電氣控制系統(tǒng)生產(chǎn)裝配與可靠性研究

陸 曉

（中國(guó)船舶集團(tuán)公司第七一三研究所，鄭州 450015）

0 引言

隨著中國(guó)現(xiàn)代工業(yè)的蓬勃發(fā)展，各種自動(dòng)化、智能化裝備的安裝使用越來(lái)越多。伴隨著裝備自動(dòng)化程度的提高，對(duì)電氣控制系統(tǒng)的依賴程度越來(lái)越高。因此，對(duì)電氣控制系統(tǒng)工作的可靠性也提出了更高的要求。

電氣產(chǎn)品的生產(chǎn)安裝質(zhì)量是影響電氣控制系統(tǒng)正?？煽抗ぷ鞯闹匾蛩刂弧．a(chǎn)品的可靠性是指產(chǎn)品在一定的規(guī)則下和特定的時(shí)間內(nèi)發(fā)揮所屬功能的能力，通過(guò)可靠性可以很好地測(cè)定產(chǎn)品質(zhì)量是否符合標(biāo)準(zhǔn)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)品的日趨復(fù)雜，人們對(duì)電氣產(chǎn)品需求的不斷提高，對(duì)其可靠性的要求也越來(lái)越高。生產(chǎn)過(guò)程中的可靠性是可靠性技術(shù)的一個(gè)重要方面。在電氣產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中，科研工作者也在追求技術(shù)的可靠性，這對(duì)提高產(chǎn)品的質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。正確處理好電氣控制系統(tǒng)生產(chǎn)安裝、調(diào)試過(guò)程中一些常見(jiàn)的問(wèn)題和特殊情況，能夠進(jìn)一步提高電氣產(chǎn)品的質(zhì)量，提升產(chǎn)品裝備的可靠性，保證實(shí)驗(yàn)測(cè)試的順利進(jìn)行以及整個(gè)電氣控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

本文結(jié)合電氣產(chǎn)品的實(shí)際生產(chǎn)安裝調(diào)試過(guò)程，總結(jié)了一些常見(jiàn)的電氣問(wèn)題，如接觸器接線端導(dǎo)線接觸不良、打火，電連接器的問(wèn)題，接線端子排的問(wèn)題以及特殊情況的處理。針對(duì)這些常見(jiàn)問(wèn)題，分析了問(wèn)題的主要原因，提出了相對(duì)應(yīng)的解決措施。

1 接觸器接線端導(dǎo)線接觸不良、打火

接觸器分為直流接觸器［1－2］和交流接觸器［3］，可以快速切斷直流或者交流回路電流，是一種可以頻繁接通與斷開(kāi)控制電路的裝置，經(jīng)常用于控制電動(dòng)機(jī)等電力負(fù)載，非常適合頻繁操作以及遠(yuǎn)距離控制，是自動(dòng)控制系統(tǒng)中特別重要的元器件［4］。

1.1 原因分析

接觸器接線端導(dǎo)線接觸不良，主要發(fā)生在多根直徑大小不一致的導(dǎo)線，壓接在接觸器的同一個(gè)接線端上時(shí)，如圖1 所示，特別是在導(dǎo)線直徑差別比較大的情況下，細(xì)導(dǎo)線非常容易松動(dòng)，造成接觸不良，出現(xiàn)打火現(xiàn)象。圖2 所示為接觸不良導(dǎo)線局部打火被燒黑的情況。

圖1 導(dǎo)線常用接法

圖2 導(dǎo)線打火變黑

電氣控制系統(tǒng)使用的導(dǎo)線通常都是圓柱形狀多股導(dǎo)線。不同截面積的導(dǎo)線平放在一起，被擠壓時(shí)，截面積大的導(dǎo)線芯線受力大，變形大；截面積小的導(dǎo)線芯線受力小，所以很難被壓緊。

1.2 解決措施

針對(duì)上述問(wèn)題，在生產(chǎn)中，通常采取的措施是“多緊幾次壓緊螺絲”。具體操作方法是：在第一次擰緊螺絲壓緊導(dǎo)線后，先放置一段時(shí)間，然后，再重復(fù)1 次上述工作，擰緊壓導(dǎo)線的螺絲，反復(fù)操作2～3 次，使被壓緊導(dǎo)線的芯線充分變形，達(dá)到壓緊導(dǎo)線，防止松動(dòng)的目的。但是，這種操作過(guò)程繁瑣，不能完全解決導(dǎo)線芯線松動(dòng)的問(wèn)題。

