阅读说明：本技术 一种用于石英半球谐振陀螺仪谐振子与基座焊接方法 (Method for welding harmonic oscillator and base of quartz hemispherical resonator gyroscope ) 是由 侯文超 韦路锋 刘仁龙 赵小明 赵丙权 王跃强 于 2021-09-01 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于石英半球谐振陀螺仪谐振子与基座焊接方法,步骤为：1、在谐振子与基座粗装配到位后,选取预先涂覆助焊剂的锡银铜焊片,卷成圆筒状后插入到谐振子与基座的配合间隙之间,然后将谐振子与基座精装配到位；2、将步骤1的组装结构放置在电磁感应加热器的加热线圈下方,加热线圈与锡银铜焊片对正,3、在真空焊接作业环境下,开启电磁感应加热器电源并调整其输出功率至设定值,待焊片完全熔融后继续保持一段时间；4、关闭电磁感应加热器电源,去真空,待融化后的焊片冷却至室温后,移走谐振子及基座,完成谐振子及基座焊接。本发明克服了传统焊接加热时间过长、焊接不均匀的问题。(The invention relates to a method for welding a harmonic oscillator and a base of a quartz hemispherical resonator gyroscope, which comprises the following steps: 1. after the harmonic oscillator and the base are roughly assembled in place, selecting a tin-silver-copper soldering lug coated with soldering flux in advance, rolling the soldering lug into a cylinder shape, inserting the soldering lug between a matching gap of the harmonic oscillator and the base, and then finely assembling the harmonic oscillator and the base in place; 2. placing the assembly structure in the step 1 below a heating coil of an electromagnetic induction heater, aligning the heating coil with a tin-silver-copper soldering lug, 3, starting a power supply of the electromagnetic induction heater and adjusting the output power of the electromagnetic induction heater to a set value under a vacuum welding operation environment, and continuously keeping for a period of time after the soldering lug is completely melted; 4. and closing the power supply of the electromagnetic induction heater, removing vacuum, cooling the melted soldering lug to room temperature, and then removing the harmonic oscillator and the base to complete the welding of the harmonic oscillator and the base. The invention overcomes the problems of overlong heating time and uneven welding in the traditional welding.)

一种用于石英半球谐振陀螺仪谐振子与基座焊接方法

技术领域

本发明属于石英半球谐振陀螺仪制作技术领域，涉及谐振子与基座的连接技术，具体涉及一种用于石英半球谐振陀螺仪谐振子与基座焊接方法。

背景技术

石英半球谐振陀螺仪是一种新型的固体波动陀螺，其具有结构简单、体积小、功耗低、抗冲击性能强、启动时间短、寿命长等诸多优点。因此有广阔的应用前景，非常适合用于兵器、航空、航天等领域。

目前，石英半球谐振陀螺仪中的谐振子与基座的连接是通过电洛铁熔化焊剂，焊剂填充谐振子与基座之间的配合间隙，实现谐振子与基座的焊接连接。现有的连接方式存在着残余应力分布不均匀、连接不可靠等问题，最终导致连接完成后谐振子Q值大幅度降低，严重制约石英半球谐振陀螺仪的精度及工程化。

基于以上相关问题，需要探索一种全新的连接方式，满足其Q值的相关指标要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种焊接时间短、焊接均匀性好、且对焊接完成后的谐振子Q值影响小的用于石英半球谐振陀螺仪谐振子与基座焊接方法。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：

一种用于石英半球谐振陀螺仪谐振子与基座焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、在谐振子与基座粗装配到位后，选取预先涂覆助焊剂的锡银铜焊片，卷成圆筒状后插入到谐振子与基座的配合间隙之间，然后将谐振子与基座精装配到位；

步骤2、将步骤1的组装结构放置在电磁感应加热器的加热线圈下方，加热线圈与锡银铜焊片对正；

步骤3、在真空焊接作业环境下，开启电磁感应加热器电源并调整其输出功率至设定值，待焊片完全熔融后继续保持一段时间；

步骤4、关闭电磁感应加热器电源，去真空，待融化后的焊片冷却至室温后，移走谐振子及基座，完成谐振子及基座焊接。

进一步的：步骤1中锡银铜焊片的厚度为0.1mm，预先涂覆的助焊剂为松香。

进一步的：步骤3中焊接作业环境的真空度为：10pa。

进一步的：步骤3中的输出功率设定值为6.5Kw。

更进一步的：步骤3中焊片熔融后继续保持时间为10s。

本发明具有的优点和积极效果为：

1、本发明提出的焊接方法，采用了电磁感应加热焊接方式，电磁感应加热属于非接触式加热焊接，时间短、能量集中在局部，从而克服了传统焊接加热时间过长、焊接不均匀等问题，同时克服了胶连接难以长时间保持真空度的问题，从而可降低对谐振子Q值的不利影响。

