1553B電纜組件焊裝工藝技術介紹

郭鵬飛，范 東，國曉磊，張國佳

（北京航天控制儀器研究所，北京100039）

1553B電纜組件焊裝工藝技術介紹

郭鵬飛，范 東，國曉磊，張國佳

（北京航天控制儀器研究所，北京100039）

目前，越來越多的慣性電子產品中采用新型電纜組件，這些新型電纜組件是保障信號輸入輸出的關鍵部件。對于新的電纜組件，焊裝質量是影響整機性能的關鍵因素之一，其焊接可靠性問題占整個產品綜合布線質量問題的90%以上。主要針對1553B通信電纜在高可靠性電子產品中的應用，分析了該電纜組件制作過程中的工藝難點及出現質量問題的原因，并以美國瑞侃公司DK-621系列連接器為例，重點闡述了該電纜組件制作的工藝方法和工藝流程，為產品的高可靠性提供了工藝保障。

電纜組件；連接器；1553B；DK-621

0　引言

在20世紀60年代以前，飛機機載電子系統沒有標準的通用數據通道，各個電子設備單元之間連接往往需要大量的電纜［1-2］。隨著電子系的逐漸復雜化，20世紀70年代由美國公布了一種串行多路數據總線標準（MIL-STD-1553B），該標準是美國軍方專門為航空設備制定的，用于設備間傳輸數據的協議。

目前世界上可以作為軍用標準和專門的戰術數據總線有許多種，但使用最多的還是美國的MIL-STD-1553B。1553B的傳輸介質有同軸電纜、屏蔽雙絞線和光纜等，通過變壓器耦合或直接耦合方式把終端耦合到總線上去［3-4］。

1553B數據總線用電纜具有電氣性能可靠、耐高低溫、耐老化、抗輻照、外徑小、重量輕等特點，可在惡劣的環境下提供高可靠性傳輸，所以在運載火箭系統通信中應用十分廣泛［5-6］。

本文主要結合實際生產對1553B總線電纜組件的制作過程進行了介紹，由于該類型插頭在使用過程中的故障率相對較高［7］，電纜組件制作過程需要注意的工藝細節很多，所以將此作為一個單獨的工藝單元加以論述，主要目的是為了提高該類型電纜組件的制作質量，從而提高產品的可靠性。

1　1553B電纜組件結構特點

1553B電纜組件主要由專用電纜和連接器組成，電纜組件一般可分為同軸電纜、屏蔽雙絞電纜和光纜等幾種。其中，屏蔽雙絞電纜（P512296）應用較為廣泛，其制作工藝較為復雜，本文主要針對這種電纜的特點進行介紹，如圖1所示。

圖1　屏蔽雙絞線纜結構圖示Fig.1 Shield the double wrings the cable structure map

連接器組件是1553B電纜組件的核心部件，分為連接器插座和插頭，其內部結構基本相同，制作工藝較為類似，僅是外部接插口的區別。本文以美國瑞侃公司生產的DK-621-0940型連接器為例進行介紹，單個連接器由連接器殼體、連接器針（孔）組件和后尾罩固定組件組成，連接器針（孔）組件可插入連接器殼體，并通過其外部的卡鉤進行固定，由于該卡鉤是倒鉤結構，一旦插入連接器殼體中，沒有專業工具無法分離，因此在連接器組件線纜制作完成后，要進行相應的性能檢查，確認無誤后，才能將連接器組件插入殼體中。連接器針（孔）組件分為內外兩層芯線導體，兩層之間通過絕緣介質進行隔離，線纜制作時，雙絞線的兩根信號線通過連接器針（孔）組件的尾部插入，并嚴格控制芯線長度，針（孔）連接器內外兩層各有2個焊錫環，雙絞線與連接器針（孔）組件通過焊錫環以 “吹焊”的方式進行連接。DK-621連接器組件外形及結構如圖2所示。

圖2　DK-621連接器結構及實物Fig.2 The DK-621 linker structure with real object

2　組件制作工藝

2.1屏蔽雙絞線預處理

由于雙絞線與連接器針（孔）為 “吹焊”焊錫環的方式，而非傳統的焊接和壓接方式，要求雙絞線剝線端與焊錫環的接觸位置非常精確，雙絞線剪線和剝線長度均對焊接效果有直接影響，因此要對雙絞線芯線剪線和端頭剝線尺寸嚴格控制，具體要求如圖3所示。

