從宇航用戶角度談幾點電磁繼電器質(zhì)量控制建議

賈 曉，張紅旗，王杰林

(1.中國空間技術(shù)研究院宇航物資保障事業(yè)部，北京，100094 2.航天科技集團(tuán)公司，北京，100094)

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試驗與檢測

從宇航用戶角度談幾點電磁繼電器質(zhì)量控制建議

賈 曉1，張紅旗1，王杰林2

(1.中國空間技術(shù)研究院宇航物資保障事業(yè)部，北京，100094 2.航天科技集團(tuán)公司，北京，100094)

從宇航用戶的角度分析電磁繼電器質(zhì)量控制需要關(guān)注的環(huán)節(jié)，為針對性的提高產(chǎn)品質(zhì)量控制水平提供指導(dǎo)建議。通過分析某宇航用戶近年來的質(zhì)量保證數(shù)據(jù)，總結(jié)電磁繼電器在驗收、補充篩選和使用階段的質(zhì)量問題，分析了問題產(chǎn)生原因，并從產(chǎn)品設(shè)計和生產(chǎn)過程質(zhì)量控制、檢驗試驗和使用指導(dǎo)等方面提出了質(zhì)量控制措施建議。

宇航用戶；電磁繼電器；質(zhì)量控制

1 引言

電磁繼電器廣泛應(yīng)用于宇航型號，用于完成航天型號及其配套地面測控設(shè)備中信號傳遞、控制及系統(tǒng)配電等功能。電磁繼電器一般由電磁系統(tǒng)、接觸系統(tǒng)及附屬部分組成，零件繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通過設(shè)計結(jié)構(gòu)的精確裝配實現(xiàn)各個系統(tǒng)之間的精密配合與動作以執(zhí)行預(yù)定功能。由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜而又要求精密配合，任何微小的差錯都可能導(dǎo)致電磁繼電器失效，這使電磁繼電器成為失效率相對較高的元件之一。在元器件質(zhì)量控制方面，我國宇航用戶提出了監(jiān)制驗收、補充篩選、失效分析等質(zhì)量控制要求[1-2]，對元器件生產(chǎn)廠提高生產(chǎn)控制質(zhì)量起到一定的促進(jìn)作用，針對性電磁繼電器質(zhì)量保證和使用過程中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，找出電磁繼電器質(zhì)量控制控制的薄弱環(huán)節(jié)，對有加強繼電器質(zhì)量控制，提升質(zhì)量水平具有指導(dǎo)意義。

2 電磁繼電器質(zhì)量保證數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

為對宇航用國產(chǎn)電磁繼電器近年來質(zhì)量狀況進(jìn)行系統(tǒng)研究，本文對某宇航用戶近四年在驗收、補充篩選及使用階段發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量問題進(jìn)行了統(tǒng)計分析。

2.1 驗收過程拒收統(tǒng)計

表1為下廠驗收中發(fā)現(xiàn)的批不合格問題情況，近四年共發(fā)現(xiàn)12例電磁繼電器批次性不合格的情況，主要為破壞性物理分析試驗不合格。其中，3個批次電磁繼電器內(nèi)部參數(shù)測試不合格，10個批次電磁繼電器內(nèi)部結(jié)構(gòu)損傷或內(nèi)部存在多余物。

2.2 補充篩選不合格統(tǒng)計

表2對補充篩選階段發(fā)現(xiàn)的電磁繼電器質(zhì)量問題進(jìn)行了匯總。

補充篩選中質(zhì)量問題可以分為以下6大類：

1)外觀缺陷

電磁繼電器補篩外觀剔除率在0.1%～0.3%間波動，2010年剔除率最低。從剔除原因來看，外觀剔除主要是外殼損傷和搪錫處理后造成的底板粘污兩類問題，這兩類問題外觀剔除比例相當(dāng)。

2)電參數(shù)超差

2010～2014年參數(shù)超差剔除率均在1%以下，2010年最低為0.38%。從剔除原因來看，參數(shù)超差主要是高低溫運行不合格、運行后電測試的轉(zhuǎn)換電壓超差。

