論灌封工藝對高壓電連接器件的重要性

尹進南，王孝利，張 雷，魯昌兵

(空軍裝備部駐綿陽地區(qū)第二軍事代表室，四川綿陽，621000)

1 引言

隨著國內工藝水平的不斷進步，高壓電連接器已大量應用于高壓電源系統(tǒng)、電子對抗系統(tǒng)、行波管放大器等大功率管中，且已經(jīng)具備比較成熟的國產(chǎn)化能力。在廣泛應用于武器系統(tǒng)過程中，由于連接器本身體積小、使用數(shù)量大、重要度高的特點，使用過程中出現(xiàn)了各種各樣的質量問題，其中常見的主要有爬電、電暈等問題。下面通過實例對如何控制灌封工藝來減少耐壓擊穿進行簡要分析。

2 發(fā)生問題現(xiàn)象

某型號高壓連接器主要由插針、安裝板、外殼、塑料外殼、扁平電纜及螺釘附件組成，具體結構見圖1。插針與安裝板間通過粘接固定，安裝板與外殼間通過粘接固定，插針與扁平電纜間通過焊接連接，塑料外殼與外殼間通過灌封固定。

圖1 插頭結構示意圖

在某次交付客戶檢驗時，50只中出現(xiàn)了17只耐壓不達標擊穿現(xiàn)象，失效比例高達30%。針對這種批次性的耐壓擊穿現(xiàn)象，廠家通過對電纜抗擊穿強度、焊接質量、測設設備、灌膠氣泡、膠液結合面位置等多個方面對問題進行了全面排查，并對可能造成該問題的每個方面進行了全面分析。

3 具體原因分析

在該產(chǎn)品結構中，與耐電壓指標相關的是安裝板本身的耐電壓性能和灌封膠液的耐電壓性能。

安裝板：該產(chǎn)品設計選用安裝板材料為工程塑料LCP VECTRA E130I，其絕緣擊穿強度為32kV/mm(見圖2)，從安裝板結構(見圖3)可知，其最小壁厚為4.7(±0.025)-3.5(+0.1～+0.2)=0.975mm，耐擊穿電壓為0.975×32=31.2kV，滿足該產(chǎn)品耐電壓11 kV(DC)的要求。

灌封膠液：該產(chǎn)品兩針間間距為4.7mm，插針最大外徑2mm，其耐電壓最薄弱環(huán)節(jié)為插針尾部焊接端，其最小間隙為4.7-2=2.7mm,在該產(chǎn)品設計采用的灌封防護處理中，704膠和環(huán)氧膠的耐壓擊穿強度均不小于15kV/mm，其耐擊穿電壓為2.7×15=40.5kV，經(jīng)理論計算，此灌封結構耐擊穿電壓40.5kV滿足產(chǎn)品耐電壓11kV(DC)要求，同時排除灌封氣泡的影響和考慮設計安全裕度，該產(chǎn)品的設計結構合理滿足產(chǎn)品耐電壓11kV(DC)的要求。

圖2 LCP材料參數(shù)

圖3 安裝板結構示意圖

通過對該產(chǎn)品安裝板及灌封膠液理論耐電壓值計算可知，該產(chǎn)品理論上能耐31.2kV(DC)測試電壓，滿足產(chǎn)品耐電壓11kV(DC)的要求，具有較大的安全裕度。

接下來，對該產(chǎn)品的整個工藝流程進行了分析，具體工藝流程如下：

該產(chǎn)品的插針粘接、安裝板組件殼體粘接、電纜焊接、安裝板裝配及灌封操作等均屬于成熟工藝。該產(chǎn)品灌膠流程為：插頭組件與電纜焊接后，將插頭塑料外殼套在插頭組件上(見圖2)，先用704膠對插頭外殼與塑料外殼結合面進行灌封防漏處理，待704膠固化后，再進行環(huán)氧膠灌封處理、環(huán)氧膠固化。但在安裝板裝配及灌封操作中，工藝文件中對704膠的封堵表述為“用704膠封堵間隙”，未明確間隙具體位置，操作工人在操作時理解為封堵安裝板與殼體間的間隙，未注意帶狀電纜與安裝板間的間隙也需要用704膠封堵，所以在該處灌封時如不對兩處進行有效灌封，兩種膠液間有間隙導致產(chǎn)品耐電壓擊穿隱患。

通過全面分析，導致耐高壓擊穿是由于出現(xiàn)爬電擊穿，其主要原因為工藝文件規(guī)定不明確，該批產(chǎn)品灌膠時，兩種灌封膠液的結合面低于扁平電纜，兩插針間的爬電距離直接為沿兩膠液結合面的兩插針距離，由于兩種膠液的硬度、強度及收縮率等存在差異，造成兩膠液結合面間結合強度較差存在間隙，最終導致沿著兩種膠液結合面產(chǎn)生爬電擊穿。

通過對工藝文件中將“安裝板裝配及灌封操作”進行量化規(guī)定，完善產(chǎn)品灌膠操作要求、增強操作工人質量意識等方法，該問題已經(jīng)得到有效解決。但在該問題出現(xiàn)并解決的過程中，我們不得不思考，類似的由于灌封給高壓連接器帶來的問題，生產(chǎn)過程中應該采取怎樣的措施才能有效降低出現(xiàn)問題的概率。

4 結束語

高壓電連接器件的灌封作為該類型產(chǎn)品的一種通用成熟工藝，各生產(chǎn)廠家對產(chǎn)品灌封質量通常沒有一個量化的指標要求。且由于器件小、生產(chǎn)數(shù)量大，如若對灌封質量進行量化控制、單獨進行檢驗將大大增加該產(chǎn)品生產(chǎn)成本，所以通常各廠家均是按照操作工人的操作經(jīng)驗進行灌封。但是高壓電連接器件的灌封質量對最終產(chǎn)品的耐壓指標有著決定性作用，灌封內部缺陷以及與其他部組件連接部位的灌封缺陷，均是生產(chǎn)過程中極易產(chǎn)生并最終導致耐壓擊穿的主要原因。

在生產(chǎn)過程中，廠家應清醒認識到灌封工藝的重要性，在生產(chǎn)中細化灌封工藝操作流程，量化灌封速率、灌封位置等具體要求，同時，考慮自身質量與成本的情況下，利用抽樣檢驗等手段對灌封質量進行最終確認，這樣將在一定程度上降低由于灌封效果不好所帶來的批次性質量問題。