胡 佳 張海峰 周 潔 朱薈杰 施家金

測(cè)控天線裝配工藝改進(jìn)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(guò)分析測(cè)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(diǎn)，針對(duì)輻射臂裝配過(guò)程中焊點(diǎn)承受應(yīng)力大、小孔內(nèi)無(wú)法搪錫及裝配后產(chǎn)品外觀質(zhì)量差等問(wèn)題，提出了測(cè)控天線的裝配工藝技術(shù)改進(jìn)措施，旨在實(shí)現(xiàn)將設(shè)計(jì)改動(dòng)降至最低，用工藝技術(shù)改進(jìn)提升測(cè)控天線裝配質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)后續(xù)類似產(chǎn)品在裝配中的質(zhì)量穩(wěn)定性。

測(cè)控天線；搪錫；裝配

1 引言

某測(cè)控天線是一種雙臂錐柱螺旋天線，應(yīng)用于測(cè)控分系統(tǒng)，具有對(duì)地測(cè)控和對(duì)中繼測(cè)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(cè)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(dǎo)體、內(nèi)導(dǎo)體、插座等組成，見(jiàn)圖1。

增益、方向圖、駐波比等是測(cè)控天線的重要電性能指標(biāo)，決定測(cè)控天線在軌狀態(tài)的指向精度。天線的電性能指標(biāo)依靠設(shè)計(jì)、仿真、加工、裝配、調(diào)試、測(cè)試、試驗(yàn)等各環(huán)節(jié)控制保證，而裝配是測(cè)控天線生產(chǎn)過(guò)程的重要環(huán)節(jié)之一，其中，輻射臂是測(cè)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(duì)天線的電性能指標(biāo)產(chǎn)生直接影響。

圖1 測(cè)控天線結(jié)構(gòu)示意圖

如何通過(guò)工藝技術(shù)改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)測(cè)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(cè)控天線的裝配質(zhì)量，減少由于裝配不到位導(dǎo)致的質(zhì)量問(wèn)題，需開(kāi)展進(jìn)一步的工藝研究。

2 測(cè)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(cè)控天線有兩根輻射臂，按照設(shè)計(jì)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(wú)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(guò)T形銷釘內(nèi)孔；通過(guò)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(shí)現(xiàn)輻射臂A端的固定，見(jiàn)圖2。即輻射臂A端的固定采用焊接的方式實(shí)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(dǎo)體上部，具體操作方式如下：在外導(dǎo)體上部螺紋孔內(nèi)安裝轉(zhuǎn)接套，再?gòu)耐鈱?dǎo)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(guò)手工錫釬焊將輻射臂焊接至外導(dǎo)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(jiàn)圖3。

圖3 輻射臂B端固定方式示意圖

3 測(cè)控天線輻射臂裝配問(wèn)題分析及工藝改進(jìn)措施

3.1 輻射臂A端裝配問(wèn)題分析

測(cè)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(huì)導(dǎo)致輻射臂形變，進(jìn)而對(duì)焊點(diǎn)產(chǎn)生拉扯力，由于錫釬焊點(diǎn)抗拉強(qiáng)度不足，若僅采用焊點(diǎn)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(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)開(kāi)裂進(jìn)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(diǎn)的可靠性，降低高低溫對(duì)焊點(diǎn)的影響是此處裝配工藝的關(guān)鍵點(diǎn)。

3.2 輻射臂A端裝配工藝改進(jìn)措施

為避免高低溫導(dǎo)致的輻射臂形變對(duì)A端焊點(diǎn)的影響，需改進(jìn)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(guò)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(zhǎng)度約1.5～2.5mm，見(jiàn)圖4。依靠銷釘實(shí)現(xiàn)輻射臂的初步卡緊后再焊接，使用機(jī)械結(jié)構(gòu)分擔(dān)焊點(diǎn)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(duì)比

3.3 輻射臂B端裝配問(wèn)題分析

3.3.1 轉(zhuǎn)接套內(nèi)無(wú)法搪錫，導(dǎo)致焊接效率低、質(zhì)量差

輻射臂B端是插入外導(dǎo)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(jiàn)圖5，外部為M2.5粗牙螺紋，內(nèi)孔尺寸為1.6mm，長(zhǎng)3.4mm，由于其結(jié)構(gòu)和尺寸特點(diǎn)，在搪錫時(shí)會(huì)出現(xiàn)以下難點(diǎn)：

a．由于轉(zhuǎn)接套內(nèi)孔尺寸小，電烙鐵無(wú)法伸入孔中，且僅對(duì)內(nèi)孔搪錫，也無(wú)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(shí)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(wú)鍍覆，若在大氣中放置過(guò)久會(huì)氧化，因此在焊接前需先用細(xì)齒圓銼刀對(duì)其內(nèi)孔打磨去氧化物。在焊接時(shí)由于轉(zhuǎn)接套與輻射臂間隙小、爬錫慢，融化的焊料無(wú)法快速進(jìn)入轉(zhuǎn)接套內(nèi)部，容易導(dǎo)致焊料在外導(dǎo)體上大量堆積。若焊接30s后焊點(diǎn)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(diǎn)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(guò)三次，但由于爬錫慢、焊接時(shí)間久，極易導(dǎo)致輻射臂與轉(zhuǎn)接套焊接時(shí)出現(xiàn)焊點(diǎn)不潤(rùn)濕、虛焊等情況。