2、谐振子与基座在焊接之前需要精确定位，而定位工装的刚度不能太大，由于焊接时会产生相应的焊接应力，若刚度太大后期会对谐振子的Q值产生较大影响，因此在谐振子与基座完成精确定位后不希望有额外的干扰，本发明在两者精确定位前，将预先涂覆助焊剂的焊锡片装配至谐振子与基座焊接间隙处，这样对焊接完成后的谐振子Q值影响小；

3、本发明采用锡银铜焊片作为焊料，锡银铜焊片熔点高，可以在谐振陀螺真空排气时提高排气温度，有利于封装后谐振陀螺真空度保持，还具有抗热循环疲劳等优点。

4、本发明在真空环境下完成加热焊接，真空下焊接具备以下几个优点：一是可以避免焊锡在融化时发生氧化；二是可以提高焊接均匀性，降低焊缝孔隙度，从而降低了对谐振子Q值的不利影响。

附图说明

图1是本发明谐振子与基座装配示意图；

图2是本发明电磁感应加热器加热焊接示意图。

具体实施方式

以下结合附图并通过实施例对本发明的结构作进一步说明。需要说明的是本实施例是叙述性的，而不是限定性的。

一种用于石英半球谐振陀螺仪谐振子与基座焊接方法，请参见图1-2，其发明点为：包括如下步骤：

步骤1、在谐振子3与基座1粗装配到位后，选取预先涂覆助焊剂的锡银铜焊片2，卷成圆筒状后插入到谐振子与基座的配合间隙之间，然后将谐振子与基座精装配到位。焊片上预先涂覆的助焊剂为松香，其作用为提高焊锡流动性；锡银铜焊片的厚度优先选用0.1mm，而谐振子与基座的单边配合间隙一般为0.2-0.3mm。

步骤2、将步骤1的组装结构放置在电磁感应加热器4的加热线圈5下方，加热线圈与锡银铜焊片对正，具体的，加热线圈与锡银铜焊片不接触，锡银铜焊片位于加热线圈中心线位置，锡银铜焊片顶部距离线圈底部约3mm。

步骤3、在真空焊接作业环境下，开启电磁感应加热器电源并调整其输出功率至设定值，待焊片完全熔融后继续保持一段时间。真空度优选为：10pa；输出功率设定值优选为6.5Kw，保持时间为10s。

步骤4、关闭电磁感应加热器电源，去真空，待融化后的焊片冷却至室温后，移走谐振子及基座，完成谐振子及基座焊接。

上述谐振子与基座装配时需要用定位工装，定位工装采用现有工装结构即可，定位工装不是本文的发明点，在此不在赘述。

综上，本发明的主要技术点包括以下几方面：

技术点一：焊接方式的选择

本发明采用电磁感应加热器进行加热焊接，该种焊接方式的特点为：焊接效率高(此焊接为小间隙大纵深式焊接，利用普通钎焊很难将谐振子与基座间隙内的焊锡全部融化)、非接触式(有利于保证谐振子与基座的定位精度)、焊缝均匀孔隙率低(在高真空下熔融焊锡内部的气体会进一步排出)，该种焊接方式应用到谐振子与基座焊接，可以保证谐振子Q值几乎无损伤、Q值稳定性高。

技术点二：焊片材料的选择，见表一：)

表一不同焊料对Q值的影响

焊料名称	谐振子Q值变化
		锡银铜	2％-5％
铟基焊料	10％
		铅锡焊料	15％

从表一中可以看出，采用锡银铜焊片，焊接后谐振子Q值损失最小，因此本发明优选采用锡银铜焊片。

技术点三：电磁感应加热器电源输出功率的选择，见表二

表二不同输出功率下焊料融化情况

功率大小	焊料融化情况
		4kw	不融
6.5kw	焊锡呈现熔融状态，此时流动性较好
		8kw	焊片从重叠位置迅速轴向打断，后续焊片无法融化

从表二中可以看出，在输出功率为6.5Kw时，锡银铜焊片呈现出熔融状态，其流动性达到最优，此时焊锡可充分填满谐振子与基座之间的缝隙，因此，本发明中电磁感应加热器电源输出功率设定值优选为6.5Kw。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神范围内，各种替换、变化和修改都是可以的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。