3)檢漏不合格

補充篩選過程中的檢漏剔除，90%為精檢漏剔除。其中，2010年4JB5-2-28BZ1電磁繼電器一個批次167因檢漏不合格數(shù)量超PDA要求，整批不合格剔除。

4)絕緣下降

2010年，3JB20-2-28BZ1一個批次中有三只電磁繼電器絕緣測試不合格，經(jīng)分析為聚酰亞胺膜包扎不當(dāng)使內(nèi)部漆包線與鐵芯接觸，造成絕緣下降；2011年，3JB20-3一個批次2只產(chǎn)品絕緣電阻小，失效分析發(fā)現(xiàn)漆包線與鐵心之間的聚酰亞胺薄膜在裝配時被搓起，沒有起到絕緣作用，導(dǎo)致漆包線與鐵心之間直接接觸。

5)耐壓擊穿

2011年，3JB20-2-28BZ1補篩時發(fā)現(xiàn)兩個批次耐壓擊穿，原因分別為漆包線與鐵心之間直接接觸、線包最里層的漆包線之間短路。

6)觸點不通

2013年發(fā)生兩例電磁繼電器觸點不通問題，經(jīng)失效分析為異常外力導(dǎo)致。

2010～2013年補充篩選發(fā)現(xiàn)問題中，批次性質(zhì)量問題共有8例。2010年、2011年、2013年批次性不合格剔除數(shù)量均超過了100只，在補篩剔除中數(shù)量中占比最大。

表1 驗收發(fā)現(xiàn)的批次性不合格問題

表2 電磁繼電器在補充篩選階段剔除情況

表3 補充篩選發(fā)現(xiàn)的批不合格情況

2.3 失效情況統(tǒng)計

近年來，在使用階段發(fā)現(xiàn)的國產(chǎn)電磁繼電器質(zhì)量問題有8例，問題產(chǎn)生原因定位為生產(chǎn)過程控制不當(dāng)?shù)挠?項，產(chǎn)品設(shè)計或工藝問題的1項，使用不當(dāng)造成過機械應(yīng)力或電應(yīng)力損傷的有5項。

生產(chǎn)過程控制不當(dāng)：

1)某電磁繼電器的線圈管腳對外殼不絕緣，檢查發(fā)現(xiàn)短路點在漆包線與鐵芯之間，由于兩者之間的聚酰亞胺薄膜在裝配時被搓起而沒有起到絕緣作用，漆包線與鐵芯之間直接接觸，在進(jìn)行絕緣耐壓測試過程中發(fā)生介質(zhì)擊穿而導(dǎo)致故障。

2)單機研制時發(fā)現(xiàn)某電磁繼電器加電不轉(zhuǎn)換，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)電磁繼電器銜鐵小軸根部圓角尺寸超差在特定狀態(tài)下使銜鐵轉(zhuǎn)動承受摩擦阻力增大，導(dǎo)致發(fā)生加電不轉(zhuǎn)換的故障，且產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)變更時并未進(jìn)行充分的設(shè)計論證和試驗驗證。

設(shè)計或工藝問題：

1)在電裝時發(fā)現(xiàn)某電磁繼電器部分引腳與殼體之間絕緣電阻降低。經(jīng)分析，發(fā)現(xiàn)是由于電磁繼電器內(nèi)部鍍金簧片上生長鉛須并搭接導(dǎo)致故障。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)鉛須的生長是由于鍍金簧片上所用的高鉛焊料與金層反應(yīng)生成的金錫金屬間化合物提供內(nèi)生壓應(yīng)力，進(jìn)而促進(jìn)鉛晶粒擠出形成晶須。

使用不當(dāng)：

1)某電磁繼電器在單機鑒定級沖擊試驗中出現(xiàn)觸點不導(dǎo)通現(xiàn)象，內(nèi)部檢查發(fā)現(xiàn)電磁繼電器的銜鐵處于中位狀態(tài)。分析認(rèn)為單機的鑒定級沖擊試驗過程中，沖擊試驗應(yīng)力過大，沖擊加速度對銜鐵產(chǎn)生的沖力大于銜鐵的帶載保持力，使銜鐵與軛鐵無法保持吸合狀態(tài)而發(fā)生轉(zhuǎn)動，銜鐵出現(xiàn)中位狀態(tài)。

