測控天線裝配工藝改進技術(shù)研究及應(yīng)用

胡 佳 張海峰 周 潔 朱薈杰 施家金

測控天線裝配工藝改進技術(shù)研究及應(yīng)用

胡 佳 張海峰 周 潔 朱薈杰 施家金

（上海航天電子技術(shù)研究所，上海 201109）

通過分析測控天線輻射臂的裝配流程，梳理出在裝配中出現(xiàn)的工藝難點，針對輻射臂裝配過程中焊點承受應(yīng)力大、小孔內(nèi)無法搪錫及裝配后產(chǎn)品外觀質(zhì)量差等問題，提出了測控天線的裝配工藝技術(shù)改進措施，旨在實現(xiàn)將設(shè)計改動降至最低，用工藝技術(shù)改進提升測控天線裝配質(zhì)量，實現(xiàn)后續(xù)類似產(chǎn)品在裝配中的質(zhì)量穩(wěn)定性。

測控天線；搪錫；裝配

1 引言

某測控天線是一種雙臂錐柱螺旋天線，應(yīng)用于測控分系統(tǒng)，具有對地測控和對中繼測控的功能，在航天領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，單顆衛(wèi)星一般配套4套測控天線，其結(jié)構(gòu)由尼龍骨架、純銅絲繞制的輻射臂（2根）、介質(zhì)帽、短路螺釘、外導體、內(nèi)導體、插座等組成，見圖1。

增益、方向圖、駐波比等是測控天線的重要電性能指標，決定測控天線在軌狀態(tài)的指向精度。天線的電性能指標依靠設(shè)計、仿真、加工、裝配、調(diào)試、測試、試驗等各環(huán)節(jié)控制保證，而裝配是測控天線生產(chǎn)過程的重要環(huán)節(jié)之一，其中，輻射臂是測控天線裝配的重要步驟，其裝配質(zhì)量不僅影響天線的結(jié)構(gòu)可靠性，還對天線的電性能指標產(chǎn)生直接影響。

圖1 測控天線結(jié)構(gòu)示意圖

如何通過工藝技術(shù)改進，實現(xiàn)測控天線輻射臂裝配后結(jié)構(gòu)的可靠性及電性能的穩(wěn)定性，最大程度提升測控天線的裝配質(zhì)量，減少由于裝配不到位導致的質(zhì)量問題，需開展進一步的工藝研究。

2 測控天線輻射臂裝配流程分析

圖2 輻射臂A端固定方式示意圖

測控天線有兩根輻射臂，按照設(shè)計要求，輻射臂須沿骨架上的刻槽方向螺旋纏繞并與骨架服帖無間隙，輻射臂兩端要完全固定。

輻射臂A端固定在骨架內(nèi)側(cè)，具體操作方式如下：輻射臂穿過T形銷釘內(nèi)孔；通過手工錫釬焊將輻射臂與銷釘固定，再將銷釘法蘭卡在骨架上收緊，實現(xiàn)輻射臂A端的固定，見圖2。即輻射臂A端的固定采用焊接的方式實現(xiàn)。

輻射臂A段固定后，在骨架上纏繞輻射臂，再將輻射臂B端固定在外導體上部，具體操作方式如下：在外導體上部螺紋孔內(nèi)安裝轉(zhuǎn)接套，再從外導體上部的工藝孔從上向下配打螺紋孔，直至轉(zhuǎn)接套單側(cè)打穿，然后將輻射臂端部插入轉(zhuǎn)接套，用緊定螺釘沿配打的螺紋孔裝入后壓緊輻射臂，將其固定，再通過手工錫釬焊將輻射臂焊接至外導體上。輻射臂B端固定采用的是“螺釘緊固+焊接”的方式，具體流程見圖3。

