連接器常見(jiàn)失效類(lèi)型及原因分類(lèi)分析

王奇，王彥波，李劉霞

（河南天海電器有限公司，河南 鶴壁 458030）

1 背景

伴隨著汽車(chē)行業(yè)的快速發(fā)展，人們對(duì)汽車(chē)各項(xiàng)功能的安全性和可靠性的要求不斷提升。汽車(chē)連接器作為連接車(chē)身線束的紐帶，汽車(chē)連接器安全性和可靠性也愈加廣泛引起了人們的關(guān)注。

本文即在此背景下，結(jié)合連接器使用過(guò)程中的跟蹤反饋，對(duì)連接器失效的常見(jiàn)類(lèi)型進(jìn)行了歸納分類(lèi)，并對(duì)問(wèn)題發(fā)生的主要原因進(jìn)行闡述，方便人們對(duì)連接器常見(jiàn)失效形式的理解，同時(shí)也可作為汽車(chē)連接器失效模式分析的參考。

2 失效類(lèi)型

經(jīng)過(guò)多年對(duì)連接器市場(chǎng)反饋的數(shù)據(jù)調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的汽車(chē)連接器失效類(lèi)型大致可分為：護(hù)套斷裂、端子退位、密封失效、端子彈片失效。以上失效模式均會(huì)對(duì)連接器功能產(chǎn)生影響，甚至導(dǎo)致功能喪失，屬于高嚴(yán)重度失效模式。

下面就對(duì)以上幾種失效類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)分析闡述。

2.1 護(hù)套斷裂

護(hù)套是組成連接器的一部分，其成分多采用高分子工程塑料。常用的材料有尼龍、聚丙烯、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯（PBT）等。護(hù)套的主要功能是承擔(dān)端子的固定支撐和絕緣防護(hù)。因此，護(hù)套自身既要有足夠的強(qiáng)度用來(lái)滿(mǎn)足支撐和防護(hù)，同時(shí)還要有足夠的韌性，滿(mǎn)足連接器安裝與拆卸的需要。而高分子材料的分子鏈對(duì)于外部環(huán)境的影響普遍比較敏感。例如尼龍材料在濕熱環(huán)境中強(qiáng)度會(huì)明顯降低，韌性會(huì)大幅度增強(qiáng)，這就很容易出現(xiàn)端子在護(hù)套中的保持力不合格問(wèn)題；而在干冷的環(huán)境中，強(qiáng)度會(huì)明顯上升，但韌性會(huì)明顯下降，此時(shí)易出現(xiàn)斷裂問(wèn)題。

連接器的斷裂形式主要表現(xiàn)為連接器折彎部位的脆斷，如常見(jiàn)的護(hù)套鉸鏈在翻折過(guò)程中出現(xiàn)的斷裂（圖1）。發(fā)生斷裂的主要因素一般包含以下幾種。

圖1 連接器鉸鏈斷裂圖片

1）護(hù)套材料含水率超標(biāo)。高分子材料對(duì)于含水率要求比較嚴(yán)格，所以在進(jìn)行注塑生產(chǎn)前一般都要進(jìn)行規(guī)范的烘料操作，其目的是使材料滿(mǎn)足一定的含水率要求，如含水率偏低會(huì)改變材料的韌性，提升斷裂發(fā)生的概率。

2）注塑溫度不合適。過(guò)高的注塑溫度會(huì)導(dǎo)致高分子材料的分子鏈發(fā)生斷裂和重組，改變材料的原有特性，也會(huì)影響材料的韌性，加劇產(chǎn)品斷裂的發(fā)生。

3）注塑機(jī)型號(hào)（排量）與產(chǎn)品不匹配。排量過(guò)大的注塑機(jī)生產(chǎn)體積較小的產(chǎn)品，會(huì)導(dǎo)致材料在注塑設(shè)備中熔融狀態(tài)過(guò)長(zhǎng)，致使材料分子鏈發(fā)生降解，改變了材料的特性，降低材料的性能。