為了彌補(bǔ)上述技術(shù)的不足，杜絕導(dǎo)線芯線松動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生，推薦采取下面2 種方法處理導(dǎo)線。

方法1：將小截面積導(dǎo)線芯線，放置在大截面積導(dǎo)線芯線的上面或者下面，如圖3 所示，形成上下疊加關(guān)系。這樣放置，在擰緊螺絲，壓緊導(dǎo)線芯線時(shí)，上下疊加放置的導(dǎo)線芯線同時(shí)受力變形，在完全擰緊壓緊導(dǎo)線芯線螺絲的情況下，可以避免出現(xiàn)個(gè)別導(dǎo)線芯線松動(dòng)，通電打火的現(xiàn)象。

圖3 導(dǎo)線疊加放置

方法2：在多根導(dǎo)線中，選取1～2 根芯線直徑比較細(xì)的導(dǎo)線，多剝除一段絕緣層，在其他幾根導(dǎo)線芯線上緊密纏繞5～8圈，使接在同一個(gè)接觸器端子上幾根導(dǎo)線的芯線，被捆扎成一個(gè)整體；然后，再擰緊螺釘壓實(shí)導(dǎo)線芯線。這樣操作就不會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)線芯線松動(dòng)的情況，徹底解決了因?yàn)閷?dǎo)線芯線松動(dòng)，造成導(dǎo)線接觸不良，通電產(chǎn)生打火的故障隱患。

以上2 種操作方法也可以用到其他元器件接線端的接線上。操作中，需要特別注意的是：方法1 只適合2 根導(dǎo)線的操作，特點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單；方法2 適合2 根以及多根導(dǎo)線的操作，特點(diǎn)是牢固可靠。

2 電連接器的問(wèn)題

電連接器是插頭、插座的總稱(chēng)，廣泛應(yīng)用在各種電氣控制系統(tǒng)中，起著連接電氣線路的作用，是一種實(shí)現(xiàn)設(shè)備、組件電氣連接的元器件，也是電氣控制系統(tǒng)非常重要的元器件［5］。電連接器的種類(lèi)繁多，按其外形分為圓形和矩形2 種。圓形電連接器由于其自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在特種裝備上使用比較頻繁；矩形電連接器由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，更多應(yīng)用在電氣設(shè)備的印制電路板上。電連接器由殼體、絕緣體、接觸體3 個(gè)基本部分組成。

殼體包括插頭插座的外殼和尾部附件等。尾部附件的作用是保護(hù)其內(nèi)部的導(dǎo)線、接觸體不受損傷和固定電纜，避免尾部附件內(nèi)部導(dǎo)線受到外部拉力損傷。另外，尾部附件還具有一定的電磁屏蔽功能。

絕緣體的作用是用來(lái)安裝固定接觸體的，保證各個(gè)接觸體之間以及各個(gè)接觸體與外殼之間的電氣絕緣，并且絕緣體具有一定的密封性。

接觸體［6］有插針和插孔2 種形式。比較常用的連接方式是采用壓接和焊接2 種方式與導(dǎo)線連接。接觸體是電連接器的關(guān)鍵件之一，直接影響電連接器連接的可靠性。通常采用表面鍍銀或者鍍金的工藝［7］，以減小接觸電阻，提高防腐蝕性能。

2.1 原因分析

電連接器常見(jiàn)的問(wèn)題有接觸體焊點(diǎn)脫焊、虛焊，接觸體搭接，導(dǎo)線芯線在接觸體焊點(diǎn)根部斷開(kāi)等。脫焊通常是因?yàn)楹稿a量過(guò)少，或者是焊接過(guò)程中，焊接溫度不夠而造成的；虛焊是因?yàn)閷?dǎo)線芯線與接觸體之間的焊錫沒(méi)有完全融化、充分流動(dòng)、潤(rùn)透整個(gè)導(dǎo)線與接觸體的焊接面；搭接是因?yàn)楹稿a溢出接觸體焊杯，流到相鄰的接觸體或者外殼上，造成相鄰的接觸體之間或者接觸體與電連接器外殼之間短接；導(dǎo)線芯線在接觸體焊點(diǎn)根部斷開(kāi)是因?yàn)殡娺B接器的尾部附件選擇不合適，或者是電連接器尾部附件沒(méi)有固定牢固電纜，造成電連接器尾部附件內(nèi)部本應(yīng)該受到保護(hù)的導(dǎo)線，經(jīng)?；顒?dòng)、過(guò)度受力，最終被拉斷。