2)某電磁繼電器使用時發(fā)現(xiàn)各組觸點間導(dǎo)通狀態(tài)不隨外加激勵信號的變化而變化，5-6觸點組、7-8觸點組和9-10觸點一直導(dǎo)通。分析發(fā)現(xiàn)電磁繼電器各觸點組導(dǎo)通狀態(tài)固定的原因是電磁繼電器內(nèi)部5-6觸點組已經(jīng)焊死，使得電磁繼電器銜鐵無法動作。判斷過電應(yīng)力導(dǎo)致5-6觸點組發(fā)生瞬態(tài)電弧燒蝕，使5-6觸點組受熱熔化后再凝固后焊死，是典型的瞬態(tài)電弧燒蝕的結(jié)果。

3)某電磁繼電器在整機鑒定級沖擊試驗中出現(xiàn)銜鐵翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象，分析認(rèn)為在用戶的鑒定級沖擊試驗過程中，電磁繼電器局部沖擊響應(yīng)量級放大，過大的沖擊試驗應(yīng)力對銜鐵產(chǎn)生的沖力超過電磁繼電器的帶載保持力，使銜鐵與軛鐵無法保持吸合狀態(tài)而發(fā)生翻轉(zhuǎn)。

4)某電磁繼電器外觀檢查發(fā)現(xiàn)電磁繼電器頂蓋存在機械損傷痕跡，測試4組觸點的常開、常閉觸點均存在不導(dǎo)通現(xiàn)象，X射線和內(nèi)部檢查發(fā)現(xiàn)電磁繼電器簧片在每次加電轉(zhuǎn)換后僅能與上觸點接觸，不能與下觸點接觸，導(dǎo)致4組觸點的常開、常閉觸點均不導(dǎo)通，分析判斷電磁繼電器加電后簧片轉(zhuǎn)換異常是由于電磁繼電器的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化所致，而結(jié)構(gòu)變化與電磁繼電器受到異常外力有關(guān)。

5)某電磁繼電器右側(cè)4組觸點中有3組觸點存在不導(dǎo)通現(xiàn)象，X射線和內(nèi)部檢查發(fā)現(xiàn)電磁繼電器右側(cè)動簧片在加電后動作距離過小，部分動簧片未能與觸點接觸導(dǎo)通。分析判斷異常機械應(yīng)力造成電磁繼電器右側(cè)動簧片受力變形，導(dǎo)致動簧片動作距離過小，電磁繼電器加電后右側(cè)部分動簧片與下觸點接觸不上出現(xiàn)開路的失效現(xiàn)象。

3 電磁繼電器質(zhì)量問題分析

對上述質(zhì)量問題發(fā)生的原因進(jìn)行歸類分析，主要有5種：設(shè)計或工藝問題、生產(chǎn)過程控制問題、包裝轉(zhuǎn)運和產(chǎn)品操作問題、篩選應(yīng)力不足和使用問題。圖1為33項質(zhì)量問題的產(chǎn)生原因分布，從圖1中可以看出，生產(chǎn)過程控制問題、使用問題和轉(zhuǎn)運操作問題是導(dǎo)致質(zhì)量問題發(fā)生的主要原因。

