基于標(biāo)準(zhǔn)符合性的航空模壓式端子壓接多導(dǎo)線性能實(shí)踐研究

馬偉澤 任劍曉

摘 要：飛機(jī)上的電氣線路遍布飛機(jī)全身，連接著各種電子/電氣設(shè)備，而端子壓接是實(shí)現(xiàn)各電子/電氣設(shè)備通過電氣線路互相連接的重要方式，是保證EWIS可靠性的重要技術(shù)。為滿足實(shí)際工作中的產(chǎn)品制造要求，通過實(shí)驗(yàn)研究模壓式接線端子中同時(shí)壓接4～5根導(dǎo)線的可行性，以滿足最終產(chǎn)品的符合性要求。

關(guān)鍵詞：符合性，模壓式，端子壓接，多導(dǎo)線

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.09.037

0 引 言

電氣線路互聯(lián)系統(tǒng)（E l e c t r i c a l W i r i n gInterconnection Systems，簡稱“EWIS”），指安裝在飛機(jī)任何區(qū)域的各種電線、端接器件、布線器件或其組合，用來在兩個(gè)或多個(gè)端接點(diǎn)之間傳輸電能（包括數(shù)據(jù)和信號(hào)），被比喻為飛機(jī)的血管和神經(jīng)系統(tǒng)。隨著飛機(jī)進(jìn)行電氣化以來，EWIS承擔(dān)的任務(wù)也就越來越多，不僅擔(dān)負(fù)著傳統(tǒng)的輸配電功能，還需擔(dān)負(fù)著飛控、發(fā)動(dòng)機(jī)、起落架、航電等重要系統(tǒng)的信息傳輸功能。目前，飛機(jī)正向多電全電方向發(fā)展，更多的電氣線路將替代傳統(tǒng)液壓和氣源管路；更多復(fù)合材料機(jī)身結(jié)構(gòu)的使用，也需要更多電氣線路來代替?zhèn)鹘y(tǒng)金屬機(jī)身，實(shí)現(xiàn)電氣回路功能及加強(qiáng)全機(jī)閃電和電磁環(huán)境防護(hù)。未來，飛機(jī)電氣線路將更加重要和復(fù)雜[1]。

1 問題的提出

執(zhí)行某通航飛機(jī)線束組件制造任務(wù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)飛機(jī)線束設(shè)計(jì)中出現(xiàn)了4～5根導(dǎo)線連接同一接線端子（模壓式，下同）的情況。根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，一個(gè)接線端子一般只壓接一根導(dǎo)線；當(dāng)導(dǎo)線截面積太小的時(shí)候，可以將導(dǎo)線回折或同時(shí)壓接兩根導(dǎo)線。壓接是通過施加一定的機(jī)械外力，使電線和端子緊密結(jié)合的一種連接方式。良好的壓接端子不僅具有牢固的緊密性，良好的導(dǎo)電性，而且能夠減小電阻，減少壓接部位氧化。端子壓接技術(shù)是飛機(jī)線束EWIS設(shè)計(jì)中的重要技術(shù)，端子壓接制造工藝的可靠性，直接影響著EWIS系統(tǒng)高效穩(wěn)定的安全運(yùn)行。但同一接線端子壓接4～5根是否可行，壓接后機(jī)械性能和電性能是否滿足要求需研究確認(rèn)。

2 國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)符合性對(duì)比分析

2.1 國內(nèi)端子壓接標(biāo)準(zhǔn)

國內(nèi)航空線束壓接方面遵循的標(biāo)準(zhǔn)一般是GJB5020—2001《壓接連接技術(shù)要求》，其中對(duì)于導(dǎo)線和端子的組合規(guī)定如下：

（1）應(yīng)優(yōu)先選擇一個(gè)壓線筒內(nèi)壓接一根導(dǎo)線；

（2）只要能滿足使用要求，坑壓式壓接連接一個(gè)壓線筒內(nèi)最多允許壓接2根導(dǎo)線，模壓式壓接連接一個(gè)壓線筒內(nèi)最多允許壓接3根導(dǎo)線[2]。

航天行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（QJ 2633—1994，模壓式壓接連接通用技術(shù)條件）對(duì)于模壓式壓接規(guī)定為：對(duì)閉式壓線筒，每個(gè)壓線筒最多允許同時(shí)壓接三根同樣材質(zhì)、構(gòu)造的線芯[3]。

2.2 國外端子壓接標(biāo)準(zhǔn)

