某SY053型號電連接器的失效分析

(上海航天科工電器研究院有限公司，200331)

前 言

電連接器被廣泛應用于各種電氣線路中，起著連接或斷開電路的作用，用于實現電信號的傳輸和控制以及電子與電氣設備之間的電連接，在航天、電子、通信、水電工程等行業中應用非常廣泛[1]。本文所研究的SY053型號連接器是應用在國外某通訊設備上的圓形電源連接器，這款產品零部件數量多，使用環境惡劣，因而其可靠性難于保證。本文通過對該元件進行失效分析，分析其失效原因，對產品設計、工藝、質量監控等環節提出了改善意見，提高該元件的質量可靠性，以便獲得更好的市場經濟效益。

1 產品基本屬性

1.1 產品結構

某SY053型號電連接器的結構如圖1所示，該電連接器由螺套、彈性墊圈、動棘輪、靜棘輪、外殼、上基座、密封墊、下基座、插孔、尾部外殼、O型圈、PG頭絕緣體、密封橡膠管和螺帽組成。其中螺套、外殼、尾部外殼和螺帽對內部零件起到機械保護屏蔽作用；插孔是此型號電連接器的接觸件；其它零件是一些過渡件，通過機械裝配形成電連接器。

圖1 某SY053型號電連接器的結構圖

1.2 技術要求

某SY053型號電連接器的技術要求為：

(1) 額定電流35A,工作溫度-40℃～105℃；

(2) 耐電壓1000V,絕緣電阻≥2000MΩ；

(3) 戶外使用，惡劣工作環境；

(4) 三頭螺紋鎖緊式，抗機械振動沖擊性能；

(5) 防護等級IP67；

(6) 耐720小時交變鹽霧；

(7) 高封密

1.3 工藝流程

某SY053型號電連接器的主要工藝流程為：電纜密封圈裝入PG頭絕緣體；O型圈裝入PG頭絕緣體形成PG頭合件；PG頭合件、螺帽和另一O型圈裝入尾部外殼；插孔縮口測分離力；將密封墊和下基座和插孔組裝在一起形成下基座合件；將螺套、上基座、下基座合件裝入外殼；壓配基座；組裝彈性墊圈、動棘輪和靜棘輪；壓配彈性墊圈；外觀檢測和尺寸檢驗；互換性測試；絕緣耐壓測試；氣密性測試。

2 常見失效分析

某SY053型號電連接器在生產過程中發現存在多種失效模式，而產品的失效必然導致此電連接器無法達到相應的技術要求，影響產品的使用。所以對其進行失效分析很有必要。

2.1 絕緣電阻不過

某SY053型號電連接的絕緣電阻低于2000MΩ可判定為產品失效。絕緣電阻無法達到要求的原理是兩相臨插針之間爬電距離不夠，導致插孔與插孔之間導電。綜合分析表明，導致此失效主要原因為：第一，雨雪天氣裝配環境過于潮濕，導致連接器表明有受潮的塵埃等不明污染物；第二，有機材料析出物與表面水膜形成離子性導電通道；第三，兩相臨插孔之間絕緣材料有損壞、有縫隙，無法起到完全隔開的作用。對于前兩種原因，采用酒精擦拭后放入烘箱烘干能讓絕緣電阻明顯增大，減少失效；對于第三種原因，就必須對供應商來料進行嚴格把關。

2.2 漏氣、密封性能不好

將插合好的某SY053型號電連接器固定在氣密夾具上，與氣密測試儀接通后充氣壓力為50Kpa，上壓時間5s，穩壓時間10s，測試時間60s，氣壓下降大于0.3Kpa則為失效[2、3]。這種失效主要是因為密封型部件的問題，此款產品主要是O型圈的失效和密封膠的問題。