2.2 解決措施

通過(guò)對(duì)電連接器常見(jiàn)問(wèn)題的分析，可以把電連接器問(wèn)題歸納為2 類(lèi)：電連接器的接觸體焊點(diǎn)質(zhì)量問(wèn)題和電連接器尾部附件處理問(wèn)題。正確處理方法如下。

2.2.1 焊點(diǎn)處理

電連接器本身的特點(diǎn)是焊杯小、密度高，所以焊接難度比較大，不合格焊點(diǎn)如圖4 所示。圖4（a）所示為有毛刺的焊點(diǎn)；圖4（b）所示為導(dǎo)線過(guò)于松散分叉；圖4（c）所示為虛焊脫開(kāi)的焊點(diǎn)，都是焊點(diǎn)常見(jiàn)的典型質(zhì)量問(wèn)題。

圖4 不合格焊點(diǎn)

在焊接時(shí)，電連接器的固定方式、焊接工具、焊接方法以及對(duì)焊接技術(shù)掌握的熟練程度，都會(huì)對(duì)焊接質(zhì)量產(chǎn)生影響。其中，操作人員對(duì)焊接技術(shù)方法掌握的熟練程度是影響焊接質(zhì)量的關(guān)鍵因素。要想焊出質(zhì)量合格的焊點(diǎn)，就必須嚴(yán)格做好以下幾點(diǎn)：

（1）根據(jù)所需要焊接電連接器接觸體焊杯的大小和導(dǎo)線芯線的粗細(xì)，選擇適合的電烙鐵功率以及焊頭形狀；

（2）固定好需要焊接的電連接器（電連接器固定得是否穩(wěn)定可靠［8］，也是影響電連接器焊點(diǎn)焊接質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，因此，要求焊接時(shí)，電連接器一定要穩(wěn)定）；

（3）對(duì)焊接導(dǎo)線進(jìn)行預(yù)處理，將剝除絕緣層的導(dǎo)線及時(shí)進(jìn)行上錫處理，以防止芯線氧化，要求焊錫潤(rùn)透導(dǎo)線芯線；

（4）電連接器接觸體焊杯預(yù)處理，要使用無(wú)水乙醇清潔電連接器絕緣體、接觸體、焊杯，待無(wú)水乙醇完全揮發(fā)干燥后，用電烙鐵在焊接面均勻上錫；

（5）焊接時(shí)，導(dǎo)線在焊杯內(nèi)要居中、對(duì)準(zhǔn)、放平，拿導(dǎo)線的手要握穩(wěn)定，不能有抖動(dòng)現(xiàn)象；

（6）等到電烙鐵頭的溫度達(dá)到電裝工藝要求的溫度時(shí)，先清潔電烙鐵頭，去除電烙鐵頭表面的氧化物、雜質(zhì)等，然后用熱電烙鐵焊頭沾取適量的焊錫，輕壓在焊杯內(nèi)已經(jīng)預(yù)先處理過(guò)浸透焊錫的導(dǎo)線芯線上，稍微停留片刻，待焊錫開(kāi)始融化后，電烙鐵頭緊貼著導(dǎo)線芯線，前后適度移動(dòng)電烙鐵頭，確保整個(gè)焊接面受熱均勻；

（7）當(dāng)焊錫完全潤(rùn)透焊杯內(nèi)的導(dǎo)線芯線和整個(gè)焊接面時(shí)，迅速斜向撤開(kāi)電烙鐵頭；

（8）等待焊錫冷卻，完全固化后再松開(kāi)導(dǎo)線；

（9）適當(dāng)用力拉一拉已經(jīng)焊好的導(dǎo)線，檢查焊點(diǎn)質(zhì)量是否符合要求；

（10）使用無(wú)水乙醇清潔焊點(diǎn)，并檢查是否存在不合格焊點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)異常，及時(shí)處理；

