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电连接器质量与可靠性不容忽视

发布时间:2021-06-30      点击次数:151

电连接器质量与可靠性不容忽视

声明:本文根据 e星球公众号文章编辑整理,PPT来源黄铜骆驼服务号,仅供学习交流,知识产权归原作者,侵删。

电连接器及其组件是产品重要的接口元件,尤其针对复杂系统而言,如航天系统,电连接器散布在各个系统和部位,负责着信号和能量的传输。其连接好坏,直接关系到整个系统的安全可靠运行。由电连接器互连组成各种电路,从高频到低频、从圆形到矩形、从通过上百安培的大电流连接器到通过微弱信号的高密度连接器、从普通印制板连接器到快速分离脱落等特种连接器,电连接器质量与可靠性也有自身的“江湖”,不能忽视。

从航天质量管理者处了解到近6年的质量归零问题中,与电连接器相关的问题占到了4成多。在严格筛选的情况下,并且成本代价也远远高于民用产品,甚至高于普军产品的航天级产品中还有这么高比例的电连接器失效是十分惊人的。其中的发生的失效问题包括各个层面:有器件本身的质量问题、有选型或使用不当、有人为操作失误、有耐久性和贮存寿命考虑不周或长期插拔使用中引入的多余物等等一系列问题。可见如果能够正确选用和使用具有良好质量控制的电连接器可以大大提高整个系统的可靠性水平。本文重点介绍电连接器的质量与可靠性,并以航天运载火箭电连接器为例,介绍质量问题分析相关知识。

产品质量是指产品能够满足使用要求所具有的属性,即适用性。无论简单的产品,还是复杂的产品,都可把适用性或用户的要求归纳为六个基本目标;即技术性能、可靠性、安全性、适应性、经济性和时间性。表 1 列出了电连接器产品质量特性的要求内容。


电连接器产品质量一致性,可理解为这六个质量特性波动性的大小程度。波动性小、一致性好,使用可靠性高。反之,波动性大、一致性差,使用可靠性低。可靠性是表征电连接器产品质量的重要特性之一。它是指产品在规定的条件下和规定的时间内,完成规定功能的能力。在这个定义里,所谓规定条件,包括产品所处的环境条件、负载大小、工作方式和使用方法等。

上述六项波动因素在不同的条件下,对产品质量的影响亦不同。作为质量管理的主要任务之一,就是要稳定由于偶然性原因造成的随机波动或误差,消除由于异常原因造成的系统波动或误差。

电连接器技术性能指标和可靠性指标既有联系又有区别。产品不可靠,技术性能再先进也得不到发挥;反之、若技术性能十分低劣,产品的可靠性也就无从谈起。同一电连接器产品依据不同标准检验,由于技术指标规定值的不同,会有不同的可靠性评价结果。低标准判为可靠的产品,按高标准评价可判为不可靠。一般情况下,连接器产品使用温度越高、额定负载越大,可靠性就越低。

在电连接器生产过程中,质量波动是客观存在而又无法完全消除的。为确定质量波动的大小,判断波动是否超出允许范围,必须按产品标准规定进行质量一致性检验。它能真实反映产品的质量波动程度和各项使用性能是否合格和稳定可靠,实际评判产品的设计工艺水平。

一、电连接器的可靠性分析


产品可靠性是设计出来的,制造出来的,管理出来的。设计、材料和工艺水平以及技术集成度,是决定产品质量一致性的关键因素。发达国家凭借优化设计、材料和高度自动化零部件加工和装配技术,配上先进的柔性加工和在线质量控制技术,有效控制全生产过程质量,在实现大规模、高效率、低成本批量同时,保证了产品质量一致性和高可靠性。而我国部分连接器企业质量管理重点至今还停留于产品完工后的传统“三检”。不能从产品质量的事后检验转移到对生产过程质量控制,这是我国与进口同类电连接器产品质量和可靠性存在差距的重要因。

电连接器产品可靠性源于失效分析。组装成电连接器的接触件、绝缘体、壳体、定位锁紧装置和尾部附件等五个关键零件,在产品设计、工艺、检验、选用、贮存和操作等生产或使用过程中每个环节,由于各种原因都有可能出现接触不良、绝缘不良、固定不良和密封不良等失效故障。

电连接器失效机理分析是企业的重要信息资源和宝贵财富。企业必须认真总结分析生产和使用过程中产生的常见病、多发病原因,举一反三采取改进措施,才能提高电连接器可靠性。电连接器可靠性包括固有可靠性和使用可靠性二方面(图1)。

二、固有可靠性


电连接器的固有可靠性一般是指产品制造完成时所具有的可靠性,它取决于电连接器的设计、工艺、制造、管理和原材料性能等诸多因素。产品制作完成后,其失效模式和失效机理已固定。因此,只有在可靠性设计基础上保证生产线上采取严格的可靠性技术措施(生产工艺控制、生产环境条件控制、各工序过程质量检测等),才能保证电连接器产品的固有可靠性。判定产品固有可靠性高低时,除考核同一批次产品质量以外,还应考核不同批次产品质量一致性以及产品使用寿命长短的质量一致性。

