第四章 微波管总成工艺.ppt

第四章微波管总成工艺 总成 把微波管所有零部件组装起来 经过排气以及各种处理 测试 最终成为合格产品的过程 简单地说 就是把零件变成成品管的过程 微波管的总成工艺一般包括装配 排气 调试 老练 测试步骤 4 1微波管的装配 装配 根据零件材料 形状 结构不同采用各种连接 按照设计图纸将各零部件连接起来 组装成一个微波冷测性能合格 整体气密不漏气的排气前整管 装配包括 装架 冷测 焊接 检漏几个工序 装架 固定了管内各种零部件的相对位置 确定了电极间的尺寸 因而决定了微波管的性能 因此有严格的要求 冷测 管内阴极无电子发射 各电极不加工作电压的情况下 由外界输送信号来测定微波管及零部件的冷态电参量的一种测试方法 冷测参量能大致地反映管子在工作状态下的某些电性能 检验管体结构的装配和设计是否合理 以便进行必要的调整 冷测是微波管制造中的重要关键工序之一 高频系统的冷态参量 磁控管 振荡频率 调频范围 腔体损耗和反射系数等 行波管 慢波结构的色散特性 输入输出的反射 衰减器反射等 高频系统的装配必须建立在冷测控制参量合格的基础上 焊接 利用各种连接方法 将装架好的零部件连接起来 通常采用氢炉钎焊 高频集中焊 氩弧焊 检漏 对气密性焊接进行检查 是否焊接牢固 密封是否良好 防止不合格的零部件流入下工序 尤其是多级焊接的零部件 零部件在上述几个工序按一定的顺序 工艺流程 流动 最后装配出冷测参数合格的待排气整管 4 1 1微波管装配的一般要求 1 严格按照设计图纸进行装配 a 各零部件的相对位置应符合设计图纸 不能装错 遗漏 尤其不要遗忘装焊料或者用错焊料 b 电极间距离 零件之间的相对尺寸应在允许的公差范围内 不仅要靠零件本身的结构形状和尺寸精度来保证 也要靠工模夹具来保证 c 零件不应发生变形 电极的变形要到排气加热 烘烤或工作温度下 内应力消除才产生变形 所以不能使用过大的外力强行装配 必要时可以对不影响微波管性能的一些装配面进行一些轻微修整 以利装配 2 固定和连接必须可靠 3 严格遵守真空卫生要求 4 必须严格进行检验 a 冷测参量检查 b 电极间相对尺寸和外形检验 c 连接牢固可靠检验 4 1 2微波管装配的特点 微波管的工作频率高 电子枪 高频结构对尺寸精度的敏感性特别高 随频率升高而增高 因此微波管的装配要求比其它真空电子器件更高 更严格 a 微波管零件的连接大量采用钎焊 很多零部件需经过多次焊接 焊缝结构设计 多级焊料的选择 焊料形状 规格 位置和量 至关重要 b 普遍使用高精度模夹具 c 装配过程必须与测量 检漏和检验相结合 高频性能 气密性能检验 d 除了个别管型 都是单件手工操作生产 人员高要求 专业化 4 1 2微波管装配的特点 e 在装入阴极组件后 为避免阴极组件受高温影响 皆采用局部加热焊接 大电流焊接 氩弧焊 高频焊集中焊 电子束焊 f 总装完成后应检查气密性 电气性能 电极之间绝缘性 灯丝阻值 附带钛泵 吸气剂绝缘等等 只有一切合格后才可以转入下一道工序 排气 4 2排气设备和真空泵 构成 真空抽气系统 真空测量装置 加热去气设备 电源及控制机构等 微波管的排气台 根据烘箱的种类分为 普通排气台 单真空排气台 双真空排气台 根据所能达到的真空度可分为高真空排气台超高真空排气台 一 真空系统 真空系统是排气台的核心部分 器件内部的空气依赖真空系统抽走并达到一定真空度 真空系统由真空泵 连接管道 真空阀门以及辅助装置等组成 超高真空排气台真空系统示意图 1 对真空系统的要求 a 真空度要求应满足器件对真空度的要求 极限真空度 器件无漏气 