（11）經(jīng)過(guò)上述兩步檢查合格后，將預(yù)先套在導(dǎo)線上的套管推送至焊杯底部絕緣體處，起到隔離和保護(hù)焊點(diǎn)的作用。

在電連接器的焊接過(guò)程中，應(yīng)該嚴(yán)格按照以上要求操作，確保每個(gè)焊點(diǎn)質(zhì)量。為保證電連接器在特種重要裝備上使用的可靠性，矩形電連接器焊接完成檢驗(yàn)合格后，應(yīng)做灌封工藝處理［9］。

2.2.2 尾部附件處理

電連接器尾部附件異常處理如圖5所示，分為以下2種情況。

圖5 電連接器尾部附件處理

（1）電連接器尾部附件過(guò)短，如圖5（a）所示，固定電纜外層保護(hù)皮過(guò)少，受到外部拉力作用，很容易脫開(kāi)，無(wú)法保護(hù)內(nèi)部導(dǎo)線，從而使電連接器尾部附件內(nèi)部導(dǎo)線，因?yàn)橥饴妒ル娺B接器尾部附件保護(hù)，容易受到外力作用而損壞。遇到這種情況時(shí)，應(yīng)該在電連接器焊接和尾部附件都處理完畢合格后，及時(shí)將電連接器的尾部附件和相連接的電纜用內(nèi)部帶膠的厚壁熱縮管，熱縮加固成為一個(gè)整體，如圖5（b）所示。避免內(nèi)部導(dǎo)線受力，提高電連接器成品的可靠性和耐用性。

（2）電連接器尾部附件過(guò)線孔小，如圖5（c）所示，電纜保護(hù)層無(wú)法穿過(guò)。遇到這種情況的處理如下。

第1 步，先參考電連接器尾部附件的長(zhǎng)度，留出焊接操作余量；順著電纜方向，將電纜保護(hù)外層小心切開(kāi)（不能傷到電纜內(nèi)部導(dǎo)線），然后向后翻開(kāi)并固定，如圖5（d）所示。

第2 步，按照焊接步驟，參照電裝工藝要求進(jìn)行焊接操作。

第3 步，焊接完畢檢查合格后，按照電連接器尾部附件的長(zhǎng)度，在需要壓緊電纜的位置，用纏帶在裸露的導(dǎo)線上纏繞幾層，以保護(hù)裸露的導(dǎo)線，并擰緊電連接器尾部附件、壓緊導(dǎo)線。

第4 步，松開(kāi)固定的電纜外層，并向前翻至電連接器尾部附件處，剪去多余長(zhǎng)度，用纏帶纏繞緊實(shí)，以保護(hù)好電連接器尾部附件外部裸露的導(dǎo)線。

第5 步，使用內(nèi)部帶膠的厚壁熱縮管，將電連接器尾部附件和電纜處理過(guò)的部分熱縮成為一個(gè)整體。

3 接線端子排的問(wèn)題

因?yàn)榻泳€端子排以及專(zhuān)用短接片使用方便、可靠，所以在電氣設(shè)備中使用非常普遍。接線端子片裝反，銅線裸露過(guò)長(zhǎng)都會(huì)引發(fā)裝備故障［10］。接線端子短接片及安裝如圖6 所示。接線端子使用的專(zhuān)用短接片，雖然是個(gè)很普通的配件，但處理不當(dāng)或者不加處理就安裝使用，很容易造成接線端子排短路的情況，如圖6（a）所示，也是生產(chǎn)裝配容易忽視的故障隱患之一。

3.1 原因分析

由于接線端子的短接片成品是整段連在一起的，如圖6（b）所示，通常10個(gè)1組，在使用的時(shí)候，按照需要剪開(kāi)安裝到接線端子上，如果兩組短接片相鄰，就會(huì)因?yàn)榫嚯x過(guò)近而造成短路。

