基于常见失效模式的电连接器装配技术优化

(中车永济电机有限公司，山西永济，044502)

1 引言

电连接器是连接电气线路的元件，广泛应用于各种电气线路，起着连接、断开电路的作用，连接必须可靠，插针和插孔在圆周方向应可靠接触，并且具有防烟雾、潮湿、淋雨、沙尘、电磁等功能[1-3]。对于电连接器的装配技术及质量控制有着很高的要求，因此，在轨道交通电机生产过程中完善的电连接器装配工艺技术显得十分必要和急迫。

目前，对电连接器的研究多集中于对电连接器的可靠性的探索。Pyle National公司[4]分析了电连接器接触材料在环境应力下的性能；杨奋为[5]从制造和安装方面对航天用连接器相关失效模式、失效原因定性分析；陈文华等[6]对航天电连接器进行了失效机理分析，建立了评价其接触寿命特征的可靠性数学模型；Huang等[7]提出了用三维有限元模型研究电连接器微动磨损的力学性能和接触性能，并给出了评估其疲劳寿命的计算方法；高亮等[8]以某型卫星用电连接器为例分析了其在轨工作时，将失效模式总结为绝缘失效、接触失效、密封失效和电磁屏蔽失效；张彬彬等[9]对板间电连接器的典型失效模式进行了研究，阐述了引起绝缘失效、接触失效和机械失效的原因；周建新[10]从电连接器的功能出发将电连接器的主要失效模式归纳为短路、开路、接触不良、绝缘电阻低、击穿和绝缘板破损等。本文将以YH6A- G200电连接器为研究对象，针对电机电连接器的插针松动、插针歪斜、插针氧化等质量问题，分析失效模式，结合连接器的特点，形成完善的圆形电连接器装配工艺技术，最终达到减少电连接器装配质量问题的目的。

2 电连接器的性能特点

2.1 电连接器的基本结构

图1 为YH6A-G200电连接器插头示意图，(a)为插头外形图，(b)为插头装配图。其基本结构主要包括：接触件、绝缘件和壳体。该电连器采用反卡口连接方式，具有快速连接、耐振动、冲击、安装方便等特点。插孔采用冠簧结构，接触体接线端采用压接式结构，接触可靠，接触体在绝缘体内的定位利用卡爪实现，能够实现前取后送，具有取送方便等特点。壳体采用铝合金阳极氧化，具有美观、耐磨、耐腐蚀等特点。

2.2 电连接器的基本性能

电连接器的主要功能是实现电路间的电流流通与断开，使机电系统完成预定的功能，其基本性能可以分为电气性能、机械性能和环境性能三个方面[11-13]。

(a)YH6A-G200电连接器插头外形图

1-插头体；2-O形圈；3-插头旋转外套；4-绝缘体；5-止环；6-止环；7-插针；8-防水胶圈；9-固定环；10-紧固螺母；11-止动销；12-电线压板。(b)YH6A-G200电连接器插头装配图图1 YH6A-G200电连接器插头示意图

2.2.1 电气性能

电连接器的电气性能参数主要包括额定电压、额定电流、接触电阻、绝缘电阻和耐压强度等。额定电压与电连接器内部各接触件的分布及绝缘材料的绝缘性能有关。一般当工作环境的电压值低于额定电压时，电连接器可以正常工作；额定电流与电连接器接触件的接触性能和绝缘材料的热性能有关，通常是为限制电连接器内部温升而设定的。电流通过接触件时会产生一定的热量，当上述热量不断累积导致其内部温度超过允许范围时，就可能会影响接触件的接触性能及绝缘体的绝缘性能，导致电连接器失效；绝缘电阻是指对电连接器绝缘体施加一定电压时其所呈现出的电阻值。绝缘电阻的大小与绝缘体的材料特性和结构特点密切相关；耐压强度是指不会造成电连接器不同接触件间绝缘体以及绝缘体与大地之间发生击穿的临界电压，与绝缘体的结构、绝缘材料的绝缘性能以及工作环境等因素有关。

本文所选用的YH6A-G200型三针圆形航空电连接器的主要电气参数如表1所示。

表1 YH6A-G200型电连接器主要电气参数

2.2.2 机械性能

电连接器的机械性能参数主要包括电连接器的机械寿命和插拔力。机械寿命是一种衡量电连接器耐久性的指标，并以在规定次数的插拔循环后连接器的接触性能是否仍然满足要求作为评判标准。插拔力是插入力和拔出力的统称，为便于电连接器的插合，插入力要小。为保证电连接器插针与插孔间接触的可靠性，拔出力不能太小。电连接器的机械寿命和插拔力与接触件间接触压力、镀层材料性能以及接触件插合位置精度等结构参数有密切关系。

2.2.3 环境性能

电连接器的环境性能主要包括耐温、耐湿、耐盐雾、耐振动和耐冲击等方面。高温环境会促进接触表面氧化膜的生成和绝缘体的老化，降低电连接器的接触性能和绝缘性能，影响电连接器的可靠性。潮湿或盐雾环境会导致接触件镀层材料和基体铜材料之间形成腐蚀电池，加速金属镀层的腐蚀。振动环境会引起电连接器接触件间的往复摩擦，造成镀层材料的磨损。冲击环境则可能会导致插针与插孔接触部分的短暂分离，引发短时间的信号中断。因此，耐振动和耐冲击也是电连接器的重要环境性能指标。

