航天線纜網連接器尾部線束抗擾動工藝試驗研究

王羚薇 王玉龍 王 威 張雪莉

設計·工藝

航天線纜網連接器尾部線束抗擾動工藝試驗研究

王羚薇 王玉龍 王 威 張雪莉

（中國科學院長春光學精密機械與物理研究所，長春 130033）

針對某項目電纜網中使用頻次較高的J14A、J36A連接器，開展了焊接及組裝工藝試驗研究，包括工藝實驗過程、工藝方法、試驗準備及實施等。通過對連接器組件施加一定的擾動力，驗證連接器焊接及尾罩處理工藝可靠性，從微電阻阻值變化、X光影像、拉脫力測試三方面評估擾動力對焊點的影響，為開展后續電子裝聯工作提供一定的工藝保障。

高可靠性；電纜網；連接器；抗擾動

1 引言

航天器上有上百臺儀器設備、上千根電線電纜，每臺儀器設備如同一個神經單元，匯聚著上百條電線電纜，儀器設備之間的電纜網如同神經網絡一樣星羅棋布、縱橫交錯[1]。電纜網作為航天器的中樞神經系統，是航天器控制信號傳輸的關鍵物理通道，因此，系統對電纜網的可靠性要求很高。

電纜網中的連接器端接位置是電纜網中影響可靠性的薄弱環節，電纜網的電連接器與導線接觸區的耐環境能力遠不及導線，又是經受環境考核頻次較高的部位，而該部位的故障是電纜網失效的主要模式[2]。在電纜網的制作過程中，電連接器尾罩與電纜線束的工藝處理不當會造成焊點受力損傷導致斷路，或者由于多余物進入電連接器尾罩內而引發焊點間短路的情況[3]。另外，對于質量較大、線纜較長的電纜網，在線纜網轉運和航天器整體發射過程中，應杜絕線束因外界的擾動產生的力傳遞到連接器的焊接點從而造成的可靠性問題，所以連接器位置的線束可靠性是電纜網制作的一個關鍵點[4]。

結合實際工程應用，選用了線纜網中有代表性的J14A、J36A連接器開展了焊接及組裝工藝試驗研究。目的是通過對連接器組件施加一定的擾動力，驗證連接器焊接及尾罩處理工藝可靠性，評估擾動力對焊點的影響，確定工藝實施的適宜性，為工程應用提供一定的工藝指導。

2 試驗方案

如圖1所示是連接器位置線束外來的擾動力的分析圖，這種擾動力可能來自振動或結構件自身的應力變形。從圖中可以看出，垂直方向的力（1、2）和沿線束方向的力（5）均可通過線束的回彎半徑和線束余量釋放掉。這種工藝保證條件是：線束回彎半徑不小于10倍的線束直徑；線束通過熱縮帶進行纏繞和塑形處理，保證了線束具有一定的剛度，同時也具有一定的柔韌度，確保在1、2、5方向上具有一定的釋放空間。因此確定在3和4方向施加擾動力進行疲勞擾動試驗，即在水平方向上施加擾動力。

圖1 線纜束受力分析圖

本試驗通過往復運動機構對線束施加水平方向的擾動力，驗證連接器尾罩處理工藝的可靠性。試驗中使用的1套往復運動電機、電源和調速器各一個，如圖2所示。

圖2 往復運動機構

往復電機行程可調節為12mm、16mm、20mm、25mm，見圖3，不同的行程對應的扭力也不同，試驗中選用的往復電機具體參數為：直流電電壓24V，行程25mm，產生的扭力為0.9kg·cm。使用此電機逐一對X1、X2、X3、X4連接器進行擾動試驗，每次僅對一個連接器進行擾動試驗。

圖3 往復電機行程

針對此次擾動試驗，設計了專用試驗工裝，如圖4所示。底面板尺寸為600mm×500mm，每個連接器設置了三組線卡固定點，間距為200mm、300mm、400mm。側面板的尺寸為600mm×150mm，在側面板上設置了4個連接器安裝孔，可安裝J14A和J36A兩種型號的4個連接器，安裝位號定義為X1、X2、X3、X4。

圖4 試驗工裝設計圖

本次擾動試驗選用實際工況中使用的J14A、J36A連接器，導線選擇C55-0122-22-6/9、C55-1122-22-6/9、C55-0122-22-6三種型號，X1～X4共4組連接器，只對連接器插頭進行電裝，連接器插座依次固定在工裝件上，實驗時，連接器插頭逐個與插座互連在一起。X1～X4連接器插頭的工藝實施流程為：下線、分類后標記線束、處理導線端頭、完成連接器單端焊接、X1和X2連接器使用熱縮帶對線卡位置的線束纏繞并塑形處理，線卡處的熱縮帶漏出線卡3～10mm。X3連接器在用熱縮帶對線束防護的基礎上點GD414，X4連接器在用熱縮帶對線束防護的基礎上點環氧膠。

