汽車連接器燒蝕分析

王武軍，韓新權(quán)，王榮喜

（河南天海電器有限公司，河南 鶴壁 458030）

汽車連接器用于汽車電路各連接點的連接，是汽車上的重要零件，其品質(zhì)好壞直接影響到電力或信號的傳輸效果。連接器燒蝕是比較常見的一種失效形式，是指連接器在使用過程中出現(xiàn)護套熔融、燃燒等現(xiàn)象，從而使連接器功能喪失。由于連接器本身的因素而形成此種失效形式的原因一般包括3個方面：①材料選擇問題；②端子的載流能力；③產(chǎn)品密封問題。本文根據(jù)這3個方面的原因?qū)B接器燒蝕進行分析并提出解決辦法。

1 材料選擇問題

汽車連接器一般由護套和端子組成。端子是連接器的核心部件，負(fù)責(zé)提供導(dǎo)通電訊的路徑并在接觸界面形成穩(wěn)固的接觸［1］。護套負(fù)責(zé)對端子的固定并對端子提供機械和環(huán)境保護。連接器的材料選擇主要是指護套和端子的材料選擇。端子的材料選擇不當(dāng)時可能會出現(xiàn)接觸方面的問題并最終影響導(dǎo)電能力，或者出現(xiàn)端子本身的導(dǎo)電能力不能滿足要求的情況。護套的材料選擇不當(dāng)時可能會出現(xiàn)絕緣、耐壓、耐溫方面的問題，從而使連接器不能滿足使用要求。

1.1 端子的材料選擇

汽車連接器端子常用材料有：紫銅、黃銅、青銅。根據(jù)它們的硬度情況又可分為軟、半硬、硬3種狀態(tài)［2］。這3種材料中，紫銅應(yīng)用較少，一般用于搭鐵用孔式或叉式接頭等。黃銅和青銅應(yīng)用較多，黃銅的導(dǎo)電性能比青銅好，而青銅的硬度和彈性比黃銅好，高溫下抗應(yīng)力松馳的能力也比黃銅好。汽車連接器端子常用材料及用途見表1。

表1 端子常用材料及用途

選擇端子材料時首先要考慮實現(xiàn)電力或信號傳輸?shù)哪芰?，即材料的?dǎo)電率。對于電力傳輸來說，選擇高導(dǎo)電率的材料可以避免產(chǎn)生大量焦耳熱，對于信號傳輸來說，選擇高導(dǎo)電率的材料可以減少電路中的電壓損耗。

汽車連接器用在不同的位置時環(huán)境溫度往往有很大差別，而環(huán)境溫度較高時對端子材料抗應(yīng)力松馳能力有相應(yīng)的要求［3-4］。根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗，應(yīng)保證應(yīng)力釋放3000h以上仍能維持70%以上的初始正向力［5］。黃銅材料在100℃以下的環(huán)境溫度下能滿足此要求，青銅材料在125℃以下的環(huán)境溫度下能滿足此要求，鈹銅材料能滿足此要求的環(huán)境溫度可達(dá)到155℃。如果選材不當(dāng)，由于應(yīng)力釋放造成端子的正向力減小，會使連接點接觸電阻增大，從而造成局部發(fā)熱，情況嚴(yán)重時會形成局部發(fā)熱和接觸電阻增大的惡性循環(huán)并最終形成連接器護套燒蝕。

案例分析：某客戶駕駛某款面包車，在行駛約11000km時出現(xiàn)左前照燈不亮。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，由于前照燈處溫度較高，而端子材料選擇了普通的H65，不能承受此處正常工作時的溫度，經(jīng)過一定時間后由于端子材料在高溫下產(chǎn)生應(yīng)力釋放，造成正向力減小，接觸電阻增大，發(fā)熱程度變大并形成惡性循環(huán)，累積熱量導(dǎo)致護套燒融，并最終導(dǎo)致電路不導(dǎo)通。選用耐高溫端子材料的連接器后，問題得到解決。

1.2 護套材料選擇

汽車連接器護套常用材料有：聚酰胺 （俗稱尼龍）、聚對苯二甲酸丁二醇酯 （PBT）、ABS等。

選擇護套材料時，一般應(yīng)根據(jù)護套的主要作用（即對端子的固定和保護作用）來考慮護套材料的絕緣性能、耐腐蝕性能等，對于高溫環(huán)境下的連接器，應(yīng)重點考慮護套材料的耐溫性能。汽車連接器護套常用材料及用途見表2。

表2 護套常用材料及用途

常用的護套材料一般絕緣性能均可通過正確的結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足使用要求，耐腐蝕性能需根據(jù)插接器的使用環(huán)境進行選擇，耐溫性能則要考慮使用環(huán)境的溫度等級。一般護套材料選擇不當(dāng)而出現(xiàn)連接器燒蝕問題時，大多是因為護套材料的耐溫性能不合格造成的。例如，某汽車廠反饋其某款轎車發(fā)動機艙內(nèi)一個兩線護套在使用中出現(xiàn)燒蝕現(xiàn)象。經(jīng)分析，端子、導(dǎo)線、電流及周圍環(huán)境均無異常。原設(shè)計車型該護套使用位置為駕駛艙，環(huán)境溫度較低，且由于電流較低，該護套所使用材料設(shè)計為ABS。出問題的車為改型車，改型時該護套的使用位置變?yōu)榘l(fā)動機艙，由于發(fā)動機艙的環(huán)境溫度遠(yuǎn)高于駕駛艙，而該護套所使用材料沿用了原設(shè)計的ABS材料，該材料的耐溫等級較低，故出現(xiàn)了由于護套材料不能耐環(huán)境溫度而造成的燒蝕現(xiàn)象。將護套材料改為耐高溫的增強PBT后，問題得以解決。

