加固機絕緣不良問題案例分析與研究

江蘇自動化研究所 吳振綱

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加固機絕緣不良問題案例分析與研究

江蘇自動化研究所 吳振綱

【摘要】機殼地與信號地絕緣電阻是加固機的一項基本技術(shù)指標(biāo)。由于影響絕緣電阻的因素很多，所以查明絕緣電阻不良的原因非常費時費力。實際生產(chǎn)中機殼地與信號地絕緣電阻不良問題嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的正常生產(chǎn)進(jìn)度。本文通過對幾個典型案例進(jìn)行解剖、分析，討論和總結(jié)了造成加固機機殼地與信號地絕緣電阻不良問題的各種原因，有針對性的提出了行之有效的解決措施，并成功應(yīng)用于生產(chǎn)實踐。

【關(guān)鍵詞】加固機；機殼地；信號地；絕緣電阻；禁覆區(qū)；覆銅區(qū)

0　引言

絕緣電阻是衡量電子設(shè)備性能的最基本的技術(shù)指標(biāo)。絕緣電阻測量是了解、評估電子設(shè)備絕緣性能的基本手段。阻值越高，說明電子設(shè)備的絕緣性能越好，可靠性越高。絕緣電阻測量貫穿電子產(chǎn)品的生產(chǎn)、調(diào)試、試驗和使用等整個產(chǎn)品生命周期。我所加固機產(chǎn)品要求在正常大氣條件下，未裝入插件模塊時，使用FLUKE45數(shù)字萬用表測量機箱機殼地和信號地絕緣電阻應(yīng)滿足R≥500MΩ。在加固機裝配過程中，機殼地與信號地絕緣電阻不良的問題經(jīng)常出現(xiàn)，一直困擾著我們，甚至產(chǎn)品出廠時絕緣電阻滿足要求，但調(diào)試時發(fā)現(xiàn)絕緣電阻過低。特別是在炎熱潮濕的夏季，這種問題更是接連不斷。因為影響絕緣電阻的因素很多，所以通常絕緣不良問題原因查找和問題解決非常耗費時間和精力，而且會造成不同程度的返工，延誤產(chǎn)品的交付時間，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的正常生產(chǎn)。因此，盡快查明絕緣不良的原因并采取有效的解決措施顯得尤為重要。

1　絕緣電阻不良的原因

影響絕緣電阻的因素有很多，造成絕緣不良的原因多種多樣，到底是哪個原因造成了加固機機殼地和信號地絕緣電阻不良？經(jīng)過多年的摸索和實踐，我發(fā)現(xiàn)主要有以下幾類原因，下面分別結(jié)合幾個典型的案例，對其展開說明。

1.1設(shè)計原因

案例一：

某型加固機裝配完成后測量其機殼地和信號地絕緣電阻為153MΩ，不滿足出廠要求。打開機箱進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)有以下3個問題：（1）底板正面左下角的信號地覆銅區(qū)與機箱殼體直接接觸（見圖1）；（2）所有加固條兩端與底板反面信號地覆銅區(qū)直接接觸（見圖2）；（3）底板反面緊固底板的所有螺釘位置雖然設(shè)計了禁覆區(qū)，但禁覆區(qū)大小設(shè)計裕量不夠。由于設(shè)計未考慮底板安裝孔與螺釘之間的間隙、螺釘與墊圈之間的間隙造成的底板安裝孔、螺釘、墊圈三者不同軸安裝問題，這樣就造成了墊圈與底板反面信號地覆銅區(qū)接接觸（見圖2）。

印制板生產(chǎn)時會在印制板表面的信號地覆銅區(qū)上面覆蓋一層阻焊膜。雖然阻焊膜具有一定的絕緣性，但其絕緣效果不是很好，無法滿足加固機產(chǎn)品絕緣需要。另外，由于阻焊膜非常薄，產(chǎn)品裝配和使用過程中易被與機殼地導(dǎo)通的金屬結(jié)構(gòu)件或緊固件劃傷、直接接觸，從而造成機殼地與信號地絕緣不良甚至短路。因此，此型加固機機殼地和信號地絕緣電阻不良問題的原因是結(jié)構(gòu)設(shè)計與電氣設(shè)計不協(xié)調(diào)統(tǒng)一和禁覆區(qū)設(shè)計裕量不夠。

