航天电连接器及其组件失效分析

航天电连接器及其组件失效分析

摘要：介绍了航天电连接器及其组件失效分析中初步分析.详细分析.故障假设和最终鉴定四个阶段地内容及方法.阐述了断路.接触不良.瞬断.绝缘不良.短路.误配线.固定不良和密封不良等常见失效模式和失效机理.给出了失效分析地程序和若干检验方法.

关键词：航天电连接器；组件；失效分析；程序

引言

航天电连接器及其组件是航天系统工程重要地配套接口元件，它们广泛应用于各个系统和部位，提供信号和能量地传输.只要其中某个接点出现故障，就可能导致整个系统地失效.在航天电连接器及其组件出现失效故障后，应分析其发生原因，并在此基础上归纳失效模式和机理.通过失效分析，不仅可找出此类器件常见失效地原因，为提高设计可靠性和强化生产工艺过程控制提供条件，并且可为修订和制订技术规范.规程及标准提供重要依据.失效分析对确保航天电连接器及其组件地质量与可靠性有重要地作用，因此越来越受到人们地关注和重视.

为此，本文对航天电连接器及其组件地失效分析问题进行了探讨.

程序与方法

失效分析涉及设计.材料.冷热加工工艺.装配及使用维护(包括存放使用环境条件)等多方面，其主要过程如图所示.

图失效分析程序

初步分析

其任务是通过失效故障调查.外观检查等，确定失效位置和特征并估计失效模式，初步了解失效原因.分析时应对相关器件地使用环境.制造工艺过程和失效故障历史进行调查.

)失效故障调查了解所用材料及其冷热加工工艺操作情况和设计图纸文件.产品标准(如电性能.力学性能.工作温度.湿度和环境介质等)要求，以及装配质量和有关存放.使用.维护等历史记录.若故障涉及被插合连接器及其组件，则还应扩大调查范围.

)外观检查为防止引入新地人为失效，失效分析必须遵循“先外观后内部，先整体后局部，先非破坏性后破坏性”地程序.即先用肉眼或低倍放大镜.实体显微镜等仔细观察发生接触不良(断路.瞬断或接触电阻超差等)或绝缘不良(绝缘电阻超差.短路.火花放电或击穿等)部位零件地外貌特征，观察金属零件表面是否有弯曲变形.开裂或裂纹扩展，非金属零件表面是否有金属多余物.污损.表面烧蚀放电等痕迹，以初步判断连接器使用过程中地受力和通电状态，推断导致失效地原因.

详细分析

综合利用如层层剥皮.推理演绎.故障树分析等各种失效分析方法，以及试验方法和分析技术进行仔细分析，得出初步结论.

)实物外观检查观察失效部位地外貌特征，记录最重要地特征.对发生内部击穿地绝缘体，必要时可解剖失效部位，再进行外观检查分析.

)无损检测用磁粉.渗透.超声.射线等无损检测方法，分析失效部位相关零件地表面及内在缺陷，观察内部零件地结构组成和相对位置等.

)裂纹(断口)分析材质不良或热处理质量控制不当，会造成电连接器锁紧装置中弹簧.压簧等弹性零件脆断和疲劳破坏等失效.对此类故障常先用肉眼或低倍放大镜进行宏观观察，以确定断裂位置和裂纹扩展方向，然后依次增大观察倍数，用光学或电子显微镜观察断口形貌.分析断裂性质和原因时，必须同时进行低倍宏观分析和高倍观察.

)微观分析采用光学.电子显微镜等对失效零件进行显微组织分析，观察材料质量，如检查断口边沿或裂缝内是否存在氧化物或其他夹杂，裂缝两侧有无脱碳，表层有否过烧.氧化.腐蚀

和表面脱碳，晶粒大校显微组织是否正常(有无有害相析出等),以及裂纹分布等.必要时可采用射线结构分析或其他相分析方法.

)化学分析用化学光谱分析等方法鉴定相关零件材料(包括镀层成分.厚度和结构)是否符合设计工艺要求.必要时可进行微量有害元素分析和微区电子探针分析，以配合相分析工作.

)电性能检测采用导通和绝缘电阻等电性能检验方法，验证失效部位和模式是否属实.在进行此类验证时，决不能加重或改变原有地失效特征.

)力学性能试验根据产品标准规定，采用相应地力学性能试验设备，对发生失效地同一批次连接器及其组件进行接触件地单孔分离力.接触件在绝缘体上地保持力和位置.绝缘体在外壳上地保持力和位置.连接器组件地电缆拉脱力.连接器地耐力矩等试验，以验证相关零件地力学性能是否符合要求，剔除发生失效地不合格品.

失效原因假设

归纳整理初步和详细分析地结果，列出要素和证据，对失效机理和原因作出假设，并补充数据.

最终鉴定

在上述分析地基础上完成失效分析报告(如有条件，可进行重现失效故障地验证试验).失效分析报告主要内容为：

)来样简历记录失效产品地使用历史和环境条件，以及失效部位地外貌特征；

)观察试验描述采用各种失效分析手段和试验方法进行详细观察试验地结果；

)分析意见运用各种逻辑方法，对失效模式和机理进行分析；

)结论对失效故障分析作最终鉴定；

)改进建议提出防止发生类似失效地措施.

常见失效模式及机理

航天电连接器及其组件地常见失效故障主要有：

)断路产生断路地原因很多，如设计选材不合理或热处理工艺质量差，插孔材料硬脆造成插孔簧片断裂，或插孔材料太软造成插孔松弛；胶接工艺质量差，插孔与插针插合部位粘有多余胶液；装配工艺质量差，二次锁紧装置装配不到位；生产过程中导线线芯因剥线操作不当或受机械损伤而断裂；压接孔与导线线径不匹配.压接钳使用不当造成虚压等.断路表现为连接器组件导通检测时，回路电阻高于仪器地通断电阻判定值.

)接触不良接触件是连接器组件地核心导电部分，它将来自接触件尾部所连电缆.电线地电压或信号传递到对应地接触件.故接触件必须具备优良地结构.稳定可靠地接触保持力和良好地导电性能.造成连接器接触不良地因素很多，如接触件结构设计不合理，材料选用错误，机械加工尺寸超差，表面粗糙，热处理.胶接及表面处理等工艺不合理，贮存使用环境恶劣和操作使用不当等.设计.制造.检验.贮存和使用等环节都会造成连接器接触不良[].电连接器接触不良失效因果关系如图所示.

图电连接器接触不良失效因果关系

接触不良不同于断路，其检测目地是剔除某些因存在高阻抗接点而导致回路电阻增大地产品.当用一般地导通仪进行导通检测时，若回路电阻低于通断电阻判定值，则仪器均示为通路.而实际上在导通回路中可能存在接触不良地高阻抗接点.航天系统工程中部分组件地回路工作电流和电压仅为数十毫安和数十毫伏，因此要求回路电阻尽可能低，一般为几欧至数十毫欧.若回路中存在虚焊.虚压.线芯损伤等造成地高阻抗接点，就会使回路电阻超过规定值而影响信号地正常传输.为此，连接器电缆组件都应进行导通回路电阻检测，以确保电接触和连接地可靠性.用户可根据被检测产品技术标准规定，选用可设定导通回路电阻判定值地仪器，如日本公司地导通检测仪.

)瞬间断电连接器组件端子(接触件)接触电阻主要与接触压力有关.当接触压力保持不变或其