從電纜斷裂看連接器失效預防

劉偉亮

(北京航天新立科技有限公司，北京，100039)

1 電纜失效原因分析

1.1外觀觀察

對于A電纜，導線在連接器焊點處發(fā)生斷裂。實體顯微鏡下對斷口進行觀察，斷口表面存在金屬光澤，斷口附近未見機械損傷及腐蝕痕跡，斷口宏觀形貌如圖一所示。

圖1 斷口宏觀形貌

1.2 解剖觀察與分析

在掃描電子顯微鏡下對導線的斷口進行觀察，斷口較為平齊，其中2根芯線斷口表面存在明顯的縮頸現(xiàn)象，斷口的終斷區(qū)為韌窩形貌，其余10根芯線斷口表面較為平齊，且斷口從兩側起源向中部擴展，中部終斷區(qū)為韌窩形貌，局部有疲勞條帶存在，從斷口形貌判斷，存在明顯的縮頸現(xiàn)象的芯線斷口應為塑性斷裂，其余斷口為疲勞斷裂，斷口顯微形貌如圖二到圖五所示。

圖2 掃描電鏡下器件斷口形貌

圖3 掃描電鏡下器件斷口形貌

圖5 掃描電鏡下器件斷口形貌

根據(jù)上述觀察，分析認為:導線斷裂的原因是導線在使用過程中受到交變應力作用引起10根芯線產(chǎn)生疲勞斷裂，剩余2根芯線受至外力作用而產(chǎn)生塑性斷裂，整個斷裂過程為順序斷裂。

1.3 分析結論

通過觀察與分析，認為:導線斷裂的原因是導線在使用過程中受到交變應力作用引起10根芯線產(chǎn)生疲勞斷裂，剩余2根芯線受外力作用而產(chǎn)生塑性斷裂，整個斷裂過程為順序斷裂。

2 電纜失效原因分析

B電纜，該產(chǎn)品在使用過程中，內(nèi)部同軸電纜的屏蔽層及芯線均出現(xiàn)開路現(xiàn)象，進行X射線檢查，發(fā)現(xiàn)電纜在一側插頭根部附近斷裂，對電纜斷裂原因進行分析。

2.1 外觀觀察

用體視顯微鏡對電纜外觀進行觀察，電纜兩端各有1只插頭，未見電纜外部存在機械損傷痕跡，進一步用體視顯微鏡對插頭進行觀察，插頭外部標識清晰，外部殼體未見機械損傷及腐蝕痕跡，電纜及插頭外部形貌如圖六所示。

圖6 產(chǎn)品宏觀形貌

2.2 解剖觀察

用機械方法將電纜外部的絕緣皮去除后，用體視顯微鏡對內(nèi)部進行觀察，內(nèi)部的屏蔽網(wǎng)在連接器尾部位置斷裂，內(nèi)部的中心芯線與屏蔽網(wǎng)之間存在一層白色聚四氟絕緣層，屏蔽斷裂位置的聚四氟絕緣層已經(jīng)擰成麻花狀，電纜內(nèi)部形貌如圖七所示。

圖7 電纜內(nèi)部形貌

將斷口取下后，用體視顯微鏡對斷口進行觀察，電纜的屏蔽層及中心芯線均已經(jīng)斷裂，芯線及屏蔽層的斷口較為平齊，表面存在金屬光澤，斷口位置形貌如圖八所示。

圖8 斷口宏觀形貌

2.3 斷口顯微觀察與分析

在掃描電子顯微鏡下對斷口進行觀察，屏蔽網(wǎng)芯線的斷口均存在明顯的縮頸現(xiàn)象，且中部終斷區(qū)為韌窩形貌，從斷口形貌判斷，屏蔽網(wǎng)應為受到外力作用產(chǎn)生塑性斷裂；中心芯線的斷口較為平齊，表面為扭轉形態(tài)的剪切窩形貌，從其形貌判斷，中心芯線受到扭轉應力作用導致中心芯線扭斷，斷口顯微形貌如圖九到圖十二所示。

圖9 掃描電鏡下斷口形貌

圖10 掃描電鏡下斷口形貌

圖11 掃描電鏡下斷口形貌

圖12 掃描電鏡下斷口形貌

2.4 分析結論

通過觀察與分析，認為:電纜開路失效的原因是由于內(nèi)部的屏蔽網(wǎng)及中心芯線斷裂所致，屏蔽層及中心芯線斷裂的原因是由于同軸電纜受到扭轉應力作用，導致屏蔽網(wǎng)芯線產(chǎn)生塑性斷裂且中心芯線扭斷。

3 電纜斷裂原因分析

C電纜，該電纜在使用過程中，同樣是導線在焊點附近發(fā)生斷裂。對該導線斷裂原因進行分析。

3.1 外觀觀察

在實體顯微鏡下對斷口進行觀察，斷口表面存在金屬光澤，斷口附近未見機械損傷及腐蝕痕跡，斷口宏觀形貌如圖十三所示。

圖13 斷口宏觀形貌

3.2 解剖觀察與分析

在掃描電子顯微鏡下對導線的斷口進行觀察，斷口較為平齊，其中19根芯線斷口表面均存在明顯的縮頸現(xiàn)象，斷口的終斷區(qū)為初窩形貌，從斷口形貌判斷，導線的斷口應為塑性斷裂，斷口顯微形貌如圖十四圖十五。

圖14 掃描電鏡下斷口形貌

圖15 掃描電鏡下斷口形貌

根據(jù)上述觀察，分析認為:導線的斷裂性質(zhì)為塑性斷裂，斷裂的原因是由于導線受到拉應力作用所致。

3.3 分析結論

通過觀察與分析，認為:導線的斷裂性質(zhì)為塑性斷裂，斷裂的原因是由于導線受到拉應力作用所致。

綜合分析上述三種情況。電纜功能失效問題，除去連接器和線的本身因素以外，在連接器和導線的結合處失效情況居多，并且問題可能是多方面。上述三種電纜分別是疲勞斷裂加順序斷裂、擰斷、拉斷三個方面造成。經(jīng)過失效分析后，大家應該對連接器的使用要重點關注一下。拋開產(chǎn)品的機械壽命，無論是各種斷裂方式，都是人為的操作不當引起的。大家在連接器制成電纜后，在用連接器對插到儀器或是其他電纜上完成測試或是試驗時，要注意連接器與導線連接處是否發(fā)生較勁彎曲等情況。有些問題比如電纜中導線疲勞斷裂和順序斷裂，是一個長期的過程。如果經(jīng)常使用電纜時，最好確認一下電纜中和連接器交界處是不是處于自然狀態(tài)，還是長期處于一個應力范圍內(nèi)。如果長期受力，那么久而久之斷裂是必然的。除此之外連接器焊點的牢固性也是需要重點關注，不能偶爾出現(xiàn)虛焊等焊點不合格情況。操作沒問題但是焊點不合格，一定時間后也會發(fā)生斷裂現(xiàn)象?？傊?，大家通過失效分析，就能在一定程度上發(fā)現(xiàn)風險點，從而在后期工作中進行風險預防控制并舉一反三，避免發(fā)生類似問題。