浅析飞机线路中的焊接技术

施娟

摘要：飞机上的线路传导着飞控、火控等各种指令，不但是全机的通讯链路，而且还为全机提供电源信号。飞机的线路作为保证信号传输的正确可靠的重要产品，其质量和可靠性直接影响着飞行安全。而飞机线路中最关键的技术就是端接技术。而目前的端接方式主要有焊接和压接两种。本文主要选取端接技术中一种方式——焊接技术进行深入研究，并制订可靠性的预防手段，在一定程度上降低了焊接风险。

关键词：焊接;假焊;虚焊

0  引言

飞机线路中起传输作用的导线、连接器、开关接线端子等，通过端接的方式连接到一起，使飞机各系统之间互联，形成一个整体，从而控制飞行。而目前的端接方式主要有焊接和压接两种。如何高效地完成焊接工作，同时保证其牢固性和可靠性是本文的最终目的。

1  概述

随着飞机装备的迅猛发展，飞机线路的设计与制造、修理、维护已然成为一个重要的课题。它是一个庞大而复杂的系统，但又与航电、火控等功能性系统不同，本身不能实现独立系统功能，但对功能起支撑作用，只有与其它专业结合才能发挥自身的功能。

飞机线路几乎遍布全机，它在极端复杂、多变的环境下，完成各种指令。而焊接则是连接各功能系统内导线与连接器接触偶、接线端子、开关等的重要方式。焊接不可靠，极易引发飞机报故，造成空中事故。瑞士航空111号航班，是从美国纽约市到瑞士日内瓦的定期国际客运航班，于1998年9月2日凌晨发生在加拿大哈利法克斯机场附近海域的空难事件。飞机在冲入大西洋后粉碎性解体，全机229人无一生还。全机分裂成数百万片的碎片，调查工作起初陷入困境，调查人员依据当晚值班的航管员及黑盒资料得知原因失火坠毁，研究人员从被打捞上来碎片中，发现其中一根电线上有电弧，由此便推出空难原因：由电线短路引起的火花点燃了聚对苯二甲酸乙二酯（PET）隔热层，再由PET隔热层点燃了其他东西引发失火。1996年7月17日，一架环球航空800号航班从纽约起飞不久后就在纽约长岛空中解体爆炸，去调查空难，原因是油箱电路短路爆炸。这次事故导致航班230人全部遇难。经统计，自2012年以来，我厂共发生电气线路典型故障19起，其中短路故障4起、虚接故障3起、断路故障3起。从这些空难中和典型故障中可以看出，因为操作问题引起的断线、虚焊，假焊等故障层出不穷，所以焊接的可靠性将会对飞行安全产生重要的影响。

2  焊接

2.1 名词解释

2.1.1 焊接

焊接本文指的是钎焊，是一种连接金属的工艺方法。它是利用熔点比母材低的钎料，在母材不熔化的情况下，钎料熔化并润湿及填充两母材之间的钎缝。在钎缝中，钎料与母材相互溶解和扩散，反应生成金属化合物-合金薄层，钎料粘着与母材，使两母材得到牢固的结合，钎焊过程示意图见图1。根据钎料的熔化温度和钎焊接头的强度不同，可以分为硬钎焊和软钎焊。硬钎焊钎料的熔点在450℃以上，软钎焊焊料的熔点在450℃以下。飞机线路中所涉及的均是软钎焊，也通常被称为焊接，所用钎料称为焊锡。

2.1.2 假焊

在焊接完成后，焊点表面好像焊接成功，光滑饱满，但实际上焊料和母材之间并没有连接牢固，产品再受外力或振动过程中容易脱落，这种现象称为假焊。

2.1.3 虚焊

一般是在焊点内部有氧化物或杂质、焊接温度不合适、焊接方法不适应，实质上焊锡与母材之间存在隔离层，它们没有完全接触在一起，肉眼一般无法看出其状态。长时间的通电会使焊点发热，从而使焊接部分氧化，容易造成焊点脱落，从而反映出的电气特性时通时断。

2.2 焊接工具、材料及作用

2.2.1 焊料

焊料是在焊接过程中，低于工件材料熔点的温度并填充焊接接头的金属或合金。主要以锡、铅、锌、镉、铋、锌等金属为基的合金。它们的共同点是熔点比较低，强度及硬度小，塑性及抗疲劳性能较好。其中，锡铅焊料由于熔点低、润湿性好、耐腐蚀性优越，所以被广泛的用于飞机中。在日常修理中，针对机型和飞机的区域等不同的修理要求，使用的焊锡也不同，要根据实际情况进行选用。

