汽车连接器烧蚀分析

2015-06-13王武军韩新权王荣喜

汽车电器 2015年8期

王武军，韩新权，王荣喜

（河南天海电器有限公司，河南鹤壁 458030）

汽车连接器用于汽车电路各连接点的连接，是汽车上的重要零件，其品质好坏直接影响到电力或信号的传输效果。连接器烧蚀是比较常见的一种失效形式，是指连接器在使用过程中出现护套熔融、燃烧等现象，从而使连接器功能丧失。由于连接器本身的因素而形成此种失效形式的原因一般包括3个方面：①材料选择问题；②端子的载流能力；③产品密封问题。本文根据这3个方面的原因对连接器烧蚀进行分析并提出解决办法。

1 材料选择问题

汽车连接器一般由护套和端子组成。端子是连接器的核心部件，负责提供导通电讯的路径并在接触界面形成稳固的接触［1］。护套负责对端子的固定并对端子提供机械和环境保护。连接器的材料选择主要是指护套和端子的材料选择。端子的材料选择不当时可能会出现接触方面的问题并最终影响导电能力，或者出现端子本身的导电能力不能满足要求的情况。护套的材料选择不当时可能会出现绝缘、耐压、耐温方面的问题，从而使连接器不能满足使用要求。

1.1 端子的材料选择

汽车连接器端子常用材料有：紫铜、黄铜、青铜。根据它们的硬度情况又可分为软、半硬、硬3种状态［2］。这3种材料中，紫铜应用较少，一般用于搭铁用孔式或叉式接头等。黄铜和青铜应用较多，黄铜的导电性能比青铜好，而青铜的硬度和弹性比黄铜好，高温下抗应力松驰的能力也比黄铜好。汽车连接器端子常用材料及用途见表1。

表1 端子常用材料及用途

选择端子材料时首先要考虑实现电力或信号传输的能力，即材料的导电率。对于电力传输来说，选择高导电率的材料可以避免产生大量焦耳热，对于信号传输来说，选择高导电率的材料可以减少电路中的电压损耗。

汽车连接器用在不同的位置时环境温度往往有很大差别，而环境温度较高时对端子材料抗应力松驰能力有相应的要求［3-4］。根据设计经验，应保证应力释放3000h以上仍能维持70%以上的初始正向力［5］。黄铜材料在100℃以下的环境温度下能满足此要求，青铜材料在125℃以下的环境温度下能满足此要求，铍铜材料能满足此要求的环境温度可达到155℃。如果选材不当，由于应力释放造成端子的正向力减小，会使连接点接触电阻增大，从而造成局部发热，情况严重时会形成局部发热和接触电阻增大的恶性循环并最终形成连接器护套烧蚀。

案例分析：某客户驾驶某款面包车，在行驶约11000km时出现左前照灯不亮。经分析发现，由于前照灯处温度较高，而端子材料选择了普通的H65，不能承受此处正常工作时的温度，经过一定时间后由于端子材料在高温下产生应力释放，造成正向力减小，接触电阻增大，发热程度变大并形成恶性循环，累积热量导致护套烧融，并最终导致电路不导通。选用耐高温端子材料的连接器后，问题得到解决。

1.2 护套材料选择

汽车连接器护套常用材料有：聚酰胺（俗称尼龙）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、ABS等。

选择护套材料时，一般应根据护套的主要作用（即对端子的固定和保护作用）来考虑护套材料的绝缘性能、耐腐蚀性能等，对于高温环境下的连接器，应重点考虑护套材料的耐温性能。汽车连接器护套常用材料及用途见表2。

表2 护套常用材料及用途

常用的护套材料一般绝缘性能均可通过正确的结构设计满足使用要求，耐腐蚀性能需根据插接器的使用环境进行选择，耐温性能则要考虑使用环境的温度等级。一般护套材料选择不当而出现连接器烧蚀问题时，大多是因为护套材料的耐温性能不合格造成的。例如，某汽车厂反馈其某款轿车发动机舱内一个两线护套在使用中出现烧蚀现象。经分析，端子、导线、电流及周围环境均无异常。原设计车型该护套使用位置为驾驶舱，环境温度较低，且由于电流较低，该护套所使用材料设计为ABS。出问题的车为改型车，改型时该护套的使用位置变为发动机舱，由于发动机舱的环境温度远高于驾驶舱，而该护套所使用材料沿用了原设计的ABS材料，该材料的耐温等级较低，故出现了由于护套材料不能耐环境温度而造成的烧蚀现象。将护套材料改为耐高温的增强PBT后，问题得以解决。

案例分析：某客户驾驶某款手动轿车，在行驶约18000km时出现无法起动现象。经检查、分析发现，由于接燃油泵的连接器烧融使电路不导通，燃油泵不工作使汽车无法起动。产生此现象的原因是因为所使用的连接器护套材料不能承受所处环境的温度，长期工作后使护套出现烧融现象，并最终导致汽车无法起动。选用耐高温护套材料的连接器后，问题得到解决。

2 端子的载流能力

端子的载流能力是指在一定的使用环境下端子承受电流大小的能力。端子的载流能力和端子的规格、材料、正向力、镀层、适配线径、环境温度等因素有关［6］。

国内汽车行业连接器使用单位一般会要求供应商提供端子的额定电流以方便线束设计时连接器的选型。由于连接器端子的额定电流应根据使用环境温度和适配电线线径的变化而变化，因此连接器生产商在其产品手册上提供的端子的额定电流一般是指常温下端子所能压接最大线径时的额定电流。实际使用时应根据产品使用某一线径的环境温度－载流能力曲线来选择。图1给出了某款端子在压接不同线径电线时的环境温度和载流能力曲线，严格来说，汽车电线束设计时，所有端子都应根据相应的环境温度－载流能力曲线来选取。

关于载流能力方面最常出现的问题就是没考虑端子的使用环境温度。实践中经常出现汽车电线束设计者根据连接器生产商提供的端子额定电流选择所使用的端子，而所选端子使用在发动机舱等高温环境中时，由于载流能力的变化造成非正常发热并最终导致护套烧蚀甚至烧车的事故。

对于大电流的情况，应重点考虑连接器的温升问题，根据温升曲线确定端子的载流能力。图2给出了某款端子在常温下的电流－温升曲线。

3 产品密封问题

产品密封问题也是引起连接器烧蚀的一种常见原因，一般主要是因为密封不合格的连接器会造成水分或化学液体在使用过程中进入护套用来容纳端子的空腔内，从而加速端子接触表面的氧化，使端子的接触电阻变大，最终会形成非正常发热和接触电阻变大之间的恶性循环使护套产生烧蚀现象［7］。

根据汽车连接器的使用环境，按连接器是否需要密封可将连接器的使用区域分为湿区和干区。湿区使用的连接器是需要密封的连接器，按环境温度不同又可分为高温湿区和低温湿区（图3）。高温湿区使用的连接器要求既满足密封条件又能耐高温，实践中经常出现高温湿区使用了不能耐高温的密封连接器的情况，该连接器使用一段时间后，由于高温环境造成的连接器材料老化，使密封性能大幅降低，并最终导致端子导电能力的降低，使连接器出现烧蚀现象。