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摘要：航天器熱試驗(yàn)所用熱電偶插頭采用手工焊接的方式。隨著我國型號研制任務(wù)的增多，手工焊接工藝效率低、焊接質(zhì)量無法保證的問題暴露無遺。為了保證生產(chǎn)進(jìn)度，提高插頭焊接效率和焊點(diǎn)質(zhì)量，引入焊接機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)熱電偶插頭的自動焊接工藝。針對自動焊接工藝下不同批次銅線對焊和熱電偶多一個(gè)焊點(diǎn)的問題，采用比較法開展了耐拉力試驗(yàn)、正常工況測溫性能試驗(yàn)和極限拉偏測溫性能試驗(yàn)等工藝對比試驗(yàn)，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對比分析，驗(yàn)證了熱電偶插頭自動焊接工藝的可靠性。

關(guān)鍵詞：熱電偶插頭；自動焊接；工藝試驗(yàn)

前言

航天器在研制過程中需要經(jīng)過熱試驗(yàn)來驗(yàn)證其空間環(huán)境適應(yīng)能力。熱試驗(yàn)過程中一般采用銅-康銅熱電偶來測量特征點(diǎn)的溫度變化。銅-康銅熱電偶是一種常用的測溫元件[1]，由于其響應(yīng)速度快、制作簡單、重復(fù)性好、測溫范圍寬且環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)而得到廣泛應(yīng)用。目前，熱試驗(yàn)改造中熱電偶插頭的焊接工作采用手工焊接方式將航天器甩出的銅線焊接在插頭焊杯中[2]。隨著型號研制工作的增多，手工焊接費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率低的缺點(diǎn)顯現(xiàn)無遺。為了提高生產(chǎn)效率，改變現(xiàn)有熱電偶插頭的制作工藝，將制作好的熱電偶插頭上的銅線與航天器甩出的銅線通過自動焊接機(jī)器人焊接在一起。該工藝方法制作的熱電偶插頭可以重復(fù)利用，因此能夠有效提升熱電偶插頭的制作效率。傳統(tǒng)工藝與自動焊接工藝的區(qū)別在于熱電偶增加了一個(gè)焊點(diǎn)，并且由于熱電偶插頭反復(fù)利用造成插頭銅線與航天器甩出銅線批次不盡相同。為此，本研究將兩種工藝下制作的熱電偶進(jìn)行工藝對比試驗(yàn)，包括拉力試驗(yàn)和環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)，研究自動焊接工藝制作的熱電偶插頭的測溫性能，為分析該種熱電偶插頭的可靠性提供依據(jù)。1試驗(yàn)系統(tǒng)及原理銅-康銅熱電偶由銅線與康銅線通過電弧焊、水銀焊接、鹽水焊接等方法焊接制作而成[3]。采用工業(yè)上常用的熱電偶校準(zhǔn)方法比較法來驗(yàn)證自動焊接工藝熱電偶的測溫性能[4]。比較法的原理是用被校熱電偶和標(biāo)準(zhǔn)熱電偶同時(shí)測量同一個(gè)對象的溫度，然后比較兩者示值，以確定被檢熱電偶的基本誤差等質(zhì)量指標(biāo)[5]。在航天器熱試驗(yàn)中，將熱電偶粘貼在航天器上的測溫端，引出的銅線焊接在插頭焊杯中，焊杯中的49與50針短接引出銅線與溫度參考點(diǎn)銅線連接，引出的康銅線匯成一股與溫度參考點(diǎn)康銅線連接。熱電偶插頭通過轉(zhuǎn)接電纜與真空罐外測試儀器連接。航天器熱試驗(yàn)銅-康銅熱電偶測溫系統(tǒng)如圖1所示。

2試驗(yàn)過程

參照GB/T34035-2017《熱電偶現(xiàn)場試驗(yàn)方法》要求及試驗(yàn)原理，分別用傳統(tǒng)工藝制作的熱電偶和自動焊接工藝制作的熱電偶進(jìn)行耐拉力試驗(yàn)、正常工況測溫性能試驗(yàn)和極限拉偏測溫性能試驗(yàn)，分別從焊點(diǎn)的力學(xué)性能及熱電偶測溫性能等方面進(jìn)行對比分析[6]。

2.1耐拉力試驗(yàn)?zāi)屠υ囼?yàn)將自動焊接工藝與手工焊接工藝分為兩組，每組12個(gè)樣品。用MPT-250B導(dǎo)線拉力測試儀對兩組試驗(yàn)樣品進(jìn)行耐拉力測試[7]，試驗(yàn)過程和拉斷效果如圖2所示。圖2熱電偶引線耐拉力試驗(yàn)