圖3　線纜端頭處理示意圖Fig.3 The cable head processing sketch map

1）下線和剝線：根據走線需要，剪取一定長度的線纜，按照圖3所示，將連接器后尾罩固定組件預先套入屏蔽雙絞線中，用剝線器或其他專用工具按照圖示要求的尺寸將最外層絕緣層和屏蔽層剝除，留下內芯線，剝除過程中不得損傷內芯線，剝線尺寸使用正公差，保證剝線尺寸出現偏差后留有修復余量。

2）外絕緣層去除：用熱剝器按照圖4中要求的尺寸將導線外絕緣層進行剝除，絕緣層剝除端邊緣變色長度不得超過2mm；在剝除外絕緣層時，不得損傷屏蔽層。

3）屏蔽層處理：用細挑針器將屏蔽層挑開，并將屏蔽層均勻分布，然后將屏蔽層向后捋順，如圖5所示。屏蔽層需要與連接器外殼進行連接，其連接方式是通過圖5所示的連接器后尾罩固定組件的焊接環，通過吹焊的方法進行固定。為了保證線纜的拉伸強度，避免內部芯線受損，屏蔽雙絞線制作時內部有加強筋，在進行屏蔽層處理時，需要將加強筋去掉，去除位置距離線纜外絕緣層最大不超過1.3mm。

圖4　外絕緣層剝除示意圖Fig.4 Insulate a layer to peel off sketch map

圖5　屏蔽層處理示意圖Fig.5 Shield layer processing sketch map

4）導線端頭處理：為了保證導線剝頭過程中不對多股線線芯造成損傷，要求用與線芯直徑相同的熱控型剝線器進行剝頭處理。剝頭長度為13.0mm±0.4mm，剝頭后的芯線絕緣層端面應平整，不得出現變色，同時在剝頭過程中不得使芯線受到損傷和斷股。剝頭完成后，使用電烙鐵對剝頭后的導線進行搪錫處理，導線根部留有1mm的不搪錫長度，防止導線受力折斷。由于連接器內兩根信號線的吹焊位置不同，搪錫后需根據結構尺寸對導線進行裁剪，保證芯線插入后處于焊錫環位置。導線端頭處理步驟如圖6所示。

圖6　導線端頭處理示意圖Fig.6 The cable head processing sketch map

2.2連接與組裝

端頭處理后的電纜與連接器組件的組裝和連接是本裝配工藝的關鍵，從以往的裝配過程出現的故障情況來看，主要表現為兩種故障模式，一種故障模式是電纜芯線不導通，其主要原因有兩方面：

1）電纜端頭處理過程中，兩根信號線裁剪尺寸與連接器針（孔）插座沒有完全匹配，芯線伸入長度不能滿足要求，芯線未與連接器形成良好的連接。

2）由于工具使用不當，焊錫環在吹焊過程中未完全融化，部分熔融的焊料沒有與搪錫后的導線端頭形成可靠的IMC，造成虛焊。

另一種故障模式是兩根信號線間存在短路，這是裝配過程極易出現的問題，經過對出現故障的連接器組裝件進行分析和X光檢測發現：對焊錫環吹塑溫度過高、工具使用不當和吹塑時間過長，容易導致內外芯線間起絕緣作用的熱縮套管融化而導致短路。因此，控制并優化連接器組件裝配工藝是避免出現上述問題的關鍵。

（1）電纜芯線與連接器針（孔）插座的連接

如圖7所示，將導線端頭處理后的導線插入針（孔）連接器內，白色信號插入中心孔內，藍色信號線插入側孔，通過針（孔）連接器上的2個觀察孔確定兩根信號線是否安裝到位，應保證2根信號線的搪錫部位恰好置于焊錫環的位置，然后用帶反射環的熱風槍對焊錫環進行吹焊，溫度設置為350℃，熱風槍出風口與待焊件距離由反射環結構決定，可以將加熱距離控制在35mm～40mm之間，反射環開口的寬度剛好保證熱風直接吹焊2個焊錫環的位置，可以避免吹焊到針（孔）連接器頭部內外導體間的絕緣層，防止在加熱過程中因該部位溫度過高而產生老化和變形，影響連接器的裝配質量。

吹焊時要嚴格控制加熱時間，防止由于過熱導致針（孔）連接器內部持續高溫，影響連接器的質量，該步吹焊時間約為5s～8s，吹焊過程看到焊錫環均勻流動2s～3s后，且焊錫全部流入觀察孔后即完成焊接，然后停止繼續加熱。

吹焊后對針（孔）連接器吹焊質量進行檢查，將吹焊后的針（孔）連接器靜置10min冷卻后進行性能檢查，吹焊后要保證焊錫全部流入觀察孔，且從前觀察孔可以清晰地看到線芯輪廓，如圖8所示。

