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摘要：1553B數(shù)據(jù)總線用焊接式DK621終端電連接器由于存在固有的設(shè)計(jì)缺陷，電連接器殼體與電纜線屏蔽層焊接時(shí),因內(nèi)部有松香助焊劑問(wèn)題，極容易在產(chǎn)品驗(yàn)收或復(fù)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)導(dǎo)通電阻變大的電氣連續(xù)性超標(biāo)的質(zhì)量問(wèn)題，且此問(wèn)題隨著時(shí)間推移(貯存)或過(guò)應(yīng)力插撥、扭動(dòng),會(huì)加速接觸電阻增大，危害電子設(shè)備應(yīng)用可靠性。

 

關(guān)鍵詞：1553B數(shù)據(jù)總線，屏蔽層焊接，焊接工藝，壓接工藝，工藝措施

 

1 概述

 

1.1 1553B數(shù)據(jù)總線特性

 

MIL-STD-1553B數(shù)據(jù)總線可確保數(shù)據(jù)的高度安全和信號(hào)的完整性，而且具有輕量化，節(jié)省空間，更好的穩(wěn)定性和簡(jiǎn)化電子設(shè)備的檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，已在各種電子設(shè)備中廣泛使用。

 

1.2 國(guó)內(nèi)1553B數(shù)據(jù)總線生產(chǎn)廠現(xiàn)狀

 

1)國(guó)內(nèi)1553B數(shù)據(jù)總線朿生產(chǎn)起步晚，線纜和終端電連接器(如：DK621系列)剛實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，其質(zhì)量和可靠性還待進(jìn)一步成長(zhǎng)，至今不完全的統(tǒng)計(jì)，目前國(guó)內(nèi)用1553B數(shù)據(jù)總線朿主要供應(yīng)廠商為GDYX電子有限公司，該公司是法國(guó)Axon' Cable S.A.S.的子公司，于2000年12月在成立。Axon 是一家有著接近50年歷史的法國(guó)公司，專(zhuān)業(yè)提供先進(jìn)的互連解決方案，在國(guó)內(nèi)YH，HK系統(tǒng)內(nèi)有十年左右的使用經(jīng)驗(yàn)，主要為國(guó)內(nèi)的一些項(xiàng)目提供1553B總線系統(tǒng)。

 

2)近年來(lái)，國(guó)內(nèi)供應(yīng)電連接器的生產(chǎn)廠家都在開(kāi)發(fā)1553B數(shù)據(jù)總線,其數(shù)據(jù)總線中電連接器僅仿制DK621或外購(gòu),線纜一般首選購(gòu)進(jìn)口產(chǎn)品或部分選用國(guó)內(nèi)產(chǎn)品。由于國(guó)產(chǎn)1553B數(shù)據(jù)總線的生產(chǎn)和工藝處于成長(zhǎng)過(guò)程等原因,HTHK等高可靠性要求的產(chǎn)品很難通過(guò)簡(jiǎn)單的驗(yàn)證試驗(yàn)就大膽選用,只有在對(duì)國(guó)外產(chǎn)品充分應(yīng)用成功的基礎(chǔ)上才會(huì)使用。

 

2 終端電連接器的類(lèi)別

 

2.1 1553B數(shù)據(jù)總線朿中普遍選用的終端電連接器主要有兩個(gè)類(lèi)型

 

1)一個(gè)是Raychem(美國(guó)公司)的DK621系列(采用焊接工藝,外形見(jiàn)圖片1)，一些涉及到高端等級(jí)的產(chǎn)品經(jīng)常禁運(yùn)。國(guó)內(nèi)少數(shù)工廠通過(guò)國(guó)產(chǎn)化應(yīng)用驗(yàn)證后能提供產(chǎn)品。

 

2)另一款即是法國(guó)Axon公司的ACB1系列(采用壓接工藝,外形見(jiàn)圖片2)，該電連接器經(jīng)歐空局認(rèn)證后，現(xiàn)型號(hào)為：CONNECTOR ESCC 3401/079 05(插頭)和CONNECTOR ESCC 3401/079 13(插座)。

 

 

圖1-1   DK621(座)電裝后外形圖        

 

 

圖1-2   DK621(頭)電裝后外形圖

 

 

 

圖2-1CONNECTOR ESCC 3401/079 13 (座)電裝后外形圖

 

 

圖2-2CONNECTOR ESCC 3401/079 05 (頭)電裝后外形圖

 

2.2  兩種終端電連接器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

 

這二種電連接器的安裝尺寸、電性能一致，主要差別在于數(shù)據(jù)線束的屏蔽層與電連接鍍鎳光滑殼體的連接電裝工藝不一樣。

 

1) DK621系列電連接器采用焊接工藝

 

a)工藝方法

 

DK621電連接器和線纜屏蔽線是通過(guò)外加金屬套管焊接連接，金屬套管形貌見(jiàn)圖3所示。焊接過(guò)程是：通過(guò)熱噴槍對(duì)熱縮套管加熱，使內(nèi)部含松香助焊劑的焊錫環(huán)熔化，從金屬套管上四個(gè)孔流入套管內(nèi)，焊接鍍銀屏蔽線，并填充金屬套管和電連接器之間的間隙，形成電氣連接。

