佀明森，馬鴻斌

(貴州航天電器股份有限公司，貴州貴陽(yáng)，550009)

1 引言

電磁繼電器是一種在航天、航空、兵器、船舶以及電子等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用的自動(dòng)控制元器件，在軍工領(lǐng)域和民用各領(lǐng)域的控制系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)和遙控系統(tǒng)中占據(jù)著重要位置，是國(guó)防裝備、先進(jìn)工業(yè)和民用設(shè)備所不可或缺的基礎(chǔ)元器件之一[1-2]。而在所有電子元器件的失效問(wèn)題中，電磁繼電器占據(jù)了很高的比例，是電子元器件失效的重災(zāi)區(qū)[3]。因此，對(duì)于電磁繼電器失效分析則是一項(xiàng)十分具有挑戰(zhàn)性的工作。

2 質(zhì)量問(wèn)題概述

某用戶反饋，某款大功率密封電磁繼電器(簡(jiǎn)稱(chēng)A繼電器)在他們單機(jī)產(chǎn)品進(jìn)行某方向振動(dòng)試驗(yàn)后加電測(cè)試時(shí)，出現(xiàn)一組常開(kāi)觸點(diǎn)不通的故障。多次試驗(yàn)后，故障復(fù)現(xiàn)。隨后將失效的A繼電器從單機(jī)上拆解下來(lái)，單獨(dú)對(duì)其進(jìn)行加電測(cè)試，A繼電器恢復(fù)正常，多次測(cè)量，故障均不復(fù)現(xiàn)，外形圖見(jiàn)圖1所示。

圖1 A繼電器外形圖

3 失效分析

3.1 失效產(chǎn)品檢查

對(duì)失效的A繼電器進(jìn)行外觀檢查、X光內(nèi)部檢查、電參數(shù)測(cè)試，均未發(fā)現(xiàn)異常情況。根據(jù)產(chǎn)品失效現(xiàn)象，很有可能是由于產(chǎn)品內(nèi)部存在多余物導(dǎo)致，因此對(duì)A繼電器進(jìn)行多方向、多次PIND(微粒碰撞噪音)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示并未出現(xiàn)多余物波形，因此基本可以斷定該失效現(xiàn)象不是由于多余物造成，后續(xù)還需經(jīng)過(guò)拆殼分析確定。

3.2 故障復(fù)現(xiàn)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在試驗(yàn)室模擬A繼電器安裝，采用螺釘鎖緊A繼電器兩側(cè)的安裝板，使其固定，加電測(cè)試，可以聽(tīng)到產(chǎn)品內(nèi)部有動(dòng)作聲響(銜鐵轉(zhuǎn)動(dòng)碰撞聲音)，初步判斷產(chǎn)品磁路部分能夠工作。隨后對(duì)A繼電器進(jìn)行測(cè)量，故障復(fù)現(xiàn)，與用戶現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的失效現(xiàn)象一致。隨后將緊固螺釘松懈后，復(fù)測(cè)繼電器失效現(xiàn)象消失，繼電器正常導(dǎo)通。綜合失效現(xiàn)象和故障復(fù)現(xiàn)情況，可以基本斷定為安裝過(guò)程導(dǎo)致產(chǎn)品失效，還需要進(jìn)步一分析。

3.3 分析過(guò)程

A繼電器為《軍用繼電器系列型譜》(GJB/Z39.2-2001)中規(guī)定安裝方式“3”規(guī)格，安裝板與罩殼平面為平齊，在裝配過(guò)程中采用專(zhuān)用工裝夾具定位保證。安裝板點(diǎn)焊過(guò)程中先點(diǎn)焊一側(cè)的安裝板，點(diǎn)焊完批后再更換夾具點(diǎn)焊另外一側(cè)的安裝板，點(diǎn)焊過(guò)程中均以罩殼為定位基準(zhǔn)。但是在實(shí)際安裝板點(diǎn)焊過(guò)程中，受點(diǎn)焊沖擊抖動(dòng)及定位精度的影響，點(diǎn)焊后安裝板與罩殼非理論上的平齊，會(huì)存在一定的誤差。即繼電器外殼與安裝板不在一個(gè)平面，會(huì)出現(xiàn)安裝板略低于外殼平面的現(xiàn)象，見(jiàn)圖 2所示，一般高度差不會(huì)超過(guò)0.10mm。經(jīng)測(cè)量，A繼電器安裝板與罩殼最大高度差約為0.16mm。

