安裝應力對于電磁繼電器使用的影響

佀明森，馬鴻斌

(貴州航天電器股份有限公司，貴州貴陽，550009)

1 引言

電磁繼電器是一種在航天、航空、兵器、船舶以及電子等領域被廣泛應用的自動控制元器件，在軍工領域和民用各領域的控制系統、通訊系統和遙控系統中占據著重要位置，是國防裝備、先進工業和民用設備所不可或缺的基礎元器件之一[1-2]。而在所有電子元器件的失效問題中，電磁繼電器占據了很高的比例，是電子元器件失效的重災區[3]。因此，對于電磁繼電器失效分析則是一項十分具有挑戰性的工作。

2 質量問題概述

某用戶反饋，某款大功率密封電磁繼電器(簡稱A繼電器)在他們單機產品進行某方向振動試驗后加電測試時，出現一組常開觸點不通的故障。多次試驗后，故障復現。隨后將失效的A繼電器從單機上拆解下來，單獨對其進行加電測試，A繼電器恢復正常，多次測量，故障均不復現，外形圖見圖1所示。

圖1 A繼電器外形圖

3 失效分析

3.1 失效產品檢查

對失效的A繼電器進行外觀檢查、X光內部檢查、電參數測試，均未發現異常情況。根據產品失效現象，很有可能是由于產品內部存在多余物導致，因此對A繼電器進行多方向、多次PIND(微粒碰撞噪音)測試，測試結果顯示并未出現多余物波形，因此基本可以斷定該失效現象不是由于多余物造成，后續還需經過拆殼分析確定。

3.2 故障復現

根據現場實際情況，在試驗室模擬A繼電器安裝，采用螺釘鎖緊A繼電器兩側的安裝板，使其固定，加電測試，可以聽到產品內部有動作聲響(銜鐵轉動碰撞聲音)，初步判斷產品磁路部分能夠工作。隨后對A繼電器進行測量，故障復現，與用戶現場出現的失效現象一致。隨后將緊固螺釘松懈后，復測繼電器失效現象消失，繼電器正常導通。綜合失效現象和故障復現情況，可以基本斷定為安裝過程導致產品失效，還需要進步一分析。

3.3 分析過程

A繼電器為《軍用繼電器系列型譜》(GJB/Z39.2-2001)中規定安裝方式“3”規格，安裝板與罩殼平面為平齊，在裝配過程中采用專用工裝夾具定位保證。安裝板點焊過程中先點焊一側的安裝板，點焊完批后再更換夾具點焊另外一側的安裝板，點焊過程中均以罩殼為定位基準。但是在實際安裝板點焊過程中，受點焊沖擊抖動及定位精度的影響，點焊后安裝板與罩殼非理論上的平齊，會存在一定的誤差。即繼電器外殼與安裝板不在一個平面，會出現安裝板略低于外殼平面的現象，見圖 2所示，一般高度差不會超過0.10mm。經測量，A繼電器安裝板與罩殼最大高度差約為0.16mm。

圖2 A繼電器與理想狀態下繼電器外形圖

圖3 A繼電器安裝在平板上時受力圖

當繼電器安裝板與罩殼平面存在不平齊時，繼電器兩側用螺釘固定安裝在平板上，則會出現繼電器罩殼優先于一側安裝板而接觸安裝平板，此時罩殼會受到平板作用力，進而影響到產品內部結構，從而導致產品失效，見圖3所示。

隨后，對A繼電器進一步拆殼分析，在顯微鏡下對內部結構進行觀察：內部結構完整，無多余物，因此可以排除多余物導致產品失效的可能。支架、軛鐵、線包等結構牢固，線圈引出線焊接牢固，無虛焊、脫落等異常，銜鐵無歪斜。對觸點簧片進行檢查，常閉觸點接觸良好，用頂針推動銜鐵后，觀察常開觸點接觸良好，觸點具有明顯超行程(超行程為動簧片與常開靜觸點接觸后繼續移動的位移，表征常開觸點壓力)，觸點簧片無裂紋、形變等損傷，接觸部位無異常多余物，觸點表面存在正常的燒蝕形貌。

結合圖3和圖4對失效問題進行理論分析：當產生的壓力F3較大時，會使外殼產生變形，由于外殼與繼電器內部結構為過盈配合，當外殼變形時，會使繼電器內部結構也產生變形，導致推動產品觸點動作的推動球的位置隨之發生變化，圖4中黑色圓圈代表動作前正常狀態的推動球位置，藍色圓圈代表受力變形后非正常狀態的推動球位置，紅線代表內部結構形變方向。可以看出，當推動球位置變化時，圖4左側觸點組合會率先完成動作，而右側觸點組由于推動球位置后移，導致推動球不能按照原來的距離移動下推動觸點組動作，進而導致右側常開觸點組動作不能到位，表現為動作后常開觸點不通的失效現象，與實際分析結果一致。

圖4 A繼電器推動球位置變化示意圖

綜上所述，經測試分析，A繼電器電參數、內部結構無異常，內部無多余物，因此可以確定在安裝后A繼電器出現失效的原因是：外殼受安裝外力影響，內部結構受到外力作用發生變化，導致常開觸點不能導通。

該問題在繼電器失效分析中屬于容易被忽略的一種失效模式，后續措施可以通過在安裝板下增加墊片或者使安裝板沉到罩殼底面下方的措施來解決。

4 結語

本文以一種大功率密封電磁繼電器為研究對象，對其在使用過程中產生的失效現象進行實際分析和理論分析，通過此次失效分析把此種容易被忽視的失效模式引出，進而找出其失效根源和解決辦法，為相關從業者提供一種可借鑒性的分析模式和解決方式。