4）對(duì)于鉸鏈產(chǎn)品，鉸鏈處的長(zhǎng)度與鉸鏈厚度比值過(guò)小（圖2）。在鉸鏈折合過(guò)程中也會(huì)因鉸鏈折彎處應(yīng)力過(guò)大而出現(xiàn)斷裂。

圖2 鉸鏈結(jié)構(gòu)示意圖

5）原材料自身的韌性偏低也會(huì)加劇斷裂發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。例如PBT材料因自身的材料韌性偏低的原因，就更容易出現(xiàn)斷裂的缺陷，故在對(duì)連接器設(shè)計(jì)前期選材時(shí)，要充分考慮產(chǎn)品的使用環(huán)境，選擇合適的材料。

所以，在連接器生產(chǎn)過(guò)程中，要嚴(yán)格按照既定的生產(chǎn)工藝操作，不得隨意調(diào)換生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)設(shè)備，同時(shí)要確保合理的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)產(chǎn)品使用環(huán)境，選擇合適的材料，以此減小斷裂發(fā)生的幾率。

2.2 端子退位

連接器端子退位會(huì)直接導(dǎo)致連接器電流或信號(hào)傳輸?shù)闹袛?，?dǎo)致功能的喪失，屬于高嚴(yán)重度的失效模式。

導(dǎo)致連接器端子退位的原因一般有以下幾種。

1）裝 配 過(guò) 程原因。出現(xiàn)該種失效大多是因?yàn)槎俗記](méi)有安裝到位，端子與護(hù)套沒(méi)有形成有效的掛接，此時(shí)端子處于虛掛狀態(tài)（圖3），致使端子在受力時(shí)很容易脫出護(hù)套，出現(xiàn)這種情況一般是裝配工人在裝配端子的時(shí)候沒(méi)有嚴(yán)格執(zhí)行“一插二聽(tīng)三回拉”的要求，致使缺陷發(fā)生。

圖3 連接器端子虛掛示意圖

2）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)原因。端子或護(hù)套由于結(jié)構(gòu)或者自身材料原因，導(dǎo)致端子與護(hù)套掛接結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度不夠（端子在護(hù)套中保持力不滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求），端子在受到尾部壓接導(dǎo)線的拉力時(shí)，出現(xiàn)端子被拉出情況。出現(xiàn)這種缺陷一般有以下兩種情況：一種是端子的掛接彈刺強(qiáng)度不足被拉壞（圖4）；另一種是護(hù)套的彈舌強(qiáng)度不足受拉損壞（圖5）。

圖4 端子彈刺破壞示意圖

圖5 護(hù)套彈舌損壞示意圖

3）連接器對(duì)配中心偏 移（圖6）。出現(xiàn)此種情況的原因一般有以下幾種：①連接器的對(duì)配中心距尺寸不一致，對(duì)配時(shí)插頭端子與插座端子或者插座護(hù)套干涉，導(dǎo)致端子被頂出；②連接器間的配合間隙過(guò)大，導(dǎo)致連接器在對(duì)插過(guò)程中心偏移，致使缺陷發(fā)生；③插頭端子與插頭護(hù)套型腔配合間隙過(guò)大，或者插頭端子在護(hù)套缺少可靠的定位結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致端子頭部偏移，從而影響了連接器的正常對(duì)插；④插頭端子壓接后變形，導(dǎo)致端子裝配后偏移，導(dǎo)致缺陷的發(fā)生。

圖6 對(duì)插中心偏移狀態(tài)示意圖

所以，規(guī)避連接器退位問(wèn)題首先要求連接器具有足夠的保持力，其次制定合理的端子裝配規(guī)范，然后配合規(guī)范的連接器配合間隙，滿(mǎn)足以上條件，端子退位問(wèn)題基本上就可以避免。

