高頻感應焊接工藝研究

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摘要：T/R組件是有源相控陣雷達天線的核心部件，T/R組件接插件的焊接質量直接影響T/R組件的性能。本文分析了目前T/R組件接插件焊接的工藝難點，通過設計高頻感應焊專用工裝和改進焊接工藝解決了接插件焊接的技術難題，改進后的焊接工藝有效的提高了焊縫質量，焊縫寬度控制在1mm范圍內，氣密性能滿足GJB548B要求，而且大大地降低了焊接難度，提高了焊接效率。

關鍵詞：T/R組件；連接器；焊接工藝；氣密性

1引言

T/R組件是有源相控陣雷達天線的核心部件。在雷達系統中，每一個天線單元都有一個T/R組件，一部雷達內有數千甚至上萬個T/R組件，因此小型化、輕量化和高度集成化是當前T/R組件的發展方向。目前很多T/R組件都有體積小，焊縫尺寸微小，電路結構復雜，工作環境惡劣等特點，因此對很多T/R組件的焊接質量都提出了非常苛刻的要求，尤其是焊縫的氣密性。T/R組件接插件尺寸很小，焊接難度很大，而接插件的焊接質量直接影響了T/R組件的氣密性和導電性，因此提高T/R組件接插件的焊接質量顯得尤為重要。高頻感應焊接是利用高頻電流特有的集膚效應和鄰近效應，通過工件外部感應線圈的耦合作用，在工件內產生感應電流，焊接表面溫度很快上升，使焊料融化達到焊接目的的一種焊接方法。T/R組件的接插件一般位于T/R殼體的側邊，焊接時需要采用局部加熱的方法，因此采用非接觸式的高頻感應焊來焊接。

2T/R組件接插件焊接工藝難點

2.1T/R組件殼體結構分析。T/R組件接插件尺寸較小，與T/R殼體間距小，焊縫較長，氣密性要求高，漏率小于5×10-9Pa•m3/s，接插件上的芯線直徑為0.3mm，兩端的芯線與焊縫中心距離僅為1.2mm，焊接時焊料很容易爬行到芯線處造成芯線與殼體之間的短路，整個焊接過程需要在顯微鏡下進行，焊接難度較大，對操作人員技術要求很高。2.2T/R組件接插件焊接難點。目前T/R組件接插件采用高頻感應焊接工藝還存在以下技術難點：（1）焊料容易溢出。接插件和T/R殼體表面有鍍金層，焊料在進入焊縫時會在殼體和接插件表面鍍金層上爬行，一段時間后焊料就可能溢出，溢出的焊料會對插針和T/R殼體表面造成污染，當焊料過多時還可能造成芯線與殼體之間短路，焊縫的氣密一致性也很難保證。（2）焊縫寬度無法量化控制。由于焊縫尺寸很小，在顯微鏡下焊接時操作人員在供給焊料時難免會發生抖動，對操作人員的焊接技術要求很高，焊縫寬度的一致性很難保證。（3）接插件芯線表面鍍金層容易被氧化。高頻感應焊時焊縫外周有一個感應線圈，因此在焊接的過程中保護氣體很難送達，焊接時芯線的溫度也較高，一段時間后接插件芯線表面鍍金層容易被氧化發黑，影響芯線導電性。（4）焊縫的氣密性很難保證。由于焊料流入間隙的過程很難控制，接插件和T/R組件的間隙之間焊料分布一致性很難保證，就可能造成焊縫的氣密一致性不好。