圖3 輻射臂B端固定方式示意圖

3 測控天線輻射臂裝配問題分析及工藝改進措施

3.1 輻射臂A端裝配問題分析

測控天線為艙外天線，工作溫度變化范圍大，高低溫引起的熱脹冷縮會導致輻射臂形變，進而對焊點產(chǎn)生拉扯力，由于錫釬焊點抗拉強度不足，若僅采用焊點作為輻射臂固定的方式，高低溫下輻射臂的拉扯應(yīng)力可能會導致焊點開裂進而影響輻射臂的固定，造成天線質(zhì)量隱患，因此，如何在不改變產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的前提下，提高焊點的可靠性，降低高低溫對焊點的影響是此處裝配工藝的關(guān)鍵點。

3.2 輻射臂A端裝配工藝改進措施

為避免高低溫導致的輻射臂形變對A端焊點的影響，需改進其固定模式，將輻射臂A端的固定方式由“焊接”改為“焊接+結(jié)構(gòu)限位”，即輻射臂A端在用手工錫釬焊固定至銷釘上之前，先用銅錘將穿過部分敲扁，使其不能穿出銷釘內(nèi)孔，用剪刀修剪輻射臂，保持其敲扁處的長度約1.5～2.5mm，見圖4。依靠銷釘實現(xiàn)輻射臂的初步卡緊后再焊接，使用機械結(jié)構(gòu)分擔焊點承受的應(yīng)力，提高輻射臂A端的裝配可靠性。

圖4 輻射臂A端固定方式修改前后對比

3.3 輻射臂B端裝配問題分析

3.3.1 轉(zhuǎn)接套內(nèi)無法搪錫，導致焊接效率低、質(zhì)量差

輻射臂B端是插入外導體的轉(zhuǎn)接套后用緊定螺釘固定再焊接，轉(zhuǎn)接套尺寸較小，見圖5，外部為M2.5粗牙螺紋，內(nèi)孔尺寸為1.6mm，長3.4mm，由于其結(jié)構(gòu)和尺寸特點，在搪錫時會出現(xiàn)以下難點：

a．由于轉(zhuǎn)接套內(nèi)孔尺寸小，電烙鐵無法伸入孔中，且僅對內(nèi)孔搪錫，也無法使用錫鍋，應(yīng)使融化的焊錫流入1.6 mm的小孔；

b．在搪錫時控制焊錫的量，避免焊錫堆積，讓融化的焊錫均勻地附著在內(nèi)孔壁上，不影響輻射臂插入；

c．轉(zhuǎn)接套外部有M2.5外螺紋，若焊錫爬到螺紋上，不易清理，影響轉(zhuǎn)接套后續(xù)裝配，搪錫后應(yīng)清理轉(zhuǎn)接套外螺紋上的多余焊錫。

圖5 轉(zhuǎn)接套結(jié)構(gòu)示意圖

轉(zhuǎn)接套表面無鍍覆，若在大氣中放置過久會氧化，因此在焊接前需先用細齒圓銼刀對其內(nèi)孔打磨去氧化物。在焊接時由于轉(zhuǎn)接套與輻射臂間隙小、爬錫慢，融化的焊料無法快速進入轉(zhuǎn)接套內(nèi)部，容易導致焊料在外導體上大量堆積。若焊接30s后焊點仍不合要求，需停止焊接，將產(chǎn)品冷卻至常溫后用吸錫繩去掉多余焊錫，再次焊接直至焊點符合要求。為了保證焊接處質(zhì)量，要求焊接次數(shù)不能超過三次，但由于爬錫慢、焊接時間久，極易導致輻射臂與轉(zhuǎn)接套焊接時出現(xiàn)焊點不潤濕、虛焊等情況。

3.3.2 焊接時間長、溫度高，造成骨架燒熔變色

由于金屬材料散熱嚴重，需較高焊接溫度才能保證焊錫處于液態(tài)，輻射臂B端焊點位置距離尼龍骨架距離較小，由于焊接時間長，焊接的高溫會對骨架外觀造成影響，出現(xiàn)局部燒熔變色的現(xiàn)象，影響產(chǎn)品外觀質(zhì)量。

