某SY053型号电连接器的失效分析

2018-03-20

机电元件 2018年1期

(上海航天科工电器研究院有限公司，200331)

前言

电连接器被广泛应用于各种电气线路中，起着连接或断开电路的作用，用于实现电信号的传输和控制以及电子与电气设备之间的电连接，在航天、电子、通信、水电工程等行业中应用非常广泛[1]。本文所研究的SY053型号连接器是应用在国外某通讯设备上的圆形电源连接器，这款产品零部件数量多，使用环境恶劣，因而其可靠性难于保证。本文通过对该元件进行失效分析，分析其失效原因，对产品设计、工艺、质量监控等环节提出了改善意见，提高该元件的质量可靠性，以便获得更好的市场经济效益。

1 产品基本属性

1.1 产品结构

某SY053型号电连接器的结构如图1所示，该电连接器由螺套、弹性垫圈、动棘轮、静棘轮、外壳、上基座、密封垫、下基座、插孔、尾部外壳、O型圈、PG头绝缘体、密封橡胶管和螺帽组成。其中螺套、外壳、尾部外壳和螺帽对内部零件起到机械保护屏蔽作用；插孔是此型号电连接器的接触件；其它零件是一些过渡件，通过机械装配形成电连接器。

图1 某SY053型号电连接器的结构图

1.2 技术要求

某SY053型号电连接器的技术要求为：

(1) 额定电流35A,工作温度-40℃～105℃；

(2) 耐电压1000V,绝缘电阻≥2000MΩ；

(3) 户外使用，恶劣工作环境；

(4) 三头螺纹锁紧式，抗机械振动冲击性能；

(5) 防护等级IP67；

(6) 耐720小时交变盐雾；

(7) 高封密

1.3 工艺流程

某SY053型号电连接器的主要工艺流程为：电缆密封圈装入PG头绝缘体；O型圈装入PG头绝缘体形成PG头合件；PG头合件、螺帽和另一O型圈装入尾部外壳；插孔缩口测分离力；将密封垫和下基座和插孔组装在一起形成下基座合件；将螺套、上基座、下基座合件装入外壳；压配基座；组装弹性垫圈、动棘轮和静棘轮；压配弹性垫圈；外观检测和尺寸检验；互换性测试；绝缘耐压测试；气密性测试。

2 常见失效分析

某SY053型号电连接器在生产过程中发现存在多种失效模式，而产品的失效必然导致此电连接器无法达到相应的技术要求，影响产品的使用。所以对其进行失效分析很有必要。

2.1 绝缘电阻不过

某SY053型号电连接的绝缘电阻低于2000MΩ可判定为产品失效。绝缘电阻无法达到要求的原理是两相临插针之间爬电距离不够，导致插孔与插孔之间导电。综合分析表明，导致此失效主要原因为：第一，雨雪天气装配环境过于潮湿，导致连接器表明有受潮的尘埃等不明污染物；第二，有机材料析出物与表面水膜形成离子性导电通道；第三，两相临插孔之间绝缘材料有损坏、有缝隙，无法起到完全隔开的作用。对于前两种原因，采用酒精擦拭后放入烘箱烘干能让绝缘电阻明显增大，减少失效；对于第三种原因，就必须对供应商来料进行严格把关。

2.2 漏气、密封性能不好

将插合好的某SY053型号电连接器固定在气密夹具上，与气密测试仪接通后充气压力为50Kpa，上压时间5s，稳压时间10s，测试时间60s，气压下降大于0.3Kpa则为失效[2、3]。这种失效主要是因为密封型部件的问题，此款产品主要是O型圈的失效和密封胶的问题。

2.2.1 O型圈的失效

根据分析，O型圈的失效原因有很多种，如：磨损、过度压缩、安装过程中的损伤、毛刺凹坑和高温老化等五种，如表1所示：

表1O型圈的失效模式

磨损导致O型圈的部分甚至全部区域产生磨损纹而使密封性能减弱，造成磨损的原因为O型圈表面的光洁度没有达标，O型圈表面处理不彻底残留有磨损性强的污染物，O型圈产生相对运动等；每一种橡胶材料的O型圈都有其固有的最大压缩率，当压缩率大于其最大值的时候，将发生不可逆转的塑性变形，必然导致O型圈变形甚至断裂，发生这种失效的主要原因是设计未合理考虑材料由于热量或化学介质或由于压力过大将会引起的不可逆转的弹性变形；安装过程中的损伤表现为O型圈有伤口，造成原因主要为工艺工装不到位，锋利边角划伤O型圈，O型圈表面有坚硬的污染物等；毛刺、凹坑的产生和磨损有类似，主要是表面有污染物以及工艺问题；O型圈由于高温老化后变僵硬，压缩率达不到密封要求必然也会导致密封性减弱，发生高温老化的原因是未考虑温度对材料的影响。

2.2.2 密封胶的问题

当某SY053型号电连接器内部粘结密封胶开裂，会造成漏气、密封性能降低，导致密封失效。造成这种失效的主要原因是：未使用符合该电连接器的优质胶，这主要忽略了由于该电连接器需要涂胶零件的材料特殊性对所选胶的特定要求；灌胶过程不当，并未达到完全封胶；机械振动造成粘接处开裂导致密封性失效。对于密封胶造成失效问题，其解决的办法主要是要合理选材、正确灌封、规范操作。

2.3 对接失效

某SY053型号插头电连接器和互配插座对接如图2所示。对接的失效引起的后果非常严重，直接影响了产品的使用，因而分析其失效原因很有必要。

图2 某SY053型号插头电连接器和插座对接示意图

综合分析，对接失效，主要是由以下几点引起的：一、设计选材不当和结构尺寸设计有误。插孔和插针选用硬度相差悬殊的不同材料将导致对接问题，某SY053型号插头电连接器的插孔材质一般是QSn4-3锡青铜，互配插针选用Hpb59-1黄铜。插孔和插针设计尺寸有误必然会导致针孔超差无法对接，或者公差配合尺寸有误引起对接过松或者过紧，导致插拔力无法达到使用要求，影响使用。二、插孔缩口工艺不当，导致缩口过紧，影响插拔力，导致对接失效。