3T/R組件接插件焊接工藝研究

3.1焊縫寬度控制。本文通過設計焊料通道阻止焊料在鍍金層表面自由爬行，使焊料按照預定的軌跡流動，從而控制焊縫寬度，提高焊縫質量，確保氣密性。T/R殼體安裝在基座上然后把阻焊膜工裝插入T/R殼體側邊的槽中。如圖1所示，沿著T/R殼體和阻焊膜工裝的邊緣涂覆阻焊膜，使阻焊膜沿著阻焊膜工裝的邊界粘接在T/R殼體上，然后拔出阻焊膜工裝。阻焊膜工裝上設計了臺階，安裝時利用臺階和T/R殼體的凹槽來定位，然后在阻焊膜工裝的外邊緣涂覆阻焊膜，阻焊膜涂覆效果均勻，通過阻焊膜工裝使阻焊膜按照預定的形狀很好的涂覆在了T/R殼體上。芯線保護工裝和阻焊膜之間形成了一個焊料通道，焊料通道底端的寬度約為0.3mm，加熱時，焊料順著焊料通道熔化而進入T/R殼體和接插件的縫隙中，焊料通道相當于一個固定寬度的模具，從而將焊縫的寬度控制在設計的范圍。3.2芯線防氧化。通過設計芯線保護工裝隔絕焊縫位置傳遞過來的熱量，防止芯線溫度過高被氧化，同時用芯線保護工裝阻止焊料往芯線側爬行。芯線保護工裝插在接插件上面的芯線上，芯線保護工裝將芯線包在工裝的內部，芯線保護工裝的材料選擇隔熱性能較好的非金屬材料，加熱時工裝會阻擋大部分焊縫處產生的熱量，防止芯線被氧化；同時可以避免焊料爬行到芯線上，防止芯線與殼體之間發生短路，對芯線起到保護作用。3.3焊縫防氧化技術。通氮氣保護可以使防止氧化，改善潤濕性，使焊點變得光亮。設計了一個凹槽狀的氣體保護工裝，通氣后保護氣體充滿凹槽，焊縫和芯線至于凹槽中的保護氣體中就不會被氧化。氣體保護工裝的保護氣體出口設計的是雙排氣孔，防止高頻感應線圈阻完全阻擋排氣孔，工裝設計成插拔式的，方便安裝和拆卸。打開保護氣體閥門，使保護氣體通過基座內部的管路進入氣體保護工裝，然后通過保護氣體出口進入焊接區域附近，使焊縫周圍充滿保護氣體。然后將高頻感應線圈移動到接插件上面，將高頻釬焊機調到合適的功率，然后對接插件附近加熱使焊料沿著焊料通道熔化進入T/R殼體和接插件的縫隙中。3.4焊接工藝流程。本文提出的T/R組件連接器高頻感應焊接的工藝流程，首先完成T/R殼體的清洗和高頻焊機的準備，然后通過T/R連接器高頻感應焊接工裝涂覆阻焊膜，并將芯線保護工裝插入連接器的芯線上，打開氣體保護閥門，開始在焊料通道內添加焊絲進行高頻感應焊接，焊接完成后進行氣密、短路檢測，然后入庫。

4實驗結果分析

通過圖可以看出，工藝改進后的焊縫質量明顯優于技術改進前的焊縫，改進前的焊料會在T/R殼體和接插件表面爬行，有些焊料已經爬到芯線上造成了芯線和殼體之間的短路，焊縫的寬度也不均勻，焊縫平均寬度在2mm以上；工藝技術改進后的焊縫寬度比較均勻，焊縫表面比較致密，未發現虛焊氣孔等缺陷，焊縫平均寬度在1mm以內，檢測了焊縫的氣密性，工藝改進后的焊縫氣密性超過1.0×10-9Pa•m3/s，達到了設計要求5×10-9Pa•m3/s，芯線表面也沒有出現氧化發黑現象。實驗結果表明，阻焊膜和芯線保護工裝有效的阻止了焊料在T/R殼體和接插件表面的自由爬行，確保了焊料很好的滲入接插件和T/R殼體之間的間隙，保證了焊縫的寬度和焊料滲入的均勻性，焊縫寬度得到了量化控制，焊縫氣密性也得到了有效保證，提高了焊縫的質量和焊接效率。圖2改進前后焊縫對比

5結束語

本文提出了一種新的控制T/R組件接插件焊縫質量的工藝，通過阻焊膜和工裝構建焊料通道來控制焊料流動，設計高頻感應焊專用工裝和改進焊接工藝解決接插件焊接的技術難題，量化控制了焊縫寬度，焊縫氣密性滿足GJB548B中方法1014.2的要求，提高了焊接質量和焊接效率。T/R組件接插件焊接工裝和工藝也可推廣到類似組件接插件的焊接。

參考文獻

[1]張光義，趙玉潔.相控陣雷達技術.北京：電子工業出版社，2007，10-11.

作者:趙涌 曹向榮 周義 沈瑋 單位:上海航天電子通訊設備研究所