 

          

 

有熱縮套管的金屬套管

 

 

金屬套管前端加裝扁形焊錫環(huán)

 

 

金屬套管壁上有四個(gè)孔

 

b)工藝特點(diǎn)

 

如何減少金屬套管與電連接器光滑的鍍鎳層之間的間隙，達(dá)到電氣連接可靠、又能達(dá)到規(guī)定的抗外界機(jī)械能力。該間隙中除有線纜的屏蔽線外，還需用錫焊來(lái)填充，因電連接器殼體鍍鎳，無(wú)法上錫焊接，又要保證其間的屏蔽連續(xù)性≤39mΩ/m(注：GDYX電子有限公司的內(nèi)控指標(biāo)為≤30mΩ/m)。由于焊接時(shí)扁形焊錫絲內(nèi)含松香助焊劑，因此在接觸空隙內(nèi)不可避免的會(huì)有松香殘留物(屬絕緣材料)，當(dāng)松香殘留物達(dá)到一定的量時(shí)(如累積厚度均高于線纜鍍銀屏蔽層)就容易產(chǎn)生電氣連續(xù)性質(zhì)量隱患。

 

c)減少松香助焊劑殘留物的措施

 

① 熱噴槍加熱焊接過(guò)程，如何把握焊接溫度和焊接時(shí)間的關(guān)系，此溫度既能保證錫鉛料熔化流入接觸空隙中，松香有充分的升華、排氣的時(shí)間，但這溫度又不能使熱縮套管因過(guò)熱開(kāi)裂損壞。如采取更換熱縮套的辦法，在加熱過(guò)程中要避免電連按器內(nèi)部的絕緣體因熱過(guò)應(yīng)力而損傷、變形，影響電連接器電性能或機(jī)械性能。

 

② 除此外，屏蔽線的線徑也是關(guān)鍵，如選用的線經(jīng)過(guò)細(xì)或根數(shù)少、填充量少，就容易發(fā)生電連續(xù)性質(zhì)量問(wèn)題；如采用雙層屏蔽線(減少了配合間隙)，就不容易產(chǎn)生接觸電阻大的問(wèn)題。

 

③ 噴槍焊接過(guò)程應(yīng)保證電連接器有微量的上翹姿態(tài)(約15º)，禁止反向位置狀態(tài)下焊接，平放位置也是有害的。原因是：焊接過(guò)程松香的液汽化流動(dòng)性很強(qiáng)，可能會(huì)流向中心接插件的針或孔，會(huì)影響電纜組件的動(dòng)態(tài)電性能，且無(wú)法通過(guò)外觀檢查剔除或清除。

 

④ 采用焊接工藝時(shí)，要求電連接器內(nèi)部的絕緣材料和熱縮套管的耐熱性有特殊要求，否則難于在高溫加溫過(guò)程中不熱過(guò)應(yīng)損傷、變形。

 

2) 采用壓接工藝產(chǎn)品

 

a)工藝方法

 

電連接器和線纜屏蔽線的電氣連接是通過(guò)外加金屬套管直接壓接接觸連接，中間沒(méi)有任何介質(zhì)。焊接是一個(gè)局部的迅速加熱和冷卻過(guò)程，焊接區(qū)域由于受到四周工件本體的拘束而不能自由膨脹和收縮，冷卻后在焊件中便產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形，產(chǎn)品焊后都需要消除焊接應(yīng)力，矯正焊接變形。

 

b)工藝特點(diǎn)

 

① 壓接工藝與焊接相比，不使用焊錫，連接處會(huì)有更確定的低的接觸阻抗，對(duì)信號(hào)的傳輸有更好的保證；焊接工藝需要高溫操作，相比較壓接工藝在加工過(guò)程中更安全；壓接后不會(huì)發(fā)生因?yàn)楹附佣鸲搪贰⒔硬寮?插針或插孔)因松香沾染而接觸電阻變大或絕緣材料損傷、變形；相比較，壓接技術(shù)加工更快速，加工工藝更簡(jiǎn)單，節(jié)省時(shí)間，壓接的電纜連接頭抗外界的機(jī)械能力更大。

 

② 壓接技術(shù)與焊接技術(shù)相比還有一個(gè)最重要也是最容易被低估的優(yōu)點(diǎn)，那就是與電纜進(jìn)行安裝的經(jīng)濟(jì)性。

 

總體來(lái)說(shuō)，壓接工藝相比較焊接來(lái)說(shuō)是一種更完善可靠的連接器技術(shù)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域端

 

3 影響電連接電氣性能的其它原因

 

影響1553B數(shù)據(jù)總線電連續(xù)性的因素很多，除焊接工藝因素之外，還有儀表測(cè)試問(wèn)題、測(cè)試帶電操作問(wèn)題、測(cè)試電纜工裝等問(wèn)題。

 

3.1 測(cè)試儀表問(wèn)題

 