放气时所能达到的真空 工作真空度 器件进行真空处理时所能维持的真空 系统的极限真空主要取决于真空泵的极限真空度 真空系统的密封性和去气的彻底 b 抽气速率 抽气速率 被抽器件中所获得的抽速 系统应该具有所需要的抽气速率 抽速的大小决定了器件排气的时间 提高抽速就可以缩短排气时间 提高劳动生产率 微波管在排气中会放出大量气体 也必须有足够的抽速及时把零件放出的气体排走 减少其它零件再次吸附气体和引起阴极中毒的可能 系统的抽速取决于真空泵的抽速 连接管道和真空阀门等零件的导通能力 c 真空系统结构 真空系统应该结构简单 可靠 尽可能操作维护方便 希望噪音低 无污染 成本低 2 真空度单位与真空区域的划分 理想的真空是不存在的 真空 泛指低于一个标准大气压的气体状态 即所谓稀薄的气体 真空度 对气体稀薄程度的一个客观量度 对应的物理量是每单位体积中的分子数 实际采用真空内气体压强来度量 压强越低 真空度越高 反之压强越高 真空度越低 a 真空度单位 早期用毫米汞柱乇 Torr 作为气压的单位1标准大气压 760毫米汞柱 mmHg 760乇 Torr 现在采用国际标准单位帕 Pa 作为气压单位1标准大气压 1 013 105帕 牛顿 米2 1乇 1毫米汞柱 133 322帕 Pa b 真空区域的划分 气体真空程度用真空度大小来划分成若干真空区域 也可用某一压强下气体分子之间碰撞频率与气体分子与固体表面 器壁 碰撞的频率来描述 即用气体分子平均自由程长度与真空容器的主要尺寸之比来描述 即一个气体分子连续两次与其它分子碰撞所行进的距离 其中d为分子直径 P为压强 T为气体温度 k为玻耳兹曼常数 D为真空容器与气体分子自由运动关系最密切的尺寸 我国真空区域划分为 粗真空低真空高真空超高真空极高真空 一般电真空器件管内真空度如下 白炽灯泡10 2 10 3帕高功率微波管10 5 10 7帕 25 空气当真空度6 7 10 4帕 1000厘米 10米 当真空度1 33 10 5帕 5000厘米 50米 可见此时自由程已经远远大于器件的尺寸 这时气体分子相互之间的碰撞已经可以忽略 而是以与器件壁碰撞为主 二 去气设备 电源以及控制装置 1 去气设备为了彻底去除器件内壁所吸附的气体 电真空器件都采用加热烘烤的方法来去气 另外 真空系统的管道等也只有经过烘烤才能使系统的真空度达到额定极限真空值 烘烤去气设备也是排气台必要的组成部分 烘烤去气 烘箱加热 高频加热 石墨电极加热 燃烧煤气加热 最常用的加热方式是烘箱加热 烘箱的种类很多 以电阻加热最为普遍 结构形式 立式的 卧式的 开合式的 开启方式 上下移动 用铰链开闭 加热器安装位置 内热式烘箱 外热式烘箱 使用最多的是外热式双真空立式钟罩排气台 2 电源 真空系统 各种真空泵电源 真空阀门控制电源 管道烘烤电源 真空计电源 加热系统 烘箱运动 烘箱加热及控制 冷却系统电源 阴极处理 灯丝电源 阳极高压电源 其它 记录检测仪器 控制装置电源 3 控制与安全装置 排气台的重要组成部分 控制装置比如烘箱温度传感器 比如热电偶 以及自动调节 真空度测量以及电磁阀自动控制等 安全装置断水报警以及自动切断加热电源 漏气 真空度突然下降 报警以及自动关闭电磁阀 烘箱移动限位控制 设备门开关等 确保在排气过程中设备 人身以及被抽气器件的安全 三 排气台的分类 排气台的分类以真空系统的不同来区分 a 双真空排气台与单真空排气台 b 动态排气台或动态真空系统与静态真空系统 c 高真空排气台和超高真空排气台 d 玻璃系统和金属系统 e 有油系统与无油系统 有油系统 包含有以油作为工作 