海洋大氣模擬環(huán)境下電連接器安裝防護(hù)工藝驗(yàn)證分析

袁猛，張幸，劉元海

（中國(guó)特種飛行器研究所 結(jié)構(gòu)腐蝕防護(hù)與控制航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 荊門 448035）

海洋大氣模擬環(huán)境下電連接器安裝防護(hù)工藝驗(yàn)證分析

袁猛，張幸，劉元海

（中國(guó)特種飛行器研究所 結(jié)構(gòu)腐蝕防護(hù)與控制航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 荊門 448035）

目的 研究海洋大氣模擬環(huán)境下，電連接器不同安裝防護(hù)工藝方法的環(huán)境適應(yīng)性。方法 選取有代表性的電連接器，以不同的安裝防護(hù)工藝裝配在典型結(jié)構(gòu)材料制作的安裝板上，在實(shí)驗(yàn)室加速腐蝕環(huán)境下，驗(yàn)證其不同的防護(hù)效果。結(jié)果 電連接器線纜的不同防護(hù)工藝將對(duì)電連接器基本電性能造成直接影響，安裝板與電連接器接觸面的防護(hù)工藝不同將對(duì)其基體材料的腐蝕程度造成很大差異。結(jié)論 采用熱縮管對(duì)連接器線纜進(jìn)行有效的密封能保護(hù)電連接器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，避免腐蝕介質(zhì)的侵蝕對(duì)電性能造成影響，電連接器安裝（包括方盤安裝和氣密螺母安裝），應(yīng)對(duì)其安裝接觸面進(jìn)行填角密封，且安裝板前后兩面都需要進(jìn)行密封。

電連接器；海洋環(huán)境；安裝防護(hù)

我國(guó)飛機(jī)服役環(huán)境日趨惡劣，特別是在海洋環(huán)境下，飛機(jī)將長(zhǎng)期遭受潮濕空氣、海水和鹽霧等環(huán)境交互或協(xié)同作用的影響，電連接器作為飛機(jī)上實(shí)現(xiàn)電氣功能的重要元器件，對(duì)其安裝防護(hù)工藝也提出了更高的要求[1—3]。電連接器與安裝基材的接觸位置是腐蝕敏感部位，如不能進(jìn)行有效的防護(hù)，將導(dǎo)致電連接器內(nèi)部結(jié)構(gòu)和安裝基材發(fā)生嚴(yán)重腐蝕，影響電連接器正常功能，破壞飛機(jī)基體結(jié)構(gòu)，增加飛機(jī)維修維護(hù)費(fèi)用，影響飛行安全[4—10]。

目前，國(guó)內(nèi)電連接器生產(chǎn)廠家出廠測(cè)試僅通過濕熱、鹽霧等單一環(huán)境測(cè)試，且測(cè)試時(shí)間較短，不能模擬實(shí)際裝機(jī)狀態(tài)下的綜合環(huán)境條件，無法驗(yàn)證是否滿足海上飛機(jī)使用需要[11]。另外，國(guó)內(nèi)相關(guān)單位對(duì)海洋環(huán)境下電連接器配套安裝防護(hù)工藝驗(yàn)證試驗(yàn)研究較少。基于此，實(shí)驗(yàn)室選取兩種飛機(jī)上常用電連接器類型，安裝在2A12鋁合金制作的模擬安裝板上，并配以不同的安裝防護(hù)工藝（包含線纜密封工藝及安裝接觸面防護(hù)工藝），在海洋大氣模擬環(huán)境條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室加速腐蝕試驗(yàn)，驗(yàn)證其不同工藝的防護(hù)效果，考察模擬裝機(jī)狀態(tài)的電連接器在海洋大氣模擬條件下的環(huán)境適應(yīng)性。