2.2.2 焊剂

焊剂能促进焊缝的形成，并且保证焊接过程顺利进行和获得牢固的焊接质量。焊接过程中它能清除工件材料及焊料表面的氧化膜，抑制氧化膜的再生，同时改善焊料的润湿性。软钎焊过程中使用的是软焊剂。一般根据焊接后残留焊剂对焊接接头腐蚀的不同可分为，非腐蚀性软焊剂、缓性软焊剂及腐蚀性软焊剂三类。飞机线路制造与修理中，使用几乎没有腐蚀，而具有不大的化学性能的非腐蚀性焊剂。通常使用的是酒精松香混合液，它的成分为75%酒精和25%的松香混合物。飞机线路中禁止使用腐蚀性焊剂。

2.2.3 焊接工具

在飞机线路修理与制造中，应用着广泛的焊接工具是电烙铁。但有些挂预挂锡的导线或零件，以及粗导线的焊接，通常用焊锡锅来完成。电烙铁之所以能成为焊锡的最好工具，还是它由于使用轻便、干净，有电源的地方即可随时使用。焊接不同体积的零件，可根据需要采用适当加热功率电烙铁。它们的功率自20瓦至500瓦。电源电压一般为220V。考虑到人身和设备安全或工作条件等原因，飞机上作业时要使用不高于36V低电压电烙铁。

烙铁的重量越大，它的温度越稳定。因此，焊接大的零件需要大功率电烙铁，但重量大的大功率烙铁操作不方便，不能用于焊接小零件。应根据所需焊接的零件的接点的面积，能使焊料在零件接点上流动，并保持足够的热量，选择使用恰当功率的电烙铁。

电烙铁有外热式和内热式两种。外热式电烙铁有手柄、加热杆和烙铁头部分三组成。它的烙铁头安装在加热杆身内部，并露出工作部分。内热式电烙铁是由连接杆、手柄、加热杆和烙铁头共四部分组成，它具有重量轻、体积小、发热快等特点，也是飞机线路修理和制造中常用的焊接工具。根据所焊电线截面大小和元器件的特征选择不同功率的电烙铁：①钎焊半导体元件、集成电路應使用（15～25）W电烙铁;②钎焊绕组漆包线应使用（25～45）W电烙铁;③钎焊一般电缆、电线、电子元件（电阻、电器、大功率半导体零件等）和小型电机换向器接线应使用（45～100）W电烙铁;④钎焊弹性膜片、换向器接线、钢制零件、波导元件应使用（100～150）W电烙铁;⑤钎焊截面20mm2以上电线、屏蔽衬套及其它较大零件时应使用（150～300）W电烙铁。

