1553B電纜組件焊裝工藝技術(shù)介紹

郭鵬飛，范 東，國曉磊，張國佳

（北京航天控制儀器研究所，北京100039）

1553B電纜組件焊裝工藝技術(shù)介紹

郭鵬飛，范 東，國曉磊，張國佳

（北京航天控制儀器研究所，北京100039）

目前，越來越多的慣性電子產(chǎn)品中采用新型電纜組件，這些新型電纜組件是保障信號輸入輸出的關(guān)鍵部件。對于新的電纜組件，焊裝質(zhì)量是影響整機性能的關(guān)鍵因素之一，其焊接可靠性問題占整個產(chǎn)品綜合布線質(zhì)量問題的90%以上。主要針對1553B通信電纜在高可靠性電子產(chǎn)品中的應(yīng)用，分析了該電纜組件制作過程中的工藝難點及出現(xiàn)質(zhì)量問題的原因，并以美國瑞侃公司DK-621系列連接器為例，重點闡述了該電纜組件制作的工藝方法和工藝流程，為產(chǎn)品的高可靠性提供了工藝保障。

電纜組件；連接器；1553B；DK-621

0　引言

在20世紀(jì)60年代以前，飛機機載電子系統(tǒng)沒有標(biāo)準(zhǔn)的通用數(shù)據(jù)通道，各個電子設(shè)備單元之間連接往往需要大量的電纜［1-2］。隨著電子系的逐漸復(fù)雜化，20世紀(jì)70年代由美國公布了一種串行多路數(shù)據(jù)總線標(biāo)準(zhǔn)（MIL-STD-1553B），該標(biāo)準(zhǔn)是美國軍方專門為航空設(shè)備制定的，用于設(shè)備間傳輸數(shù)據(jù)的協(xié)議。

目前世界上可以作為軍用標(biāo)準(zhǔn)和專門的戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)總線有許多種，但使用最多的還是美國的MIL-STD-1553B。1553B的傳輸介質(zhì)有同軸電纜、屏蔽雙絞線和光纜等，通過變壓器耦合或直接耦合方式把終端耦合到總線上去［3-4］。

1553B數(shù)據(jù)總線用電纜具有電氣性能可靠、耐高低溫、耐老化、抗輻照、外徑小、重量輕等特點，可在惡劣的環(huán)境下提供高可靠性傳輸，所以在運載火箭系統(tǒng)通信中應(yīng)用十分廣泛［5-6］。

本文主要結(jié)合實際生產(chǎn)對1553B總線電纜組件的制作過程進行了介紹，由于該類型插頭在使用過程中的故障率相對較高［7］，電纜組件制作過程需要注意的工藝細節(jié)很多，所以將此作為一個單獨的工藝單元加以論述，主要目的是為了提高該類型電纜組件的制作質(zhì)量，從而提高產(chǎn)品的可靠性。

1　1553B電纜組件結(jié)構(gòu)特點

1553B電纜組件主要由專用電纜和連接器組成，電纜組件一般可分為同軸電纜、屏蔽雙絞電纜和光纜等幾種。其中，屏蔽雙絞電纜（P512296）應(yīng)用較為廣泛，其制作工藝較為復(fù)雜，本文主要針對這種電纜的特點進行介紹，如圖1所示。