2.3 密封失效

用于汽車(chē)濕區(qū)的線束連接器，防水性是濕區(qū)連接器必備的性能要求，例如發(fā)動(dòng)機(jī)艙（圖7）。連接器防水部件主要分為密封圈和密封堵兩種。密封圈是用來(lái)實(shí)現(xiàn)連接器之間的密封，密封堵是用來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線和連接器進(jìn)線端的密封。密封圈又分為軸向密封和端面密封，密封堵又分為單獨(dú)密封堵和整體式密封堵。

圖7 汽車(chē)干區(qū)/濕區(qū)劃分

密封部件失效主要表現(xiàn)形式：密封部件上用于密封作用的密封筋存在缺口缺陷；與密封部件配合的護(hù)套密封區(qū)域存在拼縫、毛刺、注不滿(mǎn)等注塑缺陷（圖8）；密封部件的有效密封過(guò)盈量不足；高溫老化后密封部件發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的塑 性 變 形（圖9）。以上因素均會(huì)導(dǎo)致密封失效的發(fā)生，所以在生產(chǎn)管控階段要確保密封圈以及護(hù)套密封區(qū)域的光滑平整，同時(shí)選用可以滿(mǎn)足高溫老化的密封圈材料。

圖8 密封部位注塑缺陷示意圖

圖9 密封圈老化前后對(duì)比圖

整體式密封堵失效還有一種特殊的失效形式：整體式密封一般采用的是端子后裝的形式穿過(guò)密封堵，端子在裝配過(guò)程中很容易造成密封堵內(nèi)圈密封區(qū)域撕裂，致使密封失效。故整體式密封堵要求適配的端子頭部務(wù)必光滑無(wú)棱角、毛刺等外觀缺陷，以此可規(guī)避此類(lèi)缺陷的發(fā)生。

2.4 端子彈片失效

端子彈片最直接作用是為插頭端子與插座端子有效接觸提供可靠的正壓力F，滿(mǎn)足電流和信號(hào)傳輸?shù)目煽啃裕▓D10）。

圖10 插頭端子與插座端子裝配示意圖

端子彈片失效情況一般由以下幾種原因?qū)е拢孩俣俗釉谏a(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)彈片間隙尺寸L過(guò)大導(dǎo)致的彈片無(wú)法與插頭端子接觸，進(jìn)而無(wú)法為插頭端子提供可靠的正壓力F導(dǎo)致接觸失 效（圖11）；②端子安裝護(hù)套后在電檢過(guò)程中，因電檢的探針卡死不回彈，過(guò)度擠壓彈片導(dǎo)致的彈片不回彈（圖12）；③返工返修時(shí)操作不當(dāng)，過(guò)度擠壓端子彈片造成端子彈片不回彈；④端子彈片根部折彎圓弧R過(guò)小，產(chǎn)生的應(yīng)力集中，彈片在變形過(guò)程中，在折彎圓弧根部產(chǎn)生了塑性變形（圖13）。

圖11 插頭端子與插座端子配合示意圖

圖12 探針工作原理示意圖

圖13 插座端子彈片根部圓弧示意圖

因此，解決端子彈片失效的方案需要生產(chǎn)過(guò)程嚴(yán)格控制端子的彈片間隙和圓弧根部尺寸，以及定期檢驗(yàn)電檢工裝和規(guī)范返工返修工位，即可最大程度地減小彈片失效問(wèn)題的發(fā)生。

3 小結(jié)

綜上所述，導(dǎo)致連接器的失效形式包含了斷裂、端子退位問(wèn)題、密封問(wèn)題、端子彈片失效等。所以，在連接器設(shè)計(jì)以及選型時(shí)，務(wù)必要根據(jù)連接器的使用環(huán)境，有針對(duì)性地確定連接器性能檢測(cè)項(xiàng)目，同時(shí)要嚴(yán)格執(zhí)行連接器操作規(guī)范，避免因操作不當(dāng)導(dǎo)致缺陷的發(fā)生。