裝配工藝對機用接線端子可靠性的影響研究

黃明俊，陳鴻雁，陳毓彬，雷軍，潘俊平

（1.國營蕪湖機械廠，安徽 蕪湖 241007；2.工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣東 廣州 511370）

0 引言

連接器接線端子是電氣系統(tǒng)的一種重要元件，用于實現(xiàn)電信號的傳輸與控制和電氣設備之間的電連接，應用數(shù)量大、范圍廣，并擔負著機械連接和電氣連接的重任，其可靠性直接決定了電氣系統(tǒng)甚至整個飛機的安全可靠的運行能力。機用接線端子長期工作在復雜的環(huán)境中，飛行過程中溫度的升高，空氣中的粉塵、冰晶和腐蝕性電解質(zhì)，以及機身的振動都會直接或間接地造成機用連接器接線端子的可靠性降低，給飛機的正常飛行帶來潛在的風險。其中，接線端子的磨損、斷裂和腐蝕是常見的破壞性失效形式。研究表明，機械性能及密封防腐性是評價接線端子工藝可靠性的重要指標，可以通過改進接線端子的裝配工藝來提高[1]。本文選取了分別采用5種不同裝配工藝的一款連接器接線端子進行試驗、對比和分析，研究在不同的環(huán)境試驗和機械試驗后，采用不同的工藝對接線端子的機械性能和密封防腐性的影響。

1 接線端子的連接工藝

目前，接線端子與導線裝配工藝通常采用焊接及壓接兩種工藝。焊接、壓接端子如圖1所示。

圖1 焊接、壓接端子示意圖

焊接工藝是使焊料在一定溫度下熔化，熔流態(tài)的焊料借助于毛細管吸力沿焊件表面擴散，形成焊料與焊件的浸潤，把端子和導線的芯線牢固地粘合在一起。因此，這種連接方式的優(yōu)點是簡便、易操作、易維修；缺點是可能存在虛焊[2]。

壓接又被稱為壓連接，是永久性的一種電氣與機械的連接形式。即在常溫下使用外部工具或者設備對裝有導線端子的壓接筒施加適量的機械外力，促使其發(fā)生塑性變形，緊密結(jié)合，實現(xiàn)電氣與機械可靠地連接在一起的一種工藝壓接方式。作為永久性的一種連接方式，壓接可分成熱壓接、冷壓接兩種類型。因此，壓接工藝的優(yōu)點有加工工藝簡單、適合大批量生產(chǎn)、接觸性能可靠；缺點是壓接后無法拆卸致使壓接質(zhì)量不易被檢驗[3]。

2 試驗樣品及試驗方法

2.1 試驗樣品及分組

本文選用某廠一款連接器接線端子，導體截面積為0.2 mm2的飛機用電線做為試驗用樣品，最小拉伸力參考值為44 N。樣品如圖2所示。

圖2 樣品圖片

接線端子分別采用直接焊接、加2根0.35導線絲焊接、加1根0.35導線絲焊接、直接壓接和添加3根0.35導線絲壓接這5種裝配工藝制作[4]。焊接的接線端子和壓接的接線端子X光內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 接線端子的X光內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

按照線纜工藝可靠性驗證方案建立原則，對裝配好的樣品進行如表1所示的試驗，其中試驗項目主要測試裝配樣品的機械及密封防腐性；另外考核裝配樣品經(jīng)受一定時間的振動和熱應力之后，其機械及密封防腐性是否仍滿足要求。所有試驗的檢驗場所環(huán)境條件為:溫度在15～35℃之間，相對濕度為20%RH～80%RH，大氣壓力為檢驗場所大氣壓。為了比較試驗前后的機械性能，增加一組數(shù)量為5的未經(jīng)過試驗的樣品直接進行拉伸力試驗，與上述試驗后的樣品的拉伸力進行對比和分析。

表1 試驗分組

2.2 試驗方法

試驗方法按照美國電子電氣協(xié)會試驗標準（EIA）進行，該試驗標準被廣泛地應用于航空航天項目電氣標準件試驗中。其中，試驗依據(jù)的標準、試驗設備和具體試驗條件如表2所示[5-10]。具體的試驗過程如圖4所示。

圖4 試驗過程圖

表2 試驗條件

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 拉伸力試驗結(jié)果與分析

3.1.1 樣品失效方式

在實際的試驗過程中發(fā)現(xiàn):樣品除了在端子安裝處斷裂失效外，還會因為導體斷裂或絕緣處斷裂而導致失效。統(tǒng)計樣品的失效方式，分為以下3種:絕緣處斷裂、端子安裝處斷裂和導體處斷裂。樣品失效實物圖如圖5所示。3種失效方式所占的比例如圖6所示。