2.2正常工況測溫性能試驗(yàn)在同一熱試驗(yàn)工況下的兩塊銅板上設(shè)置2個(gè)測溫點(diǎn)，每個(gè)測溫點(diǎn)上粘貼4個(gè)熱電偶。其中，2個(gè)按照傳統(tǒng)工藝制作，另外2個(gè)按照自動焊接工藝制作。自動焊接工藝插頭一端的熱電偶銅線，選擇時(shí)間相差較遠(yuǎn)的批次，分別為2001年12月生產(chǎn)、2005年1月生產(chǎn)、2008年2月生產(chǎn)和2015年11月生產(chǎn)的批次。熱電偶制作完成后，將2塊銅板分別放于衛(wèi)星電池板下側(cè)和熱沉表面進(jìn)行試驗(yàn)并測量數(shù)據(jù)，測溫點(diǎn)與試驗(yàn)插頭如圖3所示。圖3測溫點(diǎn)與試驗(yàn)插頭2.3極限拉偏測溫性能試驗(yàn)此試驗(yàn)分為低溫拉偏和高溫拉偏兩種工況：低溫拉偏試驗(yàn)選擇熱試驗(yàn)所用溫度為-196℃的液氮作為試驗(yàn)環(huán)境，測量自動焊接工藝制作的熱電偶在風(fēng)槍溫度調(diào)至熱試驗(yàn)極限高溫220℃對熱電偶進(jìn)行加熱，測量自動焊接工藝制作的熱電偶在熱試驗(yàn)極限高溫下的測溫性能，具體試驗(yàn)過程如圖4所示。

3試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1耐拉力試驗(yàn)經(jīng)過兩組耐拉力試驗(yàn)，得到耐拉力測試結(jié)果如表1、表2所示。從拉斷外觀來看，引線拉斷端口整齊，為一次拉斷。另外，從拉斷位置來看，焊點(diǎn)處均未發(fā)生斷裂，表明焊點(diǎn)強(qiáng)度大于引線本身強(qiáng)度。所以，自動焊接樣品的耐拉力滿足要求。

3.2正常工況測溫性能試驗(yàn)正常工況測溫性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線如圖5所示，可以看出，每個(gè)測溫點(diǎn)的4個(gè)熱電偶的測溫?cái)?shù)據(jù)基本相同。分析測溫點(diǎn)1的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)工藝與自動焊接工藝制作的熱電偶測溫?cái)?shù)值之差最大為0.892℃，傳統(tǒng)工藝制作的熱電偶1、2之間的測溫?cái)?shù)值之差最大為0.782℃。分析測溫點(diǎn)2的試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出，傳統(tǒng)工藝與自動焊接工藝制作的熱電偶測溫?cái)?shù)值之差最大為0.925℃，傳統(tǒng)工藝制作的熱電偶3、4之間的測溫?cái)?shù)值之差最大為1.453℃。2個(gè)測溫點(diǎn)傳統(tǒng)工藝與自動焊接工藝制作的熱電偶測溫差值小于1℃，試驗(yàn)效果良好，滿足要求[8]。

3.3極限拉偏測溫性能試驗(yàn)極限拉偏測溫性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線如圖6所示。可以看出，在低溫拉偏試驗(yàn)中，傳統(tǒng)工藝與自動焊接工藝制作的熱電偶測溫?cái)?shù)值之差最大為0.227℃，傳統(tǒng)工藝制作的熱電偶測溫?cái)?shù)值之差最大為0.282℃。傳統(tǒng)工藝與自動焊接工藝制作的熱電偶測溫差值較小，試驗(yàn)效果良好，滿足要求[9]。在高溫拉偏試驗(yàn)中，傳統(tǒng)工藝制作的熱電偶測溫?cái)?shù)值之差最大為1.869℃，傳統(tǒng)工藝與自動焊接工藝制作的熱電偶測溫?cái)?shù)值之差最大為1.834℃。可以看出，高溫拉偏試驗(yàn)中傳統(tǒng)工藝與自動焊接工藝制作的熱電偶測溫?cái)?shù)值之差大于低溫拉偏試驗(yàn)的測溫?cái)?shù)值之差，但傳統(tǒng)工藝制作的熱電偶測溫偏差也較大[10]。其原因?yàn)椋孩贌o法保證熱電偶的測溫位置嚴(yán)格一致，導(dǎo)致測量溫度會有偏差，②大廳中的通風(fēng)系統(tǒng)使熱風(fēng)槍的熱風(fēng)場難保一致，從而造成局部溫差。

4結(jié)論

采用比較法對熱電偶插頭自動焊接工藝進(jìn)行耐拉力試驗(yàn)、正常工況測溫性能試驗(yàn)和極限拉偏測溫性能試驗(yàn)，主要結(jié)論如下：（1）自動焊接工藝制作的熱電偶其力學(xué)性能滿足要求。（2）能夠?qū)崿F(xiàn)正常測溫的功能，測溫?cái)?shù)據(jù)無中斷，連續(xù)測量數(shù)據(jù)跳動不超過0.1℃，測溫?cái)?shù)據(jù)變化平滑。（3）與傳統(tǒng)工藝制作的熱電偶相比，在正常熱試驗(yàn)工況下，測量數(shù)據(jù)差異較小，在允許誤差范圍內(nèi)。（4）在極限高低溫工況下，當(dāng)環(huán)境溫度絕對一致時(shí)，傳統(tǒng)工藝與自動焊接工藝制作的熱電偶測量數(shù)據(jù)之差在0.3℃以內(nèi)，測溫性能良好，基本無差異。

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作者：張寧 傅浩 劉澤元 單位：北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所