圖1

圖2

1.2生產(chǎn)原因

案例二：

某批次3臺加固機出廠檢驗時發(fā)現(xiàn)1臺加固機機殼地和信號地絕緣電阻低于200MΩ，不滿足出廠要求。據(jù)檢驗員反饋這批次3臺機箱電裝交檢時測量絕緣電阻是全部符合要求的。打開機箱進(jìn)行檢查，先查看底板，底板表面禁覆區(qū)設(shè)計良好，所有信號地覆銅區(qū)未與任何金屬件接觸，排除設(shè)計原因造成故障。但底板表面明顯有清洗后的污物殘留（見圖3），再檢查各導(dǎo)線外觀，無明顯損傷。

印制板清洗后的殘留污物為助焊劑，其對濕度較為敏感，濕度升高，其絕緣電阻會迅速下降。結(jié)合本批次加固機電裝交檢和出廠檢驗時絕緣電阻相差過大情況，初步懷疑故障原因是底板焊接完成后清洗不干凈。使用潔凈綢布蘸無水乙醇擦拭干凈底板四周側(cè)面和正反面的大表面，使用風(fēng)槍吹干后再次測量加固機機殼地和信號地絕緣電阻為478 MΩ。與底板擦拭前相比，絕緣電阻明顯上升。因此，可以肯定此加固機故障的原因是底板清洗不干凈。

圖3

圖4

案例三：

某臺加固機電裝完成后測量其機殼地和信號地絕緣電阻為144MΩ，不滿足出廠要求。打開機箱進(jìn)行檢查，先查看底板，底板表面潔凈、禁覆區(qū)設(shè)計良好，所有信號地覆銅區(qū)未與任何金屬件接觸，再檢查各導(dǎo)線外觀，無明顯損傷，然后使用分段法進(jìn)行細(xì)查：1、將小面板零件與機箱框架分離，測量機箱信號地與小面板零件導(dǎo)電面之間絕緣電阻為∞MΩ，判斷故障點不在小面板上；2、先將后蓋零件與機箱框架分離，測量后蓋上信號地與機殼地之間絕緣電阻為144MΩ，再查看設(shè)計圖紙發(fā)現(xiàn)同時與機箱框架和后蓋內(nèi)部導(dǎo)電氧化面有電連接的地方共有3處：一處是電源線屏蔽層，另兩處是兩路DVI信號線屏蔽層。然后將電源線在后蓋端的屏蔽層接地焊片與后蓋分開，測量后蓋上信號地與機殼地之間絕緣電阻仍為144MΩ，接著分別使兩路DVI信號線在機箱框架一端的屏蔽層接地焊片與機箱框架分離且分別測量后蓋上信號地與機殼地之間絕緣電阻仍未變化，再測量底板上信號地與機箱框架內(nèi)部導(dǎo)電面之間的絕緣電阻為∞MΩ。因此可以判定故障點一定在后蓋上。

經(jīng)查看設(shè)計圖紙，后蓋上與信號地有關(guān)的線纜有4處：一處是連接信號地接線柱接地防波套，一處是SYV視頻線，另兩處是兩路DVI專用線。先去除固定信號地防波套的線纜夾，檢查防波套位于固定點處用于絕緣的熱縮套管無明顯損傷，接著測量后蓋上信號地與機殼地之間絕緣電阻仍為144MΩ，再將信號地防波套與信號地接線柱分離，測量底板上信號地與后蓋機殼地之間的絕緣電阻依然未變化，然后拆除固定SYV視頻線的線纜夾，發(fā)現(xiàn)位于固定點處的SYV視頻線外表面未按照工藝要求包裹絕緣膠帶且最外面一根SYV視頻線表面有明顯壓痕（見圖4），這時測量底板上信號地與后蓋機殼地之間的絕緣電阻為∞MΩ。因此，可以判定造成此加固機故障的原因是操作者未按照工藝要求在SYV視頻線表面包裹絕緣膠帶造成SYV視頻線被線纜夾擠壓損傷。