1　試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)件組成

每個(gè)試驗(yàn)件均由安裝板、電連接器及線纜組成。安裝板尺寸為 120 mm×120 mm×2 mm，材料為2A12鋁合金，鉻酸陽(yáng)極化表面處理后噴涂?jī)杀榈灼岷鸵槐槊嫫?。安裝前，打磨掉安裝板上與電連接器接觸區(qū)域的漆層與表面處理層。電連接器選用鋁合金鍍鎘及不銹鋼鍍鎳等兩種常用航空電連接器。其中鋁合金鍍鎘電連接器為方盤安裝（如圖1a所示），不銹鋼鍍鎳電連接器為氣密螺母安裝（如圖1b所示）。為便于電性能測(cè)試，每個(gè)連接器均選取8個(gè)相鄰接觸件孔位安裝線纜，其余的接觸件孔位安裝封嚴(yán)塞。試驗(yàn)件外觀如圖1所示。

1.2 環(huán)境譜

圖1 試驗(yàn)件外觀示例Fig.1 Test specimen appearance

借鑒美國(guó)海軍用于評(píng)估、驗(yàn)證海上飛機(jī)結(jié)構(gòu)表面防護(hù)層體系性能的加速試驗(yàn)環(huán)境譜，并考慮電連接器在飛機(jī)上安裝位置環(huán)境特點(diǎn)，參考國(guó)內(nèi)飛機(jī)典型模擬件加速試驗(yàn)環(huán)境譜編制方法[12—15]，對(duì)基本試驗(yàn)環(huán)境譜進(jìn)行適當(dāng)剪裁，編制了電連接器海洋大氣模擬環(huán)境加速試驗(yàn)環(huán)境譜，如圖2所示。

圖2 加速試驗(yàn)環(huán)境譜Fig.2 Accelerated corrosion environment spectrum

1.3 測(cè)試條件

試驗(yàn)對(duì)電連接器基本電性能的測(cè)試包括接觸電阻、絕緣電阻、耐電壓等3個(gè)方面，其測(cè)試儀器及測(cè)試方法見表1。

表1 測(cè)試儀器和方法Table 1 Test apparatus and methods

2　結(jié)果

2.1 線纜

根據(jù)試驗(yàn)件線纜密封防護(hù)工藝不同，可分為以下4種模式：線纜不做任何防護(hù)處理（模式a-1，如圖3a所示）；使用聚氨酯薄膜帶包裹整個(gè)插頭、尾部附件和部分線纜（模式a-2，如圖3b所示）；使用帶膠熱縮管包裹整個(gè)尾部附件和部分線纜（模式a-3，如圖3c所示）；使用帶膠熱縮管包裹整個(gè)尾部附件和全部線纜（模式a-4，如圖3d所示）。

圖3 不同線纜防護(hù)模式外觀示例Fig.3 Appearance of different cable protection modes

實(shí)驗(yàn)室加速腐蝕試驗(yàn)3個(gè)循環(huán)后，經(jīng)電性能測(cè)試發(fā)現(xiàn)，模式 a-4防護(hù)的電連接器的電性能正常，而模式a-1，a-2，a-3防護(hù)的電連接器，電性能均出現(xiàn)不合格現(xiàn)象。以不合格孔位數(shù)量占該模式所有線纜孔位測(cè)試總數(shù)的比率定義為故障率，對(duì)各個(gè)模式所有測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見表2。

表2 電性能故障率統(tǒng)計(jì)表Table 2 Electric performance failure rate statistics %

由統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，模式a-4密封效果較好，能有效地阻止腐蝕介質(zhì)侵入電連接器內(nèi)部，其他模式均不能滿足防護(hù)要求。試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，模式 a-2中聚氨酯薄膜帶纏繞太緊容易破損，且遇高溫會(huì)老化變硬，失去黏性，模式a-3中熱縮管與線纜接觸收口處的含膠量不夠，極易產(chǎn)生縫隙。腐蝕介質(zhì)一旦從這些脫膠的縫隙進(jìn)入被保護(hù)的殼體內(nèi)部，排出將更加困難，且殼體內(nèi)部長(zhǎng)期存在潮濕環(huán)境，使得線纜接線位置及連接器內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到破壞，導(dǎo)致電連接器功能出現(xiàn)故障。