3 电连接器的常见失效模式

电连接器产生的失效形式主要有三种：接触失效、绝缘失效和机械失效[13-16]。

3.1 接触失效

接触失效是电连接器最常见的失效形式，它严重影响电连接器的接触可靠性和使用寿命。造成接触失效的主要原因有接触压力不足、接触磨损、插针断裂、插针与插孔中心不对准等。

3.2 绝缘失效

绝缘失效是除接触失效之外引起电连接器失效的最主要原因，连接器绝缘失效将会使得各接触对之间不能保持原来相互独立工作的状态，有可能造成信号传输错误甚至造成电路短路等严重后果。

3.3 机械失效

电连接器在使用或运输过程中不慎跌落撞击地面时，产生冲击加速度，可能引起内部零件的松动或微小变形，插合时插针中心不能对准插孔中心。接触件中心若不能对准，插偏后将会引起插针弯曲或插孔变形。另外电连接器受到冲击碰撞后其锁紧结构也可能发生变形导致卡死，无法正常使用。

3.4 其它失效

对于有密封性要求的电连接器，必须严格按标准规定进行100%的密封性检测，剔除漏率超过规定的产品，以保证有密封要求的电连接器安全可靠。

4 圆形电连接器装配技术及质量控制

4.1 装配工艺准备

表2为电连接器装配的工装、工具、量具、工艺辅料，为电连接器装配做好准备。

表2 使用工装、工具、量具、工艺辅料

4.2 电连接器的装配工艺技术

电连接器的装配难度不大，但过程复杂，以YH6A-G200电连接器装配工艺技术进行介绍，图2为电连接器装配工艺流程图。通过插头拆解、插针压接、插针安装、插头组装、检查检测、热缩标识、防水处理、电连接器插头防护，完成电连接器装配。

图2 电连接器装配工艺流程图

图3 电连接器插针退出

如因质量问题，需将插针退出电连接器插头，可执行后续操作：拆解压板、松动紧固螺母、取出插针。取出插针需用专用退针器。如图3，从插头正面插入插针，压推退针器推杆，推杆会从后部退出，同时露出红线标识。看到此红线，表示插针卡夹被压缩，插针保持在绝缘台上的状态被解除。此时押推退针器的推杆，同时将电线向后拉，插针和电线将退出连接器。(要求：插针取出，卡夹须更换，不可再用；退针器插入时，不允许倾斜绞入，避免损伤绝缘层)。

4.3 电连接器装配关键工艺过程质量控制

4.3.1 插针的压接

(a)插针压接范围

(b)插针正确压接

(c)插针错误压接位置

(d)调整插针压接状态图4 电连接器插针压接

压接的过程中导线应正确位于压接筒中保持导线和压接筒在同一轴线上，压痕在压接筒上的位置应正确，压痕的深度应适当，导线绝缘层末端与压接筒之间的距离应适合。插针压接后压接部位表面光滑，无裂纹和毛刺，所有边缘处不应有尖端。图4为电连接器插针压接图示，将压接工具放在插针后端部缺口部到插针端部间的压接部。并在此范围处实施压接，如图4(a)；压接时，压接工具大致放于压接部中央稍微偏向插针端部处，图4(b)为插针正确压接位置，图4(c)为插针错误压接位置；压接时会发生塑性变形，因此压接时逆方向加力以调整压接状态，保证压接后的电线平直，图4(d)为调整插针压接状态；此外，压接作业时，要特别注意插针接触部。特别是插头插针的外接触部，不能划伤，破损等。

4.3.2 插针的安装

插针从电线压板侧插入，正常插入时，插针的卡夹会张开并挂在绝缘台上，此时会听到"咔"的响声(插针卡夹涨开时的声响)，表示安装到位。插头插针的保护套在插针安装到位后再取下。图5为电连接器插针安装示意图。安装时很难推入时，在电线外皮表面涂抹润滑油脂。电线外皮表面涂抹润滑油脂时，务必注意不要将润滑油脂附着到插针上，以免造成导电不良。

图5 电连接器插针安装示意图

插针是否安装到位按图6方法进行确认，轻轻向后方拉动电线，电线应拔不出来。从绝缘台正面目视插针卡夹是否完全张开。注意插针安装后，务必进行确认检查，保证插针的完全到位。不完全安装，会造成导电不良，发生熔损等事故。

图6 电连接器插针安装确认

4.3.3 插针歪斜检查

插针歪斜检查用插针确认工装插拔，确保插针安装到位不偏斜。如插拔困难，则表示插针安装不垂直，须松开压板，重新进行安装作业。图7为插针确认工装，图8为插针歪斜检查示意图。

图7 插针确认工装

图8 插针歪斜检查示意图

4.3.4 电连接器插头防护

安装完成后对插针进行防护，用防护帽(PVC制)套入插针以防止被氧化腐蚀，如图9所示。

图9 插针防护示意图

5 结语

电连接器作为一种电气线路互联系统的重要部件，其可靠性直接影响到系统能否稳定的工作。为了满足系统对电连接器日益提高的可靠性要求，本文将以YH6A-G200电连接器为研究对象，针对电机电连接器的接触失效、绝缘失效和机械失效等失效模式，结合连接器的工作原理、结构特点、性能特点等方面，对电连接器全面掌握，经过实践和测试，形成完善的圆形电连接器装配工艺技术，并对于插针的压接、插针的安装、插针歪斜检查、电连接器插头防护等关键工艺环节提出质量控制措施，为该产品的可靠应用提供了工艺技术保障，最终达到减少电连接器装配质量问题的目的。