國際汽車工程師協(xié)會(huì)（SA E）標(biāo)準(zhǔn)A S 5 0 881《航空航天器的布線》中對(duì)于多線壓接的規(guī)定如下：“Multiple wire may be crimped in the crimpbarrel of terminal lugs or splices， provided that theirtotal circular mil area is within the range of the crimpbarrel and are crimped under proper process control.The wires shall fit into the diameters of the insulationsupport without altering their insulation. Multiple wireterminations in terminal lugs and splices shall not beused for primary power distribution.[4]”即“如果多根導(dǎo)線總的截面積在壓接筒適用截面積范圍內(nèi)并采用合適的工藝控制，壓接多根導(dǎo)線是可以的。在不改變絕緣的情況下，多根導(dǎo)線需符合端子絕緣支撐直徑，多導(dǎo)線壓接不能用于主電源線路”。

2.3 符合性結(jié)果分析

通過對(duì)比國內(nèi)外相關(guān)壓接標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于端子和導(dǎo)線組合的規(guī)定可以發(fā)現(xiàn)，行業(yè)內(nèi)一般都允許同一端子壓接筒中壓接多根導(dǎo)線，主要差別在于國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了允許導(dǎo)線的最多根數(shù)，而國外標(biāo)準(zhǔn)中無具體根數(shù)的規(guī)定。所以單從標(biāo)準(zhǔn)分析，同時(shí)壓接4～5根導(dǎo)線符合AS50881的規(guī)定，但不符合國內(nèi)GJB5020—2001及航天行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。為了從性能上進(jìn)行驗(yàn)證，通過開展壓接實(shí)驗(yàn)，對(duì)端子和導(dǎo)線壓接后的外觀、機(jī)械性能、電性能等進(jìn)行了分析。

3 實(shí)驗(yàn)開展與分析

3.1 實(shí)驗(yàn)方法

嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)GJB 5020—2001的要求開展實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)測(cè)試項(xiàng)目包括外觀、電壓降、抗電強(qiáng)度、耐拉力和截面分析。主要實(shí)驗(yàn)要求如下。

3.1.1 端子外觀

外觀檢查采用目檢的方式，根據(jù)壓接連接件尺寸大小借助4～10倍放大鏡對(duì)其進(jìn)行檢查，其主要判定依據(jù)為：壓接部位無雜質(zhì)，壓痕清晰，壓接筒均勻變形，壓接筒及鍍層無破裂損壞。

3.1.2 電壓降

電壓降測(cè)量時(shí)，首先應(yīng)剝除離壓接筒尾部1. 5mm處的導(dǎo)線絕緣層，測(cè)量端子外接部分與壓接筒交界部位的兩點(diǎn)間電壓降（U），并記錄兩點(diǎn)間長度。接著在壓接導(dǎo)線的中部，按壓接連接電壓降測(cè)量點(diǎn)間距離的長度，隨機(jī)測(cè)量四個(gè)電壓降讀數(shù)，取其平均值，作為相同長度被壓接導(dǎo)線的電壓降（U 0）。將U、U 0代入公式（1）計(jì)算出ΔU，即為端子電壓降增量，單位為mV。

ΔU = U - U 0 （ 1）

式中：

ΔU ——電壓降增量，mV；

U ——壓接部分電壓降，mV；

U 0——相同長度被壓接導(dǎo)線的電壓降，mV。

3.1.3 抗電強(qiáng)度

除壓接部分外，壓接試件其余部分均采用熱縮套管密封。將密封好的試件浸入事先配好的5%濃度的鹽水中至完全淹沒，在導(dǎo)線和預(yù)絕緣套（鹽水）之間，以平穩(wěn)速度施加電壓直至1500 V，并保持60 s，觀察并記錄試件壓接部位有無飛弧、放電或擊穿現(xiàn)象。

3.1.4 耐拉力

耐拉力試驗(yàn)在精度為0.1 N的小型拉力試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，夾具夾緊端子尾部一根導(dǎo)線；同時(shí)，端子與測(cè)力計(jì)相連接，控制試驗(yàn)裝置以25 mm/min的速率沿軸向均勻施加荷載，直至導(dǎo)線被拉脫或拉斷為止，記錄負(fù)荷峰值與失效模式。

3.1.5 截面分析

沿壓接部位的法向切割試件，以獲得完整壓接斷面；保持壓接斷面垂直于拋光輪，使用拋光砂紙對(duì)其進(jìn)行研磨直到壓接截面完全暴露。完成拋光后，采用清洗劑和電解筆對(duì)表面進(jìn)行輕度的化學(xué)腐蝕，以獲得清晰的壓接截面。將處理好的壓接截面試件安放在金相顯微鏡上，觀察壓線筒、導(dǎo)線的變形情況以及是否有損傷，利用分析軟件處理壓接截面圖像并記錄端子壓接空隙率。

