焊端部从散热通孔21上端伸出，壳体02从散热通孔21下端伸出，散热装置2尾部设置有与工作台固定的夹持部22，夹持部22上端设置限位台阶。

本发明还提供一种温度传感器敏感元件焊接方法，采用上述液体火箭发动机温度传感器焊接辅助组件，包括如下步骤：

步骤（1）：选取两根热偶丝01一端长度为20～30mm的部分作为待焊端部，用金相砂纸打磨待焊端部，去除表面氧化部分后，用无水乙醇擦拭干净；

步骤（2）：将两根热偶丝01的待焊端部从壳体02内部穿过，并从壳体02待焊端的通孔伸出，将两根热偶丝01与壳体02进行固定；

步骤（3）：依据不同规格壳体02待焊端的外径尺寸及结构形式选择适配的旋压装置1；将旋压装置1通过连接部12与钻床连接，利用旋压装置1对壳体02待焊端进行旋压，使壳体02待焊端收缩呈锥形，壳体02待焊端内壁与两根热偶丝01侧壁之间紧密接触；

步骤（4）：根据不同结构尺寸的壳体02选择适配的散热装置2；通过两个对称件将壳体02固定在散热装置2内部，使壳体02与散热装置2同轴位于散热通孔21，壳体02外壁与散热通孔21内壁紧密接触，两根热偶丝01的待焊端部从散热装置2上端伸出，壳体02从散热装置2下端伸出，并且两根热偶丝01伸出散热装置2的部分和壳体02伸出散热装置2的部分长度均为2mm；再通过平口钳将散热装置2下端夹紧，使散热装置2下端内壁与壳体02外壁紧密接触；截短两根热偶丝01伸出散热装置2的部分，使其长度为1mm；

步骤（5）：将散热装置2通过夹持部22固定在工作台上，根据不同结构尺寸壳体02及不同材料的热偶丝01，设置焊接电流及焊接时间，调整焊枪位置，使钨极对准两根热偶丝01的待焊端部中间部位，起弧，进行氩弧点弧，形成焊接球头；

步骤（6）：对步骤（5）得到的焊接球头进行质量检测；

（6.1）采用10倍放大镜检查焊点表面质量，观察是否有裂纹、气孔等缺陷存在；

（6.2）分别检测两根热偶丝01的抗拉强度；

（6.3）检测液压强度及气密性是否达到预设要求。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对于本领域的普通专业技术人员来说，可以对前述各实施例所记载的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所保护技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种温度传感器敏感元件焊接方法，采用一种温度传感器敏感元件焊接辅助组件，所述温度传感器敏感元件焊接辅助组件包括一个用于对壳体（02）待焊端进行旋压塑形的旋压装置（1），以及一个与所述旋压装置（1）配套使用的散热装置（2），用于避免两根热偶丝（01）过度熔化，并辅助两根热偶丝（01）与壳体（02）散热；所述旋压装置（1）包括圆柱形的旋压部（11），旋压部（11）顶部设置有与钻床连接的连接部（12），旋压部（11）底部中心设置有旋压孔（111），旋压孔（111）包括用于容纳两根热偶丝（01）的待焊端部的圆柱孔（1111）和用于旋压壳体（02）待焊端的锥孔（1112），锥孔（1112）的最大直径大于壳体（02）待焊端的直径；所述散热装置（2）由两个沿轴线对称的对称件构成，散热装置（2）内部设置有位于轴线上且与旋压后的壳体（02）适配的散热通孔（21），散热通孔（21）内壁与壳体（02）外壁紧密接触，且两根热偶丝（01）待焊端部从散热通孔（21）上端伸出，壳体（02）从散热通孔（21）下端伸出，散热装置（2）尾部设置有与工作台固定的夹持部（22）

其特征在于，包括如下步骤：

步骤（1）：打磨两根热偶丝（01）的待焊端部，去除表面氧化膜后擦拭干净；

步骤（2）：将两根热偶丝（01）的待焊端部从壳体（02）内部穿过，并从壳体（02）待焊端的通孔伸出，将两根热偶丝（01）与壳体（02）进行固定；

步骤（3）：将旋压装置（1）通过连接部（12）与钻床连接，利用旋压装置（1）对壳体（02）待焊端进行旋压，使壳体（02）待焊端收缩呈锥形，壳体（02）待焊端内壁与两根热偶丝（01）侧壁之间紧密接触；

步骤（4）：将壳体（02）固定在散热装置（2）内部，使两根热偶丝（01）的待焊端部从散热装置（2）上端伸出，壳体（02）从散热装置（2）下端伸出；再将散热装置（2）下端夹紧，使散热装置（2）下端内壁与壳体（02）外壁紧密接触；

步骤（5）：将散热装置（2）通过夹持部（22）固定在工作台上，对两根热偶丝（01）的待焊端部和壳体（02）待焊端采用TIG焊方式进行焊接，形成焊接球头。

2.根据权利要求1所述的一种温度传感器敏感元件焊接方法，其特征在于：步骤（4）中，所述将壳体（02）固定在散热装置（2）内部，使两根热偶丝（01）的待焊端部从散热装置（2）上端伸出，壳体（02）从散热装置（2）下端伸出的具体实施方式为：壳体（02）与散热装置（2）同轴位于散热通孔（21），壳体（02）外壁与散热通孔（21）内壁紧密接触，两根热偶丝（01）伸出散热装置（2）的部分和壳体（02）伸出散热装置（2）的部分长度均大于1mm。

3.根据权利要求2所述的一种温度传感器敏感元件焊接方法，其特征在于：所述步骤（4）还包括截短两根热偶丝（01）伸出散热装置（2）的部分，使其长度为1mm。

4.根据权利要求3所述的一种温度传感器敏感元件焊接方法，其特征在于：步骤（5）中，所述对两根热偶丝（01）的待焊端部和壳体（02）待焊端采用TIG焊方式进行焊接的具体实施方式为：设置焊接电流及焊接时间，调整焊枪位置，使钨极对准两根热偶丝（01）的待焊端部中间部位，起弧，进行氩弧点弧。

5.根据权利要求1至4任一所述的一种温度传感器敏感元件焊接方法，其特征在于：还包括步骤（6）：对步骤（5）得到的焊接球头进行质量检测：

（6.1）采用10倍放大镜检查焊点表面质量，观察是否有裂纹、气孔缺陷存在；

（6.2）分别检测两根热偶丝（01）的抗拉强度；

（6.3）检测液压强度及气密性是否达到预设要求。

6.根据权利要求1所述的一种温度传感器敏感元件焊接方法，其特征在于：所述旋压装置（1）为不锈钢材质，所述散热装置（2）为铜质材料。

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