海洋大氣模擬環境下電連接器安裝防護工藝驗證分析

袁猛，張幸，劉元海

（中國特種飛行器研究所 結構腐蝕防護與控制航空科技重點實驗室，湖北 荊門 448035）

海洋大氣模擬環境下電連接器安裝防護工藝驗證分析

袁猛，張幸，劉元海

（中國特種飛行器研究所 結構腐蝕防護與控制航空科技重點實驗室，湖北 荊門 448035）

目的 研究海洋大氣模擬環境下，電連接器不同安裝防護工藝方法的環境適應性。方法 選取有代表性的電連接器，以不同的安裝防護工藝裝配在典型結構材料制作的安裝板上，在實驗室加速腐蝕環境下，驗證其不同的防護效果。結果 電連接器線纜的不同防護工藝將對電連接器基本電性能造成直接影響，安裝板與電連接器接觸面的防護工藝不同將對其基體材料的腐蝕程度造成很大差異。結論 采用熱縮管對連接器線纜進行有效的密封能保護電連接器內部結構，避免腐蝕介質的侵蝕對電性能造成影響，電連接器安裝（包括方盤安裝和氣密螺母安裝），應對其安裝接觸面進行填角密封，且安裝板前后兩面都需要進行密封。

電連接器；海洋環境；安裝防護

我國飛機服役環境日趨惡劣，特別是在海洋環境下，飛機將長期遭受潮濕空氣、海水和鹽霧等環境交互或協同作用的影響，電連接器作為飛機上實現電氣功能的重要元器件，對其安裝防護工藝也提出了更高的要求[1—3]。電連接器與安裝基材的接觸位置是腐蝕敏感部位，如不能進行有效的防護，將導致電連接器內部結構和安裝基材發生嚴重腐蝕，影響電連接器正常功能，破壞飛機基體結構，增加飛機維修維護費用，影響飛行安全[4—10]。

目前，國內電連接器生產廠家出廠測試僅通過濕熱、鹽霧等單一環境測試，且測試時間較短，不能模擬實際裝機狀態下的綜合環境條件，無法驗證是否滿足海上飛機使用需要[11]。另外，國內相關單位對海洋環境下電連接器配套安裝防護工藝驗證試驗研究較少?；诖耍瑢嶒炇疫x取兩種飛機上常用電連接器類型，安裝在2A12鋁合金制作的模擬安裝板上，并配以不同的安裝防護工藝（包含線纜密封工藝及安裝接觸面防護工藝），在海洋大氣模擬環境條件下進行實驗室加速腐蝕試驗，驗證其不同工藝的防護效果，考察模擬裝機狀態的電連接器在海洋大氣模擬條件下的環境適應性。

1　試驗

1.1 試驗件組成

每個試驗件均由安裝板、電連接器及線纜組成。安裝板尺寸為 120 mm×120 mm×2 mm，材料為2A12鋁合金，鉻酸陽極化表面處理后噴涂兩遍底漆和一遍面漆。安裝前，打磨掉安裝板上與電連接器接觸區域的漆層與表面處理層。電連接器選用鋁合金鍍鎘及不銹鋼鍍鎳等兩種常用航空電連接器。其中鋁合金鍍鎘電連接器為方盤安裝（如圖1a所示），不銹鋼鍍鎳電連接器為氣密螺母安裝（如圖1b所示）。為便于電性能測試，每個連接器均選取8個相鄰接觸件孔位安裝線纜，其余的接觸件孔位安裝封嚴塞。試驗件外觀如圖1所示。

1.2 環境譜

圖1 試驗件外觀示例Fig.1 Test specimen appearance

借鑒美國海軍用于評估、驗證海上飛機結構表面防護層體系性能的加速試驗環境譜，并考慮電連接器在飛機上安裝位置環境特點，參考國內飛機典型模擬件加速試驗環境譜編制方法[12—15]，對基本試驗環境譜進行適當剪裁，編制了電連接器海洋大氣模擬環境加速試驗環境譜，如圖2所示。