圖5 3種失效方式圖片

圖6 樣品失效方式情況

由圖6可以看出，濕熱循環(huán)試驗后的樣品，90%左右的樣品失效的斷裂方式都是絕緣處斷裂，端子壓接處卻未脫離。說明絕緣層的拉斷力過小，導致接線端子未脫離時，樣品就已經(jīng)失效。故該組試驗數(shù)據(jù)體現(xiàn)不了連接工藝對樣品拉脫力的影響。因此，樣品在導體處斷裂和絕緣層處斷裂所測得的數(shù)據(jù)都無法用于分析接線端子的機械性能，在后續(xù)的對比和分析中都視為無效數(shù)據(jù)。

3.1.2 拉伸力試驗結(jié)果

拉伸力是線芯與端子機械性能的一種量化表現(xiàn)。對接線端子施加外來軸向拉力，使導線芯線從端子壓線筒內(nèi)發(fā)生拉脫動作，從而確定導線芯線與端子壓線筒之間的結(jié)合是否達到拉伸力設計值，以保證接線端子可靠性[11]。

拉伸力試驗的具體數(shù)據(jù)如表3所示。數(shù)據(jù)統(tǒng)計趨勢圖如圖7所示。

圖7 環(huán)境試驗后的拉伸力

表3 試驗結(jié)果 單位：N

由上述數(shù)據(jù)可看出，全部試驗結(jié)果都大于最小拉伸力參考值。在實施了所有的試驗項目后，使用焊接工藝的樣品拉伸力普遍優(yōu)于使用壓接工藝的樣品拉伸力；加2根0.35導線絲焊接的樣品拉伸力最大且拉伸力數(shù)值分布相對較為集中；除高溫試驗外，加1根0.35導線絲焊接的樣品拉伸力均優(yōu)于直接焊接的樣品。直接壓接的樣品拉伸力和添加3根0.35導線絲壓接的樣品拉伸力對比變化不大。與初始拉伸力相比，振動且試驗后加1根0.35導線絲焊接的樣品和加2根0.35導線絲焊接的樣品拉伸力變化不大，其他裝配工藝樣品拉伸力明顯地下降；鹽霧試驗后5種工藝的接線端子拉伸力變化不大；熱沖擊試驗后直接焊接和直接壓接的端子拉伸力明顯地變小；高溫試驗后5種工藝的接線端子拉伸力都明顯地變小，其中加1根0.35導線絲焊接的樣品拉伸力減小一半。

3.2 試驗后的樣品密封防腐性結(jié)果與分析

試驗后的接線端子密封防腐性結(jié)果如表4所示，銹蝕現(xiàn)象如圖8所示。振動試驗且進行鹽霧腐蝕試驗后，直接焊接的樣品有輕微銹蝕現(xiàn)象；分析原因可能是振動導致端子內(nèi)部焊接部分發(fā)生裂縫，增大鹽霧的滲透面積，導致端子耐腐蝕性能的降低。熱沖擊試驗且進行鹽霧試驗后，直接壓接和添加3根0.35導線絲壓接的樣品出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象；分析原因可能是熱沖擊過程中短時間內(nèi)大跨度的溫差使金屬脆性增大，導致破裂或裂紋，從而使端子內(nèi)部更容易受到鹽霧的腐蝕。

圖8 接線端子銹蝕圖

表4 試驗后的密封防腐性結(jié)果

4 結(jié)束語

機械性能和密封防腐性是評價接線端子可靠性的重要參數(shù)，是接線端子檢驗試驗的必檢項目，具有十分重要的意義。本文針對采用不同處理工藝裝配的連接器接線端子，在不同的環(huán)境試驗和機械試驗后對連接器接線端子機械性能的影響進行研究。結(jié)果表明，不同的裝配工藝會對接線端子的可靠性產(chǎn)生較大的影響。由上述試驗數(shù)據(jù)及其分析可得到如下結(jié)論。

a）不同的制作工藝對接線端子的機械性能有直接且明顯的影響，從拉伸力變化趨勢角度看，焊接工藝優(yōu)于壓接工藝，并且焊接過程中添加2根0.35導線絲焊接優(yōu)于其他制作工藝。

b）在不同的試驗后，加2根0.35導線絲焊接制作工藝的接線端子綜合機械性能最好。高溫環(huán)境下加1根0.35導線絲焊接的端子其機械性能下降最大，表現(xiàn)最差，應謹慎地使用該工藝的接線端子。

c）接線端子在經(jīng)受振動和熱應力之后，其機械性能明顯地下降，并且更容易受到環(huán)境腐蝕的傷害，因此在實際應用中應注意采取防范措施。

d）濕熱環(huán)境對接線端子的可靠性帶來影響的同時對其連接電線的絕緣拉伸性也有更高的要求，建議端子在使用過程中，注意防潮，以免影響總體拉伸力。