高頻釺焊

隨着空間技術、火箭、導彈、宇航、雷達等技術的發展，微波電子行波管作為相應系統的關鍵器件也在不斷髮展。不鏽鋼材料由於具有良好的彈性、導熱性，無磁等特性，在微波電子領域得到了廣泛應用。在微波電子行波管特別是在其高頻系統中，就採用了多種形狀複雜、尺寸細小而精密的不鏽鋼零件。在實際應用中，這些不鏽鋼零件需要採用釺焊的方法連接起來，但是，由於不鏽鋼零件釺焊性相對較差、而零件的釺焊又必須滿足高強度、高的真空氣密性並易於實現批量化生產的要求，因此不鏽鋼零件的釺焊就自然成為行波管制造的關鍵工序。要滿足釺焊要求，首先需要解決選用何種釺焊方法的問題 ^[1]  。

不鏽鋼的釺焊方法有多種，如釺劑釺焊法、充氫釺焊法、真空釺焊法等。雖然這些方法都能達到連接零件的目的，但是分析認為，這幾種工藝均不宜採用。原因在於，釺劑釺焊會粘污器件內部，不易清除;吸附的氫氣難以被管中的吸氣劑吸收，給器件帶來除氣不徹底的問題；真空釺焊法需要把所焊接物體及其周圍全部加熱，對於本身尺寸就較小的行波管而言，這種大範圍加熱會直接損傷管子已裝配的零部件（如陶瓷與金屬封接件、慢波線、收集極、集中衰減器、輸入、輸出組件等），造成組件變形和陶瓷炸裂等一系列問題。

高頻釺焊法是利用高頻電流流過金屬產生的熱量，使釺料熔化並填滿被焊零件間隙，凝固後形成不可拆卸的接頭。這種方法由於是對被焊件進行局部加熱，加熱速度快，因此該方法特別適合於小型零件的批量化生產 ^[2]  。

金屬間高頻釺焊時，釺焊零件是依靠熔化的焊料潤濕、填滿接頭間隙並凝固後而連接的，因此，釺焊接頭質量的好壞在很大程度上取決於焊料的性育琶。

當前在電真空器件製造中，高頻釺焊金屬用的焊料種類很多，選用焊料時通常要考慮焊料的熔點至少要比被焊金屬的熔點低60℃左右，要比器件烘烤、排氣的温度或老煉及運行時的温度高100℃以上，焊料還應滿足產品的工作要求，如對焊縫焊料的機械性能（包括高温、常温或低温下的強度、衝擊韌性）和物理及化學性能（包括導電、導熱、抗氧化性、抗腐蝕性等）方面的要求 ^[3]  。

不鏽鋼成分中含有鉻，而鉻對氧特別敏感，易形成氧化鉻，當零件表面呈現這種狀態時，焊料的潤濕性就很差，釺焊接頭就會發生漏氣。為獲得優質的釺焊接頭，首先要解決去除或避免氧化鉻的問題。

在電真空器件製造過程中，由於電子管內的不鏽鋼零件要經受450-700℃的長時間加熱，如：1Cr18Ni9不鏽鋼在奧氏體晶界將會析出碳化鉻，在上述温度下，會形成晶粒邊界上貧鉻現象。為解決這個問題，以往生產中常採用不鏽鋼表面鍍鎳的方法。

一般的不鏽鋼鍍鎳工藝需要2-4h完成，鍍層厚度可達20μm以上，如果焊接方法採用不當會出現焊縫起皮現象。經過改進，採用了一種新的鍍鎳工藝即衝擊鍍鎳工藝，數分鐘鍍層可達2μm左右。經過制管試驗焊料流散很好，焊縫牢固，而且不會出現起皮現象。在實踐工作中，偶爾也會出現焊料流散不太好，漏氣現象，出現這種狀況，也有補救的方法，再用十幾秒鐘刷鍍一下，經過多次實踐證明，此種方法比較適用於真空微波行波管的高頻釺焊。衝擊鍍鎳高頻釺焊工藝簡單，操作容易，快捷，用普氫節省開支，有利於產品批量生產。

為獲得優質的釺焊接頭，不鏽鋼高頻釺焊的主要工藝包括釺焊温度，保温時間，釺焊間隙和焊料流散等工藝。釺焊温度是決定焊縫質量的關鍵，它既要保證焊料能最大程度充分液化並流動，又要保證基金屬的温度不要過高。根據焊料化學成分的不同，焊料熔化温度也不同，一般應高於焊料的液相線，確保在釺焊温度下焊料的熔化，流動性和濕潤性處於最佳狀態。

釺焊時間決定了焊料中元素對基金屬的流散程度，是影響釺焊接頭的一個重要因素。如釺焊時間太短，焊料在基金屬上得不到充分的流散，就直接影響了焊接質量。當釺焊時間達到一定值後，焊料對基金屬的熔解達到飽和，再延長保温時間，在基金屬熔解厚度基本保持恆定，反而會造成焊料中的某些元素的揮發，影響焊縫的質量。因此，保温時間應在保證焊料充分流散和潤濕被焊基金屬的前提下，要儘量短的原則。

釺焊間隙決定了焊料的流散性，從而會對釺焊接頭機械性能有很大的影響，這同基金屬材料與焊料的相互作用的特性有關。例如，焊料在熔化狀態時，對基金屬材料潤濕較好，但與基金屬相互作用不強烈，這種情況下，接頭的間隙可考慮小些，而當焊料與基金屬相互作用強烈，由於基金屬融入焊料的流點逐漸升高，如果焊接温度還不變時，則焊料流動性能將會下降，針對這種情況焊接接頭的間隙要適當大。對於銀焊料來説，焊縫的大小宜為0.05-0.08mm。在保護氣體中銅焊料焊接時，焊縫的大小不應超過0.012mm。要獲得高質量高可靠性的釺焊接頭，控制間隙是絕對必要的。

該工藝不用釺劑，也無需昂貴、複雜的設備，就用平常採用的高頻釺焊設備，因此避免了釺劑對器件的污染，也縮短了工作週期，還保持了不鏽鋼管殼原有的性能，同時零件表面可以保持全過程的清潔度。

採用高頻釺焊不鏽鋼最大的優點是局部加熱速度快，氧化鉻還沒有分解，焊料已經流散完成並迅速降温，保證了焊縫的牢固性 ^[2]  。

微波電子管的結構複雜，零件要按設計結構尺寸進行組裝，並要求固定，以免在焊接中零件相互發生移動位置，複雜的結構要求就要使用各種模夾具作為輔助工具來固定。靠近感應加熱器的模具，應儘可能少用金屬或磁性材料，以利於減少高頻能量損耗及使得模具本身的温度增高。模、夾具還應考慮到流失到外邊的焊料將模、夾具焊住及模具與基金屬熱膨脹係數的不同，在高温時模具的鬆動或造成零件變形，所以，採用無磁不鏽鋼做模、夾具，模、夾具應經高温在濕氫中處理，在表面生成墨綠色的氧化膜不鏽鋼，一般液態焊料就不會再沾模夾具了。在模、夾具材料的選擇上應考慮熱膨脹係數等於或小於釺焊材料的熱膨脹係數 ^[1]  。

通過沖擊鍍鎳工藝，採用適當的釺焊温度、保温時間、釺焊間隙等工藝，對微波電子行波管複雜結構的不鏽鋼零件進行高頻感應釺焊，結果表明，可以達到理想的焊接效果 ^[2]  。