電連接器質量與可靠性不容忽視

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電連接器及其組件是產品重要的接口元件，尤其針對復雜系統(tǒng)而言，如航天系統(tǒng)，電連接器散布在各個系統(tǒng)和部位，負責著信號和能量的傳輸。其連接好壞，直接關系到整個系統(tǒng)的安全可靠運行。由電連接器互連組成各種電路，從高頻到低頻、從圓形到矩形、從通過上百安培的大電流連接器到通過微弱信號的高密度連接器、從普通印制板連接器到快速分離脫落等特種連接器，電連接器質量與可靠性也有自身的“江湖”，不能忽視。

從航天質量管理者處了解到近6年的質量歸零問題中，與電連接器相關的問題占到了4成多。在嚴格篩選的情況下，并且成本代價也遠遠高于民用產品，甚至高于普軍產品的航天級產品中還有這么高比例的電連接器失效是十分驚人的。其中的發(fā)生的失效問題包括各個層面：有器件本身的質量問題、有選型或使用不當、有人為操作失誤、有耐久性和貯存壽命考慮不周或長期插拔使用中引入的多余物等等一系列問題。可見如果能夠正確選用和使用具有良好質量控制的電連接器可以大大提高整個系統(tǒng)的可靠性水平。本文重點介紹電連接器的質量與可靠性，并以航天運載火箭電連接器為例，介紹質量問題分析相關知識。

產品質量是指產品能夠滿足使用要求所具有的屬性，即適用性。無論簡單的產品，還是復雜的產品，都可把適用性或用戶的要求歸納為六個基本目標；即技術性能、可靠性、安全性、適應性、經濟性和時間性。表 1 列出了電連接器產品質量特性的要求內容。

電連接器產品質量一致性，可理解為這六個質量特性波動性的大小程度。波動性小、一致性好，使用可靠性高。反之，波動性大、一致性差，使用可靠性低。可靠性是表征電連接器產品質量的重要特性之一。它是指產品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內，完成規(guī)定功能的能力。在這個定義里，所謂規(guī)定條件，包括產品所處的環(huán)境條件、負載大小、工作方式和使用方法等。

上述六項波動因素在不同的條件下，對產品質量的影響亦不同。作為質量管理的主要任務之一，就是要穩(wěn)定由于偶然性原因造成的隨機波動或誤差，消除由于異常原因造成的系統(tǒng)波動或誤差。

電連接器技術性能指標和可靠性指標既有聯(lián)系又有區(qū)別。產品不可靠，技術性能再*也得不到發(fā)揮；反之、若技術性能十分低劣，產品的可靠性也就無從談起。同一電連接器產品依據不同標準檢驗，由于技術指標規(guī)定值的不同，會有不同的可靠性評價結果。低標準判為可靠的產品，按高標準評價可判為不可靠。一般情況下，連接器產品使用溫度越高、額定負載越大，可靠性就越低。

在電連接器生產過程中，質量波動是客觀存在而又無法*消除的。為確定質量波動的大小，判斷波動是否超出允許范圍，必須按產品標準規(guī)定進行質量一致性檢驗。它能真實反映產品的質量波動程度和各項使用性能是否合格和穩(wěn)定可靠，實際評判產品的設計工藝水平。

一、電連接器的可靠性分析

產品可靠性是設計出來的，制造出來的，管理出來的。設計、材料和工藝水平以及技術集成度，是決定產品質量一致性的關鍵因素。發(fā)達國家憑借優(yōu)化設計、材料和高度自動化零部件加工和裝配技術，配上*的柔性加工和在線質量控制技術，有效控制全生產過程質量，在實現(xiàn)大規(guī)模、高效率、低成本批量同時，保證了產品質量一致性和高可靠性。而我國部分連接器企業(yè)質量管理重點至今還停留于產品完工后的傳統(tǒng)“三檢”。不能從產品質量的事后檢驗轉移到對生產過程質量控制，這是我國與進口同類電連接器產品質量和可靠性存在差距的重要因。

電連接器產品可靠性源于失效分析。組裝成電連接器的接觸件、絕緣體、殼體、定位鎖緊裝置和尾部附件等五個關鍵零件，在產品設計、工藝、檢驗、選用、貯存和操作等生產或使用過程中每個環(huán)節(jié)，由于各種原因都有可能出現(xiàn)接觸不良、絕緣不良、固定不良和密封不良等失效故障。

電連接器失效機理分析是企業(yè)的重要信息資源和寶貴財富。企業(yè)必須認真總結分析生產和使用過程中產生的常見病、多發(fā)病原因，舉一反三采取改進措施，才能提高電連接器可靠性。電連接器可靠性包括固有可靠性和使用可靠性二方面（圖1）。

二、固有可靠性

電連接器的固有可靠性一般是指產品制造完成時所具有的可靠性，它取決于電連接器的設計、工藝、制造、管理和原材料性能等諸多因素。產品制作完成后，其失效模式和失效機理已固定。因此，只有在可靠性設計基礎上保證生產線上采取嚴格的可靠性技術措施（生產工藝控制、生產環(huán)境條件控制、各工序過程質量檢測等），才能保證電連接器產品的固有可靠性。判定產品固有可靠性高低時，除考核同一批次產品質量以外，還應考核不同批次產品質量一致性以及產品使用壽命長短的質量一致性。

1 設計可靠性
在產品設計階段應考慮其在使用過程中可能出現(xiàn)的各種失效，分析其失效模式和機理，并從材料選用、結構設計、制造工藝等方面采取相應措施加以防范。

