電纜延壽方案研究

曾建+楊琳艷

摘 要： 跟隨產(chǎn)品的電纜在產(chǎn)品達(dá)到使用壽命后就不能保證其可靠性，由于產(chǎn)品價(jià)格高，用戶方希望能夠提高產(chǎn)品的使用壽命，進(jìn)行延壽研究。本文描述了電纜延壽的方案。

關(guān)鍵詞： 電纜；延壽；方案

1 引言

某產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到了使用年限，為提高產(chǎn)品的使用年限，用戶方提出了產(chǎn)品延壽的要求。對(duì)產(chǎn)品重要組成部分之一，電纜進(jìn)行延壽研究，已到達(dá)產(chǎn)品延壽的目的。

2 延壽目標(biāo)

電纜壽命周期定義與產(chǎn)品定義相同，隨產(chǎn)品在不同使用狀態(tài)下的壽命周期不同而不同。開展電纜的壽命研究，主要目的是：

a）確定已經(jīng)到壽命周期的電纜是否還能再延期使用1年至2年甚至3年至4年的準(zhǔn)確預(yù)計(jì)；

b）將電纜經(jīng)加速試驗(yàn)驗(yàn)證，確定其在最多實(shí)施1次～2次返廠延壽修理后，將壽命延長(zhǎng)。

3 延壽工作原則

電纜延壽依據(jù)薄弱環(huán)節(jié)確定原則及延壽試驗(yàn)原則進(jìn)行。

3.1 薄弱環(huán)節(jié)確定原則

確定薄弱環(huán)節(jié)按下述原則進(jìn)行：

a）利用用戶方使用故障及修理數(shù)據(jù)，尋找故障率高、需要經(jīng)常更換的部件信息；

b）從設(shè)計(jì)工藝出發(fā)，考慮影響產(chǎn)品壽命的部件、工藝環(huán)節(jié)，將其確定為薄弱環(huán)節(jié)；

c）將故障薄弱環(huán)節(jié)定位為較低的產(chǎn)品層次，如元器件、零件等；

d）對(duì)薄弱環(huán)節(jié)的元器件進(jìn)行延壽分析，甚至有必要依托專業(yè)廠家，進(jìn)行進(jìn)一步的分析研究；

e）薄弱環(huán)節(jié)確定盡量全面和準(zhǔn)確。如果不夠全面，則可能導(dǎo)致產(chǎn)品加速試驗(yàn)過程中出現(xiàn)故障，延壽效果不好；過于寬泛，將增加延壽試修的工作量，并降低延壽的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 延壽試驗(yàn)原則

延壽試驗(yàn)按下述原則進(jìn)行：

a）延壽試驗(yàn)應(yīng)力水平設(shè)置應(yīng)綜合考慮產(chǎn)品性能指標(biāo)及產(chǎn)品實(shí)際條件；

b）測(cè)試的數(shù)據(jù)盡量能代表產(chǎn)品老化的趨勢(shì)；

c）延壽試驗(yàn)時(shí)，同一應(yīng)力水平下選取不同貯存條件的樣品進(jìn)行試驗(yàn)，以充分檢測(cè)各試驗(yàn)應(yīng)力水平下不同貯存條件下產(chǎn)品的性能；

d）盡量選取經(jīng)分析確認(rèn)為薄弱環(huán)節(jié)的部件進(jìn)行延壽試驗(yàn)，以降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

4 延壽方案

對(duì)電纜進(jìn)行延壽研究方案，按確定薄弱環(huán)節(jié)、加速退化試驗(yàn)驗(yàn)證的步驟來進(jìn)行。

4.1 確定薄弱環(huán)節(jié)

通過分解分析確定薄弱環(huán)節(jié)。分解前，首先對(duì)電纜進(jìn)行外觀、電性能檢查，并與電纜出廠前的性能數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

分解后主要檢查內(nèi)容如下：

a）檢查電纜焊接點(diǎn)外套的熱縮管，熱縮管是否脫落，焊點(diǎn)是否裸露和變色；

b）檢查接插件壓接灌封膠，灌封膠是否變色和碎裂；

c）檢查電纜導(dǎo)線絕緣層是否存在破裂和斷裂等現(xiàn)象，導(dǎo)線直流電阻、絕緣電阻與裝彈前是否有變化；

d）檢查電纜的接插件，是否有有縮針、針變形、插孔變大等現(xiàn)象，接插件表面是否有銹蝕現(xiàn)象；

e）檢查繼電器加電動(dòng)作解除時(shí)間、加電電壓、線圈電阻值、接觸電阻、絕緣電阻是否滿足指標(biāo)要求；

f）檢查繼電器表面是否有銹蝕現(xiàn)象；

g）檢查熱縮管、橡膠板是否出現(xiàn)龜裂、老化現(xiàn)象。

根據(jù)檢查結(jié)果，初步確定影響電纜性能及壽命的薄弱環(huán)節(jié)為電磁轉(zhuǎn)換開關(guān)和測(cè)試插頭座。

4.2 加速退化試驗(yàn)驗(yàn)證

對(duì)電纜的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行修復(fù)后，電纜進(jìn)行加速試驗(yàn)，通過試驗(yàn)，定期檢測(cè)電纜主要性能參數(shù)，獲得在各試驗(yàn)應(yīng)力水平下電纜電性能參數(shù)的變化趨勢(shì)，預(yù)測(cè)貯存到目標(biāo)年限后電纜的主要性能參數(shù)值、可靠性指標(biāo)可能發(fā)生變化的量級(jí)。