圖1　屏蔽雙絞線纜結(jié)構(gòu)圖示Fig.1 Shield the double wrings the cable structure map

連接器組件是1553B電纜組件的核心部件，分為連接器插座和插頭，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本相同，制作工藝較為類似，僅是外部接插口的區(qū)別。本文以美國瑞侃公司生產(chǎn)的DK-621-0940型連接器為例進行介紹，單個連接器由連接器殼體、連接器針（孔）組件和后尾罩固定組件組成，連接器針（孔）組件可插入連接器殼體，并通過其外部的卡鉤進行固定，由于該卡鉤是倒鉤結(jié)構(gòu)，一旦插入連接器殼體中，沒有專業(yè)工具無法分離，因此在連接器組件線纜制作完成后，要進行相應(yīng)的性能檢查，確認無誤后，才能將連接器組件插入殼體中。連接器針（孔）組件分為內(nèi)外兩層芯線導(dǎo)體，兩層之間通過絕緣介質(zhì)進行隔離，線纜制作時，雙絞線的兩根信號線通過連接器針（孔）組件的尾部插入，并嚴(yán)格控制芯線長度，針（孔）連接器內(nèi)外兩層各有2個焊錫環(huán)，雙絞線與連接器針（孔）組件通過焊錫環(huán)以 “吹焊”的方式進行連接。DK-621連接器組件外形及結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　DK-621連接器結(jié)構(gòu)及實物Fig.2 The DK-621 linker structure with real object

2　組件制作工藝

2.1屏蔽雙絞線預(yù)處理

由于雙絞線與連接器針（孔）為 “吹焊”焊錫環(huán)的方式，而非傳統(tǒng)的焊接和壓接方式，要求雙絞線剝線端與焊錫環(huán)的接觸位置非常精確，雙絞線剪線和剝線長度均對焊接效果有直接影響，因此要對雙絞線芯線剪線和端頭剝線尺寸嚴(yán)格控制，具體要求如圖3所示。

圖3　線纜端頭處理示意圖Fig.3 The cable head processing sketch map

1）下線和剝線：根據(jù)走線需要，剪取一定長度的線纜，按照圖3所示，將連接器后尾罩固定組件預(yù)先套入屏蔽雙絞線中，用剝線器或其他專用工具按照圖示要求的尺寸將最外層絕緣層和屏蔽層剝除，留下內(nèi)芯線，剝除過程中不得損傷內(nèi)芯線，剝線尺寸使用正公差，保證剝線尺寸出現(xiàn)偏差后留有修復(fù)余量。

2）外絕緣層去除：用熱剝器按照圖4中要求的尺寸將導(dǎo)線外絕緣層進行剝除，絕緣層剝除端邊緣變色長度不得超過2mm；在剝除外絕緣層時，不得損傷屏蔽層。

3）屏蔽層處理：用細挑針器將屏蔽層挑開，并將屏蔽層均勻分布，然后將屏蔽層向后捋順，如圖5所示。屏蔽層需要與連接器外殼進行連接，其連接方式是通過圖5所示的連接器后尾罩固定組件的焊接環(huán)，通過吹焊的方法進行固定。為了保證線纜的拉伸強度，避免內(nèi)部芯線受損，屏蔽雙絞線制作時內(nèi)部有加強筋，在進行屏蔽層處理時，需要將加強筋去掉，去除位置距離線纜外絕緣層最大不超過1.3mm。

圖4　外絕緣層剝除示意圖Fig.4 Insulate a layer to peel off sketch map

圖5　屏蔽層處理示意圖Fig.5 Shield layer processing sketch map

4）導(dǎo)線端頭處理：為了保證導(dǎo)線剝頭過程中不對多股線線芯造成損傷，要求用與線芯直徑相同的熱控型剝線器進行剝頭處理。剝頭長度為13.0mm±0.4mm，剝頭后的芯線絕緣層端面應(yīng)平整，不得出現(xiàn)變色，同時在剝頭過程中不得使芯線受到損傷和斷股。剝頭完成后，使用電烙鐵對剝頭后的導(dǎo)線進行搪錫處理，導(dǎo)線根部留有1mm的不搪錫長度，防止導(dǎo)線受力折斷。由于連接器內(nèi)兩根信號線的吹焊位置不同，搪錫后需根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸對導(dǎo)線進行裁剪，保證芯線插入后處于焊錫環(huán)位置。導(dǎo)線端頭處理步驟如圖6所示。

圖6　導(dǎo)線端頭處理示意圖Fig.6 The cable head processing sketch map

2.2連接與組裝

端頭處理后的電纜與連接器組件的組裝和連接是本裝配工藝的關(guān)鍵，從以往的裝配過程出現(xiàn)的故障情況來看，主要表現(xiàn)為兩種故障模式，一種故障模式是電纜芯線不導(dǎo)通，其主要原因有兩方面：