3.4 輻射臂B端裝配工藝改進措施

3.4.1 轉(zhuǎn)接套內(nèi)孔搪錫工藝

通過對轉(zhuǎn)接套內(nèi)孔搪錫提高焊接速度及質(zhì)量是提升測控天線輻射臂裝配質(zhì)量的重要手段，針對轉(zhuǎn)接套內(nèi)孔尺寸小、不易搪錫的難題，由于無法直接利用電烙鐵或錫鍋對小孔內(nèi)部搪錫，可考慮借用輔助結(jié)構(gòu)伸入小孔內(nèi)部輔助搪錫。在實際產(chǎn)品裝配中，輻射臂折彎后插入轉(zhuǎn)接套，為提高搪錫后轉(zhuǎn)接套的可使用性，可直接使用輻射臂輔助轉(zhuǎn)接套內(nèi)孔開展搪錫，通過研究小孔內(nèi)搪錫技術(shù)，解決了轉(zhuǎn)接套內(nèi)孔搪錫難點，梳理出的搪錫工藝流程如下：

a. 取輻射臂直線段80mm，清洗完畢后將其夾持于焊接夾具，輻射臂在焊接夾具上露出40mm左右的長度，將轉(zhuǎn)接套穿至輻射臂上，見圖6a；

b. 在輻射臂表面涂抹助焊劑，再用電烙鐵在輻射臂表面搪錫，使焊錫均勻附著在輻射臂端部表面10～15mm處，見圖6b；

c. 用鑷子夾住轉(zhuǎn)接套，使其沿輻射臂搪錫位置前后輕輕移動，同時電烙鐵放置在輻射臂末端，保證在高溫下焊錫處于融化狀態(tài)，在移動轉(zhuǎn)接套時使焊錫附著在轉(zhuǎn)接套內(nèi)部，見圖6c；

d. 用電烙鐵將吸錫繩頂緊在輻射臂末端，轉(zhuǎn)接套貼住吸錫繩，去除轉(zhuǎn)接套上多余焊錫后，取下轉(zhuǎn)接套，自然冷卻，見圖6d；

e. 將搪錫后的轉(zhuǎn)接套放入防靜電盒中，用無水乙醇浸泡5min后，再用鑷子夾起轉(zhuǎn)接套，用軟毛刷刷洗去除轉(zhuǎn)接套上的助焊劑，自然晾干。

圖6 轉(zhuǎn)接套搪錫工藝流程

通過對轉(zhuǎn)接套內(nèi)孔搪錫，使轉(zhuǎn)接套內(nèi)先搪上一層薄而均勻的焊錫，增強焊接潤濕性，降低了焊接難度。解決了轉(zhuǎn)接套內(nèi)孔搪錫的問題，則可在轉(zhuǎn)接套表面增加鍍金處理，不僅可以起到防護作用，省去焊前去氧化物的操作，節(jié)約工時，后續(xù)則通過對其內(nèi)孔搪錫去金，避免“金脆”，既保證了焊接質(zhì)量，又保證了焊接速度。

搪錫后，由于“爬錫”會有多余的焊錫堆積在轉(zhuǎn)接套的外螺紋上，影響后續(xù)轉(zhuǎn)接套與外導體的裝配，因此，如何去除轉(zhuǎn)接套外螺紋上的多余焊錫是其裝配前的重要步驟。轉(zhuǎn)接套外是M2.5的粗牙螺紋，螺紋間距小，且由于轉(zhuǎn)接套本身為薄壁件，不易夾持，若采用手工去除，則極易劃傷轉(zhuǎn)接套外表面鍍層，由于螺紋間焊錫的去除難度大，只能通過設(shè)計輔助工裝實施多余焊錫去除。

