摘 要:介绍了航天电连接器及其组件失效分析中初步分析、详细分析、故障假设和最终鉴定四个阶段的内容及方法。阐述了断路、接触不良、瞬断、绝缘不良、短路、误配线、固定不良和密封不良等常见失效模式和失效机理。给出了失效分析的程序和若干检验方法。
关键词:航天电连接器;组件;失效分析;程序
0 引言
航天电连接器及其组件是航天系统工程重要的配套接口元件,它们广泛应用于各个系统和部位,提供信号和能量的传输。只要其中某个接点出现故障,就可能导致整个系统的失效。在航天电连接器及其组件出现失效故障后,应分析其发生原因,并在此基础上归纳失效模式和机理。通过失效分析,不仅可找出此类器件常见失效的原因,为提高设计可靠性和强化生产工艺过程控制提供条件,并且可为修订和制订技术规范、规程及标准提供重要依据。失效分析对确保航天电连接器及其组件的质量与可靠性有重要的作用,因此越来越受到人们的关注和重视。
为此,本文对航天电连接器及其组件的失效分析问题进行了探讨。
1 程序与方法
失效分析涉及设计、材料、冷热加工工艺、装配及使用维护(包括存放使用环境条件)等多方面,其主要过程如图1所示。
图1 失效分析程序
1.1 初步分析
其任务是通过失效故障调查、外观检查等,确定失效位置和特征并估计失效模式,初步了解失效原因。分析时应对相关器件的使用环境、制造工艺过程和失效故障历史进行调查。
a)失效故障调查 了解所用材料及其冷热加工工艺操作情况和设计图纸文件、产品标准(如电性能、力学性能、工作温度、湿度和环境介质等)要求,以及装配质量和有关存放、使用、维护等历史记录。若故障涉及被插合连接器及其组件,则还应扩大调查范围。
b)外观检查 为防止引入新的人为失效,失效分析必须遵循“先外观后内部,先整体后局部,先非破坏性后破坏性”的程序。即先用肉眼或低倍放大镜、实体显微镜等仔细观察发生接触不良(断路、瞬断或接触电阻超差等)或绝缘不良(绝缘电阻超差、短路、火花放电或击穿等)部位零件的外貌特征,观察金属零件表面是否有弯曲变形、开裂或裂纹扩展,非金属零件表面是否有金属多余物、污损、表面烧蚀放电等痕迹,以初步判断连接器使用过程中的受力和通电状态,推断导致失效的原因。
1.2 详细分析
综合利用如层层剥皮、推理演绎、故障树分析等各种失效分析方法,以及试验方法和分析技术进行仔细分析,得出初步结论。
a)实物外观检查 观察失效部位的外貌特征,记录最重要的特征。对发生内部击穿的绝缘体,必要时可解剖失效部位,再进行外观检查分析。
b)无损检测 用磁粉、渗透、超声、射线等无损检测方法,分析失效部位相关零件的表面及内在缺陷,观察内部零件的结构组成和相对位置等。
c)裂纹(断口)分析 材质不良或热处理质量控制不当,会造成电连接器锁紧装置中弹簧、压簧等弹性零件脆断和疲劳破坏等失效。对此类故障常先用肉眼或低倍放大镜进行宏观观察,以确定断裂位置和裂纹扩展方向,然后依次增大观察倍数,用光学或电子显微镜观察断口形貌。分析断裂性质和原因时,必须同时进行低倍宏观分析和高倍观察。
d)微观分析 采用光学、电子显微镜等对失效零件进行显微组织分析,观察材料质量,如检查断口边沿或裂缝内是否存在氧化物或其他夹杂,裂缝两侧有无脱碳,表层有否过烧、氧化、腐蚀和表面脱碳,晶粒大小、显微组织是否正常(有无有害相析出等),以及裂纹分布等。必要时可采用x射线结构分析或其他相分析方法。
e)化学分析 用化学光谱分析等方法鉴定相关零件材料(包括镀层成分、厚度和结构)是否符合设计工艺要求。必要时可进行微量有害元素分析和微区电子探针分析,以配合相分析工作。
f)电性能检测 采用导通和绝缘电阻等电性能检验方法,验证失效部位和模式是否属实。在进行此类验证时,决不能加重或改变原有的失效特征。
g)力学性能试验 根据产品标准规定,采用相应的力学性能试验设备,对发生失效的同一批次连接器及其组件进行接触件的单孔分离力、接触件在绝缘体上的保持力和位置、绝缘体在外壳上的保持力和位置、连接器组件的电缆拉脱力、连接器的耐力矩等试验,以验证相关零件的力学性能是否符合要求,剔除发生失效的不合格品。
1.3 失效原因假设
归纳整理初步和详细分析的结果,列出要素和证据,对失效机理和原因作出假设,并补充数据。
1.4 最终鉴定
在上述分析的基础上完成失效分析报告(如有条件,可进行重现失效故障的验证试验)。失效分析报告主要内容为:
a)来样简历 记录失效产品的使用历史和环境条件,以及失效部位的外貌特征;
b)观察试验 描述采用各种失效分析手段和试验方法进行详细观察试验的结果;
c)分析意见 运用各种逻辑方法,对失效模式和机理进行分析;
d)结论 对失效故障分析作最终鉴定;
e)改进建议