1）電纜端頭處理過程中，兩根信號線裁剪尺寸與連接器針（孔）插座沒有完全匹配，芯線伸入長度不能滿足要求，芯線未與連接器形成良好的連接。

2）由于工具使用不當(dāng)，焊錫環(huán)在吹焊過程中未完全融化，部分熔融的焊料沒有與搪錫后的導(dǎo)線端頭形成可靠的IMC，造成虛焊。

另一種故障模式是兩根信號線間存在短路，這是裝配過程極易出現(xiàn)的問題，經(jīng)過對出現(xiàn)故障的連接器組裝件進行分析和X光檢測發(fā)現(xiàn)：對焊錫環(huán)吹塑溫度過高、工具使用不當(dāng)和吹塑時間過長，容易導(dǎo)致內(nèi)外芯線間起絕緣作用的熱縮套管融化而導(dǎo)致短路。因此，控制并優(yōu)化連接器組件裝配工藝是避免出現(xiàn)上述問題的關(guān)鍵。

（1）電纜芯線與連接器針（孔）插座的連接

如圖7所示，將導(dǎo)線端頭處理后的導(dǎo)線插入針（孔）連接器內(nèi)，白色信號插入中心孔內(nèi)，藍色信號線插入側(cè)孔，通過針（孔）連接器上的2個觀察孔確定兩根信號線是否安裝到位，應(yīng)保證2根信號線的搪錫部位恰好置于焊錫環(huán)的位置，然后用帶反射環(huán)的熱風(fēng)槍對焊錫環(huán)進行吹焊，溫度設(shè)置為350℃，熱風(fēng)槍出風(fēng)口與待焊件距離由反射環(huán)結(jié)構(gòu)決定，可以將加熱距離控制在35mm～40mm之間，反射環(huán)開口的寬度剛好保證熱風(fēng)直接吹焊2個焊錫環(huán)的位置，可以避免吹焊到針（孔）連接器頭部內(nèi)外導(dǎo)體間的絕緣層，防止在加熱過程中因該部位溫度過高而產(chǎn)生老化和變形，影響連接器的裝配質(zhì)量。

吹焊時要嚴(yán)格控制加熱時間，防止由于過熱導(dǎo)致針（孔）連接器內(nèi)部持續(xù)高溫，影響連接器的質(zhì)量，該步吹焊時間約為5s～8s，吹焊過程看到焊錫環(huán)均勻流動2s～3s后，且焊錫全部流入觀察孔后即完成焊接，然后停止繼續(xù)加熱。

吹焊后對針（孔）連接器吹焊質(zhì)量進行檢查，將吹焊后的針（孔）連接器靜置10min冷卻后進行性能檢查，吹焊后要保證焊錫全部流入觀察孔，且從前觀察孔可以清晰地看到線芯輪廓，如圖8所示。

圖7　導(dǎo)線與針（孔）連接器連接示意圖Fig.7 Cable and the needle（bore）linker conjunction sketch map

圖8　針（孔）連接器合格實物圖Fig.8 Real object diagram of the weld empress needle（bore）linker

（2）針（孔）連接器與連接器殼體的安裝

將吹焊后的針（孔）連接器從連接器殼體尾部方向送入，如圖9所示。推送過程中有 “咔”的感覺后，表明已經(jīng)送達到位，并輕輕送、拉進行確認，需要注意的是，針（孔）連接器在送入連接器殼體前，用萬用表對針（孔）連接器的吹塑情況進行測試，以保證連接器可靠。

圖9　針（孔）連接器與外殼連接示意圖Fig.9 The needle（bore）linker with outer shell conjunction sketch map