測(cè)試低電阻測(cè)試儀型號(hào)較多，涉及儀表測(cè)量精度(含穩(wěn)定性)不一樣，各量程的測(cè)試電流也不相同。一般儀表的最小量程的測(cè)試電流為1A(此電流很大)，也有10mA或100mA的儀表。因此，我們應(yīng)特別注意，當(dāng)被測(cè)件的載說(shuō)流能力不足于1A時(shí)，我們應(yīng)選用低電平(100mA或10mA)測(cè)試電流的儀表測(cè)試，否則會(huì)產(chǎn)生過(guò)流電損傷。

 

3.2測(cè)試過(guò)程操作問(wèn)題

 

1)測(cè)試過(guò)程嚴(yán)禁帶電操插拔電連接器，當(dāng)測(cè)試電流1A時(shí)，帶電操作會(huì)引起電氣接觸部位的電損傷(電飛弧損傷)，導(dǎo)致接觸電阻變大。

 

2)通電測(cè)試過(guò)程中,不應(yīng)對(duì)連接的電連接器本體作過(guò)度扭力或彎曲。避免損傷連接器后而影響電性能。

 

3.3 測(cè)試電纜線問(wèn)題

 

1)〝測(cè)試電纜線〞是測(cè)工裝的一部分，由于反復(fù)插撥、使用，會(huì)影響其使用壽命(接觸電性能)，電連接器插撥壽命一般規(guī)定為500次，作為測(cè)試用的〝標(biāo)準(zhǔn)連接器〞，其測(cè)試壽命應(yīng)有特別的定量規(guī)定(應(yīng)小于500次)，超過(guò)規(guī)定時(shí)應(yīng)及時(shí)更換處理。

 

2)對(duì)〝測(cè)試電纜線〞應(yīng)制訂質(zhì)量控制文件，定期對(duì)〝測(cè)試電纜線〞進(jìn)行復(fù)查(含外觀質(zhì)量檢查)，不符合規(guī)定的及時(shí)更換，滿足測(cè)試使用要求。

 

4 不合格樣品案例分解

 

4.1DK621電連接器質(zhì)量問(wèn)題突出

 

從1553B數(shù)據(jù)總線用DK621終端電連接器的產(chǎn)品驗(yàn)收或庫(kù)存產(chǎn)品復(fù)驗(yàn)的質(zhì)量信息反饋，DK621電連接器使用質(zhì)量問(wèn)題較多，主要為靜態(tài)電參數(shù)中的外導(dǎo)體接觸電阻超差。

 

4.2 實(shí)際案例分解

 

1) 對(duì)不合格樣品開(kāi)殼檢查，均為線纜屏蔽線與電連接器之間的松香殘留物過(guò)多所致，見(jiàn)下圖。

 

 

圖4-1切割下的失效樣品(截面)  

 

 

圖4-1  失效樣品(熱縮套管形貌)

 

 

圖4-3失效樣品(已除去熱縮套管

 

 

圖4-4  失效樣品(取下半〝截金屬套管〞)

 

 

圖4-5  金屬套管內(nèi)充滿了松香殘留物(同一個(gè)樣品)

 

2)對(duì)不合格樣品分解后目檢，電連接器改焊接殼的光面沒(méi)有焊接后的殘的物(見(jiàn)圖4-4),金屬套管內(nèi)有較多的松香殘留物(見(jiàn)圖4-5)。

 

3) 對(duì)充分排除松香助焊劑的合格樣品分解，金屬套管牢固連接電連接器，難于取下金屬套管。

 

4) 焊接工藝完全是人工操作過(guò)程，電裝過(guò)程對(duì)制作技能有較高的要求，且影響電氣連接的質(zhì)量的因素很多，一些因素操作人員難于控制，因此要不斷完善1553B總線電纜組件電裝工藝操作細(xì)則，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化加工，滿足用戶的質(zhì)量和可靠性要求。

 

5 建議

 

從上分析可知：使用壓接工藝電裝的CONNECTOR ESCC 3401/079 05(插頭)和CONNECTOR ESCC 3401/079 13(插座)終端電連接器比焊接工藝的DK621有無(wú)比的優(yōu)勢(shì)，且更能在嚴(yán)苛的環(huán)境下，使信號(hào)傳輸暢通。

 

焊接工藝在電裝還存在一些難于撐控的不確定因素，且難于完全克服，時(shí)而冒出問(wèn)題，故使用壓接工藝是最為明知的選擇。

 

從1553B數(shù)據(jù)總線電纜組件動(dòng)態(tài)性能測(cè)試儀(進(jìn)口設(shè)備)使用情況可知，該類(lèi)測(cè)試設(shè)備上使用的測(cè)試電纜電連接器與屏蔽層均采用定高可靠壓接工藝連接而不是焊接工藝。從產(chǎn)品代理商得到信息，歐空局用1553B數(shù)據(jù)總線選用的終端電連接器也采用壓接工藝，可見(jiàn)壓接工藝的質(zhì)量和可靠性高。

 

建議：為了確保HT、HK等產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，1553B數(shù)據(jù)總線還在使用DK621的用戶，應(yīng)更換選用壓接工藝的終端電連接器。