輔助工裝設(shè)計為平板結(jié)構(gòu)，在工裝上配打M2.5螺紋孔，孔深大于轉(zhuǎn)接套長度，使用工具使轉(zhuǎn)接套在工裝的螺紋孔內(nèi)反復(fù)多次旋進旋出，利用磨合去除轉(zhuǎn)接套外螺紋上的多余焊錫，直至最終轉(zhuǎn)接套旋合時無滯留感，此方法解決了搪錫后轉(zhuǎn)接套外螺紋上多余焊錫的清理難題。

3.4.2 焊接中的骨架保護工藝

通過對測控天線結(jié)構(gòu)及工藝流程分析，針對焊接時尼龍骨架易產(chǎn)生燒熔變色的問題，可通過輔助手段實現(xiàn)焊接時骨架的快速散熱，減少骨架上熱量堆積造成的燒蝕變色。措施如下：在焊接時使用無塵布蘸無水乙醇包裹骨架靠近焊點部分，無水乙醇揮發(fā)會帶走堆積在骨架上的熱量，防止其產(chǎn)生燒蝕，保證焊接后骨架外觀的完好。

4 工藝改進后的效果分析

4.1 工藝改進前后的效果對比分析

對測控天線輻射臂裝配流程進行工藝改進前后的效果對比，見表1，從操作時間和工藝效果兩個方面對產(chǎn)品質(zhì)量進行分析，得出工藝改進后，不僅輻射臂的安裝時間大大減少，而且裝配質(zhì)量也得到了較大提升。

表1 輻射臂安裝工藝改進前后的效果對比

4.2 工藝改進前后的焊點對比

焊點外觀質(zhì)量是檢驗其合格性的重要標準，良好的焊點是在產(chǎn)品的使用周期內(nèi)，保證其機械和電氣性能都不發(fā)生失效，合格的焊點外觀表現(xiàn)為：表面光亮平滑；恰到好處的焊料量完全覆蓋焊接部位（或焊端）；焊接點的邊緣應(yīng)當較薄，焊料與焊盤表面的濕潤角在30°以下，最大不超過60°。

輻射臂A端在工藝改進后的焊點外觀及X光照片見圖7，敲扁的一端輻射臂卡緊銷釘后焊接，充分保證輻射臂固定的可靠性，從其X光照片可知，焊錫在銷釘和輻射臂之間填充均勻，無虛焊情況。

圖7 輻射臂A端焊點外觀及X光照片

圖8 輻射臂B端焊點外觀及X光照片

輻射臂B端在工藝改進后的焊點外觀及X光照片見圖8，焊點外觀光亮平滑，符合合格焊點的要求，且從X光照片可知，在輻射臂與轉(zhuǎn)接套之間焊錫填充均勻，無虛焊情況。

5 結(jié)束語

通過梳理測控天線易產(chǎn)生問題的輻射臂裝配工藝流程，在設(shè)計改動最小的情況下，通過改進工藝提升測控天線裝配質(zhì)量，對輻射臂固定、轉(zhuǎn)接套孔內(nèi)搪錫、骨架保護等易產(chǎn)生質(zhì)量問題的環(huán)節(jié)進行了工藝研究及改進，并成功地應(yīng)用于實際生產(chǎn)，且通過了試驗驗證，可為后續(xù)類似產(chǎn)品的裝配提供參考。

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Research and Application of Antenna Assembly Process Improvement Technology of Measurement-control

Hu Jia Zhang Haifeng Zhou Jie Zhu Huijie Shi Jiajin

(Shanghai Institute of Aerospace Electronic Technology, Shanghai 201109)

By analyzing the assembly process of the radiating arm of the measurement-control antenna, the technological difficulties in the assembly are combed out. Aiming at the problems such as the large stress of the solder joints during the radiating arm assembly process, the difficulties of tin coating in the holes and the poor appearance quality of the products after assembly, the improvement of the antenna assembly technology which can realize the quality stability of similar products in assembly are put forward to promoting the assembly quality of the antenna by improving the process technology with less design changes.

measurement-control antenna；tin coating；assembly

TN61/65

B

胡佳（1988），碩士，機械制造及自動化專業(yè)；研究方向：精密裝配工藝。

2021-03-24