圖7　導線與針（孔）連接器連接示意圖Fig.7 Cable and the needle（bore）linker conjunction sketch map

圖8　針（孔）連接器合格實物圖Fig.8 Real object diagram of the weld empress needle（bore）linker

（2）針（孔）連接器與連接器殼體的安裝

將吹焊后的針（孔）連接器從連接器殼體尾部方向送入，如圖9所示。推送過程中有 “咔”的感覺后，表明已經送達到位，并輕輕送、拉進行確認，需要注意的是，針（孔）連接器在送入連接器殼體前，用萬用表對針（孔）連接器的吹塑情況進行測試，以保證連接器可靠。

圖9　針（孔）連接器與外殼連接示意圖Fig.9 The needle（bore）linker with outer shell conjunction sketch map

（3）屏蔽層處理

屏蔽層需要與連接器外殼進行可靠連接，保證其與連接器外殼充分接觸，連接方式也是通過連接器尾庫固定組件的焊錫環以吹焊的方式完成。當針（孔）連接器與機械外殼連接完成后，將預處理完成的屏蔽層向前捋順，并做適當修剪，如圖10所示。在捋順和修剪過程中屏蔽層應自然松散，盡量避免折斷，屏蔽層與外殼體法蘭之間留2mm的間距。然后將連接器后尾罩固定組件向前推送到連接器外殼安裝面位置，如圖11所示，并觀察內部屏蔽層是否有外漏，若存在外漏現象，可用剪刀做適當修剪。

圖10　屏蔽層處理示意圖Fig.10 Shield layer processing sketch map

圖11　后尾罩吹焊示意圖Fig.11 The tail cover blow weld sketch map

用熱風槍對連接器后尾罩固定組件的焊錫環進行吹焊，熱風槍溫度設置為370℃，將焊錫環置于反射環開口位置，通過吹焊保證屏蔽與連接器外殼形成可靠連接，吹焊時間10s～15s，如圖11所示。

最后將最外層的熱縮套管套上，并吹塑，吹塑時從后尾罩部位向電纜移動，保證熱縮套管緊密包裹電纜，表面光滑平整，如圖12所示，熱風槍溫度設置為260℃，吹焊時間20s～25s。

圖12　最外層熱縮套管處理及吹焊示意圖Fig.12 The outside layerpyrocondensation tube processing and blow weld sketch map

插頭制作完成后，靜置10min，待電纜組件完全冷卻后，根據使用要求，對電纜組件進行相應的特性檢查，保證制作完成后的電纜組件滿足使用要求。

3　與其他工藝方法比較

對于該插頭的制作方法基本流程大致相同，對于屏蔽線脫頭和搪錫的長度基本一致，只是對于插頭焊錫環的吹焊方法有所不同。以往對于該類型插頭焊接時僅使用普通熱風槍對焊錫環加熱，加熱時無法保證焊錫環各部位受熱的均勻性，導致焊錫環不能同時融化，影響焊接質量。通過采用本文的吹焊方法，可以保證插頭制作時插頭上的焊錫環受熱均勻，焊錫環各部位融化程度一致，保證了焊接質量。

4　結論

本文針對DK-621系列連接器的工藝制作過程進行了介紹，對于帶有焊錫環的其他系列的連接器雖然結構尺寸或外形不同，但是基本工藝制作過程相同，插頭制作流程及裝配過程裁剪尺寸等工藝參數根據實際需要進行靈活調整，其關鍵工序點在于導線端頭剝線長度的控制、吹焊工具的正確使用及焊錫環吹焊溫度設置合理等，在以上條件都能滿足的前提下，可保證該類型插頭的焊裝質量。

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Assembly Process Introduction about 1553B Cable Assemblies

GUO Peng-fei，FAN Dong，GUO Xiao-lei，ZHANG Guo-jia
（Beijing Institute of Aerospace Control Devices，Beijing 100039）

Adopt new cable module in more and more inertia electronics products currently，these electric cable modules'packing quality is influence the whole machine function of key factor，guarantee the signal importation output's key parts，the electric cable module jointing reliability problem has the whole system comprehensive wiring quality problem of 90%is above.This text mainly introduced a 1553B communication cable in the application in the high reliability electronics product，analyzing the craft difficulty in the 1553B communication cable subassembly manufacture process and appearing the reason of with the quality problem，taking the American Raychem Company series DK-621 linker as an example，elaborate the cable module the craft method and the craft process，providing the technical guarantee for the high reliability products.

cable assemblies；connector；1553B；DK-621

P755.1

A

1674-5558（2016）04-01139

10.3969/j.issn.1674-5558.2016.04.016

2015-06-09

郭鵬飛，男，機械工程專業，碩士，工程師，研究方向為慣性器件裝配及測試。