連接器常見失效類型及原因分類分析

王奇，王彥波，李劉霞

（河南天海電器有限公司，河南 鶴壁 458030）

1 背景

伴隨著汽車行業的快速發展，人們對汽車各項功能的安全性和可靠性的要求不斷提升。汽車連接器作為連接車身線束的紐帶，汽車連接器安全性和可靠性也愈加廣泛引起了人們的關注。

本文即在此背景下，結合連接器使用過程中的跟蹤反饋，對連接器失效的常見類型進行了歸納分類，并對問題發生的主要原因進行闡述，方便人們對連接器常見失效形式的理解，同時也可作為汽車連接器失效模式分析的參考。

2 失效類型

經過多年對連接器市場反饋的數據調查分析，發現目前市場上常見的汽車連接器失效類型大致可分為：護套斷裂、端子退位、密封失效、端子彈片失效。以上失效模式均會對連接器功能產生影響，甚至導致功能喪失，屬于高嚴重度失效模式。

下面就對以上幾種失效類型進行分類分析闡述。

2.1 護套斷裂

護套是組成連接器的一部分，其成分多采用高分子工程塑料。常用的材料有尼龍、聚丙烯、聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBT）等。護套的主要功能是承擔端子的固定支撐和絕緣防護。因此，護套自身既要有足夠的強度用來滿足支撐和防護，同時還要有足夠的韌性，滿足連接器安裝與拆卸的需要。而高分子材料的分子鏈對于外部環境的影響普遍比較敏感。例如尼龍材料在濕熱環境中強度會明顯降低，韌性會大幅度增強，這就很容易出現端子在護套中的保持力不合格問題；而在干冷的環境中，強度會明顯上升，但韌性會明顯下降，此時易出現斷裂問題。

連接器的斷裂形式主要表現為連接器折彎部位的脆斷，如常見的護套鉸鏈在翻折過程中出現的斷裂（圖1）。發生斷裂的主要因素一般包含以下幾種。

圖1 連接器鉸鏈斷裂圖片

1）護套材料含水率超標。高分子材料對于含水率要求比較嚴格，所以在進行注塑生產前一般都要進行規范的烘料操作，其目的是使材料滿足一定的含水率要求，如含水率偏低會改變材料的韌性，提升斷裂發生的概率。

2）注塑溫度不合適。過高的注塑溫度會導致高分子材料的分子鏈發生斷裂和重組，改變材料的原有特性，也會影響材料的韌性，加劇產品斷裂的發生。

3）注塑機型號（排量）與產品不匹配。排量過大的注塑機生產體積較小的產品，會導致材料在注塑設備中熔融狀態過長，致使材料分子鏈發生降解，改變了材料的特性，降低材料的性能。

4）對于鉸鏈產品，鉸鏈處的長度與鉸鏈厚度比值過小（圖2）。在鉸鏈折合過程中也會因鉸鏈折彎處應力過大而出現斷裂。

圖2 鉸鏈結構示意圖

5）原材料自身的韌性偏低也會加劇斷裂發生的風險。例如PBT材料因自身的材料韌性偏低的原因，就更容易出現斷裂的缺陷，故在對連接器設計前期選材時，要充分考慮產品的使用環境，選擇合適的材料。

所以，在連接器生產過程中，要嚴格按照既定的生產工藝操作，不得隨意調換生產工藝和生產設備，同時要確保合理的產品結構，然后根據產品使用環境，選擇合適的材料，以此減小斷裂發生的幾率。

2.2 端子退位

連接器端子退位會直接導致連接器電流或信號傳輸的中斷，導致功能的喪失，屬于高嚴重度的失效模式。

導致連接器端子退位的原因一般有以下幾種。

1）裝 配 過 程原因。出現該種失效大多是因為端子沒有安裝到位，端子與護套沒有形成有效的掛接，此時端子處于虛掛狀態（圖3），致使端子在受力時很容易脫出護套，出現這種情況一般是裝配工人在裝配端子的時候沒有嚴格執行“一插二聽三回拉”的要求，致使缺陷發生。