案例分析：某客戶駕駛某款手動轎車，在行駛約18000km時出現(xiàn)無法起動現(xiàn)象。經(jīng)檢查、分析發(fā)現(xiàn)，由于接燃油泵的連接器燒融使電路不導(dǎo)通，燃油泵不工作使汽車無法起動。產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因是因為所使用的連接器護套材料不能承受所處環(huán)境的溫度，長期工作后使護套出現(xiàn)燒融現(xiàn)象，并最終導(dǎo)致汽車無法起動。選用耐高溫護套材料的連接器后，問題得到解決。

2 端子的載流能力

端子的載流能力是指在一定的使用環(huán)境下端子承受電流大小的能力。端子的載流能力和端子的規(guī)格、材料、正向力、鍍層、適配線徑、環(huán)境溫度等因素有關(guān)［6］。

國內(nèi)汽車行業(yè)連接器使用單位一般會要求供應(yīng)商提供端子的額定電流以方便線束設(shè)計時連接器的選型。由于連接器端子的額定電流應(yīng)根據(jù)使用環(huán)境溫度和適配電線線徑的變化而變化，因此連接器生產(chǎn)商在其產(chǎn)品手冊上提供的端子的額定電流一般是指常溫下端子所能壓接最大線徑時的額定電流。實際使用時應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品使用某一線徑的環(huán)境溫度－載流能力曲線來選擇。圖1給出了某款端子在壓接不同線徑電線時的環(huán)境溫度和載流能力曲線，嚴(yán)格來說，汽車電線束設(shè)計時，所有端子都應(yīng)根據(jù)相應(yīng)的環(huán)境溫度－載流能力曲線來選取。

關(guān)于載流能力方面最常出現(xiàn)的問題就是沒考慮端子的使用環(huán)境溫度。實踐中經(jīng)常出現(xiàn)汽車電線束設(shè)計者根據(jù)連接器生產(chǎn)商提供的端子額定電流選擇所使用的端子，而所選端子使用在發(fā)動機艙等高溫環(huán)境中時，由于載流能力的變化造成非正常發(fā)熱并最終導(dǎo)致護套燒蝕甚至燒車的事故。

對于大電流的情況，應(yīng)重點考慮連接器的溫升問題，根據(jù)溫升曲線確定端子的載流能力。圖2給出了某款端子在常溫下的電流－溫升曲線。

3 產(chǎn)品密封問題

產(chǎn)品密封問題也是引起連接器燒蝕的一種常見原因，一般主要是因為密封不合格的連接器會造成水分或化學(xué)液體在使用過程中進入護套用來容納端子的空腔內(nèi)，從而加速端子接觸表面的氧化，使端子的接觸電阻變大，最終會形成非正常發(fā)熱和接觸電阻變大之間的惡性循環(huán)使護套產(chǎn)生燒蝕現(xiàn)象［7］。

根據(jù)汽車連接器的使用環(huán)境，按連接器是否需要密封可將連接器的使用區(qū)域分為濕區(qū)和干區(qū)。濕區(qū)使用的連接器是需要密封的連接器，按環(huán)境溫度不同又可分為高溫濕區(qū)和低溫濕區(qū) （圖3）。高溫濕區(qū)使用的連接器要求既滿足密封條件又能耐高溫，實踐中經(jīng)常出現(xiàn)高溫濕區(qū)使用了不能耐高溫的密封連接器的情況，該連接器使用一段時間后，由于高溫環(huán)境造成的連接器材料老化，使密封性能大幅降低，并最終導(dǎo)致端子導(dǎo)電能力的降低，使連接器出現(xiàn)燒蝕現(xiàn)象。

4 結(jié)論

由于連接器自身因素引起燒蝕的原因一般包括三方面：材料選擇問題；端子的載流能力；產(chǎn)品密封問題。汽車電線束設(shè)計時應(yīng)根據(jù)回路電流、環(huán)境溫度、使用位置的防水要求等因素選擇連接器，從而避免使用過程中出現(xiàn)連接器燒蝕現(xiàn)象。

［1］王文玲，王武軍，王榮喜，等.車用電線束插接器常見質(zhì)量問題及解決方案［J］.汽車零部件，2013（6）：34-36.

［2］王武軍，王冠軍，張獻(xiàn)軍.汽車連接器端子和護套配合彈性結(jié)構(gòu)分析［J］.汽車零部件，2012 （3）：82-84.

［3］邸平欣，傅問松.螺栓連接計算精確度及可靠性的探討［J］.河北工業(yè)科技， 1993 （2）： 35-40.

［4］余志剛，陽建紅，張永敬，等.螺栓室溫應(yīng)力松馳試驗研究［J］.固體火箭技術(shù)， 1999 （3）： 55-58.

［5］王武軍.淺析車用電線束插接器的選用［J］.汽車電器，2013 （2）： 50-52.

［6］王武軍.淺析車用電線束插接器接觸電阻的測試［J］.汽車電器， 2013 （4）： 56-58.

［7］李強，王彥波，王文玲，等.汽車密封性連接器中密封圈的設(shè)計方法［J］.汽車電器， 2010 （12）： 10-12.