某型全靜壓受感器電鍍后斷路故障分析及改進措施

王猛 張建 趙國亮

摘要：某型全靜壓受感器在電鍍后出現(xiàn)斷路故障，本文通過原理分析、結(jié)構(gòu)分解觀察、修理件與新制件電鍍流程對比等，探討與分析故障發(fā)生的原因，通過增加超聲波清洗、改進工裝防護方法、嚴格控制返工次數(shù)等措施，提高其使用壽命，降低故障隱患。

關(guān)鍵詞：全靜壓受感器；電鍍；斷路；改進措施

Keywords：full static pressure sensor；electroplating；circuit breakage；improvement measure

0 引言

全靜壓受感器是飛機上的一類重要氣動儀表，為大氣數(shù)據(jù)計算機提供總壓和靜壓信號，與大氣總溫傳感器配合，經(jīng)計算機得出指示空速、真空速等大氣數(shù)據(jù)信息參數(shù)。飛機飛行過程中空速參數(shù)非常重要，對全靜壓受感器這類產(chǎn)品要求具備高的可靠性、極低的故障率，需要有自檢測功能及故障識別能力且使用壽命長等。該類產(chǎn)品大修過程中除了對其進行功率消耗測試、空氣消耗量、空氣流量測試、靜壓系統(tǒng)氣密性檢查、全壓系統(tǒng)氣密性檢查等，還需對其管體外觀、靜壓孔直徑、劃傷凹坑、多余物等進行檢查。外觀檢查技術(shù)要求中，在靜壓孔前后25mm范圍內(nèi)存在直徑小于0.44mm未露出基體的劃傷和壓坑等缺陷，或長度小于0.5mm露出基體的劃傷或壓坑缺陷以及鍍層脫落等情況，均需重新電鍍處理修復外觀。

1 故障描述

2021年工廠接收到某型氣動補償全靜壓受感器（空速管）裝飾鍍鉻任務。按照要求在鍍鉻前對電阻絲阻值進行測量，電阻值為15Ω，符合標準規(guī)范電阻絲阻值應在14～18Ω的要求，隨后按照電鍍工藝流程進行裝飾鍍鉻，鍍鉻完成后測量電阻值顯示無窮大，不符合產(chǎn)品電阻阻值要求。該氣動補償全靜壓受感器實物及結(jié)構(gòu)示意圖如圖1、圖2所示。

2 裝飾鍍鉻流程分析

接收到該全靜壓受感器外觀缺陷修復任務后，按照修復工藝流程，首先對該受感器內(nèi)部加熱回路電阻值進行測量，阻值合格，符合技術(shù)規(guī)范要求；然后對其進行有機溶劑除油清洗，去除表面油污，利用脫脂棉保護空速管導線部分以防止溶液滲入，用聚氯乙烯塑料布或電工膠帶保護非鍍面，保護界面向非鍍面過渡；褪除舊鎳層、舊銅層，實施預鍍鎳、鍍銅、鍍光亮鎳、裝飾鍍鉻工序后進行外觀打磨拋光。外觀檢查合格后進行電阻測量，阻值無窮大，不符合產(chǎn)品電阻阻值要求，判定加熱電阻絲斷路。電鍍過程工藝流程圖如圖3所示。

對該全靜壓受感器整個電鍍流程進行分析，梳理出可能造成電阻絲斷路的環(huán)節(jié)，有褪鍍時發(fā)生電解腐蝕、電鍍槽液對電阻絲腐蝕、打磨、拋光、運輸導致的振動等。

3 全靜壓受感器結(jié)構(gòu)分解與分析

為找到該受感器電阻斷路具體位置，對該全靜壓受感器進行了結(jié)構(gòu)破壞分解，其結(jié)構(gòu)構(gòu)成如圖4所示，電阻絲一端連接正極接線頭，一端在空速管端頭部位與管壁直接連接，管壁與負極接線頭導通。電阻絲在受感器管體中間部位的腔內(nèi)由金屬管包裹且端頭焊接在內(nèi)壁上。電阻絲材料為鎳鉻合金絲，鎳鉻合金絲外部包裹一層高純氧化鎂用于防潮，氧化鎂外層用厚度為0.02mm（極?。┑逆嚮虿讳P鋼皮進行包裹防護。金屬線以線圈狀真空釬焊焊接在管內(nèi)壁上，其結(jié)構(gòu)示意如圖5所示。

4 故障原因分析

4.1 分解檢查電阻絲情況

對分解后的受感器電阻線圈進行測量，每圈電阻絲兩端均導通且有電阻值，直至發(fā)現(xiàn)受感器端頭電阻絲回路導不通，發(fā)現(xiàn)電阻絲斷路位置位于受感器錐形端頭預埋電阻絲位置處。

由圖6可以看到空速管的前端部位內(nèi)壁上電鍍絲防護層已消失，且出現(xiàn)凹槽，從凹槽中可以明顯看到白色物質(zhì)。經(jīng)分析，白色物質(zhì)為電阻絲防潮絕緣層，能夠看出凹槽中的防潮絕緣不是完整的，部分已經(jīng)脫落，露出中間電阻絲。從切面部位挑出了一根長約1cm的電阻絲（見圖7），可以看出電阻絲已不是完整的圓柱形。