润滑物质的真空泵 以油作密封的真空阀门的真空系统 存在油蒸汽的污染 4 3微波管排气 排气 就是将管子内部气体抽走 使之达到一定真空度的工艺过程 是微波管制造中一个关键的综合性工序 排气过程中 不仅要排除管子内部空间的气体 还应该去除管内零件所吸附或吸收的气体 还要对阴极进行必要的处理 分解 激活 老练 对充气管还需要充入指定种类和气压的气体等等 4 3 1微波管排气的一般过程 微波真空器件排气过程都必须严格按预先设定好的排气规范进行 一般微波管排气过程主要包括以下一些步骤 1 接管与检漏 2 去气 3 阴极处理 4 封离 1 接管与检漏 接管 将待排气的器件与排气台真空系统连接起来 玻璃排气管 与排气台上的玻璃接口熔封 金属排气管 喇叭口压接和刀口平面压接 取决于排气台上的接口形式 检漏 检查管子与排气台的连接是否可靠气密 再次检查管子本身的所有焊接是否发生了漏气 常用排气台检漏方法 酒精检漏和充气检漏 酒精检漏 检漏前先对管子进行抽气 当真空度达到10 2 10 3帕以上时 用棉花或者绸布 毛笔蘸无水酒精擦涂器件与真空系统的接口部位和器件的其它焊缝 同时观察真空系统的电离真空计指示有无变化 若真空度下降 则表示酒精所擦部位有漏气 充气检漏 仅适用于双真空排气台 上管完毕 将外真空钟罩放下 管内与管外同时抽真空 当器件内部真空度达到10 3帕 外部真空达到10帕以上时 关闭外真空抽气泵 通过放气阀向钟罩内部充入大气 观察电离真空计有无变化 如果内真空的真空度下降 则说明有漏气孔存在 充气检漏方法比酒精法更灵敏 可以检出更小的漏孔 但不能检出漏孔所在位置 往往还要用酒精法再进一步检出漏孔位置 以便采取必要的弥补措施 当确认管子没有任何漏孔以及与真空系统连接可靠后 就可以正式进入排气程序 2 去气 去气 指去除器件内部所有零件以及真空系统内部表面吸附的气体和材料内部吸收的气体 排气去气包括 管子和真空系统去气 气体分子与固体表面碰撞时 会被固体表面所吸附 部分气体分子还会进入固体内部被溶解吸收 去气原理 固体表面吸附或者内部吸收的气体分子都可以通过加热的方法 使分子动能增加 运动加剧 从而从固体表面或者内部跑出 a 升温 当器件内部真空度达到10 3 10 4帕以上 双真空排气台的外部真空达到10 1 10 2帕以上时才能开始加热升温去气 升温速度 根据器件的放气量 真空系统的抽气速率决定 原则就是保证在加热过程中管子内部真空在10 3帕以上 外真空在10 1帕以上 以防止引起阴极中毒 管子内外表面氧化 a 升温 最高温度 在保证管壳以及管内零件不变形 不引起热应力产生的漏气的原则下 尽可能高一些 以便去气彻底 玻璃金属结构 去气温度应该控制在500 以下 450 左右为宜 陶瓷金属结构 烘烤温度500至600 金属零件局部高频加热 温度可达700至800 b 一次保温 去气时在最高温度下应保温一段时间 保证材料吸附和吸收的气体彻底去除 保温时间主要根据器件的大小 材料性质来决定 小型微波管可保温数小时 大型微波管可保温10 30小时 到保温结束时 器件的内部真空度一般都可以达到10 5帕甚至更高 c 系统烘烤 在升温或保温过程中 当器件烘烤去气一定时间 出气量已经不多 真空度稍高后才开始进行系统烘烤 以免器件与系统同时烘烤出气量太大 使真空度超出要求范围 系统烘烤通常数小时至十多小时 3 阴极处理 a 阴极分解 保温结束后 在管子内真空达到10 4帕以上时才可以进行阴极分解 为了避免灯丝加热导致管子温度过高 阴极处理时 适当降低烘箱的烘烤温度 通常降低50 左右 分解过程 