動車組檢修連接器及端子接觸表面氧化變色問題分析

畢兆俊

摘要：隨著高速動車組的快速發(fā)展，動車組的維修業(yè)務(wù)也在逐年增長。針對電動車組維修過程中電氣連接器插腳和接觸器端子的變色問題，對連接器和端子的硫化變色引起的導(dǎo)電性進(jìn)行了研究，以期為電動車組維修業(yè)務(wù)的發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：動車組檢修；連接器；端子接觸表面；氧化變色

1動車組電氣連接方式

動車組電氣連接中常見的連接方式分為端子連接和連接器連接，端子連接指的是將導(dǎo)線傳入端子內(nèi)部，利用壓線鉗外力使壓線筒沿導(dǎo)線四周產(chǎn)生壓縮變形，從而使導(dǎo)線和壓線筒之間形成機(jī)械連接和電連接的搭接工藝。搭接在一起的連接具有良好的電氣導(dǎo)通能力，并且根據(jù)材質(zhì)的差異以及壓線鉗的壓力不同會使連接處具有較好的連接強(qiáng)度。用壓接法使導(dǎo)線和端子形成永久機(jī)械連接和電連接，不會發(fā)生脫落。這種連接方式主要是運(yùn)用在動車組配電柜和設(shè)備內(nèi)部，具有非常強(qiáng)的便捷性和靈活性，同時在實(shí)際的連接工作中，所有的操作流程都非常的簡單、便捷，同時它也可以將內(nèi)部的元器件有效的連接起來，為內(nèi)部器件的更換提供了很大的便利。連接器連接方式通常被稱為插頭式連接，連接器采用“公針”、“母針”進(jìn)行插接的方式進(jìn)行連接。連接器可以實(shí)現(xiàn)較多連接點(diǎn)的集成，在動車上主要被應(yīng)用于信號系統(tǒng)的連接、控制回路連接和供電線路連接。通過連接器的使用可以實(shí)現(xiàn)動車組電氣設(shè)備之間的快速連接，實(shí)現(xiàn)設(shè)計模塊化提高電氣系統(tǒng)的維護(hù)性，極大的縮短了動車組檢修的周期，從而適應(yīng)目前鐵道交通裝備的高速化、自動化、智能化需求，提高各電氣模塊的可安裝性、故障檢查以及處理，實(shí)現(xiàn)動車組使用及維護(hù)需求。

2變色的原因

在動車組檢修過程中，經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)端子和連接器上出現(xiàn)變色現(xiàn)象，那么，這些變色是如何造成的呢，電氣連接使用的端子和連接器插針?biāo)褂玫牟馁|(zhì)均為銅材質(zhì)，同時因銀具有電阻率低，附著性好的特點(diǎn)，被用于鍍在銅的表面，形成銅鍍銀的合金材質(zhì)。銀的化學(xué)性質(zhì)活躍，在堿液和有機(jī)酸中雖然十分穩(wěn)定，但是由于人和動物排泄物經(jīng)過細(xì)菌分解，植物體蛋白質(zhì)腐敗等都會產(chǎn)生硫化氫，當(dāng)銀在含有硫化物的空氣中，表面很快就會與硫化物產(chǎn)生反應(yīng)，生成黑色的硫化銀（4Ag+2H2S+O2=2Ag2S+2H2O），硫化銀本身為黑色，根據(jù)硫化銀被覆的厚度不同而呈現(xiàn)出茶色→茶褐色→黑色的變色過程，為驗(yàn)證接觸器表面的物質(zhì)為硫化銀，我們使用了硫脲對5根表面為茶褐色的接（轉(zhuǎn)下頁）觸體表面進(jìn)行清洗，經(jīng)硫脲清洗后的接觸體內(nèi)孔均露出白色的鍍銀層。在對連接器插針和端子檢修過程中，發(fā)現(xiàn)有些端子上有硫化現(xiàn)象，有些沒有，端子臺1和端子臺2已變色，但端子臺3未變色，這是因?yàn)殂y硫化的反應(yīng)受大氣的溫度、濕度、污染和光照（尤其紫外光）的影響，會催化銀與硫化氫的化學(xué)反應(yīng)，圖1中端子臺2因未接端子，無電流通過，接觸面的溫度會低于端子1、2，故表面未變色，同時端子臺1與端子壓接處變色較淺，也是由于隔絕了空氣，導(dǎo)致銀的硫化反應(yīng)變慢。所以會出現(xiàn)同一電氣元件，不同位置發(fā)生變色的問題。

