- 重視連接器質(zhì)量保證航天安全
- 航天電連接器的可靠性分析
- 電連接器使用可靠性分析
- 保證航天電連接器可靠性的措施
- 航天電連接器的可靠性預(yù)計
電連接器及其組件是航天系統(tǒng)工程重要的配套接口元件，散布在各個系統(tǒng)和部位，負(fù)責(zé)著信號和能量的傳輸。其連接好壞，直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。由電連接器互連組成各種電路，從高頻到低頻、從圓形到矩形、從通過上百安培的大電流連接器到通過微弱信號的高密度連接器、從普通印制板連接器到快速分離脫落等特種連接器，幾乎所有類型品種的電連接器在航天系統(tǒng)工程中都得到了大量應(yīng)用。
例如某型號地面設(shè)備就使用了各種電連接器400套。任何一個電連接器接點(diǎn)失靈，都將導(dǎo)致航天器的發(fā)射和飛行失敗。戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈彈體內(nèi)的導(dǎo)引頭、戰(zhàn)斗機(jī)、發(fā)動機(jī)、自動駕駛儀等關(guān)鍵部件，都是通過由電連接器為基礎(chǔ)器件，使成百上千個接點(diǎn)的電纜網(wǎng)組成一個完整的武器互連系統(tǒng)，一個接點(diǎn)出現(xiàn)故障，即會導(dǎo)致整個武器系統(tǒng)的失效。
一、航天電連接器的可靠性分析
電連接器的可靠性包括固有可靠性和使用可靠性兩方面。圖1列出了影響電連接器可靠性的主要因素。
1．固有可靠性
電連接器的固有可靠性一般是指電連接器制造完成時所具有的可靠性，它取決于電連接器的設(shè)計、工藝、制造、管理和原材料性能等諸多因素。電連接器制作完成后，其失效模式和失效機(jī)理已固定，因此只有在可靠性設(shè)計的基礎(chǔ)上，保證生產(chǎn)線上嚴(yán)格采取可靠性技術(shù)措施（如生產(chǎn)工藝的嚴(yán)格控制、生產(chǎn)環(huán)境條件的控制、各工序過程中的質(zhì)量檢測等），才能保證電連接器的固有可靠性。
(1)設(shè)計可靠性
①合理選材
選材是保證電連接器電性能和可靠性的重要前提，電連接器所用材料決定了工作溫度上限，而起決定作用的是絕緣材料、環(huán)境密封電連接器所用的密封材料、膠粘材料、殼體和接觸件所用材料等。材料選用涉及連接器的力學(xué)、電氣、環(huán)境等性能要求和材料本身的理化性能等。其中材料熱學(xué)性能（耐熱溫度、熱導(dǎo)率、高溫強(qiáng)度及熱變形等）是設(shè)計必須考慮的主要因素。電連接器絕緣體選用不同的絕緣材料，其絕緣耐壓等電氣性能也有明顯差異。電連接器殼體和接觸件選用時，除考慮導(dǎo)電、導(dǎo)熱和結(jié)構(gòu)剛度外，還應(yīng)考慮相互配合和接觸材料的電化學(xué)相容性和硬度匹配性。
②結(jié)構(gòu)型式
結(jié)構(gòu)型式是決定產(chǎn)品可靠性的重要因素，合理的結(jié)構(gòu)型式既避免了誤插，又提高了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
(2)工藝可靠性
殼體的加工工藝、絕緣體的注塑和膠接工藝、接觸件的成型和鍍金工藝、電連接器總裝工藝和與線纜的端接工藝等，對產(chǎn)品固有可靠性至關(guān)重要。
鍍金接觸件用手工滾鍍，往往導(dǎo)致個別插孔內(nèi)壁局部沒有膜層，呈氧化色，而引進(jìn)超聲波鍍金生產(chǎn)線，并用儀器嚴(yán)格監(jiān)控鍍金層厚度，使內(nèi)壁形成均勻膜層，提高了接觸可靠性。
(3)檢驗(yàn)可靠性