圖2 加速試驗環境譜Fig.2 Accelerated corrosion environment spectrum

1.3 測試條件

試驗對電連接器基本電性能的測試包括接觸電阻、絕緣電阻、耐電壓等3個方面，其測試儀器及測試方法見表1。

表1 測試儀器和方法Table 1 Test apparatus and methods

2　結果

2.1 線纜

根據試驗件線纜密封防護工藝不同，可分為以下4種模式：線纜不做任何防護處理（模式a-1，如圖3a所示）；使用聚氨酯薄膜帶包裹整個插頭、尾部附件和部分線纜（模式a-2，如圖3b所示）；使用帶膠熱縮管包裹整個尾部附件和部分線纜（模式a-3，如圖3c所示）；使用帶膠熱縮管包裹整個尾部附件和全部線纜（模式a-4，如圖3d所示）。

圖3 不同線纜防護模式外觀示例Fig.3 Appearance of different cable protection modes

實驗室加速腐蝕試驗3個循環后，經電性能測試發現，模式 a-4防護的電連接器的電性能正常，而模式a-1，a-2，a-3防護的電連接器，電性能均出現不合格現象。以不合格孔位數量占該模式所有線纜孔位測試總數的比率定義為故障率，對各個模式所有測試數據進行統計分析，結果見表2。

表2 電性能故障率統計表Table 2 Electric performance failure rate statistics %

由統計數據可知，模式a-4密封效果較好，能有效地阻止腐蝕介質侵入電連接器內部，其他模式均不能滿足防護要求。試驗過程中發現，模式 a-2中聚氨酯薄膜帶纏繞太緊容易破損，且遇高溫會老化變硬，失去黏性，模式a-3中熱縮管與線纜接觸收口處的含膠量不夠，極易產生縫隙。腐蝕介質一旦從這些脫膠的縫隙進入被保護的殼體內部，排出將更加困難，且殼體內部長期存在潮濕環境，使得線纜接線位置及連接器內部結構受到破壞，導致電連接器功能出現故障。

2.2 方盤

鋁合金鍍鎘方盤安裝電連接器試驗件，包含4種安裝接觸面防護工藝模式：直接安裝，安裝接觸面不做任何處理（模式b-1）；安裝前接觸面加墊導電密封墊，安裝后縫外不填角（模式b-2）；直接安裝后，安裝板與插座法蘭接觸一面縫隙使用密封劑填角密封，另一面螺紋與安裝板縫隙不進行密封（模擬半封閉腔體，模式b-3）；直接安裝后，安裝板前后兩面接觸縫隙均填角密封（模擬全封閉腔體，模式b-4）。

在安裝板上靠近插座邊緣位置刮開一小塊涂層作為測試點，測試安裝板與電連接器之間的接觸電阻，其試驗前后阻值變化見表3。

表3 方盤安裝電連接器接觸電阻對比Table 3 Comparison of contact resistivity of electrical connector for square plate installation

由表3不難發現，模式b-1，b-2，b-3試驗件，試驗后接觸電阻顯著增加。這是由于安裝接觸面發生腐蝕，腐蝕產物聚集在接觸面，影響了電連接器與安裝板之間的電連續性。模式b-4試驗件，接觸電阻變化較小，表明該模式防護效果較好，能有效保證電連接器與安裝板之間的電連續性。

試驗3個循環后，方盤安裝鋁合金鍍鎘電連接器與安裝板接觸面腐蝕情況如圖4所示。通過宏觀和微觀觀察可知，模式b-1—模式b-3試驗件，安裝板接觸面基體金屬嚴重腐蝕，產生大量腐蝕產物，其中，模式b-3試驗件，導電密封墊附著大量鹽粒且老化變硬，并粘貼在安裝板表面，失去正常功能。模式 b-4試驗件，安裝板接觸面未發生明顯腐蝕，其防護效果較好。

圖4 方盤安裝接觸面腐蝕狀況Fig.4 Corrosion of contact surface of square plate installation

2.3 氣密螺母

不銹鋼鍍鎳氣密螺母安裝電連接器試驗件，包含3種安裝接觸面防護工藝模式：插座凹槽內使用連接器自帶非導電密封圈，安裝后縫外不填角（模式c-1）；插座凹槽內使用連接器生產商提供的導電密封圈，安裝后縫外不填角（模式c-2）；插座凹槽內使用連接器生產商提供的導電密封圈，安裝后插座法蘭與安裝板接觸縫隙使用密封劑填角密封（模式c-3）。

試驗3個循環后，各模式代表試驗件接觸電阻變化見表4，3種防護模式試驗件的接觸電阻均顯著增大。表明其電連續性遭到破壞，可以推測其安裝接觸面均發生腐蝕。

表4 氣密螺母安裝電連接器接觸電阻對比Table 4 Comparison of contact resistivity of electrical connector for tight nut installation

