一种焊接的离子推力器栅极组件的制作方法

本发明涉及一种采用电子束对称跳焊焊接的离子推力器用栅极组件，属于航天空间电推进技术、真空电子领域。

背景技术：

栅极组件是离子推力器的关键组件，主要作用是通过加载的栅极的电压引出放电室的离子并加速从而产生推力。栅极组件的性能直接关系到推力器的性能和寿命，甚至影响空间飞行任务的成败。

在离子推力器应用中，最常见的双栅极离子引出系统，即屏栅和加速栅。双栅通过专用陶瓷组件安装并隔离不同电位，双栅极装配间距通常设计为1mm左右。根据栅极组件导流设计，在栅极孔径、加载电压一定的条件下，栅极组件的束流引出能力由栅间距决定，推力器从启动到稳定工作，栅间距受热的影响在不断变化直至热平衡达到稳定，因此栅间距的保持对推力器的性能稳定至关重要。

常用的栅极固定方式为螺钉紧固，对于大口径采用安装环增强的栅极组件，必须在对应螺钉的位置足够大的孔以避免不同电压引起的放电打火。而且栅极零件边缘的紧固螺钉间距必须足够紧密，避免间距过大造成工作时因热导致的栅极边缘翘曲变形，因此螺钉紧固孔和让位孔较多，势必降低栅极的力学强度，以及工作的热稳定性。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种焊接的离子推力器栅极组件，该栅极组件中的屏栅和加速栅采用电子束对称跳焊焊接，易于栅极组件的装配，大大简化安装工艺，提高栅极组件工作稳定性。

一种焊接的离子推力器栅极组件，所述栅极组件主要包括屏栅极、屏栅极安装环、加速栅极以及加速栅极安装环；

屏栅极和加速栅极的材质为纯钼材料；屏栅极安装环和加速栅极安装环的材质为TC4钛合金材料；

屏栅极安装环的外圆周面上加工有与屏栅极配合的定位台阶，采用电子束从屏栅极的表面进行穿透焊接，将屏栅极固定安装在屏栅极安装环的定位台阶上；加速栅极安装环的外圆周面上加工有与加速栅配合的定位台阶，采用电子束从加速栅极的表面进行穿透焊接，将加速栅极固定安装在加速栅极安装环的定位台阶上；屏栅极安装环与加速栅极安装环之间通过陶瓷紧固组件固定连接，且屏栅极和加速栅极在屏栅极安装环与加速栅极安装环之间；

采用电子束进行焊接时，采用的是跳焊与对称焊组合的焊接方式。

屏栅极安装环中定位台阶的台阶面高度与屏栅极的厚度比值为2～4:5；加速栅极安装环中定位台阶的台阶面高度与加速栅极的厚度比值为2～4:5。

屏栅极安装环或加速栅极安装环的内径为r，外径为R；焊接产生的焊缝距离所述安装环外径的距离优选2(R-r)/5～3(R-r)/5。

每个焊缝的弧长优选12mm～18mm。

两个相邻焊缝之间的距离优选40mm～48mm。

有益效果：

本发明所述栅极组件中，采用电子束从屏栅极或加速栅极的上表面进行穿透焊接，并采用跳焊与对称焊组合的焊接方式；由于纯钼熔点为2620℃而TC4钛合金熔点为1668℃，因此热量从屏栅极或加速栅极传递到屏栅极安装环或加速栅极安装环上会使其融化，从而形成熔接，这种焊接方式仅对材料局部加热，因此焊接热量不会对屏栅极或加速栅极产生影响；跳焊与对称焊组合方式能有效减少热量输入，降低屏栅极或加速栅极的温度，从而避免因温度过高引起的零件形变；此焊接方法不引入焊料与助焊剂等材料，不会污染其他离子推力器零件；本发明所述的栅极组件中，有效地改善了栅极零件固定方式，易于栅极组件的装配，并且大大简化安装工艺，提高栅极组件工作稳定性。

附图说明

图1为实施例中所述屏栅的结构示意图。

图2为实施例中所述加速栅极的结构示意图。

图3为屏栅极与屏栅极安装环的装配关系示意图。

1-屏栅极，2-屏栅极安装环，3-焊缝，4-加速栅极，5-加速栅极安装环。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

一种焊接的离子推力器栅极组件，所述栅极组件主要包括屏栅极1、屏栅极安装环2、加速栅极4以及加速栅极安装环5；

屏栅极1和加速栅极4的材质为纯钼材料；屏栅极安装环2和加速栅极安装环5的材质为TC4钛合金材料；屏栅极安装环2以及加速栅极安装环5的外径R与其内径r的差值均为20mm；

屏栅极安装环2的外圆周面上加工有与屏栅极1配合的定位台阶，且屏栅极安装环2的定位台阶的台阶面高度与屏栅极1的厚度比值为4:5，如图3所示；将屏栅极1放置到屏栅极安装环2的定位台阶上且屏栅极1的凸面朝上，然后用焊接工装进行固定，再采用电子束从距离屏栅极安装环2外径10mm处的屏栅极1的上表面进行穿透焊接，焊缝3弧长为15mm，沿屏栅极1的周向均布12个焊缝3，得到屏栅，如图1所示；加速栅极安装环5的外圆周面上加工有与加速栅极4配合的定位台阶，且加速栅极安装环5的定位台阶的台阶面高度与加速栅极4的厚度比值为4:5；将加速栅极4放置到加速栅极安装环5的定位台阶上且加速栅极4的凸面朝下，然后用焊接工装进行固定，再采用电子束从距离加速栅极安装环5外径10mm处的加速栅极4的上表面进行穿透焊接，焊缝3弧长为15mm，沿加速栅极4的周向均布12个焊缝3，得到加速栅，如图2所示；最后，采用陶瓷螺栓紧固组件将屏栅与加速栅装配，得到所述栅极组件；

其中，采用电子束进行焊接时，采用的是跳焊与对称焊组合的焊接方式，即依次完成第一个焊缝3、第七焊缝3、第二个焊缝3、第八个焊缝3、第三个焊缝3、第九个焊缝3、第四个焊缝3、第十个焊缝3、第五个焊缝3、第十一个焊缝3、第六个焊缝3以及第十二个焊缝3的焊接。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。