電連接器在各關(guān)鍵工序加強(qiáng)檢驗(yàn)，通過嚴(yán)格的工藝篩選，剔除失效產(chǎn)品。交收試驗(yàn)時，除檢查常規(guī)電性能指標(biāo)外，還應(yīng)百分之百進(jìn)行外觀質(zhì)量檢查，特別是多余物檢查十分重要，除目視和借助放大鏡外，必要時可用體視顯微鏡判定缺陷性質(zhì)。在交收試驗(yàn)和二次補(bǔ)充篩選過程中，必須按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的質(zhì)量水平嚴(yán)格控制。當(dāng)超過不合格率時，應(yīng)對每批產(chǎn)品進(jìn)行失效分析，查清失效原因，并采取有效的改進(jìn)措施。[page]
2．使用可靠性
電連接器在使用過程中會遇到電、熱、機(jī)械和化學(xué)等應(yīng)力的作用，如忽視了正確選型和貯存使用等情況，即使使用經(jīng)二次補(bǔ)充篩選的產(chǎn)品，仍會出現(xiàn)失效。特別是隨著近年來許多小型化、高密度、多功能等新型電連接器的不斷出現(xiàn)，許多設(shè)計工藝人員還未正確掌握這些新型電連接器的使用方法，導(dǎo)致由于使用不當(dāng)造成的失效案例在整個電連接器失效統(tǒng)計中占有較大比例。
(1)選型可靠性
應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場使用實(shí)際要求選擇最適當(dāng)?shù)碾娺B接器型號，主要考慮以下幾點(diǎn)因素。
①電氣參數(shù)：工作電壓（取耐電壓值的三分之一）、額定電流、內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體的接觸電阻、特性阻抗、電壓駐波比、屏蔽性能及抗干擾性能等。
②機(jī)械參數(shù)：振動沖擊、碰撞機(jī)械壽命、單孔分離和總分離力等。
③環(huán)境參數(shù)：溫度、濕度、振動、沖擊、鹽霧、灰塵、輻射、電磁干擾及密封性能（包括漏率、水壓、淋雨）等。
④安全參數(shù)：接點(diǎn)間和接點(diǎn)與外殼間的絕緣電阻、耐電壓、阻燃性、質(zhì)量等。
⑤端接方式：焊接、壓接、繞接、刺破連接、螺釘連接等。
⑥結(jié)構(gòu)形式：接觸件的可拆卸性、接觸件的種類和結(jié)構(gòu)形式等。
⑦連接、鎖緊方式：卡口式、直插式式、螺紋連接式、中心螺紋桿式等。
⑧安裝方式：面板式、電纜式、螺母式、穿墻式等。
⑨操作適宜性：操作空間大小、防誤操作結(jié)構(gòu)、連接到位指示等。
⑩尾部附件形式。
⑾外形尺寸。
⑿應(yīng)根據(jù)在整機(jī)系統(tǒng)中的作用和地位，選擇適宜的質(zhì)量等級。
⒀界面型譜的選擇。應(yīng)根據(jù)實(shí)際使用的芯數(shù)，查取接觸件額定電流下降Q值（見表1）。
單個接觸件額定電流≥單個接觸件承載電流／（1-Q） (1)
再根據(jù)計算出的接觸件額定電流值查出接觸件插配直徑（見表2）。
最后選擇所需要的電連接器型譜。注意應(yīng)使電纜線芯與接觸件接線孔直徑匹配，避免過粗的線芯損傷接觸件端接處。
(2)貯存可靠性
貯存環(huán)境的溫度、濕度、清潔度和腐蝕性氣體都將影響電連接器的性能參數(shù)，特別是濕度對絕緣電阻尤為敏感。如H2S、SO2等氣體，會使接觸件鍍層表面生成一層氧化物或硫化物絕緣膜，在潮濕環(huán)境中反應(yīng)速度更快，生成更厚的絕緣膜，嚴(yán)重影響電連接器的接觸可靠性。為此，對航天等高可靠電連接器的貯存環(huán)境條件要求十分嚴(yán)格。特別是經(jīng)二次篩選的電連接器，必須十分重視貯存環(huán)境條件。根據(jù)QJ2227“航天用電子元器件貯存和超期復(fù)驗(yàn)要求”，電連接器的貯存環(huán)境條件分為三類，見表3。
(3)安裝可靠性
