T/R組件連接器高頻感應(yīng)焊接工藝研究

趙 涌，曹向榮，周 義，沈 瑋

（上海航天電子通訊設(shè)備研究所，上海 201100）

1 引言

T/R組件是有源相控陣?yán)走_(dá)天線的核心部件。在雷達(dá)系統(tǒng)中，每一個(gè)天線單元都有一個(gè)T/R組件，一部雷達(dá)內(nèi)有數(shù)千甚至上萬(wàn)個(gè)T/R組件，因此小型化、輕量化和高度集成化是當(dāng)前T/R組件的發(fā)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(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作環(huán)境惡劣等特點(diǎn)，因此對(duì)很多T/R組件的焊接質(zhì)量都提出了非?？量痰囊螅绕涫呛缚p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(zhì)量直接影響了T/R組件的氣密性和導(dǎo)電性，因此提高T/R組件接插件的焊接質(zhì)量顯得尤為重要。

高頻感應(yīng)焊接是利用高頻電流特有的集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，通過工件外部感應(yīng)線圈的耦合作用，在工件內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，焊接表面溫度很快上升，使焊料融化達(dá)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(cè)邊，焊接時(shí)需要采用局部加熱的方法，因此采用非接觸式的高頻感應(yīng)焊來焊接。

2 T/R組件接插件焊接工藝難點(diǎn)

2.1 T/R組件殼體結(jié)構(gòu)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(zhǎng)，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(shí)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(gè)焊接過程需要在顯微鏡下進(jìn)行，焊接難度較大，對(duì)操作人員技術(shù)要求很高。

2.2 T/R組件接插件焊接難點(diǎn)

目前T/R組件接插件采用高頻感應(yīng)焊接工藝還存在以下技術(shù)難點(diǎn)：

（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(jìn)入焊縫時(shí)會(huì)在殼體和接插件表面鍍金層上爬行，一段時(shí)間后焊料就可能溢出，溢出的焊料會(huì)對(duì)插針和T/R殼體表面造成污染，當(dāng)焊料過多時(shí)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(shí)操作人員在供給焊料時(shí)難免會(huì)發(fā)生抖動(dòng)，對(duì)操作人員的焊接技術(shù)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(yīng)焊時(shí)焊縫外周有一個(gè)感應(yīng)線圈，因此在焊接的過程中保護(hù)氣體很難送達(dá)，焊接時(shí)芯線的溫度也較高，一段時(shí)間后接插件芯線表面鍍金層容易被氧化發(fā)黑，影響芯線導(dǎo)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。

3 T/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(shè)計(jì)焊料通道阻止焊料在鍍金層表面自由爬行，使焊料按照預(yù)定的軌跡流動(dòng)，從而控制焊縫寬度，提高焊縫質(zhì)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(cè)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(shè)計(jì)了臺(tái)階，安裝時(shí)利用臺(tái)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(yù)定的形狀很好的涂覆在了T/R殼體上。芯線保護(hù)工裝和阻焊膜之間形成了一個(gè)焊料通道，焊料通道底端的寬度約為0.3mm，加熱時(shí)，焊料順著焊料通道熔化而進(jìn)入T/R殼體和接插件的縫隙中，焊料通道相當(dāng)于一個(gè)固定寬度的模具，從而將焊縫的寬度控制在設(shè)計(jì)的范圍。

圖1 T/R連接器高頻感應(yīng)焊接工裝

3.2 芯線防氧化

通過設(shè)計(jì)芯線保護(hù)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(shí)用芯線保護(hù)工裝阻止焊料往芯線側(cè)爬行。芯線保護(hù)工裝插在接插件上面的芯線上，芯線保護(hù)工裝將芯線包在工裝的內(nèi)部，芯線保護(hù)工裝的材料選擇隔熱性能較好的非金屬材料，加熱時(shí)工裝會(huì)阻擋大部分焊縫處產(chǎn)生的熱量，防止芯線被氧化；同時(shí)可以避免焊料爬行到芯線上，防止芯線與殼體之間發(fā)生短路，對(duì)芯線起到保護(hù)作用。

3.3 焊縫防氧化技術(shù)

通氮?dú)獗Ｗo(hù)可以使防止氧化，改善潤(rùn)濕性，使焊點(diǎn)變得光亮。設(shè)計(jì)了一個(gè)凹槽狀的氣體保護(hù)工裝，通氣后保護(hù)氣體充滿凹槽，焊縫和芯線至于凹槽中的保護(hù)氣體中就不會(huì)被氧化。氣體保護(hù)工裝的保護(hù)氣體出口設(shè)計(jì)的是雙排氣孔，防止高頻感應(yīng)線圈阻完全阻擋排氣孔，工裝設(shè)計(jì)成插拔式的，方便安裝和拆卸。打開保護(hù)氣體閥門，使保護(hù)氣體通過基座內(nèi)部的管路進(jìn)入氣體保護(hù)工裝，然后通過保護(hù)氣體出口進(jìn)入焊接區(qū)域附近，使焊縫周圍充滿保護(hù)氣體。然后將高頻感應(yīng)線圈移動(dòng)到接插件上面，將高頻釬焊機(jī)調(diào)到合適的功率，然后對(duì)接插件附近加熱使焊料沿著焊料通道熔化進(jìn)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(yīng)焊接的工藝流程，首先完成T/R殼體的清洗和高頻焊機(jī)的準(zhǔn)備，然后通過T/R連接器高頻感應(yīng)焊接工裝涂覆阻焊膜，并將芯線保護(hù)工裝插入連接器的芯線上，打開氣體保護(hù)閥門，開始在焊料通道內(nèi)添加焊絲進(jìn)行高頻感應(yīng)焊接，焊接完成后進(jìn)行氣密、短路檢測(cè)，然后入庫(kù)。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

通過圖可以看出，工藝改進(jìn)后的焊縫質(zhì)量明顯優(yōu)于技術(shù)改進(jìn)前的焊縫，改進(jìn)前的焊料會(huì)在T/R殼體和接插件表面爬行，有些焊料已經(jīng)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(shù)改進(jìn)后的焊縫寬度比較均勻，焊縫表面比較致密，未發(fā)現(xiàn)虛焊氣孔等缺陷，焊縫平均寬度在1mm以內(nèi)，檢測(cè)了焊縫的氣密性，工藝改進(jìn)后的焊縫氣密性超過1.0×10-9Pa·m3/s，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求5×10-9Pa·m3/s，芯線表面也沒有出現(xiàn)氧化發(fā)黑現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，阻焊膜和芯線保護(hù)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(zhì)量和焊接效率。

圖2 改進(jìn)前后焊縫對(duì)比

5 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種新的控制T/R組件接插件焊縫質(zhì)量的工藝，通過阻焊膜和工裝構(gòu)建焊料通道來控制焊料流動(dòng)，設(shè)計(jì)高頻感應(yīng)焊專用工裝和改進(jìn)焊接工藝解決接插件焊接的技術(shù)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(zhì)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。

[1] 張光義，趙玉潔.相控陣?yán)走_(dá)技術(shù).北京：電子工業(yè)出版社，2007，10-11.