2.2 方盤

鋁合金鍍鎘方盤安裝電連接器試驗(yàn)件，包含4種安裝接觸面防護(hù)工藝模式：直接安裝，安裝接觸面不做任何處理（模式b-1）；安裝前接觸面加墊導(dǎo)電密封墊，安裝后縫外不填角（模式b-2）；直接安裝后，安裝板與插座法蘭接觸一面縫隙使用密封劑填角密封，另一面螺紋與安裝板縫隙不進(jìn)行密封（模擬半封閉腔體，模式b-3）；直接安裝后，安裝板前后兩面接觸縫隙均填角密封（模擬全封閉腔體，模式b-4）。

在安裝板上靠近插座邊緣位置刮開一小塊涂層作為測(cè)試點(diǎn)，測(cè)試安裝板與電連接器之間的接觸電阻，其試驗(yàn)前后阻值變化見表3。

表3 方盤安裝電連接器接觸電阻對(duì)比Table 3 Comparison of contact resistivity of electrical connector for square plate installation

由表3不難發(fā)現(xiàn)，模式b-1，b-2，b-3試驗(yàn)件，試驗(yàn)后接觸電阻顯著增加。這是由于安裝接觸面發(fā)生腐蝕，腐蝕產(chǎn)物聚集在接觸面，影響了電連接器與安裝板之間的電連續(xù)性。模式b-4試驗(yàn)件，接觸電阻變化較小，表明該模式防護(hù)效果較好，能有效保證電連接器與安裝板之間的電連續(xù)性。

試驗(yàn)3個(gè)循環(huán)后，方盤安裝鋁合金鍍鎘電連接器與安裝板接觸面腐蝕情況如圖4所示。通過宏觀和微觀觀察可知，模式b-1—模式b-3試驗(yàn)件，安裝板接觸面基體金屬嚴(yán)重腐蝕，產(chǎn)生大量腐蝕產(chǎn)物，其中，模式b-3試驗(yàn)件，導(dǎo)電密封墊附著大量鹽粒且老化變硬，并粘貼在安裝板表面，失去正常功能。模式 b-4試驗(yàn)件，安裝板接觸面未發(fā)生明顯腐蝕，其防護(hù)效果較好。

圖4 方盤安裝接觸面腐蝕狀況Fig.4 Corrosion of contact surface of square plate installation

2.3 氣密螺母

不銹鋼鍍鎳氣密螺母安裝電連接器試驗(yàn)件，包含3種安裝接觸面防護(hù)工藝模式：插座凹槽內(nèi)使用連接器自帶非導(dǎo)電密封圈，安裝后縫外不填角（模式c-1）；插座凹槽內(nèi)使用連接器生產(chǎn)商提供的導(dǎo)電密封圈，安裝后縫外不填角（模式c-2）；插座凹槽內(nèi)使用連接器生產(chǎn)商提供的導(dǎo)電密封圈，安裝后插座法蘭與安裝板接觸縫隙使用密封劑填角密封（模式c-3）。

試驗(yàn)3個(gè)循環(huán)后，各模式代表試驗(yàn)件接觸電阻變化見表4，3種防護(hù)模式試驗(yàn)件的接觸電阻均顯著增大。表明其電連續(xù)性遭到破壞，可以推測(cè)其安裝接觸面均發(fā)生腐蝕。

表4 氣密螺母安裝電連接器接觸電阻對(duì)比Table 4 Comparison of contact resistivity of electrical connector for tight nut installation

試驗(yàn)3個(gè)循環(huán)后，氣密螺母安裝不銹鋼鍍鎳電連接器與安裝板接觸面腐蝕情況如圖5所示。

圖5 氣密螺母安裝接觸面腐蝕狀況Fig.5 Corrosion of contact surface of tight nut mounting

通過宏觀和微觀觀察可知，3種防護(hù)模式的試驗(yàn)件安裝板接觸面基體金屬均發(fā)生嚴(yán)重腐蝕，并附著大量腐蝕產(chǎn)物。其中，模式c-3試驗(yàn)件安裝接觸面沿著密封圈接觸位置有較明顯分界線，表明腐蝕介質(zhì)是從安裝板背面螺母緊固位置進(jìn)入安裝板開孔縫隙，使安裝板接觸面產(chǎn)生縫隙腐蝕和電偶腐蝕，而密封圈并不能阻止其腐蝕的擴(kuò)展。試驗(yàn)表明，對(duì)于氣密螺母安裝電連接器，螺母密封不能有效阻止腐蝕介質(zhì)侵入安裝縫隙，必須對(duì)螺母與安裝板接觸縫隙使用密封劑密封。