圖1 電磁繼電器質(zhì)量問題產(chǎn)生原因分布

1)生產(chǎn)過程控制問題

無論是質(zhì)量保證和用戶使用階段的批次性質(zhì)量問題還是補篩的參數(shù)超差、外觀不合格，都存在生產(chǎn)過程控制造成的質(zhì)量問題。在25項批次性問題中，19項是由于生產(chǎn)過程控制不當(dāng)引起：DPA 中觸點壓力偏大、超行程測試不合格等，是由于裝配調(diào)試過程壓力調(diào)試不當(dāng)造成；DPA中發(fā)現(xiàn)的兩項引出線壓傷及耐壓測試不合格，由于裝配過程安裝不當(dāng)，導(dǎo)致引出線損傷或位置偏離；DPA中線圈包扎膜損傷及補篩發(fā)現(xiàn)的介質(zhì)耐壓不合格都是線圈繞制過程控制不當(dāng)，線圈包扎膜和漆包線損傷導(dǎo)致；DPA中線圈支架拉脫試驗不合格3項，由于線圈架焊接控制不當(dāng)造成；DPA發(fā)現(xiàn)的銜鐵和軛鐵極面存在大量金屬粉末，由于裝配中安裝位置不合理造成內(nèi)部機械結(jié)構(gòu)的非正常接觸導(dǎo)致；2JB2-1-28B轉(zhuǎn)換電壓超差數(shù)量超PDA問題，與產(chǎn)品質(zhì)量一致性水平不足有關(guān)，在零件生產(chǎn)、安裝和調(diào)試等過程中未達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量控制要求，造成補篩運行后產(chǎn)品出現(xiàn)了轉(zhuǎn)換電壓超差的現(xiàn)象；另外，補篩外觀檢查中發(fā)現(xiàn)的底版粘污與產(chǎn)品搪錫工藝控制不當(dāng)有關(guān)。

以上大量的質(zhì)量問題都反映了國內(nèi)電磁繼電器生產(chǎn)廠生產(chǎn)過程控制中存在問題，生產(chǎn)過程控制不當(dāng)是造成電磁繼電器質(zhì)量問題的最主要因素。國產(chǎn)電磁繼電器生產(chǎn)廠生產(chǎn)過程一致性控制水平有待進(jìn)一步提高，部分工序過程需要加強控制，如線圈繞制、裝配、調(diào)試。2)設(shè)計或工藝問題

近年來發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量問題中，有2項批次性質(zhì)量問題由于設(shè)計或工藝問題造成：某電磁繼電器部分引腳與殼體之間絕緣電阻降低。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)是由于電磁繼電器內(nèi)部鍍金簧片上生長鉛須并搭接導(dǎo)致故障。該問題反應(yīng)了在電磁繼電器設(shè)計上仍然存在問題，對于某些可能造成產(chǎn)品質(zhì)量問題的結(jié)構(gòu)或工藝不能充分識別；驗收DPA中發(fā)現(xiàn)的某電磁繼電器推動桿玻璃球磨損，產(chǎn)品推動桿玻璃球工藝問題，導(dǎo)致了該問題的產(chǎn)生。

3)轉(zhuǎn)運操作問題

補篩中發(fā)現(xiàn)觸點不導(dǎo)通的現(xiàn)象，經(jīng)失效分析判斷為異常外力導(dǎo)致內(nèi)部機械結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。產(chǎn)品在驗收試驗中測試合格，異常外力來源可能是驗收完成后的包裝、轉(zhuǎn)運過程；補充篩選中的檢漏不合格問題，產(chǎn)品驗收試驗時漏率合格，后續(xù)經(jīng)過了測試、運行等試驗及包裝轉(zhuǎn)運過程，檢漏不合格可能是在操作及包裝過程中對絕緣子造成了損傷；另外，補充篩選外觀檢查中發(fā)現(xiàn)的外殼機械損傷也與產(chǎn)品的轉(zhuǎn)運操作有關(guān)。

4)篩選應(yīng)力不足

從對補充篩選中參數(shù)超差剔除項的匯總分析中可以看出，參數(shù)超差主要發(fā)生在高低溫運行后的電參數(shù)測試中。目前電磁繼電器補充篩選的試驗項目和要求見表4，除高低溫運行外，其余項目均為驗證性的測試檢驗項目，電磁繼電器在A組檢驗和驗收試驗中都經(jīng)歷了100%的篩選，在高低溫運行之后仍然出現(xiàn)一定比例的電參數(shù)測試超差現(xiàn)象。生產(chǎn)廠提交驗收前產(chǎn)品應(yīng)進(jìn)行足夠的篩選和老化試驗，保證產(chǎn)品在提交用戶時為剔除了早期失效的合格品。