1.3器材原因

案例四：

2014年夏天某幾批次加固機全部出現(xiàn)機殼地和信號地絕緣電阻不滿足出廠要求問題，絕緣電阻為200～350MΩ。打開機箱進(jìn)行檢查，先查看底板，底板表面潔凈、禁覆區(qū)設(shè)計良好，所有信號地覆銅區(qū)未與任何金屬件接觸，再檢查各導(dǎo)線外觀，無明顯損傷，然后使用分段法進(jìn)行細(xì)查，經(jīng)過一一排除，最終發(fā)現(xiàn)只要SYV-50-1視頻線最外層絕緣皮與機箱殼體接觸，絕緣電阻就不符合要求，但如果將SYV-50-1視頻線最外層絕緣皮與機箱殼體隔離，絕緣電阻就可以達(dá)到500MΩ。由于SYV-50-1視頻線屏蔽層定義為信號地，與其最外層絕緣皮接觸的機箱殼體定義為機殼地，因此懷疑SYV-50-1視頻線可能有以下兩個問題：1、SYV-50-1視頻線最外層絕緣皮絕緣電阻不滿足要求；2、SYV-50-1視頻線最外層絕緣皮被裸手觸摸后易被污染，進(jìn)而造成屏蔽層與機箱殼體之間的絕緣電阻不符合要求。

為了判定造成此次加固機故障是由以上哪個原因造成的，制作了一個測試工裝（見圖5）進(jìn)行試驗。工裝由螺釘將兩塊表面導(dǎo)電氧化的鋁板緊固在一起，螺釘與其中一塊鋁板之間使用絕緣襯套（材料為硬質(zhì)膠棒）進(jìn)行絕緣。下面開始模擬加固機裝配的狀態(tài)進(jìn)行工藝實驗。

先剪取5根30cm長SYV-50-1視頻線，再使用棉紗蘸潔凈無水乙醇擦洗干凈每一根視頻線外表面，接著使用電吹風(fēng)吹干視頻線表面，然后模擬實際裝配狀態(tài)，將5根SYV-50-1捆扎成一束并夾在工裝的兩塊鋁板之間。測量兩塊鋁板之間絕緣電阻為512MΩ，稍大于500MΩ。當(dāng)這種情況出現(xiàn)在加固機中，如果這時SYV-50-1視頻線的固定點增多或固定點壓緊力增大，或者加固機內(nèi)同時存在其它導(dǎo)致機殼地和信號地絕緣電阻稍大于500MΩ的因素點，那么整個加固機機殼地和信號地絕緣電阻一定會小于500MΩ，導(dǎo)致不滿足要求。因此，可以確定SYV-50-1視頻線最外層絕緣皮絕緣電阻不滿足要求，很有可能造成屏蔽層與機箱殼體之間的絕緣電阻不符合要求。

重新剪取5根30cm長SYV-50-1視頻線，將每根線兩端的屏蔽層各剝出2cm，再模擬SYV-50-1視頻線實際裝配過程，使用裸手多次捋每根視頻線的外表面，并模擬實際裝配狀態(tài)，將5根SYV-50-1捆扎成一束，接著打開工裝將原有的5根視頻線取下，再模擬實際裝配狀態(tài)將新剪取的5根視頻線夾在工裝的兩塊鋁板之間，接著將5根視頻線的屏蔽層分別從兩端短接起來。然后測量SYV-50-1視頻線屏蔽層與任意一塊鋁板之間的絕緣電阻為300MΩ左右。因此，可以確定SYV-50-1視頻線最外層絕緣皮被裸手觸摸后易被污染，進(jìn)而造成屏蔽層與機箱殼體之間的絕緣電阻不符合要求。

綜上所述，可以判定造成此次加固機故障的原因是SYV-50-1視頻線最外層絕緣皮被裸手觸摸后導(dǎo)致其表面絕緣電阻過低和SYV-50-1視頻線最外層絕緣皮自身絕緣電阻不夠高。

圖5

2　絕緣電阻不良的解決措施

找到了問題出現(xiàn)的根本原因，解決問題也就水到渠成了。下面結(jié)合前面幾個案例，進(jìn)行說明。

案例一：

針對已發(fā)現(xiàn)的3個問題分別進(jìn)行以下處理：（1）在底板正面左下角的信號地覆銅區(qū)與機箱殼體之間加墊青殼紙進(jìn)行絕緣處理；（2）在所有加固條兩端與底板反面信號地覆銅區(qū)之間加墊青殼紙進(jìn)行絕緣處理；（3）在底板反面緊固底板的所有螺釘位置的平墊與底板之間加墊絕緣墊圈（材料為硬質(zhì)膠棒）進(jìn)行絕緣處理。