3　分析討論

1）使用帶膠熱縮管包裹尾部附件及整個(gè)線纜，密封效果較好，可以有效阻止腐蝕介質(zhì)侵入連接器殼體內(nèi)部。應(yīng)避免熱縮管收口于線纜線束表面，該位置線纜之間存在縫隙，且容易脫膠，一旦密封不好，將更容易聚集腐蝕介質(zhì)。

2）導(dǎo)電密封墊（電連接器廠商提供）容易吸潮并聚集鹽粒，在不進(jìn)行填角密封的情況下，不推薦使用。

3）氣密螺母安裝電連接器，僅靠螺母緊固，密封效果較差，且密封圈（包括導(dǎo)電和非導(dǎo)電）不能阻止安裝板接觸面腐蝕的擴(kuò)展。

4）電連接器安裝（包括方盤安裝和氣密螺母安裝），特別是存在異種金屬接觸時(shí)，推薦對(duì)其安裝接觸面進(jìn)行填角密封，且安裝板前后面都需要進(jìn)行密封。如果僅對(duì)一面進(jìn)行填角密封，更容易聚集腐蝕介質(zhì)，使基體材料發(fā)生腐蝕，增加維修成本，影響飛機(jī)飛行安全。

4　結(jié)論

1） 帶膠熱縮管對(duì)飛機(jī)增重較大，且不易拆卸，后續(xù)試驗(yàn)需要進(jìn)一步研究設(shè)計(jì)增重較輕，密封效果較好的線纜防護(hù)工藝。

2）氣密螺母安裝電連接器，設(shè)計(jì)之初太依賴螺母緊固密封效果，沒有設(shè)計(jì)安裝板前后兩面均密封的防護(hù)模式，后續(xù)試驗(yàn)將進(jìn)一步增加此類防護(hù)模式。

3）試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電密封墊裸露在外均發(fā)生失效，后續(xù)將考慮導(dǎo)電密封墊與填角密封工藝相結(jié)合，有望達(dá)到較好的防護(hù)效果。

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Validation and Analysis of Installation and Protection Technology of Electrical Connector under Simulated Marine Environment

YUAN Meng, ZHANG Xing, LIU Yuan-hai
(Structure Corrosion Protection and Control of Aviation Science and Technology Key Laboratory, China Special Vehicle Research Institute, Jingmen 448035, China)

Objective To study the environmental adaptability of different installation and protection technology for electrical connector in the ocean atmosphere simulation environment. Methods Some representative electrical connectors were selected and assembled to the mounting plate of the typical structure material with different installation protection technology. The different protective effect in the laboratory accelerated corrosion environment was tested and verified. Results Different protection technology of electric connector cable would affect the basic electrical properties of electrical connector directly. The different protection technology of the contact surface between the mounting plate and the electric connector would cause a great difference in the degree of corrosion. Conclusion Sealing electrical connector cable with heat shrink tube can protect the internal structure of electrical connector and avoid effect of corrosive medium on electrical properties. In the installation of electrical connector (including installation of square plate and tight nuts), the gap at the edge of the contact surface should be sealed and both the front and rear surfaces of mounting plate should be sealed well.

electrical connector; marine environment; installation and protection

2016-05-09；Revised：2016-05-15

10.7643/ issn.1672-9242.2016.05.022

TJ07；TG174

A

1672-9242(2016)05-0134-06

2016-05-09；

2016-05-15

袁猛（1983—），男，山東菏澤人，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)轱w機(jī)結(jié)構(gòu)腐蝕防護(hù)與控制。

Biography：YUAN Meng（1983—）， Male， from Heze， Shandong， Master， Engineer， Research focus : corrosion protection and control of aircraft structure.