安裝應(yīng)力對(duì)于電磁繼電器使用的影響

佀明森，馬鴻斌

(貴州航天電器股份有限公司，貴州貴陽，550009)

1 引言

電磁繼電器是一種在航天、航空、兵器、船舶以及電子等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用的自動(dòng)控制元器件，在軍工領(lǐng)域和民用各領(lǐng)域的控制系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)和遙控系統(tǒng)中占據(jù)著重要位置，是國防裝備、先進(jìn)工業(yè)和民用設(shè)備所不可或缺的基礎(chǔ)元器件之一[1-2]。而在所有電子元器件的失效問題中，電磁繼電器占據(jù)了很高的比例，是電子元器件失效的重災(zāi)區(qū)[3]。因此，對(duì)于電磁繼電器失效分析則是一項(xiàng)十分具有挑戰(zhàn)性的工作。

2 質(zhì)量問題概述

某用戶反饋，某款大功率密封電磁繼電器(簡(jiǎn)稱A繼電器)在他們單機(jī)產(chǎn)品進(jìn)行某方向振動(dòng)試驗(yàn)后加電測(cè)試時(shí)，出現(xiàn)一組常開觸點(diǎn)不通的故障。多次試驗(yàn)后，故障復(fù)現(xiàn)。隨后將失效的A繼電器從單機(jī)上拆解下來，單獨(dú)對(duì)其進(jìn)行加電測(cè)試，A繼電器恢復(fù)正常，多次測(cè)量，故障均不復(fù)現(xiàn)，外形圖見圖1所示。

圖1 A繼電器外形圖

3 失效分析

3.1 失效產(chǎn)品檢查

對(duì)失效的A繼電器進(jìn)行外觀檢查、X光內(nèi)部檢查、電參數(shù)測(cè)試，均未發(fā)現(xiàn)異常情況。根據(jù)產(chǎn)品失效現(xiàn)象，很有可能是由于產(chǎn)品內(nèi)部存在多余物導(dǎo)致，因此對(duì)A繼電器進(jìn)行多方向、多次PIND(微粒碰撞噪音)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示并未出現(xiàn)多余物波形，因此基本可以斷定該失效現(xiàn)象不是由于多余物造成，后續(xù)還需經(jīng)過拆殼分析確定。

3.2 故障復(fù)現(xiàn)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在試驗(yàn)室模擬A繼電器安裝，采用螺釘鎖緊A繼電器兩側(cè)的安裝板，使其固定，加電測(cè)試，可以聽到產(chǎn)品內(nèi)部有動(dòng)作聲響(銜鐵轉(zhuǎn)動(dòng)碰撞聲音)，初步判斷產(chǎn)品磁路部分能夠工作。隨后對(duì)A繼電器進(jìn)行測(cè)量，故障復(fù)現(xiàn)，與用戶現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的失效現(xiàn)象一致。隨后將緊固螺釘松懈后，復(fù)測(cè)繼電器失效現(xiàn)象消失，繼電器正常導(dǎo)通。綜合失效現(xiàn)象和故障復(fù)現(xiàn)情況，可以基本斷定為安裝過程導(dǎo)致產(chǎn)品失效，還需要進(jìn)步一分析。

3.3 分析過程

A繼電器為《軍用繼電器系列型譜》(GJB/Z39.2-2001)中規(guī)定安裝方式“3”規(guī)格，安裝板與罩殼平面為平齊，在裝配過程中采用專用工裝夾具定位保證。安裝板點(diǎn)焊過程中先點(diǎn)焊一側(cè)的安裝板，點(diǎn)焊完批后再更換夾具點(diǎn)焊另外一側(cè)的安裝板，點(diǎn)焊過程中均以罩殼為定位基準(zhǔn)。但是在實(shí)際安裝板點(diǎn)焊過程中，受點(diǎn)焊沖擊抖動(dòng)及定位精度的影響，點(diǎn)焊后安裝板與罩殼非理論上的平齊，會(huì)存在一定的誤差。即繼電器外殼與安裝板不在一個(gè)平面，會(huì)出現(xiàn)安裝板略低于外殼平面的現(xiàn)象，見圖 2所示，一般高度差不會(huì)超過0.10mm。經(jīng)測(cè)量，A繼電器安裝板與罩殼最大高度差約為0.16mm。