3.3.2 焊接時(shí)間長(zhǎng)、溫度高，造成骨架燒熔變色

由于金屬材料散熱嚴(yán)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(diǎn)位置距離尼龍骨架距離較小，由于焊接時(shí)間長(zhǎng)，焊接的高溫會(huì)對(duì)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(jìn)措施

3.4.1 轉(zhuǎn)接套內(nèi)孔搪錫工藝

通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)接套內(nèi)孔搪錫提高焊接速度及質(zhì)量是提升測(cè)控天線輻射臂裝配質(zhì)量的重要手段，針對(duì)轉(zhuǎn)接套內(nèi)孔尺寸小、不易搪錫的難題，由于無(wú)法直接利用電烙鐵或錫鍋對(duì)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(shí)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(kāi)展搪錫，通過(guò)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(diǎn)，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(zhǎng)度，將轉(zhuǎn)接套穿至輻射臂上，見(jiàn)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(jiàn)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(dòng)，同時(shí)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(dòng)轉(zhuǎn)接套時(shí)使焊錫附著在轉(zhuǎn)接套內(nèi)部，見(jiàn)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(jiàn)圖6d；

e. 將搪錫后的轉(zhuǎn)接套放入防靜電盒中，用無(wú)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(guò)對(duì)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(qiáng)焊接潤(rùn)濕性，降低了焊接難度。解決了轉(zhuǎn)接套內(nèi)孔搪錫的問(wèn)題，則可在轉(zhuǎn)接套表面增加鍍金處理，不僅可以起到防護(hù)作用，省去焊前去氧化物的操作，節(jié)約工時(shí)，后續(xù)則通過(guò)對(duì)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(huì)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(dǎo)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(guò)設(shè)計(jì)輔助工裝實(shí)施多余焊錫去除。

輔助工裝設(shè)計(jì)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(zhǎng)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(jìn)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(shí)無(wú)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(hù)工藝

通過(guò)對(duì)測(cè)控天線結(jié)構(gòu)及工藝流程分析，針對(duì)焊接時(shí)尼龍骨架易產(chǎn)生燒熔變色的問(wèn)題，可通過(guò)輔助手段實(shí)現(xiàn)焊接時(shí)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(shí)使用無(wú)塵布蘸無(wú)水乙醇包裹骨架靠近焊點(diǎn)部分，無(wú)水乙醇揮發(fā)會(huì)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(jìn)后的效果分析

4.1 工藝改進(jìn)前后的效果對(duì)比分析

對(duì)測(cè)控天線輻射臂裝配流程進(jìn)行工藝改進(jìn)前后的效果對(duì)比，見(jiàn)表1，從操作時(shí)間和工藝效果兩個(gè)方面對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行分析，得出工藝改進(jìn)后，不僅輻射臂的安裝時(shí)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(jìn)前后的效果對(duì)比

4.2 工藝改進(jìn)前后的焊點(diǎn)對(duì)比

焊點(diǎn)外觀質(zhì)量是檢驗(yàn)其合格性的重要標(biāo)準(zhǔn)，良好的焊點(diǎn)是在產(chǎn)品的使用周期內(nèi)，保證其機(jī)械和電氣性能都不發(fā)生失效，合格的焊點(diǎn)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(diǎn)的邊緣應(yīng)當(dāng)較薄，焊料與焊盤表面的濕潤(rùn)角在30°以下，最大不超過(guò)60°。

輻射臂A端在工藝改進(jìn)后的焊點(diǎn)外觀及X光照片見(jiàn)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(wú)虛焊情況。

圖7 輻射臂A端焊點(diǎn)外觀及X光照片

圖8 輻射臂B端焊點(diǎn)外觀及X光照片

輻射臂B端在工藝改進(jìn)后的焊點(diǎn)外觀及X光照片見(jiàn)圖8，焊點(diǎn)外觀光亮平滑，符合合格焊點(diǎn)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(wú)虛焊情況。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)梳理測(cè)控天線易產(chǎn)生問(wèn)題的輻射臂裝配工藝流程，在設(shè)計(jì)改動(dòng)最小的情況下，通過(guò)改進(jìn)工藝提升測(cè)控天線裝配質(zhì)量，對(duì)輻射臂固定、轉(zhuǎn)接套孔內(nèi)搪錫、骨架保護(hù)等易產(chǎn)生質(zhì)量問(wèn)題的環(huán)節(jié)進(jìn)行了工藝研究及改進(jìn)，并成功地應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，且通過(guò)了試驗(yàn)驗(yàn)證，可為后續(xù)類似產(chǎn)品的裝配提供參考。

1 齊林，楊京偉，杜爽，等. QFN 元器件去金搪錫工藝技術(shù)研究[J].航天制造技術(shù)，2018，2(1)：44～47

2 王繼林，白磊，李珍珍，等. 無(wú)引線鍍金表面貼裝器件搪錫技術(shù)[J]. 航天制造技術(shù)，2011，10(5)：33～35

3 奚慧. 印制板組件手工焊接問(wèn)題探討[J]. 現(xiàn)代雷達(dá)，2014，36(5)：92～94

4 成鋼. PCB手工焊接溫度問(wèn)題探討[J]. 電子工藝技術(shù)，2011，32(4)：222～226

5 張玲蕓. 手工焊接的質(zhì)量控制[J]. 電子工藝技術(shù)，2010，31(4)：219～222

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(jī)械制造及自動(dòng)化專業(yè)；研究方向：精密裝配工藝。

2021-03-24