壓線卡位置線束在常規工藝處理的基礎上分別做點GD414硅橡膠、3M-2216環氧膠、不點膠處理。具體的樣品準備清單及工藝狀態如表1所示。

表1 試驗樣品準備清單及工藝狀態

連接器組件制作工藝實施流程為：下線、分類→線束標記→導線端頭處理→連接器焊接→尾罩處理及安裝。連接器組件制作后，逐一用往復電機對每個連接器進行5000次的擾動試驗，試驗后從微電阻阻值變化、X光影像、拉脫力測試三方面評估擾動力對焊點的影響。通過比對擾動前后電阻值的變化，初步判斷焊點是否開裂，并從X光影像對每個焊點進一步觀察焊點形態是否有變化，最后對線束進行拉脫力測試，比較不同的尾罩處理工序抗拉力值的差異。

3 抗擾動試驗實施方法

3.1 試驗流程

試驗流程為連接器組件制作→試驗件安裝→電阻測試→擾動試驗→開蓋檢查→拉脫力測試→X-RAY檢查→電阻測量。

3.2 工藝實施過程

按照表1規定的線型下線，下線長度控制在(600±5)mm。根據試驗規劃，共計4組連接器，每組分為頭和座，連接器座直接安裝在工裝上，不需要下線處理，因此只需對連接器頭對應的線纜進行下線處理，下線后進行線束分類，線束不套外防護套，使用綁線綁扎，綁扎間距為200～300mm，待用。

下線完成后，使用標簽打印機對分組后的線束線纜標記，隨后對導線束處理端頭、焊接及安裝連接器引線。使用熱縮帶對線卡位置的線束纏繞并塑形處理，確保熱縮帶形狀與線卡形狀相當，線卡處的熱縮帶應漏出線卡3～10mm，按照表1規定的工況，對尾罩處理后的線束根部進行點膠處理（X1、X2不點膠，X3點GD414硅橡膠、X4點3M-2216環氧膠）。點膠時應保證每根線束都有膠，且膠液不得超過線卡壓接范圍。

3.3 試驗件安裝

將預先制作好的電連接器組件安裝到“L”型試驗工裝上（工裝面板安裝連接器座，連接器頭去向為帶線束的連接器組件），在距離連接器尾罩200mm處將線束固定在骨架上，然后將往復運動電機擾動桿按照圖5方向固定在線束角的頂點。

圖5 試驗件安裝圖示

每次實驗僅安裝一個連接器，每個連接器安裝到預定工位處，保證實驗過程中除連接器狀態不同外其他實驗因素均相同。

3.4 試驗過程

試驗前，使用微電阻測試儀對4組電纜組件逐點測量電阻值并記錄，然后對X1～X4連接器和線纜進行5000次的擾動試驗，往復電機的工作頻率是1min做83次往復運動，通過往復電機對每根線纜進行60.2min的水平擾動后，逐點測量電阻值、記錄，與擾動試驗前的電阻值對比，通過電阻值變化的幅度判斷擾動試驗對焊點連接可靠性影響的大小。做完擾動力試驗后，通過X光觀察連接器焊點形態，即擾動試驗是否使焊點出現開裂、疲勞等現象。通過X光觀察焊點是否存在可靠性問題；再對4根線束分別進行拉脫力測試，在每根電纜的不同位置隨機選擇6根線進行抗拉力試驗，記錄拉力值，最后對連接器開蓋檢查，觀察焊點形態。

4 試驗結果分析

通過計算機模擬仿真分析，載荷發射過程中，線束的微擾動約在2000次，為驗證連接器焊接及尾罩處理工藝可靠性，試驗參數翻倍，對線束進行約5000次的擾動，通過結果比對哪種工藝處理方式更可靠。

4.1 微電阻測量

使用微電阻測試儀對線纜束擾動試驗（5000次）前后進行了微電阻測試，從前后測量數據對比看，微電阻測量值無明顯變化，沒有出現阻值階躍性變化，說明在連接器焊點及線束鏈路上沒有出現線束斷路、焊點開裂情況，圖6是4種連接器試驗前后各點微電阻分布圖。從圖中分析認為，微電阻數量在試驗前后基本能夠擬合，沒有大的數據突變。

圖6 四種連接器擾動前后微電阻雷達分布圖

4.2 焊點的X光影像

在對4個連接器各自進行擾動5000次擾動試驗后，對焊點在X-RAY條件下檢查，引線與焊杯對位良好，所有線芯均插入了焊杯底部，焊錫量飽滿，沒有焊點開裂、導線斷開等開路現象，如圖7～圖10所示。

圖7 X1連接器X-RAY影像

圖8 X2連接器X-RAY影像

圖9 X3連接器X-RAY影像

圖10 X4連接器X-RAY影像

4.3 拉脫力測試

4.3.1 X1連接器拉脫力測試結果

對4種工況的連接器進行拉脫力測試（X1尾罩填充熱縮帶、X2尾罩填充熱縮帶、X3尾罩填充熱縮帶+GD414硅橡膠、X4尾罩填充熱縮帶+3M-2216環氧膠），采用設備型號為PT-20的拉脫力測試儀，拉伸速度設定為25mm/min，隨機抽取6根線進行拉力測試，評估線束尾罩處理工藝對抗拉力的影響。分析如下：