2.3 焊接前准备

2.3.1 场地准备

①工作台或工作区域要有较好的采光或照明。

②烙铁架的周围不得放置易燃品和易受热变质的元器件。

③在需要大量焊接的场所，应该有通风装置。

④工作台或工作区域应干燥、整洁。

2.3.2 工具及器材准备

①工具准备：电烙铁、热风枪、剥线钳、剪刀、剪线钳、焊线架、焊线台、毛刷等。

②使用耗材：标志管、热缩管、焊锡、焊剂（酒精松香混合液）、清洗剂（酒精）等。

③防护用具：防护口罩。

2.4 焊接工艺流程

焊接工艺的主要流程主要有剥线、挂锡、焊接、冷却及清洗等五个步骤。

具体的操作方法如下：

第一步：剥线。

目前航空系统中飞机线缆中剥线方式有机械剥线和加热剥线两种方式，分别采用的工具是热剥钳和剥线钳。剥线后的线芯（见图2）满足以下要求：

①剥去绝缘层的线芯上不允许有残留的绝缘层。②剥好的电线绝缘层端部应齐整平直。为控制导线绝缘层的毛边现象，可以涂上少量清漆，切勿将清漆涂在线芯上阻碍电气连接;需要时也可安装热缩管，使编织外套不致散开。③剥线时线芯不允许有刻痕和断丝。当线芯有刻痕和断丝时，应剪去重新剥线。④电线的绝缘层不应被戳穿、压坏、剪切和刮擦的损伤;由剥线钳夹线板造成的压痕如果没有使导线外皮破裂，或使外绝缘层没有被挤压变形变薄是可以接受的。⑤采用加热剥线方式时，不能使操作后的线芯偏离中心，导线绝缘层不能有水泡或焦痕。⑥采用机械剥线时，根据电线的规格，使用剥线钳选择合适档位，剥去电线的绝缘层。⑦对于不同类型焊接件，线芯的剥线长度也有不同规定，以2PX焊接型连接器的Φ1.5接触偶为例，那么剥出线芯的长度应达到接触偶的圆套筒底部（Φ1.5接触偶规格圆套筒深度约为4.5mm，那么剥线的长度，略大于或等于4.5mm）;当线芯送至圆套筒底部时，露在圆套筒端头外的线芯最长不得超过1mm。⑧线芯剥好后，若端头有松散的情况，可按照原导线的自然绞合方向进行绞扭，使线芯达到平顺、紧致的效果。

机上作业时，要防止修剪的线芯和剥离的线头掉落在机内形成多余物。

第二步：挂锡。

挂锡的作用是为了帮助导线在焊接过程中，更好的与接触偶连接，避免虚焊、假焊现象。挂锡之前需要带上防护口罩。一般焊接过程的挂锡分为两个方面，一是导线线芯的挂锡，二是对与导线相连接的焊接零件挂锡。对导线线芯的挂锡：为了保证挂锡充分，可在线芯上涂少量焊剂后再进行挂锡，注意：线芯部分要挂锡均匀，在距绝缘层端1mm处的散热区域可不挂锡。线芯挂锡后，焊料层要完整、薄而均匀。焊接零件的挂锡：以2PX焊接型连接器为例，取少许酒精清洗连接器接触偶的圆套筒，清除其内油污;用毛刷蘸少许助焊剂涂到连接器的圆套筒内，焊剂用量不宜过多，避免流淌。此时的挂锡过程，要求所填的锡量要适中，少了不能填满焊缝，焊点不牢固，但也不能太多，多了容易形成焊瘤。同时，需注意挂锡充分，保证圆套筒内部每处均有挂锡。为了保证焊接性能，当全部挂锡完成后，应及时进行焊接。

当全部挂锡完成，用毛刷蘸少许酒精清洗导线线芯和接触偶的圆套筒，清除多余焊剂。

第三步：焊接。

对于连接器的焊接，要注意焊接順序，连接器绝缘板面板上接触偶的排列，尽量按照从左到右，从下到上的顺序焊接。取少量焊剂，均匀涂抹在被焊零件挂锡处，使用电烙铁加热使其熔化，当被焊件达到温度要求时，焊锡成光亮液体状态后，将导线线芯送入熔化的焊锡中，用电烙铁头将焊料拖动一小段距离，以保证焊料表面平整且完全覆盖整个焊接点。整个焊接中都要保持手和被焊零件的稳定。此时如果焊锡量不满足要求，可将导线从熔化的焊锡移开，再次添加焊料，重复焊接工作。

焊接过程中要掌握焊接温度，时间短温度上不去，焊锡还未完全熔透，插入线芯容易造成焊锡堆积现象，焊锡不能连接牢固，温度不够，焊剂不能充分挥发，造成虚焊;但也不能时间过长、温度过高，使焊锡流淌。

第四步：冷却。

待焊接工作完成后，将电烙铁移开被焊零件，让焊点自然冷却。电烙铁移开过程要迅速，速度慢则会使焊锡出现拉尖、毛刺的现象。电烙铁头移开的方向从焊接点处向导线的右后拉，在焊点的斜上30°最佳。焊点的冷却过程中不允许使用其它强制冷却液，冷却过程中都要保持手和被焊零件的稳定，一直等到焊点完全冷却为止。

第五步：清洗。

焊接完成后，使用毛刷沾少量酒精对焊点表面进行清洁，彻底清除焊点周围多余焊剂和杂质。清洁后待酒精自然挥发，使焊点干燥后再进行下一步操作。针对连接器接焊接后的清洗，为了使其所有接触偶焊点彻底清洗干净，应采取逐排焊接逐排清洗方式。清洗过程中禁止将焊接件直接放入酒精中浸泡清洗。