安裝人員應(yīng)首先了解電連接器的技術(shù)特性，不得過負(fù)荷、過應(yīng)力使用，應(yīng)按操作使用方法正確連接和分離，避免燒壞或損傷電連接器。連接前檢查是否存在多余物，是否有外殼銹蝕、針孔異樣、鎖緊機(jī)構(gòu)不靈活等現(xiàn)象，避免尾罩受力松動和電纜線芯受力損傷。使用過程中應(yīng)小自輕放，不能亂丟亂放，防止接觸件受力彎曲和受污染。連接不具備防誤操作電連接器前，必須認(rèn)真核實(shí)電連接器型號和標(biāo)識是否相對應(yīng)，并應(yīng)正確定位，防止反插或誤插。電連接器長期分離時，應(yīng)蓋上防護(hù)罩，否則容易發(fā)生插針碰歪、變形或多余物掉人等問題。對電連接器進(jìn)行性能測試時，應(yīng)使用合格和新的插頭（座）或模擬插針，不能用探針或銅棒插人插孔進(jìn)行測量，否則會造成插孔松弛導(dǎo)致接觸不良。為保證端接后電連接器的可靠性，應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)范選用型號規(guī)格適的連接導(dǎo)線和接線工具，掌握正確的焊接、壓接、繞接等工藝。防止虛焊、虛壓、端接脫落、斷裂和污染等事故。特別是焊接后應(yīng)及時清理焊瘤、殘渣等。分解電連接器時必須按要求拆裝和檢查，應(yīng)特別注意有無漏裝、是否到位、接點(diǎn)序號是否準(zhǔn)確、橡膠件有無絞結(jié)等。裝配后應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的試連接，以保證互換性。拆裝時應(yīng)妥善保管零件，防止松散失效。
二、保證航天電連接器可靠性的措施
1．選用列入國防科工委軍用元器件管理中心公布的合格產(chǎn)品清單中的電連接器。
2．選用列入航天系統(tǒng)工程“各型號電子元器件優(yōu)選目錄”中的電連接。
3．合理選用質(zhì)量等級。
4．優(yōu)先選用標(biāo)準(zhǔn)或通用型電連接器，慎用非標(biāo)準(zhǔn)或新型號電連接器。
5．做好交收試驗(yàn)和二次補(bǔ)充篩選。
6．重視電連接器的使用可靠性。
三、航天電連接器的可靠性預(yù)計
對國產(chǎn)電連接器的失效率可采用國軍標(biāo)GJB/Z299B-98“電子設(shè)備可靠性預(yù)計手冊”進(jìn)行預(yù)計，可根據(jù)下式求出。
λp=λb×πE×πQ×πP×πK×πC
式中： λp—工作失效率；
λb—基本失效率；
πE一環(huán)境系數(shù)；
πQ—質(zhì)量系數(shù)；
πP—接觸件系數(shù)；
πK—插拔系數(shù)；
πC—插孔結(jié)構(gòu)系數(shù)。
對進(jìn)口電連接器的失效率可采用美軍標(biāo)MIL-HDBK-217E“電子設(shè)備可靠性預(yù)計”進(jìn)行預(yù)計，可根據(jù)下式求出。
λp=λb×πE×πP×N λcyc(3)
式中：N—工作插腳數(shù)，對于插拔率≤40次/1000h的電連接器，λcyc項(xiàng)可忽略不計。
四、結(jié)論
大量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，在航天產(chǎn)品的質(zhì)量缺陷中，屬于電連接器問題部分約占70%，剩下的30％才屬于制造、裝運(yùn)等其它問題。航天產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)是航天產(chǎn)品質(zhì)量的源頭。因此，在航天產(chǎn)的設(shè)計工作中有效進(jìn)行電連接器的可靠性分析工作，以提高航天產(chǎn)品的質(zhì)量就顯得尤為迫切。
不斷提高航天產(chǎn)品質(zhì)量是裝備部門、軍工企業(yè)和各科研院所不可推卸的責(zé)任。開展航天電連接器的可靠性分析工作對識別并消除航天產(chǎn)品潛在的質(zhì)量缺陷有著舉足輕重的作用。事先很好地進(jìn)行電連接器的可靠性分析工作，能夠容易地對航天產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計更改，從而減少或消除因設(shè)計帶來更大損的機(jī)會。適時進(jìn)行航天電連接器的可靠性分析工作，將極大地提高航天產(chǎn)品的質(zhì)量。