按排气规范逐步增加灯丝电流 或者电压 每升一步至少应保持1 5分钟 分解过程应随时监视真空度 保证管内真空度始终在10 3帕以上 如低于10 3帕 应立即降低灯丝电流 减缓灯丝电流增加速度 在每一档电流下 当真空度恢复到10 4帕以后 还需继续保持0 5 2分钟才可以继续增加灯丝电流 b 阴极激活老练 阴极激活就是借助电流激活方式使钡原子向阴极表面转移的过程 阴极激活不仅能提高阴极的发射能力 而且也可以达到电极的电子轰击去气目的 闪炼激活 加灯丝电流高于工作额定值 时间不超过3 5分钟 c 初测发射 灯丝降至额定值 加阳极电压如100V 200V 400V最高1000V 测量阴极发射电流 如达到要求可进行下一步老练激活 如发射太小 可采取进一步加高灯丝电流的闪练激活 d 二次保温 阴极激活老练 烘箱温度不变或适当降低 通常保温6 30小时 适当降低灯丝电流 比额定值稍低 和阳极电压如400V 600V 在完全安全即阳极耗散功率不至引起阳极过热变形甚至烧毁的前提下 长时间进行电流激活 实际上就是在排气台上进行直流老炼 4 封离 经过去气 阴极处理 微波管真空度已经达到10 5 10 7帕后 就可以从排气台上封离了 封离 把器件与排气台真空系统连接的排气管封死并断开 同时保持管子内部与排气台真空系统的真空度 封离阶段包括以下步骤 a 降温 金属 陶瓷结构 通常4 6小时 玻璃降温速度不能太快 防止内部应力过大 导致炸裂 b 充气检漏温度降至60 80 关闭外真空泵 充气检漏 c 消气剂去气玻璃结构蒸散型消气剂金属陶瓷结构非蒸散型消气剂 d 打高压去除电极毛刺 烧掉绝缘体表面的导致绝缘降低的污染物 大型微波管管子封离前打高压很有必要 小型微波管一般采用封离后在老炼时打高压 e 检查灯丝 钛泵 f 封离 玻璃排气管 火头熔封 金属排气管 专用夹钳冷压焊夹封过程要缓慢进行 封口应该加以保护 4 3 2排气不充分的影响 管子排气不充分 管内残余气体压力高 会对管子的性能 特别是对寿命和可靠性有十分重大的影响 1 影响阴极发射和寿命发射物质氧化 阴极的逸出功增高 导致发射下降 寿命缩短 2 影响管子性能正离子增加 电位分布改变 从而引起电子运动状态改变 直接影响到微波管中电子束与高频场的相互作用与能量交换 改变管子的输出特性 4 4微波管的老炼与调试 包装 4 4 1微波管的老炼老炼目的 1 阴极激活老练 对阴极在工作状态下进行电流激活 使之具有充分而稳定的发射能力 达到额定工作电流 2 对管内电极进行去气 使阴极具有长期而稳定的工作环境 3 稳定管子的电参数 4 提高管子的耐压性能 让可能出现的打火在老炼过程中尽可能打完 微波管的老炼一般在专用老炼台上进行 往往与管子的调试以及初步测试一起进行 4 4 2微波管老练调试一般工艺过程 磁控管老练工艺过程 1 安装磁系统连接法兰等外附件 2 将已安装磁系统连接法兰的管子接入包括功率计 频率计 波导系统 测试电源冷却系统等组成的测试系统 脉冲磁控管 采用脉冲高压电源调制器连续波磁控管 采用连续波直流高压电源 磁控管老练调试一般工艺过程 3 预热灯丝 加阳极电压使管子起振工作 稳定数分钟后 逐步增加阳极电流至额定值 稳定一段时间后 测试管子电参数 功率 频率 效率等 满足要求后老练完毕 存放 4 存放一定期限后 再次测试合格后 二次封离 外装 检验 行波管老练调试一般工艺过程 测试系统 包括前级信号源 功率计 频率计 波导系统 测试电源 示波器 冷却系统等组成 一 聚焦磁场安装及调试调试目的 使电子注的流通率满足要求 电子注的流通率 收集极收集到的电流与阴极发射的总电流