一例電磁繼電器失效的故障樹分析法

朱亮亮　張世明　楊季玲

摘 要：本文主要介紹了某型電磁繼電器一種金屬多余物產(chǎn)生及導(dǎo)致失效的故障模式，通過故障樹分析法對(duì)繼電器生產(chǎn)過程分析，確定了多余物產(chǎn)生的根本原因，采取了有效措施避免類似故障重復(fù)發(fā)生。

關(guān)鍵詞：電磁繼電器；失效；多余物；工藝改進(jìn)

電磁繼電器是一種由控制電流通過線圈時(shí)產(chǎn)生的電磁吸力來驅(qū)動(dòng)磁路中的可動(dòng)部分，從而實(shí)現(xiàn)觸點(diǎn)的開、閉或轉(zhuǎn)換功能的控制元件，其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。所以在電子設(shè)備中，電磁繼電器屬于失效率比較高的元器件。例如，1971 年日本發(fā)射第一顆科學(xué)衛(wèi)星，共用了1400個(gè)電子元器件，其中，繼電器僅占 0.9%，但其失效數(shù)量占到元器件失效總數(shù)的 4.7%。內(nèi)部存在可動(dòng)多余物，是引起電磁繼電器失效的主要失效模式之一。

1 背景介紹及故障分析方法

上海航天設(shè)備制造總廠某型產(chǎn)品使用國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的電磁繼電器，連續(xù)4個(gè)月內(nèi)發(fā)生多個(gè)繼電器失效，失效現(xiàn)象都為繼電器內(nèi)部發(fā)現(xiàn)多余物。按照航天質(zhì)量管理要求，對(duì)連續(xù)發(fā)生的多起產(chǎn)品質(zhì)量問題進(jìn)行了“歸零”。由于連續(xù)出現(xiàn)質(zhì)量問題，用戶方代表也對(duì)前期已交付產(chǎn)品質(zhì)量情況產(chǎn)生了懷疑，為消除用戶擔(dān)心，避免發(fā)生更多的質(zhì)量問題，需找出問題根本原因，采取有效措施，確保交付產(chǎn)品質(zhì)量可靠。

故障樹分析（Fault Tree Analysis，F(xiàn)TA）技術(shù)是1962年在美國(guó)貝爾電報(bào)公司的電話實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的。它采用邏輯的方法，可以形象地進(jìn)行故障的分析，特點(diǎn)是直觀、明了，思路清晰，邏輯性強(qiáng)，不僅可以作定性分析，還可作定量分析，體現(xiàn)了以系統(tǒng)工程方法研究安全問題的系統(tǒng)性、準(zhǔn)確性和預(yù)測(cè)性，是安全系統(tǒng)工程的主要分析方法之一。

本文即利用故障樹分析法，對(duì)該單位承制型號(hào)產(chǎn)品中出現(xiàn)電氣繼電器失效問題進(jìn)行分析，找出故障點(diǎn)，分析失效機(jī)理，提出了具體改進(jìn)措施，保證交付產(chǎn)品的質(zhì)量可靠。

2 故障原因分析

此次失效的繼電器為4組觸點(diǎn)（原理見圖1），密封式電磁繼電器，工作電壓DC24V。主要故障現(xiàn)象為繼電器加電后僅有1組導(dǎo)通。根據(jù)電磁繼電器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)原理，建立故障樹如圖2。

2.1 故障因素排查 復(fù)查繼電器生產(chǎn)的工藝文件，其中未明確整件尺寸測(cè)試點(diǎn)，僅要求使用游標(biāo)卡尺測(cè)量整件外形尺寸。由于檢查位置不在熔瘤突出點(diǎn)（見圖3），測(cè)量數(shù)據(jù)未能反映整件的最大尺寸，導(dǎo)致套殼時(shí)整件與外殼刮蹭產(chǎn)生多余物。因此不能排除因素X7。

通過復(fù)查繼電器的裝配班組人員，其人員相對(duì)穩(wěn)定且都經(jīng)過考核培訓(xùn)，具有多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，沒有新的人員。開殼檢查不同人員裝配的不同批次產(chǎn)品，均發(fā)現(xiàn)個(gè)別繼電器有不同程度劃傷。與人員操作不當(dāng)無關(guān)，可以排除因素X8。

2.2 故障排查結(jié)論 綜上所述，繼電器內(nèi)的金屬多余物是由于繼電器工藝控制不到位，整件焊接時(shí)側(cè)板處焊瘤突出，使得整件最大尺寸超出了外殼內(nèi)腔尺寸，繼電器裝配時(shí)兩者產(chǎn)生刮蹭產(chǎn)生多余物。

2.3 故障復(fù)現(xiàn)工作 取繼電器現(xiàn)場(chǎng)裝配的電磁系統(tǒng)1件，測(cè)試一側(cè)殘余熔瘤高出軛鐵面約為0.1，另一側(cè)高出約0.06mm，測(cè)試電磁系統(tǒng)的整件尺寸為30.65，點(diǎn)焊整件后完全模擬裝配套殼，拆殼后發(fā)現(xiàn)外殼一側(cè)已有劃痕，末端劃痕處有明顯金屬多余物。電磁系統(tǒng)點(diǎn)焊熔瘤尺寸超差而導(dǎo)致套殼時(shí)刮蹭外殼內(nèi)壁產(chǎn)生多余物的故障可以復(fù)現(xiàn)。通過故障復(fù)現(xiàn)工作可以說明故障樹分析準(zhǔn)確、排查結(jié)論正確。

3 主要采取的改進(jìn)措施

3.1 已交付繼電器處理措施 通過對(duì)故障原因的排查分析和故障復(fù)現(xiàn)工作，說明前期按照此工藝方法生產(chǎn)裝配的繼電器都有可能存在類似的失效模式，最終確定將已交付用戶使用的所有批次繼電器全部召回。

3.2 整件檢測(cè)方法改進(jìn) 整件檢測(cè)套的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見圖4，主要是以底板外形尺寸為基準(zhǔn)，檢查整件最大外形尺寸。此方法能夠及時(shí)有效地剔除不合格品，不會(huì)造成整件外形尺寸的漏檢及誤判，有效保證整件與外殼間的配合間隙。

經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，繼電器開蓋檢查，按照改進(jìn)后的方法生產(chǎn)的繼電器沒有出現(xiàn)外殼被劃傷的現(xiàn)象，說明此問題徹底得到了解決。

4 結(jié)語

電磁繼電器屬于失效率比較高的元器件，內(nèi)部存在可動(dòng)多余物，是引起電磁繼電器失效的主要失效模式之一，本文使用故障樹分析法，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的一種金屬多余物造成失效的故障模式進(jìn)行了詳細(xì)分析，采取了有效的應(yīng)對(duì)措施。徹底消除了一類故障模式，提高了電磁繼電器可靠性，同時(shí)也提供了一種可以借鑒的故障分析方法。

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