3.2 實(shí)驗(yàn)過程

3.2.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象選取

本實(shí)驗(yàn)分別選取兩種國產(chǎn)端子和兩種國外廠家端子配合55A系列X-ET F E絕緣航空用導(dǎo)線進(jìn)行試驗(yàn)，見表1。每個(gè)端子制作5個(gè)試件，且5個(gè)試件分別采用同一端子及導(dǎo)線進(jìn)行壓接，進(jìn)行5組實(shí)驗(yàn)。試件命名規(guī)則為：“試驗(yàn)對(duì)象編號(hào)”-“試件序號(hào)”，例如編號(hào)為“1”的試驗(yàn)對(duì)象的序號(hào)為“1”的試件，其試件號(hào)為“1-1”。試驗(yàn)對(duì)象在測(cè)試前已經(jīng)過檢查，均符合產(chǎn)品規(guī)范要求。試件對(duì)應(yīng)試驗(yàn)程序見表2。

3.2.2 主要測(cè)量儀器

實(shí)驗(yàn)中用到的主要儀器見表3。

3.2.3 試驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)施

端子和導(dǎo)線壓接后，根據(jù)表2試驗(yàn)順序?qū)航雍笤囼?yàn)件按照3.1實(shí)驗(yàn)方法依次實(shí)施了各試驗(yàn)項(xiàng)目。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

4.1 外觀

端子壓接后外觀圖如圖1所示。通過目視方法對(duì)各端子外觀進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)多導(dǎo)線壓接后端子壓接部位無雜質(zhì)，壓痕清晰，壓接筒均勻變形；經(jīng)放大鏡輔助檢查，壓接筒及鍍層無破裂損壞現(xiàn)象。檢查結(jié)果表明與單根導(dǎo)線壓接相比，多導(dǎo)線壓接過程中對(duì)端子外觀并無影響。

4.2 電壓降測(cè)試

端子壓接后的電壓降測(cè)試結(jié)果見表4。根據(jù)GJB 5020—2001規(guī)定，本實(shí)驗(yàn)所采用導(dǎo)線壓接后的電壓降增量ΔU 應(yīng)不大于1 mV，從表4中數(shù)據(jù)可以看出電壓降符合要求。

4.3 耐拉力測(cè)試

在端子壓接過程中，任何一個(gè)環(huán)節(jié)沒有控制好都會(huì)影響端子壓接質(zhì)量，其中端子的耐拉力值就是判斷端子壓接是否合格的一個(gè)重要指標(biāo)。本次實(shí)驗(yàn)采用精度為0.1 N的小型拉力機(jī)對(duì)各試件端子的耐拉力進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果與檢查判定結(jié)果見表5。

根據(jù)GJB 5020—2001規(guī)定可知，16與22號(hào)線規(guī)最小的耐拉力值分別為220 N和66 N。本實(shí)驗(yàn)通過小型拉力試驗(yàn)機(jī)測(cè)得所有試件的耐拉力均符合GJB5020—2001規(guī)定，多根導(dǎo)線壓接的耐拉力測(cè)試均合格。

4.4 抗電強(qiáng)度測(cè)試

抗電強(qiáng)度測(cè)試通過以500 V/s的速度施加電壓至試件上直至1500 V，實(shí)驗(yàn)過程中未產(chǎn)生電弧或擊穿現(xiàn)象，表明多根導(dǎo)線壓接試件抗電強(qiáng)度測(cè)試通過。

4.5 截面分析

本實(shí)驗(yàn)采用截面分析的方式對(duì)端子壓接質(zhì)量進(jìn)行更詳細(xì)的分析，以保證端子壓接的可靠性。各試件端子壓接部位截面圖如圖2所示，截面分析檢查判定結(jié)果見表6。從中可以看出多導(dǎo)線壓接后端子截面空隙所占面積均小于導(dǎo)線面積的10%，符合標(biāo)準(zhǔn)GJB 5020—2001要求。

5 結(jié) 論

接線端子壓接質(zhì)量在很大程度上決定了飛機(jī)上的各種電子/電氣設(shè)備能否安全運(yùn)行。為了保證接線端子壓接多導(dǎo)線的安全性能，從實(shí)驗(yàn)的角度分析了模壓式接線端子壓接4～5根導(dǎo)線的可行性。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果分析表明壓接后端子外觀、電壓降、抗電強(qiáng)度、耐拉力以及壓接空隙率都符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，證明其機(jī)械性能和電性能符合要求，可以應(yīng)用到實(shí)際產(chǎn)品中。

雖然實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明模壓式接線端子同時(shí)壓接多根導(dǎo)線性能符合要求，但在線束設(shè)計(jì)中本文認(rèn)為應(yīng)盡量避免采用這樣的設(shè)計(jì)，多導(dǎo)線壓接可以通過增加接線柱或者使用永久接頭轉(zhuǎn)接等可靠性更高的方式進(jìn)行替代。

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[4]國際汽車工程師協(xié)會(huì).航空航天器的布線： A S 5 0 8 81F[S].2015.

作者簡介

馬偉澤，通信作者，碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)楹娇站€束工藝開發(fā)。

任劍曉，本科，工程師，研究方向?yàn)閷?shí)驗(yàn)管理。

（責(zé)任編輯：張瑞洋）