3.2 解決措施

接線端子短接片在安裝時(shí)，一定要檢查相鄰兩組短接片之間的距離。如果發(fā)現(xiàn)有干涉或者過(guò)近的情況，要及時(shí)處理。將過(guò)長(zhǎng)的短接片，如圖6（c）所示，在不影響性能的前提下，盡可能修整得短一些，如圖6（d）所示，加大兩組短接片之間的距離，減少故障隱患，保證裝備安全可靠運(yùn)行。

具體修剪長(zhǎng)度以壓緊螺絲作為參考，不超過(guò)壓緊螺絲頭部為標(biāo)準(zhǔn)，平齊為最好。并對(duì)剪切面做適當(dāng)修整處理，確保剪切面光滑無(wú)毛刺。細(xì)節(jié)的處理對(duì)電氣設(shè)備可靠運(yùn)行起著非常關(guān)鍵性的作用。

4 特殊情況處理

在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試過(guò)程中，也常常會(huì)用到一些特殊情況，比如臨時(shí)調(diào)試需要接根調(diào)試電纜，又沒(méi)有合適的電纜，電纜導(dǎo)線芯線的截面積大于電連接器接觸體焊杯截面積，為了確保試驗(yàn)調(diào)試能夠順利進(jìn)行，就必須對(duì)電纜導(dǎo)線進(jìn)行特殊處理。

導(dǎo)線芯線的截面積大于接觸體焊杯截面積的焊接，可以采取以下2 種措施。

（1）措施1：順著導(dǎo)線芯線方向，斜25°左右剪去一部分，將剩余導(dǎo)線芯線斜面搭在電連接器接觸體焊杯上，如圖7（a）所示，然后按照焊點(diǎn)處理的步驟方法焊接即可。

（2）措施2：順著導(dǎo)線芯線方向，橫著剪去導(dǎo)線芯線直徑的1 ／ 3～1 ／ 2，然后將剩余導(dǎo)線芯線剪切面緊貼電連接器接觸體焊杯放置，如圖7（b）所示，按照焊點(diǎn)處理所述步驟方法焊接即可完成。特殊情況下，電連接器的焊接處理方法無(wú)法保證電連接器長(zhǎng)期使用的可靠性，因此正式產(chǎn)品禁止使用，只允許在特殊情況下臨時(shí)使用。

圖7 導(dǎo)線過(guò)粗的焊接方案

5 典型接線異常問(wèn)題

典型接線異常問(wèn)題如圖9 所示。其中，圖9（a）所示為導(dǎo)線接錯(cuò)位置。將制動(dòng)器的3 根線（534、535、536）錯(cuò)誤地接到電動(dòng)機(jī)上，并且直接接成短路。圖9（c）、圖9（e）所示為導(dǎo)線冷壓頭［11－12］漏處理；圖9（d）所示為擋板漏裝造成短路。接錯(cuò)位置和漏處理也是生產(chǎn)安裝中經(jīng)常出現(xiàn)的典型問(wèn)題，在裝備調(diào)試和故障排查的過(guò)程中經(jīng)常遇到。

圖9 典型接線異常問(wèn)題

解決這個(gè)問(wèn)題，需要生產(chǎn)技術(shù)人員認(rèn)真閱讀電裝工藝、接線表［13］，熟悉元器件的位置，操作時(shí)勤檢查。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文重點(diǎn)分析了影響電氣產(chǎn)品質(zhì)量的常見(jiàn)問(wèn)題，接觸器接線端導(dǎo)線接觸不良、打火，電連接器及接線端子排的問(wèn)題，總結(jié)了這些問(wèn)題產(chǎn)生的主要原因，并針對(duì)這些影響電氣產(chǎn)品質(zhì)量的問(wèn)題，提出了具體的解決方案。

由此證明，無(wú)論是電氣控制設(shè)備的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)環(huán)節(jié)，還是安裝、調(diào)試等環(huán)節(jié)，細(xì)節(jié)的處理對(duì)電氣控制設(shè)備的可靠運(yùn)行都起著關(guān)鍵的作用。只有熟練掌握所需技術(shù)的一流技術(shù)人員，才能生產(chǎn)出一流、高可靠性的產(chǎn)品。高可靠性的電氣控制系統(tǒng)是保障自動(dòng)化、智能化現(xiàn)代裝備高效率、可靠性運(yùn)行的基礎(chǔ)。