从电缆断裂看连接器失效预防

刘伟亮

(北京航天新立科技有限公司，北京，100039)

1 电缆失效原因分析

1.1外观观察

对于A电缆，导线在连接器焊点处发生断裂。实体显微镜下对断口进行观察，断口表面存在金属光泽，断口附近未见机械损伤及腐蚀痕迹，断口宏观形貌如图一所示。

图1 断口宏观形貌

1.2 解剖观察与分析

在扫描电子显微镜下对导线的断口进行观察，断口较为平齐，其中2根芯线断口表面存在明显的缩颈现象，断口的终断区为韧窝形貌，其余10根芯线断口表面较为平齐，且断口从两侧起源向中部扩展，中部终断区为韧窝形貌，局部有疲劳条带存在，从断口形貌判断，存在明显的缩颈现象的芯线断口应为塑性断裂，其余断口为疲劳断裂，断口显微形貌如图二到图五所示。

图2 扫描电镜下器件断口形貌

图3 扫描电镜下器件断口形貌

图5 扫描电镜下器件断口形貌

根据上述观察，分析认为:导线断裂的原因是导线在使用过程中受到交变应力作用引起10根芯线产生疲劳断裂，剩余2根芯线受至外力作用而产生塑性断裂，整个断裂过程为顺序断裂。

1.3 分析结论

通过观察与分析，认为:导线断裂的原因是导线在使用过程中受到交变应力作用引起10根芯线产生疲劳断裂，剩余2根芯线受外力作用而产生塑性断裂，整个断裂过程为顺序断裂。

2 电缆失效原因分析

B电缆，该产品在使用过程中，内部同轴电缆的屏蔽层及芯线均出现开路现象，进行X射线检查，发现电缆在一侧插头根部附近断裂，对电缆断裂原因进行分析。

2.1 外观观察

用体视显微镜对电缆外观进行观察，电缆两端各有1只插头，未见电缆外部存在机械损伤痕迹，进一步用体视显微镜对插头进行观察，插头外部标识清晰，外部壳体未见机械损伤及腐蚀痕迹，电缆及插头外部形貌如图六所示。

图6 产品宏观形貌

2.2 解剖观察

用机械方法将电缆外部的绝缘皮去除后，用体视显微镜对内部进行观察，内部的屏蔽网在连接器尾部位置断裂，内部的中心芯线与屏蔽网之间存在一层白色聚四氟绝缘层，屏蔽断裂位置的聚四氟绝缘层已经拧成麻花状，电缆内部形貌如图七所示。

图7 电缆内部形貌

将断口取下后，用体视显微镜对断口进行观察，电缆的屏蔽层及中心芯线均已经断裂，芯线及屏蔽层的断口较为平齐，表面存在金属光泽，断口位置形貌如图八所示。

图8 断口宏观形貌

2.3 断口显微观察与分析

在扫描电子显微镜下对断口进行观察，屏蔽网芯线的断口均存在明显的缩颈现象，且中部终断区为韧窝形貌，从断口形貌判断，屏蔽网应为受到外力作用产生塑性断裂；中心芯线的断口较为平齐，表面为扭转形态的剪切窝形貌，从其形貌判断，中心芯线受到扭转应力作用导致中心芯线扭断，断口显微形貌如图九到图十二所示。

图9 扫描电镜下断口形貌

图10 扫描电镜下断口形貌

图11 扫描电镜下断口形貌

图12 扫描电镜下断口形貌

2.4 分析结论

通过观察与分析，认为:电缆开路失效的原因是由于内部的屏蔽网及中心芯线断裂所致，屏蔽层及中心芯线断裂的原因是由于同轴电缆受到扭转应力作用，导致屏蔽网芯线产生塑性断裂且中心芯线扭断。

3 电缆断裂原因分析

C电缆，该电缆在使用过程中，同样是导线在焊点附近发生断裂。对该导线断裂原因进行分析。

3.1 外观观察

在实体显微镜下对断口进行观察，断口表面存在金属光泽，断口附近未见机械损伤及腐蚀痕迹，断口宏观形貌如图十三所示。

图13 断口宏观形貌

3.2 解剖观察与分析

在扫描电子显微镜下对导线的断口进行观察，断口较为平齐，其中19根芯线断口表面均存在明显的缩颈现象，断口的终断区为初窝形貌，从断口形貌判断，导线的断口应为塑性断裂，断口显微形貌如图十四图十五。

图14 扫描电镜下断口形貌

图15 扫描电镜下断口形貌

根据上述观察，分析认为:导线的断裂性质为塑性断裂，断裂的原因是由于导线受到拉应力作用所致。

3.3 分析结论

通过观察与分析，认为:导线的断裂性质为塑性断裂，断裂的原因是由于导线受到拉应力作用所致。

综合分析上述三种情况。电缆功能失效问题，除去连接器和线的本身因素以外，在连接器和导线的结合处失效情况居多，并且问题可能是多方面。上述三种电缆分别是疲劳断裂加顺序断裂、拧断、拉断三个方面造成。经过失效分析后，大家应该对连接器的使用要重点关注一下。抛开产品的机械寿命，无论是各种断裂方式，都是人为的操作不当引起的。大家在连接器制成电缆后，在用连接器对插到仪器或是其他电缆上完成测试或是试验时，要注意连接器与导线连接处是否发生较劲弯曲等情况。有些问题比如电缆中导线疲劳断裂和顺序断裂，是一个长期的过程。如果经常使用电缆时，最好确认一下电缆中和连接器交界处是不是处于自然状态，还是长期处于一个应力范围内。如果长期受力，那么久而久之断裂是必然的。除此之外连接器焊点的牢固性也是需要重点关注，不能偶尔出现虚焊等焊点不合格情况。操作没问题但是焊点不合格，一定时间后也会发生断裂现象。总之，大家通过失效分析，就能在一定程度上发现风险点，从而在后期工作中进行风险预防控制并举一反三，避免发生类似问题。