电连接器可靠性分析

航天连接器的失效预防和可靠性检验

杨奋为

上海航天技术研究院

摘要；接触不良、绝缘不良、固定不良和密封不良是航天电连接器的致命失效。本文在系统阐述失效机理的基础上，提出了预防航天电连接器致命失效应采取的措施和建议开展可靠性筛选检验的项目。

主题词：连接器失效预防可靠性检验

引言

连接器是航天系统工程重要的配套元件，从系统、分系统、机柜、组合、印制板到每个可更换的各独立单元，成千上万的电连接器如同人的神经系统分布于各系统和部位，担负着控制系统的电能传输和信号控制与传递。任何一个电连接器失效都将导致整个航天系统工程的失败。这方面国内外航天史上发生的惨痛教训是十分深刻的。

作者曾于96年发表过“航天用电连接器的失效分析”一文。它总结分析了航天电连接器的常见病、多发病。通过近年来的检验实践和学习考察，特别是开展零缺点的质量管理后，作者认为，航天电连接器出现故障后，准确分析失效模式和失效机理果然重要，但它往往是在已付出惨痛代价之后。更重要的是要贯彻航天质量管理“双归零”的原则，积极开展故障预想，提高设计可靠性和强化生产工艺过程控制。要在认真失效分析的基础上，研究如何预防失效。发生在型号不同研制生产阶段的电连接器失效，给国家和企业造成的政治经济损失是不一样的，越临近最终使用阶段所造成的损失和付出的代价就越大。作为航天电连接器的专业生产厂，一定要千方百计地从设计、工艺和检验等方面提高产品的固有可靠性。

分析是基础，预防是目的。从某种意义上讲，预防失效比分析失效更重要。它对保证航天电连接器的质量和可靠性具有更现实的意义。

航天电连接器的致命失效

电连接器是一种为电线和电缆端头提供快速接通和断开的装置。用通俗的话来表达就是，接触部位该导通的地方必须导通，接触可靠。绝缘部位不该导通的地方必须绝缘可靠。航天电连接器的失效模式很多，根据作者检验实践，从中总结概括出以下四种致命失效模式。

接触不良

接触件是电连接器的核心零件，也是电连接器的导电部分，它将来自连接器尾部所连的电缆或电线的电压或信号传递到与其相配连接器对应的接触件上。故接触件必须具备优良的结构，稳定可靠的接触保持力和良好的导电性能。由于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，都会在接触件的接触部位和端接部位造成接触不良。

用于某型号运载火箭电缆网的小型矩形插头，在电装导通检查时发现个别插孔松，分离力低，接

触不良。为判定在靶场已装机待发射状态的同批次插头接触是否可靠，只得在基地现场用标准插针和砝码逐只对每个插孔进行单孔分离力检查。

用于某型号运载火箭的穿墙式密封插座，在基地发现个别接点接触不良，有断路现象。经专家取证分析发现，插座内转接插针处有白色硅橡胶爬升到插孔和插针接触部位，且部分转接插针的分离力也不合格。由此认为该产品在结构上存在着没有认识到的设计缺陷，必须改进该产品设计方案，提高产品的设计可靠性。

某型号选用的压接单端线束的小型矩形插座，用户在导通检测时发现28点插针与导线不导通，而28点导线与10点插针与导线成通路。分析原因是28点虚压后在装配穿线过程中， 28点导线与10点压接导线粘连在一起所致。

绝缘不良

绝缘体的作用是使接触件保持正确的位置排列，并使接触件与接触件之间、接触件与壳体之间相互绝缘。故绝缘件必须具备优良的电气性能、机械性能和工艺成型性能。特别是随着高密度、小型化电连接器的广泛采用，有些间距达0.635mm,甚至0.3mm。这对绝缘材料、注塑模具精度和成型工艺等提出了更苛严的要求。由于绝缘体表面或内部存在金属多余物、表面尘埃、焊剂等污染受潮，有机材料析出物及有害气体吸附膜与表面水膜溶合形成离子性导电通道，吸潮、长霉、绝缘材料老化等原因，都会造成短路、漏电、击穿、绝缘电阻低等绝缘不良现象。

案例1：某卫星用于偏置动量轮的CX-31玻璃烧结密封插座振动试验时出现信号不稳定，插座某点插针与壳体间有短路现象。经观察分析发现，插座镀金层局部开始腐蚀，单个插针玻璃烧结与壳体的交界处部分镀金层剥落，出现短路的插针与壳体间有一条由于镀金层起皮产生的金属多余物粘连在一起。

案例2：某厂生产的园形插座耐压要求1300V、1min不击穿，绝缘电阻要求大于1000MΩ。用户补充筛选时发现有一插座第1与第2插针间绝缘电阻、耐压均不合格。绝缘电阻仅有20 MΩ，耐压700V即击穿。解剖分析发现，绝缘体上、下安装板芯间有碳黑状击穿痕迹。经与生产厂共同分析认为是由于胶接绝缘体上下安装板采用的灌封胶不洁，混有个别金属多余物所致。

