淺議J599系列電連接器尾部附件的選擇

劉珠煜，金小萍，都晰翚

(上海航天局第805研究所，上海，201108)

1 引言

近年來，隨著對航天產品小型化、輕型化及環境使用條件的要求越來越高，GJB599(以下簡稱J599)系列圓形電連接器以體積小、重量輕、高密度、高可靠等優良特點開始在航天產品上大量應用。J599系列電連接器是仿制自美軍標產品，導體連接方式為壓接方式，在國產化過程中為了適應國內用戶需求，研發了與之對應的焊接系列的產品，其型譜、性能與壓接產品基本一致。

J599系列電連接器在使用過程中需要用戶自己配套尾部附件，本文就以案例的形式對J599系列電連接器中焊接系列的產品在選取尾部附件時的影響因素進行分析，給出解決的辦法。

2 J599系列接插件尾附件作用及分類

J599系列接插件尾附件主要有三個方面作用:一是保護導線與接觸體端接處不受損傷;二是固定電纜;三是提高部分電磁屏蔽性能。

J599 系列接插件尾附件包含 14、16、18、20、38、39、69等系列，按照電纜的固定方式可以分為兩種:電纜夾式和直式。電纜夾式就是指尾附件包含電纜夾用于固定電纜，16、18、38、39都屬于這種類型;直式就是無電纜夾固定電纜，電纜直接從圓柱形筒段出來，14、20、69 屬于這種類型。

3 J599系列接插件尾附件使用問題

由于壓接和焊接是兩種不同的工藝方式，在故障模式上有很大的不同，本文主要討論J599焊接型接插件的尾部附件選用和使用情況。

一般來說，在生產電纜組件的時候，電連接器尾罩內的導線應順著焊槽軸向自然伸出，并應留有應力消除的弧形余量，這樣才能保證電纜在使用過程中不出現問題。J599系列接插件尾附件中電纜夾式可以很好的保證這項措施的落實，而直式尾附件就很難保證電纜的固定。在實際使用過程中，就遇到過類似的情況，在持續小應力的作用下，因為蠕變作用引發了焊接部位焊料內部斷裂，如圖1所示。

圖1 脫落導線與焊杯焊點表面形貌

在持續或不斷地小應力作用下，焊接面導線發生了脫落，通過對斷口的掃描圖的斷口形貌(圖2至圖4所示)，可以看出，斷口為機械外力引起。專業的故障檢測中心對此問題的定位為:"根據斷開形貌分析認為焊杯中焊料斷裂是由于焊點在使用過程中受到機械外力引起的，斷裂性質為疲勞斷裂或者蠕變斷裂。若為疲勞斷裂，則起裂于焊杯口處，斷口中部區域的冰糖狀斷口形貌，是焊料在交變應力作用下疲勞裂紋沿鉛錫共晶相界擴展的結果，斷口中部和焊杯口的韌窩形貌是焊料經歷瞬間大外力撕裂的結果，最后焊杯底部邊緣瞬斷區呈現韌窩形貌。若為蠕變斷裂，則起裂于焊杯中部冰糖狀斷口形貌區域，是焊料在持續的蠕變應力作用下裂紋沿鉛錫共晶相界擴展的結果，焊杯底部邊緣與焊杯口處韌窩形貌區為焊料最后瞬斷區。"

圖2 焊杯口韌窩區形貌

圖3 焊杯中部冰糖區形貌

圖4 焊杯底部韌窩區形貌

經過進一步分析，可以確定斷口為蠕變作用下產生斷裂，所謂蠕變是指在較小的恒定外力(拉伸、壓縮或扭曲等)作用下，隨時間的增長，材料表現出一種緩慢的塑性變形，其發展的趨勢與所受到的負載有關，通常蠕變的速率隨負載的增加而增加。

航天電纜生產使用的釬料為SnPb共晶焊料。該材料為規定選用的手工焊接材料，具有熔點低、機械強度高、表面張力小、母材潤濕好和抗氧化性好等優點。

相關文獻資料表明，在20℃條件下，SnPb焊料在不同應力條件下的失效時間如表1所示。

表1 SnPb焊料的蠕變壽命

對于金屬而言，一般等效溫度(T/Tm，其中，T為絕對溫度表示的使用溫度，Tm為絕對溫度表示的焊料熔點)達到0.3～0.4，蠕變作用就比較顯著，其位錯的交截和交滑移、以及位錯的攀移、空位的定向擴散和晶界滑移等都能迅速進行。SnPb共晶焊料的理論熔點為183℃，室溫條件下其等效溫度達到了0.65，遠大于臨界值0.4。因此，在室溫條件下，蠕變行為控制了釬料變形的動態機制。

從上面的案例可以看出，如果接插件尾附件不能有效固定電纜，就有可能使導線焊接處直接受力，在長期恒定外力作用下，蠕變作用可能會使焊接面產生斷裂。

4 解決問題

經了解，J599系列接插件就是為壓接產品，在國產化過程中為了適應國內用戶需求，研發了與之對應的焊接系列的產品，但在尾附件選用上并未做任何改變和建議，也忽視了直式尾附件中對焊接接點的保護，使焊接接點容易受到外力的直接作用。因此，在選用J599尾部附件的時候，盡量不要選擇直式尾附件，應該選擇電纜夾式的尾部附件。我們也做了相關試驗，驗證了電纜夾式的尾部附件對消除電纜外部應力有很大的作用，基本上可以消除電纜端對焊接面的作用力。

但在使用J599焊接型電連接器時，選配電纜夾式尾附件也存在一些問題:首先，電纜夾式尾部附件由于開孔尺寸較大，在電纜生產完畢后尾附件位置還有很大空隙，很容易掉落多余物進去，因此需要對此部分進行必要的防護;其次，如果接插件需要灌封，那么普通的38型尾部附件就不能滿足要求，需要將圓柱體部分加長，在使用過程中要求廠家根據我們的要求生產了一種38加長型的尾部附件，希望能給讀者以幫助。

5 結束語

很多元器件在國產化、產品化的過程中產生了技術、工藝、方法上的更改，我們應該對這些更改產生的影響進行詳細的分析，這樣才能保證我們的產品質量可靠，任務圓滿完成。本文通過案例對J599系列電連接器焊接系列產品尾附件的選擇使用進行了分析，希望能夠對同類產品的使用者有所幫助。

［1］ 張文典.實用表面組裝技術第三版，電子工業出版社.