處理完成后測量機箱機殼地和信號地絕緣電阻為∞MΩ，滿足機箱出廠要求，表明解決措施有效。

案例二：

拆下底板，先使用干凈的無水乙醇浸泡清洗干凈，再用氣槍吹干底板表面，然后將底板放入烘箱烘干（50℃，1h）。重新安裝好底板，并恢復(fù)機箱安裝后測量機箱機殼地和信號地絕緣電阻為∞MΩ，滿足機箱出廠要求，表明解決措施有效。

案例三：

拆除并更換表面有壓痕的SYV視頻線，再按照工藝要求在SYV視頻線外表面半疊包裹一層絕緣膠帶，然后恢復(fù)機箱安裝。測量機箱機殼地和信號地絕緣電阻為∞MΩ，滿足機箱出廠要求，表明解決措施有效。

案例四：

針對已發(fā)現(xiàn)的3個問題分別進(jìn)行以下處理：（1）去除捆扎SYV-50-1視頻線的綁扎線，先使用干凈的棉球蘸無水乙醇擦洗干凈SYV-50-1視頻線兩端距離外絕緣皮剝口40mm以內(nèi)的外絕緣皮表面，以去除外絕緣皮上的手汗和污漬。每根SYV-50-1線單獨擦洗，且已擦洗干凈的分禁止裸手觸摸以免再次污染；（2）SYV視頻線的固定部分半疊包一層黑色電工絕緣膠帶，以保證SYV視頻線絕緣皮與機箱殼體之間絕緣電阻足夠大。

處理完成并恢復(fù)機箱安裝后測量機箱機殼地和信號地絕緣電阻為∞MΩ，滿足機箱出廠要求，表明解決措施有效。但以上措施施工過于復(fù)雜，只能作為暫時的措施，最好還是更換SYV-50-1視頻線。目前，已經(jīng)找到了絕緣性能滿足要求的SYV-50-1視頻線，經(jīng)使用，效果良好。

3　總結(jié)與討論

本文前面結(jié)合幾個典型案例對絕緣不良問題的原因查找和解決措施進(jìn)行了說明，而實際工作中遇到的絕緣電阻不良案例，問題現(xiàn)象多樣，原因千差萬別，解決措施也不盡相同。

表1

表2

要解決加固機絕緣不良問題，最大難點在于如何找出造成問題的原因。雖然不同案例中造成絕緣不良問題的原因千差萬別，但這些原因都可歸為本文中提到的設(shè)計原因、生產(chǎn)原因和器材原因等三類原因。加固機絕緣不良問題都是由于這三類原因中的某一個或幾個共同作用造成的。

實際生產(chǎn)中，由于設(shè)計原因、生產(chǎn)原因和器材原因造成的加固機絕緣電阻不良問題比例大約分別為20%、60%和20%。值得注意的是，隨著設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化的推進(jìn)，由于設(shè)計原因造成的絕緣電阻不良問題會大幅度減少。另外，隨著設(shè)計和工藝的成熟穩(wěn)定，對器材的選用也日趨合理，由于器材原因造成的絕緣電阻不良問題也會相應(yīng)減少。

筆者根據(jù)多年的實踐經(jīng)驗，對加固機絕緣不良問題的不同問題現(xiàn)象、問題原因和解決措施進(jìn)行了總結(jié)，具體參照表1和表2。

4　結(jié)束語

本文分析和總結(jié)了造成加固機機殼地與信號地絕緣電阻不良問題的一些常見原因，并提出了相應(yīng)的解決措施。但實際工作中造成加固機機殼地與信號地絕緣電阻不良的原因多種多樣，查找原因時應(yīng)根據(jù)每個案例不同的問題現(xiàn)象，采取不同的原因查找策略和流程。不同的問題現(xiàn)象，查找原因的重點也應(yīng)不同。查找原因時應(yīng)先檢查可能性較大的因素，同時對于易于檢查的因素應(yīng)優(yōu)先檢查排除。只有這樣，才能盡快查明絕緣不良問題的原因并采取有針對性的解決措施。

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