4.2.1 試驗(yàn)應(yīng)力水平的設(shè)置

試驗(yàn)確定三個(gè)應(yīng)力水平數(shù)：最高應(yīng)力、最低應(yīng)力和中間應(yīng)力。

最高應(yīng)力水平不宜過高，應(yīng)選擇略低于產(chǎn)品的耐溫水平（保持失效機(jī)理不變的最高應(yīng)力-結(jié)溫）。通過對(duì)電纜中元器件和原材料的耐溫分析，設(shè)置延壽試驗(yàn)最高應(yīng)力水平為85℃，

最低應(yīng)力水平。應(yīng)力值過低將導(dǎo)致試驗(yàn)樣品的性能退化趨勢(shì)過緩，所需的試驗(yàn)時(shí)間過長(zhǎng)；同時(shí)如與最高應(yīng)力水平太接近會(huì)影響可靠性分析統(tǒng)計(jì)的精度。綜合考慮以上兩方面因素，確定最低應(yīng)力水平為65℃。

中間應(yīng)力水平。選擇最高應(yīng)力和最低應(yīng)力水平的中間值為75℃。

4.2.2 各應(yīng)力下試驗(yàn)時(shí)間的估計(jì)

根據(jù)Arrhenius（阿倫尼斯）模型相對(duì)于正常工作環(huán)境溫度下的各溫度應(yīng)力水平的加速因子，按公式1進(jìn)行推導(dǎo)：

……………………………………… （1）

式中：

T0--------正常貯存絕對(duì)溫度；

Ttest------試驗(yàn)絕度溫度；

Ea——激活能，以eV（電子伏特）為單位；

K——玻爾茲曼常數(shù)，8.6171×10-5eV/℃。

在加速因子公式的各參數(shù)中，激活能根據(jù)原材料的不同，有不同的取值。一般情況下，取值為：氧化膜破壞為0.3 eV；離子性（SiO2中Na離子漂移）為1.0～1.4eV；離子性（Si-SiO2界面的慢陷阱）為1.0eV；由于電遷移而斷線為0.6eV；鋁腐蝕為0.6～0.9eV；金屬間化合物生長(zhǎng)為0.5～0.7eV，綜合以上數(shù)據(jù)，激活能定為0.65eV。取為0.65，代入式1，則：

………… （2）

依據(jù)式2計(jì)算計(jì)算的結(jié)果：

試驗(yàn)溫度為65℃時(shí)，AF=19.98；

試驗(yàn)溫度為75℃時(shí)，AF=37.77；

試驗(yàn)溫度為85℃是，AF=69.35。

試驗(yàn)時(shí)，根據(jù)電纜當(dāng)前貯存期限T，延壽目標(biāo)年限為20年，時(shí)間差為20-T年，折合為365*（20-T）天。結(jié)合估算的加速因子，可以預(yù)估出各溫度應(yīng)力下的貯存時(shí)間。如當(dāng)電纜貯存期限為8年時(shí)，延壽目標(biāo)年限為20年，結(jié)合估算的加速因子，預(yù)估出各溫度應(yīng)力下的貯存時(shí)間情況如下。

試驗(yàn)溫度為65℃時(shí)，貯存時(shí)間為220天（4380/19.98）；

試驗(yàn)溫度為75℃時(shí)，貯存時(shí)間為116天（4380/37.77）；

試驗(yàn)溫度為85℃時(shí)，貯存時(shí)間為64天（4380/68.35）。

4.2.3 各溫度下的測(cè)試間隔

按照貯存期當(dāng)量為1年的間隔對(duì)樣品測(cè)試1次，在整個(gè)延壽貯存期內(nèi)共需測(cè)試20-T此，當(dāng)電纜貯存期限為8年時(shí)，共需測(cè)試12次，因此在各溫度應(yīng)力下的測(cè)試時(shí)間為：

試驗(yàn)溫度為65℃時(shí)，每隔18天測(cè)試一次；

試驗(yàn)溫度為75℃時(shí)，每隔9天測(cè)試一次；

試驗(yàn)溫度為85℃時(shí)，每隔5天測(cè)試一次。

在升溫和降溫過程中，升降溫速率不小于2℃/min。當(dāng)一個(gè)高溫循環(huán)完成以后（如65℃時(shí)持續(xù)高溫18天后），將溫度降低到室溫，保持2小時(shí)后對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行性能參數(shù)檢查，檢查完成后，再對(duì)其進(jìn)行下一循環(huán)的高溫試驗(yàn)。在對(duì)產(chǎn)品升降溫過程中，過程時(shí)間均不計(jì)入高溫貯存的時(shí)間。

4.2.4 產(chǎn)品在試驗(yàn)中需測(cè)試的項(xiàng)目及數(shù)據(jù)

電纜在加速壽命試驗(yàn)中的測(cè)試項(xiàng)目有：導(dǎo)通檢查、絕緣電阻檢查、通電檢查、外觀檢查。

4.3 壽命評(píng)估

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，確定電纜的延廠壽命年限。

5 結(jié)束語

本方案通過確認(rèn)薄弱環(huán)節(jié)，進(jìn)行加速退化試驗(yàn)，確定電纜的延壽年限。

參考文獻(xiàn)

[1]GJB360A 電子及電氣元件試驗(yàn)方法[S].

[2] QJ 2407 電子元器件壽命和加速壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法[S].