4.2 槽液腐蝕分析

該全靜壓受感器前端有全壓孔、靜壓孔和排水孔，在電鍍過程中無法對各孔進行封堵（因液面張力作用，封堵后電鍍孔周圍會出現(xiàn)局部無鍍層情況），暫無有效防護方法能有效阻止槽液進入管體腔內(nèi)。電鍍過程中進入管內(nèi)的各類槽液會對電阻絲防護管體進行腐蝕，尤其涉及褪鎳鍍層、褪銅鍍層、弱腐蝕等工序，槽液成分中的硫酸（H2SO4）、鉻酐（CrO3）、鹽酸（HCl）、碳酸鈉（Na2CO3）等都會對管體內(nèi)部產(chǎn)生腐蝕，詳見表1，腐蝕作用會使電阻絲外部防護層（鎳/不銹鋼防護層）破裂，導致氧化鎂裸露，氧化鎂極易吸潮，潮濕的氧化鎂導致電阻值發(fā)生變化或者直接腐蝕電阻絲，經(jīng)多次褪鍍和電鍍后電阻絲易斷絲，測量加熱回路阻值時就表現(xiàn)為無窮大。

4.3 打磨、拋光分析

該靜壓受感器產(chǎn)品本身較敏感，在委托加工運輸、打磨、拋光等工序中可能產(chǎn)生振動，也容易導致電纜線路或電阻絲斷絲。同時，該全靜壓受感器為帶氣動補償?shù)娜~制空速管，修理過程中進行打磨拋光時，尺寸均勻下降，而其靜壓孔一般在曲面部位，產(chǎn)品的曲面尺寸為經(jīng)過計算補償后得到的尺寸，其正壓及負壓有嚴格的對應關(guān)系，數(shù)據(jù)的變化影響飛機在飛行過程中的數(shù)據(jù)測量精度，尤其對編隊飛行及空中打靶影響較大。修理過程中應嚴格控制受感器管體的外部尺寸，修理后應重新測量零件尺寸，恢復產(chǎn)品的設(shè)計精度。

4.4 新制產(chǎn)品與大修產(chǎn)品的修理流程分析

新制產(chǎn)品修理時要對其絕緣電阻或?qū)娮柚颠M行測量確認，確認合格后對其進行電鍍（導線部位密封防護），修理過程中嚴格控制零件腐蝕時間不得超過30s。大修產(chǎn)品與新制產(chǎn)品的最大區(qū)別是增加了褪鍍工序，利用硫酸褪除原鍍層以及其他腐蝕時間總計約1h，其腐蝕時間及工序相比新制產(chǎn)品長得多。另外，新制產(chǎn)品件電鍍過程中規(guī)定了兩次超聲波清洗處理，以徹底清理干凈零件內(nèi)部的腐蝕溶液，并且對返工次數(shù)提出了嚴格要求，返工次數(shù)不得超過1次或者為了減少故障的發(fā)生禁止返工而直接報廢處理。

5 改進措施及建議

通過以上分析，建議采取以下措施，最大限度規(guī)避風險，降低質(zhì)量隱患。

1）改進工裝防護及檢查方法

改進工裝防護方法，增加對密封程度的防護檢查，確保產(chǎn)品在電鍍過程中能夠嚴密防護導線部位，防止導線斷路；研究封堵管體內(nèi)部的工裝，解決槽液進入管體內(nèi)部問題；對修復后產(chǎn)品利用內(nèi)窺鏡觀察等手段，觀察管體內(nèi)部電阻絲纏繞情況及外觀，檢查有無脫落或腐蝕發(fā)生。

2）增加超聲波清洗工序

在褪鍍、腐蝕、鍍鎳工序后增加超聲波清洗工序，將受感器管內(nèi)殘留的腐蝕溶液徹底清洗干凈。

3）減少鍍覆次數(shù)

在對受感器表面修復前，認真檢查產(chǎn)品外觀、導通電阻值及絕緣電阻值，檢查不銹鋼導管及導線連接狀態(tài)，對易發(fā)生故障的部位進行重點檢查，提前發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品故障，減少因產(chǎn)品其他故障導致重復電鍍的次數(shù)。另外，嚴格控制電鍍中易發(fā)生腐蝕的工序，確保電鍍一次成功，嚴格控制返工次數(shù)。

4）應用先進表面修復技術(shù)

隨著表面技術(shù)與修復手段的不斷發(fā)展，可利用適宜的先進表面修復技術(shù)對該靜壓受感器表面缺陷進行修復，如物理氣相沉積技術(shù)、冷/熱噴涂技術(shù)、電刷鍍等，避免或杜絕因管體內(nèi)部接觸槽液導致腐蝕或其他故障的產(chǎn)生。

參考文獻

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作者簡介

王猛，高級工程師，從事航空裝備保障及維修工作。