試驗3個循環后，氣密螺母安裝不銹鋼鍍鎳電連接器與安裝板接觸面腐蝕情況如圖5所示。

圖5 氣密螺母安裝接觸面腐蝕狀況Fig.5 Corrosion of contact surface of tight nut mounting

通過宏觀和微觀觀察可知，3種防護模式的試驗件安裝板接觸面基體金屬均發生嚴重腐蝕，并附著大量腐蝕產物。其中，模式c-3試驗件安裝接觸面沿著密封圈接觸位置有較明顯分界線，表明腐蝕介質是從安裝板背面螺母緊固位置進入安裝板開孔縫隙，使安裝板接觸面產生縫隙腐蝕和電偶腐蝕，而密封圈并不能阻止其腐蝕的擴展。試驗表明，對于氣密螺母安裝電連接器，螺母密封不能有效阻止腐蝕介質侵入安裝縫隙，必須對螺母與安裝板接觸縫隙使用密封劑密封。

3　分析討論

1）使用帶膠熱縮管包裹尾部附件及整個線纜，密封效果較好，可以有效阻止腐蝕介質侵入連接器殼體內部。應避免熱縮管收口于線纜線束表面，該位置線纜之間存在縫隙，且容易脫膠，一旦密封不好，將更容易聚集腐蝕介質。

2）導電密封墊（電連接器廠商提供）容易吸潮并聚集鹽粒，在不進行填角密封的情況下，不推薦使用。

3）氣密螺母安裝電連接器，僅靠螺母緊固，密封效果較差，且密封圈（包括導電和非導電）不能阻止安裝板接觸面腐蝕的擴展。

4）電連接器安裝（包括方盤安裝和氣密螺母安裝），特別是存在異種金屬接觸時，推薦對其安裝接觸面進行填角密封，且安裝板前后面都需要進行密封。如果僅對一面進行填角密封，更容易聚集腐蝕介質，使基體材料發生腐蝕，增加維修成本，影響飛機飛行安全。

4　結論

1） 帶膠熱縮管對飛機增重較大，且不易拆卸，后續試驗需要進一步研究設計增重較輕，密封效果較好的線纜防護工藝。

2）氣密螺母安裝電連接器，設計之初太依賴螺母緊固密封效果，沒有設計安裝板前后兩面均密封的防護模式，后續試驗將進一步增加此類防護模式。

3）試驗中發現導電密封墊裸露在外均發生失效，后續將考慮導電密封墊與填角密封工藝相結合，有望達到較好的防護效果。

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Validation and Analysis of Installation and Protection Technology of Electrical Connector under Simulated Marine Environment

YUAN Meng, ZHANG Xing, LIU Yuan-hai
(Structure Corrosion Protection and Control of Aviation Science and Technology Key Laboratory, China Special Vehicle Research Institute, Jingmen 448035, China)

Objective To study the environmental adaptability of different installation and protection technology for electrical connector in the ocean atmosphere simulation environment. Methods Some representative electrical connectors were selected and assembled to the mounting plate of the typical structure material with different installation protection technology. The different protective effect in the laboratory accelerated corrosion environment was tested and verified. Results Different protection technology of electric connector cable would affect the basic electrical properties of electrical connector directly. The different protection technology of the contact surface between the mounting plate and the electric connector would cause a great difference in the degree of corrosion. Conclusion Sealing electrical connector cable with heat shrink tube can protect the internal structure of electrical connector and avoid effect of corrosive medium on electrical properties. In the installation of electrical connector (including installation of square plate and tight nuts), the gap at the edge of the contact surface should be sealed and both the front and rear surfaces of mounting plate should be sealed well.

electrical connector; marine environment; installation and protection

2016-05-09；Revised：2016-05-15

10.7643/ issn.1672-9242.2016.05.022

TJ07；TG174

A

1672-9242(2016)05-0134-06

2016-05-09；

2016-05-15

袁猛（1983—），男，山東菏澤人，碩士，工程師，主要研究方向為飛機結構腐蝕防護與控制。

Biography：YUAN Meng（1983—）， Male， from Heze， Shandong， Master， Engineer， Research focus : corrosion protection and control of aircraft structure.