2.2.1 O型圈的失效

根據分析，O型圈的失效原因有很多種，如：磨損、過度壓縮、安裝過程中的損傷、毛刺凹坑和高溫老化等五種，如表1所示：

表1O型圈的失效模式

磨損導致O型圈的部分甚至全部區域產生磨損紋而使密封性能減弱，造成磨損的原因為O型圈表面的光潔度沒有達標，O型圈表面處理不徹底殘留有磨損性強的污染物，O型圈產生相對運動等；每一種橡膠材料的O型圈都有其固有的最大壓縮率，當壓縮率大于其最大值的時候，將發生不可逆轉的塑性變形，必然導致O型圈變形甚至斷裂，發生這種失效的主要原因是設計未合理考慮材料由于熱量或化學介質或由于壓力過大將會引起的不可逆轉的彈性變形；安裝過程中的損傷表現為O型圈有傷口，造成原因主要為工藝工裝不到位，鋒利邊角劃傷O型圈，O型圈表面有堅硬的污染物等；毛刺、凹坑的產生和磨損有類似，主要是表面有污染物以及工藝問題；O型圈由于高溫老化后變僵硬，壓縮率達不到密封要求必然也會導致密封性減弱，發生高溫老化的原因是未考慮溫度對材料的影響。

2.2.2 密封膠的問題

當某SY053型號電連接器內部粘結密封膠開裂，會造成漏氣、密封性能降低，導致密封失效。造成這種失效的主要原因是：未使用符合該電連接器的優質膠，這主要忽略了由于該電連接器需要涂膠零件的材料特殊性對所選膠的特定要求；灌膠過程不當，并未達到完全封膠；機械振動造成粘接處開裂導致密封性失效。對于密封膠造成失效問題，其解決的辦法主要是要合理選材、正確灌封、規范操作。

2.3 對接失效

某SY053型號插頭電連接器和互配插座對接如圖2所示。對接的失效引起的后果非常嚴重，直接影響了產品的使用，因而分析其失效原因很有必要。

圖2 某SY053型號插頭電連接器和插座對接示意圖

綜合分析，對接失效，主要是由以下幾點引起的：一、設計選材不當和結構尺寸設計有誤。插孔和插針選用硬度相差懸殊的不同材料將導致對接問題，某SY053型號插頭電連接器的插孔材質一般是QSn4-3錫青銅，互配插針選用Hpb59-1黃銅。插孔和插針設計尺寸有誤必然會導致針孔超差無法對接，或者公差配合尺寸有誤引起對接過松或者過緊，導致插拔力無法達到使用要求，影響使用。二、插孔縮口工藝不當，導致縮口過緊，影響插拔力，導致對接失效。

3 改善意見

某SY053型號電連接器常見的失效為絕緣電阻不過、漏氣、密封性能不好以及對接失效。針對以上三種失效，提出以下改善意見：

(1)設計選材必須嚴格參照產品技術要求，給某SY053型號電連接器的每一個零部件選用適合工作環境下的材料。設計對結構尺寸的必須嚴格把控，避免產生配合尺寸超差和公差引起的無法配合。零件加工后進行質量部門嚴格把控，進行100%的測量，100%的測試產品的的插拔分離力，100%對產品進行對接試驗。

(2)工藝對工藝過程控制要嚴格把關，確保工裝能夠正確作業；對產品進行100%的絕緣電阻測試；加強工藝衛生和清洗工裝，采用有效的清洗和烘干工藝，對成品100%用最低10倍的顯微鏡進行外觀檢查。

(3)質量嚴格把控，對供應商提供的不合格零部件絕對不讓步接收，對于測試不合格的成品也絕對不輕易放行。對不合格產品嚴肅處理，責任到每一步工序，從第一步減少失效幾率。

4 總結

本文對某種SY053型號電連接器的失效現象，進行了失效分析。從根本上闡述了出現失效的原因，分析了其失效機理。對產品設計、工藝、質量監控等環節提出了改善意見，提高產品的質量可靠性。

[1] 周建新，淺談電連接器的失效分析及預防 [J] 機電元件 2014年第3期

[2] SY053圓形電連接器詳細規范

[3] GJB 1217A-2009 電連接器試驗方法