2.5 焊接质量检查方法和要求

在飞机线路中焊点的质量检查，目前比较广泛的采用的检查方法有外观检查、手感检查、X光检查和电性能检查等四个方面来确定焊点质量。

外观检查：焊接完成后，用5倍放大镜检查焊点的焊接质量。要求焊点表面清洁光滑，不允许有虚焊、假焊、孔穴、裂纹、尖锐突起、针状气孔，焊瘤等现象。同时导线绝缘层不得出现发黑、变黄、后缩等现象。连接器的焊接过程中，应注意调整好电线，避免连接器内部的电线有交叉和单根导线受力现象。

手感检查：用手或镊子拉所焊接的导线，检查焊点是否有松动、虚焊的感觉，检查焊点的机械强度（一般可用不大于0.5Kgf拉力沿导线的焊接轴线方向拉）。

X光检查：对于导线截面积在50mm2以上的焊接接点，采用X光检测焊点内部的焊接质量。

电性能检查：整机在通电检查时，如出现跳火、指示晃动、耳机有较大噪音等现象时，则有可能是虚焊。

这几种检查方法可根据实际情况选择一种或多种方法配合检查，但检查者要具备一定的实践经验。

2.6 特殊焊接方法和要求

飞机线路的实际修理和制造中，并不是所有电线都能进入所焊零件的接点内，所焊接零件的形式也并不是连接器的接触偶，下现介绍几种特殊焊接方法：

①当单根电线线芯无法进入到连接器接触偶时，应进行如下的处理：剥线后的线芯准备时，允许从电线的线芯分出线丝，并用这些线丝缠绕线丝上1.5～2圈，再进行挂锡、焊接。但线芯分出线丝应遵循以下原则：当电线的截面积在（0.35～0.4）mm2范围内，电线允许最多分出4根线丝，当截面积在（0.5～3）mm2时，允许最多分出6根线丝，0.2mm2的电线不允许分出线丝。典型加工方法见图3。

②如两根电线都需要连接到同一个接触偶时，应进行如下处理：

在满足其匹配关系的情况下，如这两根电线线芯总直径小于接触偶能直接进入时，那么这两根电线的剥线长度应一致，将它们的线芯端头对齐后，再沿绞合线芯的自然扭合方向的绞扭（绞扭过程中不允许线芯断丝），最后再挂锡、焊接。如两根电线线芯总直径大于接触偶不能进入时，那么允许从电线的每个线芯中分出线丝，两根电线的线丝互相扭绞缠绕在由两根电线绞合的线芯上（1.5～2）圈，并挂锡、焊接，其典型加工见图4。

③当焊接接线端子时，应进行如下处理：剥去导线的线芯长度稍大于接线端子的小压线爪，将挂锡后的导线焊接在接线端子的小压线爪内（见图5），接线端子的大压线爪起收压绝缘层的作用。整个焊接过程中，焊锡不能流淌到接线端子的环形接触面上，否则会影响装配性能，增大接触电阻。

3  焊接质量可靠性预防措施

为了获得可靠牢固的焊接质量，可在焊接过程中和焊接后进行如下预防措施：①焊接过程中使用夹持工具固定所需焊接的零件。例如連接器的焊接过程中使用焊线架，它能够在焊接的过程中辅助消除电线的折曲和张力，有效保证焊接件的稳定，为焊接提供便利。②接向半导体器件的电线的焊接和截面1mm2及1mm2以下绝缘层不耐高温电线的焊接可以采取散热措施。通用使用热镊子，在焊接和冷却过程中可以快速传导热量，避免击穿半导体器件和烫伤电线绝缘层。③所有焊接点都采用聚氯乙烯耐寒管或热缩管进行保护。④对于高温、高振动、易油浸区域连接器的焊接后，应灌注HM305有机硅密封剂对焊点和电线进行保护。⑤对于一般焊接型连接器尾附尽量增加压线板的形式从结构上进行保护，从而使连接器内的导线通过填充物的保护收压于压线板压内，避免焊点处的导线因为受力导致脱焊现象。

4  结束语

目前，飞机线路中的焊接过程仍属于纯手工作业，所以焊接质量的牢固性和可靠性较大程度于决定于人的因素，这不但要求操作人员具备高超的职业技能水平，而且具有较高的质量意识和素质。这就需要质量部门严格把关，不断完善体系，从而杜绝焊接质量隐患。同时，设计部门应进行智能规划，增加飞机线路制造过程中的机械化水平，逐步减少对人的依赖，从而为飞行安全提供可靠的保障。

参考文献：

[1]李世禧.焊接生产现状及焊接技术发展探析[J].内燃机与配件，2019（19）：103-104.