固定不良

壳体是电连接器外罩。插合的一对连接器壳体，通常也为伸出的接触件提供精确的对中和保护，同时还具有安装定位、锁紧固定在设备上的功能。固定不良，轻者影响接触可靠造成瞬间断电，严重的就是连接器解体。解体是指电连接器在插合状态下，由于材料、设计、工艺等原因导致结构不可靠造成的插头与插座之间、绝缘体与壳体之间或插针与插孔之间的不正常分离，将造成控制系统电能传输和信号控制中断的严重后果 [3]。由于设计结构不可靠，选材错误，成形工艺选择不当，机加工、热处理、模具、装配、铆接等工艺质量差，造成弹性零件变形断裂，卡钉漏铆，装配不到位等都会造成固定不良。

案例1：某重点工程用的园形压接式插头座在单机联试时多次发生插头壳体连绝缘体与外面的连接环分离的严重解体事故。经取证分析认为是由于连接环内的定位槽深度不够，导致在外来扭矩或其它旋转力作用下将卡圈旋出，造成插头解体失效。后经设计改进结构尺寸，避免了类似事故重现。由此案例说明，对这类关键零件，如卡圈、波纹簧、弹簧等的材质、热处理工艺要求及外

形几何尺寸、定位槽尺寸精度等一定要经大量试验计算反复论证后才能得到准确、可靠的选择。

案例2：某厂生产的小型园形插头座在基地联试时发现插头解体，经取证分析发现是由于插头内的卡环装配不到位，未完全压入定位槽，导致受力时壳体连同绝缘体与用螺纹连接在插座上的连接环分离。

案例3：用于某重点工程电源系统的YB3470L20-41SN插座，在赴外地联试返回后发现，与其配合的短路插头有歪斜现象。经检查发现插座上的三个卡钉仅剩一个，分析认为：造成事故的直接原因是插座壳体装上卡钉后，其中有二个卡钉未铆接翻边所致。

密封不良

航天用密封电连接器有树脂密封和玻璃烧结密封二种形式。树脂密封插座常用气压法进行粗检漏，而玻璃烧结密封插座则必须采用氦质谱仪进行精检漏。由于树脂灌封工艺质量和玻璃烧结工艺质量，接触件的插配不良等原因造成壳体与绝缘体或绝缘体与接触件界面处应力集中，存在微裂纹、气泡等缺陷，引起密封不良失效。

案例1：某型号园形插座壳体与绝缘体之间采用771胶胶粘固化密封，气密性检查发现漏气。分析认为是由于胶粘剂固化不完全，结合力差，固化后收缩产生较大空洞所致。

案例2：某厂生产的园形密封插座产品技术条件规定漏率应不大于10-5pa.m/s。用户进行补充筛选发现漏率大部分不合格。经检查原因是生产厂因氦质谱仪出现故障，临时用酒精气泡法代替。由于试验方法不符合标准要求，导致不合格产品出厂。

此外，由于壳体镀层起皮、腐蚀、碰伤，绝缘体毛刺、裂纹，接触件加工粗糙、变形等原因造成的外观不良，由于定位锁紧配合尺寸超差，加工质量一致性差，总分离力过大等原因造成的互换不良，也是航天电连接器的常见病、多发病。这二种失效一般都能在检验及使用过程中及时发现剔除。而上述四种致命失效是连接器的隐形缺陷，必须采取有效措施预防。

预防失效的措施

培育企业质量文化

预防失效必须坚持“以人为中心”的管理。产品质量取决于人的质量。质量靠人来创造，因此，构筑和培育质量文化的核心出发点与落脚点都是人。发现失效并不可怕，可怕的是不能站在维护企业整体利益的高度去认真失效分析，把坏事变为好事，及时采取整改预防措施。而是为了个人或部门的眼前利益采用掩盖和回避矛盾的做法。如某厂在短短一个月内连续出现18个批次铝壳体表面镀层起皮，明明是工艺质量问题，却在不合格审理单上由主管设计签字，审理单上的“产生原因”和“预防措施”二个栏目均为空白。全国质量月该厂举行内部废品展览，露列了大量的各种废品，也均不分析原因和责任。作者认为，强化质量意识，首先需要强化企业领导者的质量意识。企业领导者的质量意识是企业能否生存和发展的决定因素。只有领导者的质量意识增强了，才能落实质量发展战略，才能有效提高企业的综合素质，才能研制开发和生产出市场竞争力强的产品。质量价值观念不仅影响个人行为，还影响群体行为和整个企业行为，进而影响企业的效益、形象和声誉。