圖2 A繼電器與理想狀態(tài)下繼電器外形圖

圖3 A繼電器安裝在平板上時(shí)受力圖

當(dāng)繼電器安裝板與罩殼平面存在不平齊時(shí)，繼電器兩側(cè)用螺釘固定安裝在平板上，則會(huì)出現(xiàn)繼電器罩殼優(yōu)先于一側(cè)安裝板而接觸安裝平板，此時(shí)罩殼會(huì)受到平板作用力，進(jìn)而影響到產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致產(chǎn)品失效，見圖3所示。

隨后，對(duì)A繼電器進(jìn)一步拆殼分析，在顯微鏡下對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察：內(nèi)部結(jié)構(gòu)完整，無多余物，因此可以排除多余物導(dǎo)致產(chǎn)品失效的可能。支架、軛鐵、線包等結(jié)構(gòu)牢固，線圈引出線焊接牢固，無虛焊、脫落等異常，銜鐵無歪斜。對(duì)觸點(diǎn)簧片進(jìn)行檢查，常閉觸點(diǎn)接觸良好，用頂針推動(dòng)銜鐵后，觀察常開觸點(diǎn)接觸良好，觸點(diǎn)具有明顯超行程(超行程為動(dòng)簧片與常開靜觸點(diǎn)接觸后繼續(xù)移動(dòng)的位移，表征常開觸點(diǎn)壓力)，觸點(diǎn)簧片無裂紋、形變等損傷，接觸部位無異常多余物，觸點(diǎn)表面存在正常的燒蝕形貌。

結(jié)合圖3和圖4對(duì)失效問題進(jìn)行理論分析：當(dāng)產(chǎn)生的壓力F3較大時(shí)，會(huì)使外殼產(chǎn)生變形，由于外殼與繼電器內(nèi)部結(jié)構(gòu)為過盈配合，當(dāng)外殼變形時(shí)，會(huì)使繼電器內(nèi)部結(jié)構(gòu)也產(chǎn)生變形，導(dǎo)致推動(dòng)產(chǎn)品觸點(diǎn)動(dòng)作的推動(dòng)球的位置隨之發(fā)生變化，圖4中黑色圓圈代表動(dòng)作前正常狀態(tài)的推動(dòng)球位置，藍(lán)色圓圈代表受力變形后非正常狀態(tài)的推動(dòng)球位置，紅線代表內(nèi)部結(jié)構(gòu)形變方向。可以看出，當(dāng)推動(dòng)球位置變化時(shí)，圖4左側(cè)觸點(diǎn)組合會(huì)率先完成動(dòng)作，而右側(cè)觸點(diǎn)組由于推動(dòng)球位置后移，導(dǎo)致推動(dòng)球不能按照原來的距離移動(dòng)下推動(dòng)觸點(diǎn)組動(dòng)作，進(jìn)而導(dǎo)致右側(cè)常開觸點(diǎn)組動(dòng)作不能到位，表現(xiàn)為動(dòng)作后常開觸點(diǎn)不通的失效現(xiàn)象，與實(shí)際分析結(jié)果一致。

圖4 A繼電器推動(dòng)球位置變化示意圖

綜上所述，經(jīng)測(cè)試分析，A繼電器電參數(shù)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)無異常，內(nèi)部無多余物，因此可以確定在安裝后A繼電器出現(xiàn)失效的原因是：外殼受安裝外力影響，內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到外力作用發(fā)生變化，導(dǎo)致常開觸點(diǎn)不能導(dǎo)通。

該問題在繼電器失效分析中屬于容易被忽略的一種失效模式，后續(xù)措施可以通過在安裝板下增加墊片或者使安裝板沉到罩殼底面下方的措施來解決。

4 結(jié)語

本文以一種大功率密封電磁繼電器為研究對(duì)象，對(duì)其在使用過程中產(chǎn)生的失效現(xiàn)象進(jìn)行實(shí)際分析和理論分析，通過此次失效分析把此種容易被忽視的失效模式引出，進(jìn)而找出其失效根源和解決辦法，為相關(guān)從業(yè)者提供一種可借鑒性的分析模式和解決方式。