圖2 A繼電器與理想狀態(tài)下繼電器外形圖

圖3 A繼電器安裝在平板上時(shí)受力圖

當(dāng)繼電器安裝板與罩殼平面存在不平齊時(shí)，繼電器兩側(cè)用螺釘固定安裝在平板上，則會(huì)出現(xiàn)繼電器罩殼優(yōu)先于一側(cè)安裝板而接觸安裝平板，此時(shí)罩殼會(huì)受到平板作用力，進(jìn)而影響到產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致產(chǎn)品失效，見(jiàn)圖3所示。

隨后，對(duì)A繼電器進(jìn)一步拆殼分析，在顯微鏡下對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察：內(nèi)部結(jié)構(gòu)完整，無(wú)多余物，因此可以排除多余物導(dǎo)致產(chǎn)品失效的可能。支架、軛鐵、線包等結(jié)構(gòu)牢固，線圈引出線焊接牢固，無(wú)虛焊、脫落等異常，銜鐵無(wú)歪斜。對(duì)觸點(diǎn)簧片進(jìn)行檢查，常閉觸點(diǎn)接觸良好，用頂針推動(dòng)銜鐵后，觀察常開(kāi)觸點(diǎn)接觸良好，觸點(diǎn)具有明顯超行程(超行程為動(dòng)簧片與常開(kāi)靜觸點(diǎn)接觸后繼續(xù)移動(dòng)的位移，表征常開(kāi)觸點(diǎn)壓力)，觸點(diǎn)簧片無(wú)裂紋、形變等損傷，接觸部位無(wú)異常多余物，觸點(diǎn)表面存在正常的燒蝕形貌。

結(jié)合圖3和圖4對(duì)失效問(wèn)題進(jìn)行理論分析：當(dāng)產(chǎn)生的壓力F3較大時(shí)，會(huì)使外殼產(chǎn)生變形，由于外殼與繼電器內(nèi)部結(jié)構(gòu)為過(guò)盈配合，當(dāng)外殼變形時(shí)，會(huì)使繼電器內(nèi)部結(jié)構(gòu)也產(chǎn)生變形，導(dǎo)致推動(dòng)產(chǎn)品觸點(diǎn)動(dòng)作的推動(dòng)球的位置隨之發(fā)生變化，圖4中黑色圓圈代表動(dòng)作前正常狀態(tài)的推動(dòng)球位置，藍(lán)色圓圈代表受力變形后非正常狀態(tài)的推動(dòng)球位置，紅線代表內(nèi)部結(jié)構(gòu)形變方向。可以看出，當(dāng)推動(dòng)球位置變化時(shí)，圖4左側(cè)觸點(diǎn)組合會(huì)率先完成動(dòng)作，而右側(cè)觸點(diǎn)組由于推動(dòng)球位置后移，導(dǎo)致推動(dòng)球不能按照原來(lái)的距離移動(dòng)下推動(dòng)觸點(diǎn)組動(dòng)作，進(jìn)而導(dǎo)致右側(cè)常開(kāi)觸點(diǎn)組動(dòng)作不能到位，表現(xiàn)為動(dòng)作后常開(kāi)觸點(diǎn)不通的失效現(xiàn)象，與實(shí)際分析結(jié)果一致。

圖4 A繼電器推動(dòng)球位置變化示意圖

綜上所述，經(jīng)測(cè)試分析，A繼電器電參數(shù)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)無(wú)異常，內(nèi)部無(wú)多余物，因此可以確定在安裝后A繼電器出現(xiàn)失效的原因是：外殼受安裝外力影響，內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到外力作用發(fā)生變化，導(dǎo)致常開(kāi)觸點(diǎn)不能導(dǎo)通。

該問(wèn)題在繼電器失效分析中屬于容易被忽略的一種失效模式，后續(xù)措施可以通過(guò)在安裝板下增加墊片或者使安裝板沉到罩殼底面下方的措施來(lái)解決。

4 結(jié)語(yǔ)

本文以一種大功率密封電磁繼電器為研究對(duì)象，對(duì)其在使用過(guò)程中產(chǎn)生的失效現(xiàn)象進(jìn)行實(shí)際分析和理論分析，通過(guò)此次失效分析把此種容易被忽視的失效模式引出，進(jìn)而找出其失效根源和解決辦法，為相關(guān)從業(yè)者提供一種可借鑒性的分析模式和解決方式。