1 设计可靠性
在产品设计阶段应考虑其在使用过程中可能出现的各种失效,分析其失效模式和机理,并从材料选用、结构设计、制造工艺等方面采取相应措施加以防范。

合理选材是保证连接器电性能和可靠性的重要前提,反之,则往往由于设计先天不足造成许多隐患。如某手机调试发现显示屏无显示,经分析故障与连接主板与显示屏的连接器接触片材料有关,弹性不良的铜镍合金接触片造成变形或卡死不能复位。设计结构型式是决定产品可靠性的重要因素。如某圆形连接器组件,用户在牢固性检查时发现卡环装配不到位,造成整个连接器解体失效(图 2)。

分析认为是由于档圈与连接环的间隙过大,当连接环定位槽深度不够或卡环弹性不足时,在外来扭矩或其它旋转力作用下有可能使卡环旋出。后改进设计,缩小档圈与连接环间隙为0.8mm(图 3)。经验证明,即使卡环弹性不足,也不会因受力后从连接环定位槽中旋出。

图 2 连接器解体失效

图 3 档圈与连接环间隙 1.3mm 改为 0.8mm

2 工艺可靠性
电连接器产品优劣在很大程度上取决于加工工艺手段的先进与否。壳体的加工工艺、绝缘体的注塑和胶接、接触件的成型和镀金工艺、连接器总装工艺和与线缆的端接工艺等,都对产品固有可靠性至关重要。

宇航用低频圆形电连接器标准规定:壳体应是个整体结构,并保证绝缘体固定在一个固定位置上,在轴向用机械方法不能移动和相对转动。以保证组装在连接器中插针接触件插合端位置度≤0.61mm;插孔接触件插合端位置度≤0.38mm。过去曾多次发生由于绝缘体固定不良造成插针接触件位置度超差折弯,不能正常插合的事故(图 4)。

图 4 插合端位置度超差插针折弯

3 检验可靠性
在产品工艺筛选过程中必须按标准规定的质量水平严格控制不合格率(AQL)。超过不合格率时应进行失效分析查清因,并采取有效的改进措施。手工工艺筛选剔除早期失效产品费工费时、效率低,且易出现漏检或错检。智能化柔性加工和在线质量控制技术能有效控制生产过程质量,在实现大规模、效、低成本批产同时保证产品质量一致性。

如某用户用机器视觉在线检测自动装配的插孔接触件和绝缘体组件时,发现有一个20#插孔中鹰爪脱出(图 5)。经分析该插孔为定制的非标准鹰爪插孔,需特制工装模具才能进行自动化装配。分析认为是由于供方为赶交货期采用手工装配,卷边收口质量一致性差,个别插孔卷边收口不充分。手工组装产品没有 100%在线视觉检测,造成偶然插孔鹰爪脱落。

图五   鹰爪插孔装配失误鹰爪脱出

三、使用可靠性


使用可靠性是指电连接器产品用于整机系统所具有的可靠性。它不仅与固有可靠性有关,且与产品从制造出厂至失效所经历的工作与非工作条件有关。如果产品在使用过程中遇到各种不适应的电、热、机械和化学等应力的作用,即使使用经二次补充筛选的产品仍会出现失效。
1 选型可靠性
电连接器使用可靠性与用户正确选型关系密切。用户应根据现场使用实际要求,选择合适的产品型号和规格。整机系统设计人员选用电连接器时缺乏对产品技术特性指标了解,往往会造成选型不当的失效故障。如某防空弹研制初期联时,某 4 芯圆形电连接器瞬间电流达20A,而设计选用的电连接器产品额定电流仅为 5A,导致试验时绝缘体烧焦,接触件部分熔化。
2 贮存可靠性
电连接器使用可靠性与产品使用前贮存条件有关。贮存环境温度、湿度、清洁度和腐蚀性气体、有效贮存期、超期复验等都将影响产品性能参数,特别是湿度对绝缘电阻检测结果尤为敏感。如某型号用玻璃烧结密封连接器组件振动试验时出现信号不稳定,插针与壳体间形成短路。分析认为是由于贮存环境条件差,镀层起皮产生的金属多余物粘连于接触件与壳体间(图 6)。

图 6 接触件与壳体间金属多余物粘连

3 操作可靠性
使用电连接器时由于人为操作失误,会直接影响整机系统的可靠性。为保证电连接器的使用可靠性,操作人员应首先了解产品技术特性。不得过负荷、过应力使用,应按操作使用规程正确插合分离,避免烧坏或损伤电连接器。连接前应检查是否存在多余物,是否有外壳锈蚀、针孔异样、锁紧机构不灵活等现象,避免尾罩受力松动和电缆线芯受力损伤。

连接不具备防误插功能电连接器前,必须认真核实产品型号、标识是否相对应,并准确定位,防止反插或误插。为保证连接器与电线电缆端接可靠性,应严格按规范选用合适的型号规格连接导线和接线工具,掌握正确的焊接、压接、绕接等工艺。如某圆形连接器在联试对接时发现第 15 芯插孔轴向窜动 2mm,经解剖发现该芯插孔安装孔定位半月槽周边部分绝缘体熔化(图7),分析认为是由于焊接时间过长所致。

图 7 定位半月槽周边部分绝缘体熔化

 

四、电连接器的质量问题分析PPT分享

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