表2是X1連接器拉力測試結果。其中，3號、18號、37號導線從連接器尾罩內側斷裂，14號、16號、20號導線從連接器尾罩外側斷裂，均值53.17N。經開蓋觀察發現，如圖11所示，焊點良好未發現存在疲勞現象，拉斷表象為抽斷，沒有在焊杯根部斷裂。導線存在內外側均有斷裂的現象，說明擾動的應力經連接器尾罩已經對連接器線卡內部的線束有了一定的影響，但應力未對焊點造成影響。

表2 X1連接器拉脫力測試結果

圖11 X1連接器3號導線焊點檢查

4.3.2 X2連接器拉脫力測試結果

表3是X2連接器拉脫力測試結果。X2連接器型號是J36A-38，使用的是22#雙絞線，連接器尾夾使用熱縮帶填充。對X2連接器線束隨機抽取6根線進行拉力測試，均值為85N，其中，2號、24號導線從連接器尾夾外側斷裂，7號、8號、18號、19導線從連接器尾夾里側斷裂，8號、18號、19號導線出現了針被抽出的現象，觀察焊點，在內側拉斷處均未在焊點位置，均為抽斷，說明擾動試驗未造成焊杯根部線束疲勞。試驗中出現的抽針現象與連接器本身結構有關，但也說明存在外界干擾應力傳遞現象，但未對焊點造成影響。

表3 X2連接器拉脫力測試結果

4.3.3 X3連接器拉脫力測試結果

表4是X3連接器拉力測試結果，X3型號是J36A-38，使用22#雙絞線，連接器尾罩在使用熱縮帶填充的基礎上點GD414膠。對X3連接器線束隨機抽取6根線進行拉力測試，均值為84N，如圖12所示，2#、6#、21#、25#從尾罩里側拉斷，12#、15#從外側拉斷。開蓋后目視檢查，焊點未發現疲勞，拉斷處均未在焊杯位置，說明擾動力未造成焊杯位置線束疲勞。同時尾罩加入硅橡膠后，拉力值有增強的效果。

表4 X3連接器拉脫力測試結果

圖12 X3連接器開蓋后檢查

4.3.4 X4連接器拉脫力測試結果

表5是X4連接器拉脫力測試結果，X4連接器型號是J14A-51，使用了22#雙絞屏蔽線和22#雙絞線，連接器尾罩在使用熱縮帶填充的基礎上點3M-2216環氧膠。隨機抽取6根導線進行抗拉力測試，均值為91.42N，所有導線均在連接器外側被拉斷，開蓋檢查發現焊點均良好，針未被抽出。試驗結果表明添加3M-2216環氧膠后，抗拉力值有明顯的提高，且線束均在連接器外側被拉斷，證明外界的擾動力未傳遞到連接器內，未對焊點產生干擾。

表5 X4連接器拉脫力測試結果

5 結束語

針對某項目電纜網中使用頻次較高的J14A、J36A連接器，開展了焊接及組裝工藝試驗研究，通過在水平方向施加擾動力進行疲勞擾動試驗后，在X光下觀察焊點，4根試驗線纜的焊點均未出現焊點開裂、導線斷裂等開路現象，經拉脫力測試證明，外界因擾動產生的力沒有造成焊點開裂，尾罩內部拉斷線束均未在焊杯位置，可以將連接器尾罩的處理工藝應用到線纜網的實際制作中。為提高連接器尾部線束的抗擾動性，可添加GD414硅橡膠和3M-2216環氧膠，環氧膠對尾部線束加固作用強于GD414硅橡膠，但環氧膠的實施工藝不利于返修，可根據項目實際工況選擇。

1 邢焰，王向軻. 航天器材料[M]. 北京：北京理工大學出版社，2018. 5

2 柴紅珍，靳志軍，艾士娟，等. 電纜網制作工藝及質量改進[J]. 設備管理與維修，2019(13)：67～68

3 黃鵬，張云龍，張偉平，等. 一種有限空間內活動線纜的布線工藝[J]. 電子工藝技術，2015，36(3)：158～162

4 田景玉，穆希鵬，王玉龍，等. 有限空間內活動線束連接器尾夾實施工藝[J]. 航天制造技術，2020(2)：5～7

Experimental Study on Anti-disturbance Technology of Tail Harness of Aerospace Cable Network Connector

Wang Lingwei Wang Yulong Wang Wei Zhang Xueli

(Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of sciences, Changchun 130033)

In this paper, the welding and assembly process test research on the J14A and J36A connectors that are frequently used in the cable network of a project is carried out, including process test process, process method, test preparation and implementation, etc. By applying a certain disturbance force to the connector components, the reliability of the connector welding and tail cover treatment process is verified, and the influence of the disturbance force on the solder joints is evaluated from the three aspects of micro-resistance resistance change, X-ray image, and pull-off force test. Follow-up electronic assembly work provides a certain process guarantee.

high reliability；cable network；connector；anti-disturbance

TN605

A

國防預研基金（O5001SA050）。

王羚薇（1992），助理研究員，計算機應用技術專業；研究方向：軍工/航天產品電裝可靠性研究。

2021-06-18