圖3 連接器端子虛掛示意圖

2）產品結構原因。端子或護套由于結構或者自身材料原因，導致端子與護套掛接結構的強度不夠（端子在護套中保持力不滿足標準要求），端子在受到尾部壓接導線的拉力時，出現端子被拉出情況。出現這種缺陷一般有以下兩種情況：一種是端子的掛接彈刺強度不足被拉壞（圖4）；另一種是護套的彈舌強度不足受拉損壞（圖5）。

圖4 端子彈刺破壞示意圖

圖5 護套彈舌損壞示意圖

3）連接器對配中心偏 移（圖6）。出現此種情況的原因一般有以下幾種：①連接器的對配中心距尺寸不一致，對配時插頭端子與插座端子或者插座護套干涉，導致端子被頂出；②連接器間的配合間隙過大，導致連接器在對插過程中心偏移，致使缺陷發生；③插頭端子與插頭護套型腔配合間隙過大，或者插頭端子在護套缺少可靠的定位結構，導致端子頭部偏移，從而影響了連接器的正常對插；④插頭端子壓接后變形，導致端子裝配后偏移，導致缺陷的發生。

圖6 對插中心偏移狀態示意圖

所以，規避連接器退位問題首先要求連接器具有足夠的保持力，其次制定合理的端子裝配規范，然后配合規范的連接器配合間隙，滿足以上條件，端子退位問題基本上就可以避免。

2.3 密封失效

用于汽車濕區的線束連接器，防水性是濕區連接器必備的性能要求，例如發動機艙（圖7）。連接器防水部件主要分為密封圈和密封堵兩種。密封圈是用來實現連接器之間的密封，密封堵是用來實現導線和連接器進線端的密封。密封圈又分為軸向密封和端面密封，密封堵又分為單獨密封堵和整體式密封堵。

圖7 汽車干區/濕區劃分

密封部件失效主要表現形式：密封部件上用于密封作用的密封筋存在缺口缺陷；與密封部件配合的護套密封區域存在拼縫、毛刺、注不滿等注塑缺陷（圖8）；密封部件的有效密封過盈量不足；高溫老化后密封部件發生不可逆轉的塑 性 變 形（圖9）。以上因素均會導致密封失效的發生，所以在生產管控階段要確保密封圈以及護套密封區域的光滑平整，同時選用可以滿足高溫老化的密封圈材料。

圖8 密封部位注塑缺陷示意圖

圖9 密封圈老化前后對比圖

整體式密封堵失效還有一種特殊的失效形式：整體式密封一般采用的是端子后裝的形式穿過密封堵，端子在裝配過程中很容易造成密封堵內圈密封區域撕裂，致使密封失效。故整體式密封堵要求適配的端子頭部務必光滑無棱角、毛刺等外觀缺陷，以此可規避此類缺陷的發生。

2.4 端子彈片失效

端子彈片最直接作用是為插頭端子與插座端子有效接觸提供可靠的正壓力F，滿足電流和信號傳輸的可靠性（圖10）。

圖10 插頭端子與插座端子裝配示意圖

端子彈片失效情況一般由以下幾種原因導致：①端子在生產過程中出現彈片間隙尺寸L過大導致的彈片無法與插頭端子接觸，進而無法為插頭端子提供可靠的正壓力F導致接觸失 效（圖11）；②端子安裝護套后在電檢過程中，因電檢的探針卡死不回彈，過度擠壓彈片導致的彈片不回彈（圖12）；③返工返修時操作不當，過度擠壓端子彈片造成端子彈片不回彈；④端子彈片根部折彎圓弧R過小，產生的應力集中，彈片在變形過程中，在折彎圓弧根部產生了塑性變形（圖13）。

圖11 插頭端子與插座端子配合示意圖

圖12 探針工作原理示意圖

圖13 插座端子彈片根部圓弧示意圖

因此，解決端子彈片失效的方案需要生產過程嚴格控制端子的彈片間隙和圓弧根部尺寸，以及定期檢驗電檢工裝和規范返工返修工位，即可最大程度地減小彈片失效問題的發生。

3 小結

綜上所述，導致連接器的失效形式包含了斷裂、端子退位問題、密封問題、端子彈片失效等。所以，在連接器設計以及選型時，務必要根據連接器的使用環境，有針對性地確定連接器性能檢測項目，同時要嚴格執行連接器操作規范，避免因操作不當導致缺陷的發生。