（3）屏蔽層處理

屏蔽層需要與連接器外殼進行可靠連接，保證其與連接器外殼充分接觸，連接方式也是通過連接器尾庫固定組件的焊錫環(huán)以吹焊的方式完成。當(dāng)針（孔）連接器與機械外殼連接完成后，將預(yù)處理完成的屏蔽層向前捋順，并做適當(dāng)修剪，如圖10所示。在捋順和修剪過程中屏蔽層應(yīng)自然松散，盡量避免折斷，屏蔽層與外殼體法蘭之間留2mm的間距。然后將連接器后尾罩固定組件向前推送到連接器外殼安裝面位置，如圖11所示，并觀察內(nèi)部屏蔽層是否有外漏，若存在外漏現(xiàn)象，可用剪刀做適當(dāng)修剪。

圖10　屏蔽層處理示意圖Fig.10 Shield layer processing sketch map

圖11　后尾罩吹焊示意圖Fig.11 The tail cover blow weld sketch map

用熱風(fēng)槍對連接器后尾罩固定組件的焊錫環(huán)進行吹焊，熱風(fēng)槍溫度設(shè)置為370℃，將焊錫環(huán)置于反射環(huán)開口位置，通過吹焊保證屏蔽與連接器外殼形成可靠連接，吹焊時間10s～15s，如圖11所示。

最后將最外層的熱縮套管套上，并吹塑，吹塑時從后尾罩部位向電纜移動，保證熱縮套管緊密包裹電纜，表面光滑平整，如圖12所示，熱風(fēng)槍溫度設(shè)置為260℃，吹焊時間20s～25s。

圖12　最外層熱縮套管處理及吹焊示意圖Fig.12 The outside layerpyrocondensation tube processing and blow weld sketch map

插頭制作完成后，靜置10min，待電纜組件完全冷卻后，根據(jù)使用要求，對電纜組件進行相應(yīng)的特性檢查，保證制作完成后的電纜組件滿足使用要求。

3　與其他工藝方法比較

對于該插頭的制作方法基本流程大致相同，對于屏蔽線脫頭和搪錫的長度基本一致，只是對于插頭焊錫環(huán)的吹焊方法有所不同。以往對于該類型插頭焊接時僅使用普通熱風(fēng)槍對焊錫環(huán)加熱，加熱時無法保證焊錫環(huán)各部位受熱的均勻性，導(dǎo)致焊錫環(huán)不能同時融化，影響焊接質(zhì)量。通過采用本文的吹焊方法，可以保證插頭制作時插頭上的焊錫環(huán)受熱均勻，焊錫環(huán)各部位融化程度一致，保證了焊接質(zhì)量。

4　結(jié)論

本文針對DK-621系列連接器的工藝制作過程進行了介紹，對于帶有焊錫環(huán)的其他系列的連接器雖然結(jié)構(gòu)尺寸或外形不同，但是基本工藝制作過程相同，插頭制作流程及裝配過程裁剪尺寸等工藝參數(shù)根據(jù)實際需要進行靈活調(diào)整，其關(guān)鍵工序點在于導(dǎo)線端頭剝線長度的控制、吹焊工具的正確使用及焊錫環(huán)吹焊溫度設(shè)置合理等，在以上條件都能滿足的前提下，可保證該類型插頭的焊裝質(zhì)量。

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Assembly Process Introduction about 1553B Cable Assemblies

GUO Peng-fei，F(xiàn)AN Dong，GUO Xiao-lei，ZHANG Guo-jia
（Beijing Institute of Aerospace Control Devices，Beijing 100039）

Adopt new cable module in more and more inertia electronics products currently，these electric cable modules'packing quality is influence the whole machine function of key factor，guarantee the signal importation output's key parts，the electric cable module jointing reliability problem has the whole system comprehensive wiring quality problem of 90%is above.This text mainly introduced a 1553B communication cable in the application in the high reliability electronics product，analyzing the craft difficulty in the 1553B communication cable subassembly manufacture process and appearing the reason of with the quality problem，taking the American Raychem Company series DK-621 linker as an example，elaborate the cable module the craft method and the craft process，providing the technical guarantee for the high reliability products.

cable assemblies；connector；1553B；DK-621

P755.1

A

1674-5558（2016）04-01139

10.3969/j.issn.1674-5558.2016.04.016

2015-06-09

郭鵬飛，男，機械工程專業(yè)，碩士，工程師，研究方向為慣性器件裝配及測試。