3變色的影響

動車組對電氣的安全性能要求很高，這些讓銀變色的硫化物是否會造成影響。硫化銀本身的導(dǎo)電性要比銀差，但是在自然條件下所形成得硫化銀非常稀薄，即使是在特殊的高頻系統(tǒng)中，電流滲入的深度比自然硫化形成的硫化銀薄膜厚度要大好多倍。同時，硫化銀中常常夾雜著金屬銀，滲透在硫化銀中的金屬銀也起到了增加導(dǎo)電性的橋梁作用，為證明硫化銀對導(dǎo)電性的影響非常小，我們做了接觸電阻實(shí)驗(yàn)：挑選硫化現(xiàn)象最為嚴(yán)重的接觸體，測量其接觸電阻為0.086mΩ，測量未硫化的接觸體接觸電阻為0.070mΩ，硫化與未硫化的接觸電阻相差僅為0.016mΩ，同時，均符合技術(shù)要求的小于等于0.50mΩ（以上試驗(yàn)均在常溫下進(jìn)行）。而且，硫化銀的電阻與金屬不同，隨著溫度的上升，它的電阻反而降低，即導(dǎo)電性增強(qiáng)。綜上所述，在動車組檢修過程中發(fā)現(xiàn)的硫化發(fā)黑或發(fā)黃的接觸體，可滿足產(chǎn)品使用要求，不會對導(dǎo)電性造成顯著影響，可繼續(xù)使用。

4氧化后的質(zhì)量控制

雖然銀的氧化變色不會對導(dǎo)電性造成顯著影響，但是在動車組檢修過程中發(fā)現(xiàn)端子或連接器表面發(fā)黑，發(fā)黃時，需引起高度重視。首先，它和端子高溫變色后的顏色較為接近，由于端子或連接器在連接過程中造成的接觸不良導(dǎo)致電阻增大，在電流通過時，增大接觸面的溫度造成變色。所以遇到變色情況時，應(yīng)由技術(shù)人員判斷變色的原因，再進(jìn)行處理，不可盲目忽略；其次，硫化銀薄膜對鍍件的導(dǎo)電性雖然沒有顯著的影響，但是硫化銀本身的導(dǎo)電性比銀還是要差，所以對于判斷為硫化銀時，可使用擦銀布或GLS銀層變色去除劑對變色部位進(jìn)行擦拭，即使無法完全擦拭干凈，也可以降低硫化銀的影響。最后，應(yīng)對未裝車的端子和連接器設(shè)置專門的儲存空間，該儲存條件應(yīng)在陰涼處，容器保持緊閉，儲存在干燥通風(fēng)處。以防止銀硫化變色。

5電接觸失效的預(yù)防

連接器可靠度在很大程度上受其結(jié)構(gòu)設(shè)計、質(zhì)量和構(gòu)成它的部件的可靠度影響，但整個系統(tǒng)的可靠度除了受以上因素的影響外，在一定程度上還取決于有效的維修和檢測工作，因此在之后的工程實(shí)踐中還需要尋求最優(yōu)的預(yù)防性維修、更換和檢測計劃的模型，避免故障后維修或者過度修造成的損失和浪費(fèi)。下面提出初步的失效預(yù)防建議。

5.1導(dǎo)通檢測

連接器安裝過程中，導(dǎo)線線徑與壓接孔徑選擇配合不當(dāng)，或由于壓接工藝操作失誤，都會造成壓接端不牢的事故。因此，在連接器插針壓接、連接器組裝時要嚴(yán)格按照工藝作業(yè)指導(dǎo)書的要求。電連接器在動車組上安裝及連接完畢后，均必須進(jìn)行線路導(dǎo)通檢測。嚴(yán)格對照圖紙、接線表、芯線號，避免漏檢、錯檢。為驗(yàn)證連接器的接觸狀態(tài)，在保證電路回路貫穿導(dǎo)通的同時，對帶電線電纜的連接器組件，在組裝前和安裝后分別進(jìn)行導(dǎo)通測試。

5.2用后復(fù)查

電連接器在動車組上使用一段時間之后，要根據(jù)固定的周期對連接器的性能進(jìn)行復(fù)查。接觸件的電接觸保持是靠插針和插孔之間穩(wěn)定的接觸壓力實(shí)現(xiàn)。電連接器的插孔是彈性元件，長期使用并承受接觸壓力，會出現(xiàn)應(yīng)力松弛彈性疲勞現(xiàn)象，應(yīng)力松弛會導(dǎo)致接觸壓力減小；此外振動、溫度等環(huán)境的影響，連接器接觸電阻隨時間增大，此時需要有適當(dāng)?shù)臋z修策略與狀態(tài)修周期，在到達(dá)失效前有地獲得連接器狀態(tài)。

因此有必要制定嚴(yán)格的用后復(fù)查流程，遵循嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臋z查方法，使用有效的檢查手段，對連接器的電接觸性能進(jìn)行詳細(xì)的測試，如目視檢查殼體有無松動、電壓電流傳感模塊獲取電阻值等手段。確立明確的失效標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)檢測到連接器的性能已趨于失效時應(yīng)及時維修或者更換連接器，從而保證連接器工作的安全與穩(wěn)定。

結(jié)論

本文在分析連接器常見失效模式的基礎(chǔ)上，通過對電接觸理論中物理模型和化學(xué)反應(yīng)理論的分析，研究動車組電連接器在溫度和振動應(yīng)力作用下的接觸失效機(jī)理，總結(jié)連接器接觸電阻退化的影響因素，并根據(jù)工程實(shí)際提出了檢修建議，對動車組檢修維護(hù)有一定的理論參考和借鑒意義。

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（作者單位：北京鐵路集團(tuán)天津動車客車段天津動車所）