表4 電磁繼電器補充篩選試驗項目及要求

5)使用問題

電磁繼電器在用戶使用過程中出現(xiàn)的加電不轉(zhuǎn)換、銜鐵翻轉(zhuǎn)、觸點不通等5項問題，與用戶使用不當(dāng)造成的過電應(yīng)力、過機械應(yīng)力有關(guān)。問題反映了用戶在電磁繼電器使用中仍存在一些使用不當(dāng)問題，生產(chǎn)廠應(yīng)進(jìn)一步加強對于繼電器的使用指導(dǎo)。

4 質(zhì)量問題的控制措施建議

以上對電磁繼電器在驗收、補篩和用戶使用階段出現(xiàn)的質(zhì)量問題進(jìn)行了統(tǒng)計歸類，并對問題產(chǎn)生原因進(jìn)行了分析。為提高電磁繼電器的整體質(zhì)量控制水平，減少在驗收、補篩和使用階段的質(zhì)量問題，對后續(xù)質(zhì)量控制提出以下建議措施：

1)在產(chǎn)品設(shè)計和生產(chǎn)過程質(zhì)量控制方面：

a)加強生產(chǎn)過程控制，重點研究在線圈繞制、電磁繼電器裝配、調(diào)試等過程的質(zhì)量控制措施。針對生產(chǎn)過程控制的薄弱環(huán)節(jié)，生產(chǎn)廠家細(xì)化控制要求，形成關(guān)鍵過程控制作業(yè)文件；

b)承制方改進(jìn)生產(chǎn)工藝、設(shè)備和環(huán)境，梳理影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵性裝配操作工序，制作專用工裝夾具，提高產(chǎn)品工藝一致性水平；

c)規(guī)范宇航產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)控制，產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)變更需進(jìn)行充分的設(shè)計論證和試驗驗證，避免設(shè)計上因為追求個別參數(shù)指標(biāo)的提高而忽視產(chǎn)品可靠性；

d)改進(jìn)現(xiàn)有電磁繼電器的工藝，提升整體固有質(zhì)量水平。如：改進(jìn)推動器玻璃球工藝、規(guī)范線圈引出線工藝要求、加強電磁繼電器引出桿的搪錫工藝控制。

2)在檢驗試驗方面：

a)完善電磁繼電器篩選測試要求，逐步實現(xiàn)對電磁繼電器全參數(shù)的三溫測試，為宇航型號使用提供更加有力的數(shù)據(jù)支撐；

b)深入分析補充篩選檢漏不合格原因，加強運行、測試和包裝轉(zhuǎn)運中的防護(hù)。

3)在用戶使用指導(dǎo)方面a)對于用戶使用中出現(xiàn)過電應(yīng)力、過機械應(yīng)力問題，承制方對電磁繼電器的極限性能進(jìn)行充分摸底，編制用指南以提供規(guī)范的應(yīng)用指導(dǎo)；

b)承制方對于電磁繼電器給出推薦安裝和驅(qū)動方式，避免不正確的電路設(shè)計或安裝造成的使用問題。

5 結(jié)束語

本文通過對某宇航用戶近年來在電磁繼電器質(zhì)量保證和使用中發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量問題統(tǒng)計分析，得出了導(dǎo)致質(zhì)量問題產(chǎn)生的5個主要原因：設(shè)計或工藝問題、生產(chǎn)過程控制問題、包裝轉(zhuǎn)運和產(chǎn)品操作問題、篩選應(yīng)力不足和使用問題。針對以上5個導(dǎo)致質(zhì)量問題產(chǎn)生的原因，從產(chǎn)品設(shè)計和生產(chǎn)過程控制、檢驗試驗和用戶使用指導(dǎo)三個方面，提出了電磁繼電器的質(zhì)量控制措施建議。

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2015-10-26

10.3969/j.issn.1000-6133.2015.06.009

TN784

A

1000-6133(2015)06-0039-05