合理選材是保證連接器電性能和可靠性的重要前提，反之，則往往由于設計先天不足造成許多隱患。如某手機調試發(fā)現(xiàn)顯示屏無顯示，經分析故障與連接主板與顯示屏的連接器接觸片材料有關，彈性不良的銅鎳合金接觸片造成變形或卡死不能復位。設計結構型式是決定產品可靠性的重要因素。如某圓形連接器組件，用戶在牢固性檢查時發(fā)現(xiàn)卡環(huán)裝配不到位，造成整個連接器解體失效（圖 2）。

分析認為是由于檔圈與連接環(huán)的間隙過大，當連接環(huán)定位槽深度不夠或卡環(huán)彈性不足時，在外來扭矩或其它旋轉力作用下有可能使卡環(huán)旋出。后改進設計，縮小檔圈與連接環(huán)間隙為0.8mm（圖 3）。經驗證明，即使卡環(huán)彈性不足，也不會因受力后從連接環(huán)定位槽中旋出。

圖 2 連接器解體失效

圖 3 檔圈與連接環(huán)間隙 1.3mm 改為 0.8mm

2 工藝可靠性
電連接器產品優(yōu)劣在很大程度上取決于加工工藝手段的*與否。殼體的加工工藝、絕緣體的注塑和膠接、接觸件的成型和鍍金工藝、連接器總裝工藝和與線纜的端接工藝等，都對產品固有可靠性至關重要。

宇航用低頻圓形電連接器標準規(guī)定：殼體應是個整體結構，并保證絕緣體固定在一個固定位置上，在軸向用機械方法不能移動和相對轉動。以保證組裝在連接器中插針接觸件插合端位置度≤0.61mm；插孔接觸件插合端位置度≤0.38mm。過去曾多次發(fā)生由于絕緣體固定不良造成插針接觸件位置度超差折彎，不能正常插合的事故（圖 4）。

圖 4 插合端位置度超差插針折彎

3 檢驗可靠性
在產品工藝篩選過程中必須按標準規(guī)定的質量水平嚴格控制不合格率（AQL）。超過不合格率時應進行失效分析查清因，并采取有效的改進措施。手工工藝篩選剔除早期失效產品費工費時、效率低，且易出現(xiàn)漏檢或錯檢。智能化柔性加工和在線質量控制技術能有效控制生產過程質量，在實現(xiàn)大規(guī)模、效、低成本批產同時保證產品質量一致性。

如某用戶用機器視覺在線檢測自動裝配的插孔接觸件和絕緣體組件時，發(fā)現(xiàn)有一個20#插孔中鷹爪脫出（圖 5）。經分析該插孔為定制的非標準鷹爪插孔，需特制工裝模具才能進行自動化裝配。分析認為是由于供方為趕交貨期采用手工裝配，卷邊收口質量一致性差，個別插孔卷邊收口不充分。手工組裝產品沒有 100％在線視覺檢測，造成偶然插孔鷹爪脫落。

圖五   鷹爪插孔裝配失誤鷹爪脫出

三、使用可靠性

使用可靠性是指電連接器產品用于整機系統(tǒng)所具有的可靠性。它不僅與固有可靠性有關，且與產品從制造出廠至失效所經歷的工作與非工作條件有關。如果產品在使用過程中遇到各種不適應的電、熱、機械和化學等應力的作用，即使使用經二次補充篩選的產品仍會出現(xiàn)失效。
1 選型可靠性
電連接器使用可靠性與用戶正確選型關系密切。用戶應根據現(xiàn)場使用實際要求，選擇合適的產品型號和規(guī)格。整機系統(tǒng)設計人員選用電連接器時缺乏對產品技術特性指標了解，往往會造成選型不當的失效故障。如某防空彈研制初期聯(lián)時，某 4 芯圓形電連接器瞬間電流達20A，而設計選用的電連接器產品額定電流僅為 5A，導致試驗時絕緣體燒焦，接觸件部分熔化。
2 貯存可靠性
電連接器使用可靠性與產品使用前貯存條件有關。貯存環(huán)境溫度、濕度、清潔度和腐蝕性氣體、有效貯存期、超期復驗等都將影響產品性能參數，特別是濕度對絕緣電阻檢測結果尤為敏感。如某型號用玻璃燒結密封連接器組件振動試驗時出現(xiàn)信號不穩(wěn)定，插針與殼體間形成短路。分析認為是由于貯存環(huán)境條件差，鍍層起皮產生的金屬多余物粘連于接觸件與殼體間（圖 6）。

圖 6 接觸件與殼體間金屬多余物粘連

3 操作可靠性
使用電連接器時由于人為操作失誤，會直接影響整機系統(tǒng)的可靠性。為保證電連接器的使用可靠性，操作人員應首先了解產品技術特性。不得過負荷、過應力使用，應按操作使用規(guī)程正確插合分離，避免燒壞或損傷電連接器。連接前應檢查是否存在多余物，是否有外殼銹蝕、針孔異樣、鎖緊機構不靈活等現(xiàn)象，避免尾罩受力松動和電纜線芯受力損傷。

連接不具備防誤插功能電連接器前，必須認真核實產品型號、標識是否相對應，并準確定位，防止反插或誤插。為保證連接器與電線電纜端接可靠性，應嚴格按規(guī)范選用合適的型號規(guī)格連接導線和接線工具，掌握正確的焊接、壓接、繞接等工藝。如某圓形連接器在聯(lián)試對接時發(fā)現(xiàn)第 15 芯插孔軸向竄動 2mm，經解剖發(fā)現(xiàn)該芯插孔安裝孔定位半月槽周邊部分絕緣體熔化（圖7），分析認為是由于焊接時間過長所致。

圖 7 定位半月槽周邊部分絕緣體熔化

四、電連接器的質量問題分析PPT分享